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【24嵌入式设计大赛】基于HPM5300EVK的伺服驱动器设计

发布于 2024-09-17 19:19:15 浏览：239 订阅该版

主控选择：由于硬件有限,因此本项目主控采用的是先楫半导体的HPM5300evk开发板，三个SG90舵机联合驱动机械臂的三轴，具体实现过程如下：

首先定义机械臂的三个轴分别为base底座基轴、FRONT前后轴、UPDOWN上下轴，分别使用HPM5300的GPTMR0的CH0、CH1、CH2;对应引脚分别为：PB7、PB8、PB10；

SG90介绍：
![1726571094695.jpg](https://oss-club.rt-thread.org/uploads/20240917/8e9254c3abac8b824c1f33a0674139d1.jpg.webp)
如图为SG90舵,能够根据控制信号进行精确动作，有效管理电机角度。其特点包括：体积小巧、力矩强大、结构简洁、稳定性卓越。

![1726571150195.jpg](https://oss-club.rt-thread.org/uploads/20240917/01fe75bcb62b55a7ef040c0bfa35110a.jpg.webp)

如图为SG90的四个状态，为此我们定义一个枚举表示机械臂的四种状态，分别为初始位置0度、45°、90度以及135°。

```c
typedef enum{
  robot_angel_0_deg = 1,
  robot_angel_45_deg,
  robot_angel_90_deg,
  robot_angel_135_deg,
}robotic_arm_cmd ;

```
接着定义三个对象代表机械臂的三个轴：每个轴对象包括自身状态status，以及功能指针ctrl。

```c
typedef  struct{
  int axis;
  int status;
  void (*ctrl)(void *);
}roboticArmObj;

roboticArmObj axis0Obj;
roboticArmObj *axis0=&axis0Obj;

roboticArmObj axis1Obj;
roboticArmObj *axis1=&axis1Obj;

roboticArmObj axis2Obj;
roboticArmObj *axis2=&axis2Obj;

```
axis0代表机械臂的基轴，axis1代表机械臂的前后轴，axis2代表机械臂的上下轴，在主程序的入口，首先对三个轴对象进行初始化，并初始化机械臂的初始位置，并且执行轴对象的功能函数运动至指定位置。

```c
static void robot_reset(void)
{
  axis0->axis=APP_BASE_BOARD_PWM_CH;
  axis0->status=robot_angel_90_deg;
  axis0->ctrl=robot_ctrl;
  axis0->ctrl(axis0);

axis1->axis=APP_FRONT_REAR_CTRLl_BOARD_PWM_CH;
  axis1->status=robot_angel_90_deg;
  axis1->ctrl=robot_ctrl;
  axis1->ctrl(axis1);

axis2->axis=APP_UP_DOWN_CTRL_BOARD_PWM_CH;
  axis2->status=robot_angel_135_deg;
  axis2->ctrl=robot_ctrl;
  axis2->ctrl(axis2);
}
```
然后分别创建key_read_pin_thread_entry和read_key_to_ctrl_robot的线程,其中read_key_to_ctrl_robot线程操作时为了防止多个线程同时访问导致的数据竞争问题,添加互斥锁用于保护共享资源,然后启动线程。
两个函数组合实现了按键对机械臂的控制，按下按键，机械臂执行一次对应动作，部分代码如下:

```c
rt_bool_t key_read_init(void)
{
    rt_thread_t tid;

tid = rt_thread_create("key_read", key_read_pin_thread_entry, RT_NULL, THREAD_STACK_SIZE,
                           KEY_THREAD_PRIORITY, THREAD_TIMESLICE);
    if (tid != RT_NULL) {
        rt_thread_startup(tid);
        return RT_TRUE;
    }
    return RT_FALSE;
}

rt_bool_t robot_ctrl_init(void)
{
    robot_mutex = rt_mutex_create("robot_mutex", RT_IPC_FLAG_FIFO);  // Create the mutex
    if (robot_mutex == RT_NULL) {
        rt_kprintf("Failed to create robot mutex\n");
        return RT_FALSE;
    }
    
    rt_thread_t tid1;

tid1 = rt_thread_create("robot_ctrl", read_key_to_ctrl_robot, RT_NULL, THREAD_STACK_SIZE,
                           ROBOT_THREAD_PRIORITY, THREAD_TIMESLICE);
    if (tid1 != RT_NULL) {
        rt_thread_startup(tid1);
        return RT_TRUE;
    }
    return RT_FALSE;
}
```