一種sma驅(qū)動(dòng)剛彈耦合微吸盤控制系統(tǒng)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型涉及儀器儀表技術(shù)領(lǐng)域，具體是一種SMA驅(qū)動(dòng)剛彈耦合微吸盤控制系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002]形狀記憶合金(SMA)存在著應(yīng)力滯后，相變與溫度、應(yīng)力、動(dòng)作方向有關(guān)等問題，在實(shí)際應(yīng)用中受加熱、冷卻條件的影響，形狀記憶合金的應(yīng)力-應(yīng)變曲線是非線性的，而且不同溫度下其力學(xué)特性變化很大，使得其驅(qū)動(dòng)較為困難，響應(yīng)頻率是SMA驅(qū)動(dòng)器應(yīng)用中的技術(shù)難點(diǎn)。仿生學(xué)設(shè)計(jì)中利用單程形狀記憶合金，并配置偏動(dòng)元件設(shè)計(jì)的雙程驅(qū)動(dòng)器較為穩(wěn)定，伸長(zhǎng)與溫度的變化比較線形化，比較容易控制。而且單程記憶合金由于其Cu基的性質(zhì)，內(nèi)阻比較大，容易加熱，這種方式的驅(qū)動(dòng)器在實(shí)際中比較實(shí)用。對(duì)于SMA驅(qū)動(dòng)的仿生微吸盤，由于微型吸盤的空間限制，要實(shí)現(xiàn)對(duì)SMA驅(qū)動(dòng)控制，就是要準(zhǔn)確調(diào)控形狀記憶合金絲的溫度，驅(qū)動(dòng)技術(shù)是必須解決的關(guān)鍵技術(shù)之一。
【實(shí)用新型內(nèi)容】
[0003]本實(shí)用新型的目的在于提供一種具有較好的精度和一定的響應(yīng)速度，而且有良好的適應(yīng)性和自保護(hù)能力的SMA驅(qū)動(dòng)剛彈耦合微吸盤控制系統(tǒng)，以解決上述【背景技術(shù)】中提出的問題。
[0004]為實(shí)現(xiàn)上述目的，本實(shí)用新型提供如下技術(shù)方案:
[0005]一種SMA驅(qū)動(dòng)剛彈耦合微吸盤控制系統(tǒng)，包括依次連接的PC服務(wù)器、單片機(jī)、FPGA、功率驅(qū)動(dòng)電路、SMA微吸盤和檢測(cè)反饋電路，所述FPGA包括控制電路和PWM模塊，所述SMA微吸盤與單片機(jī)之間設(shè)有激光位移傳感器，所述檢測(cè)反饋電路與單片機(jī)之間設(shè)有A/D轉(zhuǎn)換電路；所述PWM模塊中，選用EPM7000S芯片，系統(tǒng)JTAG接口與EPM7000S芯片連接，JTAG的TCK接口與EPM7000S芯片的第9和11引腳連接，JTAG的TMS接口與EPM7000S芯片的第I引腳連接，JTAG的TDl接口與EPM7000S芯片的第3引腳連接，JTAG的TDO接口與EPM7000S芯片的第7引腳連接，EMUO與EPM7000S芯片的第13引腳連接，EMUl與EPM7000S芯片的第14引腳連接，EMUO, EMUl還分別通過上拉電阻R3、R4與3.3V電源連接，所述EPM7000S芯片的第5引腳接3.3V電源，第4、6、8、10、12引腳接地；所述功率驅(qū)動(dòng)控制電路包括依次連接的隔離電路、基準(zhǔn)穩(wěn)壓電路、比較驅(qū)動(dòng)電路和加熱保護(hù)電路；所述檢測(cè)反饋電路中，橋式電路將SMA微小電阻變化轉(zhuǎn)化成電壓信號(hào)，信號(hào)經(jīng)拾取后，經(jīng)儀表放大器AD623將信號(hào)放大調(diào)理，再以差動(dòng)方式輸入24位高精度A/D轉(zhuǎn)換器CS5532，將其模擬信號(hào)變成數(shù)字信號(hào)，再經(jīng)SPI串行總線送入主微處理器進(jìn)行數(shù)據(jù)標(biāo)定及相關(guān)處理，得到實(shí)際值。
