随着计算机和自动控制技术的迅速发展,农业机械将迈入高度自动化、智能化时期。采摘机器人的应用可以提高劳动生产率和产品质量,改善劳动条件,解决劳动力不足等问题。本课题所研究的采摘机器人的机械手臂具有5个转动关节,通过对转动关节的控制可以实现对机械手臂的运动控制。本文主要论述了如何以ARM微处理器LPC2114、L298运动控制芯片、永磁式直流力矩电机55LYX02以及AS5045磁旋转编码器为关键器件,通过搭建硬件平台和设计控制程序构建一个具有转角位置反馈功能的关节运动控制系统。文章首先根据采摘机器人手臂5个转动关节的控制要求,从整体上设计出关节控制系统的控制方案。即关节控制系统与上位机是主从式二级CPU的关系,二者通过CAN总线进行通讯;关节控制系统系统一方面接收上位机发出的给定值,一方面接收磁旋转编码器反馈的实际输出值,然后对二者构成的控制偏差进行PID运算,输出控制电压进行修正,从而实现关节转角位置的闭环控制。论文概述了采摘机器人关节控制系统的硬件组成,然后按照结构化设计的思想,依次对以ARM微处理器LPC2114为核心的主控制模块、由L298驱动芯片与直流力矩电动机55LYX02组成的驱动模块和采用AS5045磁旋转编码器为反馈器件的反馈模块的原理和设计方法进行了分析和探讨,给出了实际的电路图或原理图。在软件设计方面,论文从宏观上将控制系统分为初始化模块和运行模块,并分别对各个模块的程序进行了设计。其主要内容包括:系统初始化程序设计、PID控制原理及PID控制程序、电机转向控制程序设计和基于PWM波的电机转速控制程序设计。为了使控制效果更加理想,本文将PID算法与模糊控制相结合,应用模糊自整定PID理论对关节控制系统的算法进行了优化。在MATALB/Simulink环境下,分别构建传统PID控制和模糊自整定PID控制模型,并进行了仿真。对比仿真结果得出以下结论:采用模糊自整定PID控制,系统的响应速度加快、调节精度提高,稳态性能变好,而且没有超调和振荡,具有较强的鲁棒性,这是传统PID控制难以实现的。本文所研制的关节控制系统是小体积、高集成度、具有智能控制方法的高精度直流伺服系统。该控制系统具有模块化、易扩展、可移植、硬件体积小、功耗低、实时性强、可靠性高等优点。