内镶型新式电机的多功效带动扼制体系构建

    检测模块基于应变反馈的曲率检测模块由电桥电路、放大电路和滤波电路组成。以平面弯
曲

ESMAA 曲率传感为例，两根相同半径的 SMA 丝平行弹性棒轴线嵌入，平面弯曲内嵌式

SMA 电机丝与棒的半径分别为 rs 与 Rr。其中，w1 为回复丝，与棒轴线重合，记忆为 U 形 。
w2 为恢复丝，偏心矩为 d1，记忆为直线态。电机运行方向是确定的，可按图示方法配置两
片应变片

G1 和 G2。当电机运行时，G1 受压，而 G2 受拉，因 G1 和 G2 对称粘贴，故二者

电阻变化量相等，极性相反，由

1/2 电桥得到输出电压，经放大滤波后送入 DSP，通过软

件处理输出一定占空比的

PWM 波。

 
    初始化工作包括：初始化时钟寄存器，与通用定时器相关的寄存器，A/D 转换模块，串
口通信模块，以及关闭看门狗等。主程序流程图中断事件包括：通过定时器

T2 中断采集应

变片信息及实现控制算法；通过

T1 和 T3 中断产生 PWM 输出，产生对 ESMAA 加热电流

进行控制的脉冲；通过外部中断实现键盘输入，便于人机交换，完成各

ESMAA 单元电机

的启停及占空比增减等功能。机械手位置传感器的电压输入通过放大、滤波后接入

F2407 片

内

A/D 转换通道。在 T2 中断发生后，A/D 转换模块分别采集拟人手各指节的位置信息，采

用分段多模式

PI 控制算法调整输出加热脉冲占空比。

 
    TMS320F2407 芯片工作时，在定时器连续增计数模式下，使能定时器的比较操作，通过
设置定时器周期中断，定时周期寄存器就可以产生连续的周期信号，再通过改变定时比较
寄存器的值控制脉宽，即可产生任意调制的

PWM 波形。通过定时器 T1 与 T3 的周期中断，

产生

6 路 PWM 波形。在定时器周期中断服务子程序内，改变比较寄存器的值，从而改变

PWM 波形的占空比。在相关硬件配置条件下，初始化 DSP 的 CPUCLK 为 10MHz，将定时
器

T1 的周期寄存器 T1PR 设置为 F000h，定时器 T3 的周期寄存器 T3PR 设置为 F024h.T1

产生的

PWM 信号的频率等于 40kHz，T3 产生的 PWM 信号的频率接近 40kHz，使得在定

时器

T1 和 T3 产生的 PWM 频率在满足设计要求前提下，不会同时产生中断，导致冲突。

 
    由于定时器 T1 周期中断和定时器 T3 周期中断共用了内核的 INT2 第 3 级中断。因此，在
INT3 中断服务子程序中，先根据中断向量偏移地址来判断究竟是定时器 T1/T3 哪一个产生
了中断（即确定定时器中断号），再转入相应的子程序。并且，须编写中断保护和恢复代码，
在进入

ISR 时，要对这些寄存器变量进行堆栈保护；在 ISR 完成时，要对这些寄存器变量

进行堆栈恢复。
 
    实验结果为单指节的分段多模式 PI 阶跃响应结果。参数为：误差阈值=2m-1，比例系数
KP=0.05，积分系数 KI=0.006，目标曲率为 18m-1，Umax 为 0.8，采样周期 T=15.4ms.超调
量

<2.0%，稳态误差小于 0.5m-1。曲率误差大于时，输出最大加热电流占空比，电机快速达

到设定曲率，上升时间为

0.55s.

 
    阶跃响应实验机械手由六台单元样机构成，考虑到系统对响应速度、稳定性、定位精度有
较高要求，经操作与轨迹规划后，对六指节同时控制，实现机械手协调运行与精确定位。试
验表明，机械手（限于篇幅，拟人手形图略）基本能够按照预期轨迹运动，但由于模型构