[0006]作為本實(shí)用新型進(jìn)一步的方案:所述單片機(jī)的型號(hào)為W77E58。
[0007]作為本實(shí)用新型再進(jìn)一步的方案:所述R3、R4電阻的型號(hào)均為4k7。
[0008]作為本實(shí)用新型再進(jìn)一步的方案:所述激光位移傳感器包括感測(cè)頭LB-300和控制器LB-1200，氣壓傳感器采用MPX5100，氣壓傳感器檢測(cè)負(fù)壓信號(hào)，經(jīng)過調(diào)理、濾波、數(shù)/模轉(zhuǎn)換后傳給單片機(jī)。
[0009]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本實(shí)用新型的有益效果是:本實(shí)用新型采用FPGA產(chǎn)生脈沖寬度調(diào)制驅(qū)動(dòng)控制方式，電阻檢測(cè)反饋電路對(duì)電流進(jìn)行反饋控制，并對(duì)吸盤負(fù)壓進(jìn)行測(cè)量，實(shí)現(xiàn)仿生微吸盤SMA驅(qū)動(dòng)控制，吸盤基于SMA驅(qū)動(dòng)可實(shí)現(xiàn)吸盤的無源吸附，減輕吸盤的整體質(zhì)量和體積；采用FPGA產(chǎn)生PWM加熱驅(qū)動(dòng)方法，利用場(chǎng)效應(yīng)管作為功率驅(qū)動(dòng)開關(guān)管，考慮溫度、輸出位移和力等參量，搭建控制電路系統(tǒng)包括:加熱功率驅(qū)動(dòng)、電阻計(jì)反饋、位移與氣壓檢測(cè)電路，實(shí)現(xiàn)了仿生微吸盤SMA驅(qū)動(dòng)控制；由于FPGA的PWM管腳驅(qū)動(dòng)能力不足，設(shè)計(jì)相應(yīng)的驅(qū)動(dòng)電路來驅(qū)動(dòng)的負(fù)載電路，為SMA驅(qū)動(dòng)提供足夠大的加熱電流，使SMA達(dá)到能相變的溫度；由于微型吸盤的空間限制，利用激光位移傳感器LB-1000系列的長(zhǎng)距型高精度激光位移傳感器。該激光位移傳感器具有無需接觸、精度高、反應(yīng)速度快、抗干擾能力強(qiáng)等的特點(diǎn)；本實(shí)用新型具有較好的精度和一定的響應(yīng)速度，而且有良好的適應(yīng)性和自保護(hù)能力。
【附圖說明】
[0010]圖1為本實(shí)用新型整體控制系統(tǒng)原理圖。
[0011]圖2為本實(shí)用新型中脈寬調(diào)制系統(tǒng)JTAG接口示意圖。
[0012]圖3為本實(shí)用新型中功率驅(qū)動(dòng)電路圖。
[0013]圖4為檢測(cè)反饋電路圖。
【具體實(shí)施方式】
[0014]下面結(jié)合【具體實(shí)施方式】對(duì)本專利的技術(shù)方案作進(jìn)一步詳細(xì)地說明。
[0015]請(qǐng)參閱圖1-4，一種SMA驅(qū)動(dòng)剛彈耦合微吸盤控制系統(tǒng)，包括依次連接的PC服務(wù)器、單片機(jī)、FPGA、功率驅(qū)動(dòng)電路、SMA微吸盤和檢測(cè)反饋電路，其特征在于:所述FPGA包括控制電路和PWM模塊，所述SMA微吸盤與單片機(jī)之間設(shè)有激光位移傳感器，所述檢測(cè)反饋電路與單片機(jī)之間設(shè)有A/D轉(zhuǎn)換電路；所述單片機(jī)的型號(hào)為W77E58 ;所述PWM模塊中，選用EPM7000S芯片，系統(tǒng)JTAG接口與EPM7000S芯片連接，JTAG的TCK接口與EPM7000S芯片的第9和11引腳連接，JTAG的TMS接口與EPM7000S芯片的第I引腳連接，JTAG的TDl接口與EPM7000S芯片的第3引腳連接，JTAG的TDO接口與EPM7000S芯片的第7引腳連接，EMUO與EPM7000S芯片的第13引腳連接，EMUl與EPM7000S芯片的第14引腳連接，EMUO, EMUl還分別通過上拉電阻R3、R4與3.3V電源連接，R3、R4電阻的型號(hào)均為4k7，所述EPM7000S芯片的第5引腳接3.3V電源，第4、6、8、10、12引腳接地；所述功率驅(qū)動(dòng)控制電路包括依次連接的隔離電路、基準(zhǔn)穩(wěn)壓電路、比較驅(qū)動(dòng)電路和加熱保護(hù)電路；所述檢測(cè)反饋電路中，橋式電路將SMA微小電阻變化轉(zhuǎn)化成電壓信號(hào)，信號(hào)經(jīng)拾取后，經(jīng)儀表放大器AD623將信號(hào)放大調(diào)理，再以差動(dòng)方式輸入24位高精度A/D轉(zhuǎn)換器CS5532，將其模擬信號(hào)變成數(shù)字信號(hào)，再經(jīng)SPI串行總線送入主微處理器進(jìn)行數(shù)據(jù)標(biāo)定及相關(guān)處理，得到實(shí)際值；所述激光位移傳感器包括感測(cè)頭LB-300和控制器LB-1200，氣壓傳感器采用MPX5100，氣壓傳感器檢測(cè)負(fù)壓信號(hào)，經(jīng)過調(diào)理、濾波、數(shù)/模轉(zhuǎn)換后傳給單片機(jī)。
[0016]本實(shí)用新型的工作原理是:控制系統(tǒng)根據(jù)設(shè)定的位移量與當(dāng)前位置的比較值，選擇加熱和檢測(cè)反饋采集通道，輸出PWM電壓信號(hào)，當(dāng)PWM波是低電平時(shí)，通過功率驅(qū)動(dòng)電路控制SMA加熱，電阻反饋電路停止工作；當(dāng)PWM波是高電平時(shí)，功率驅(qū)動(dòng)電路不工作，檢測(cè)反饋電路采集SMA電橋的電壓變化量，經(jīng)過放大電路、ADC模塊發(fā)送信號(hào)到單片機(jī)W77E58，與程序設(shè)定的電壓值相比，根據(jù)電壓差的大小，經(jīng)過相應(yīng)的控制算法，時(shí)刻調(diào)整PWM的占空比，進(jìn)而控制加熱驅(qū)動(dòng)的功率，消除誤差，完成SMA驅(qū)動(dòng)控制。
[0017]上面對(duì)本專利的較佳實(shí)施方式作了詳細(xì)說明，但是本專利并不限于上述實(shí)施方式，在本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員所具備的知識(shí)范圍內(nèi)，還可以在不脫離本專利宗旨的前提下作出各種變化。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種SMA驅(qū)動(dòng)剛彈耦合微吸盤控制系統(tǒng)，包括依次連接的PC服務(wù)器、單片機(jī)、FPGA、功率驅(qū)動(dòng)電路、SMA微吸盤和檢測(cè)反饋電路，其特征在于:所述FPGA包括控制電路和PWM模塊，所述SMA微吸盤與單片機(jī)之間設(shè)有激光位移傳感器，所述檢測(cè)反饋電路與單片機(jī)之間設(shè)有A/D轉(zhuǎn)換電路；所述PWM模塊中，選用EPM7000S芯片，系統(tǒng)JTAG接口與EPM7000S芯片連接，JTAG的TCK接口與EPM7000S芯片的第9和11引腳連接，JTAG的TMS接口與EPM7000S芯片的第I引腳連接，JTAG的TDl接口與EPM7000S芯片的第3引腳連接，JTAG的TDO接口與EPM7000S芯片的第7引腳連接，EMUO與EPM7000S芯片的第13引腳連接，EMUl與EPM7000S芯片的第14引腳連接，EMU0、EMU1還分別通過上拉電阻R3、R4與3.3V電源連接，所述EPM7000S芯片的第5引腳接3.3V電源，第4、6、8、10、12引腳接地；所述功率驅(qū)動(dòng)控制電路包括依次連接的隔離電路、基準(zhǔn)穩(wěn)壓電路、比較驅(qū)動(dòng)電路和加熱保護(hù)電路；所述檢測(cè)反饋電路中，橋式電路將SMA微小電阻變化轉(zhuǎn)化成電壓信號(hào)，信號(hào)經(jīng)拾取后，經(jīng)儀表放大器AD623將信號(hào)放大調(diào)理，再以差動(dòng)方式輸入24位高精度A/D轉(zhuǎn)換器CS5532，將其模擬信號(hào)變成數(shù)字信號(hào)，再經(jīng)SPI串行總線送入主微處理器進(jìn)行數(shù)據(jù)標(biāo)定及相關(guān)處理，得到實(shí)際值。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的SMA驅(qū)動(dòng)剛彈耦合微吸盤控制系統(tǒng)，其特征在于，所述單片機(jī)的型號(hào)為W77E58。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的SMA驅(qū)動(dòng)剛彈耦合微吸盤控制系統(tǒng)，其特征在于，所述R3、R4電阻的型號(hào)均為4k7。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的SMA驅(qū)動(dòng)剛彈耦合微吸盤控制系統(tǒng)，其特征在于，所述激光位移傳感器包括感測(cè)頭LB-300和控制器LB-1200，氣壓傳感器采用MPX5100，氣壓傳感器檢測(cè)負(fù)壓信號(hào)，經(jīng)過調(diào)理、濾波、數(shù)/模轉(zhuǎn)換后傳給單片機(jī)。
【專利摘要】本實(shí)用新型公開了一種SMA驅(qū)動(dòng)剛彈耦合微吸盤控制系統(tǒng),包括依次連接的PC服務(wù)器、單片機(jī)、FPGA、功率驅(qū)動(dòng)電路、SMA微吸盤和檢測(cè)反饋電路，所述FPGA包括控制電路和PWM模塊，所述SMA微吸盤與單片機(jī)之間設(shè)有激光位移傳感器，所述檢測(cè)反饋電路與單片機(jī)之間設(shè)有A/D轉(zhuǎn)換電路；本實(shí)用新型針對(duì)SMA智能材料的驅(qū)動(dòng)和傳感性能，利用SMA在相變過程中能輸出較大驅(qū)動(dòng)力，采用FPGA產(chǎn)生脈沖寬度調(diào)制驅(qū)動(dòng)控制方式，電阻檢測(cè)反饋電路對(duì)電流進(jìn)行反饋控制，并對(duì)吸盤負(fù)壓進(jìn)行測(cè)量，實(shí)現(xiàn)仿生微吸盤SMA驅(qū)動(dòng)控制，本實(shí)用新型具有較好的精度和一定的響應(yīng)速度，而且有良好的適應(yīng)性和自保護(hù)能力。
【IPC分類】G05B19-042
【公開號(hào)】CN204479983
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201520181380
【發(fā)明人】習(xí)俊梅
【申請(qǐng)人】南昌工程學(xué)院
【公開日】2015年7月15日
【申請(qǐng)日】2015年3月30日