【正文】 先進 服務(wù)業(yè) 的支撐技術(shù)和信息化社會的新興產(chǎn)業(yè)，將對未來生產(chǎn)和社會發(fā)展起著越來越重要的作用。國外專家預(yù)測，機器人 禮儀小姐 產(chǎn)業(yè)是繼汽車、計算機之后出現(xiàn)的一種新的大型高技術(shù)產(chǎn)業(yè) 隨著時 代的發(fā)展，機器人禮儀小姐可以代替服務(wù)臺功能而進行導(dǎo)購，導(dǎo)游，問詢等工作是一種新穎引客服務(wù)工具，是一種娛樂，趣味性機器人。它可以具有多種擬人功能，諸如移動，轉(zhuǎn)身，招手，擺手，握手，眨眼，轉(zhuǎn)眼，點頭，搖頭，觸覺手感以及避碰接近覺等，還可以用原聲，童聲，老年聲，女聲等變調(diào)語音與顧客對話。顧客能從機器人禮儀小姐的屏幕中看到自身的形象，以增加歡樂的氣氛。 機器人禮儀小姐是一種獨特的創(chuàng)意，它能自動感應(yīng)識別顧客進出同時鞠躬行禮問候說相應(yīng)的禮貌用語。隨意播放語音，更換衣服禮儀服務(wù)，可取代禮儀小姐 1． 3 課題的研究對象、目標(biāo) 、方法 機器人禮儀小姐的控制電路包括：紅外發(fā)射電路（光監(jiān)測電路），紅外接收電路，聲音電路，眼睛電路，驅(qū)動電路，控制電路。 機器人禮儀小姐立于大門內(nèi)，設(shè)大門在其左側(cè)。當(dāng)有客人進門時發(fā)射電路向左前方發(fā)射的紅外光被客人反射回來，又紅外接收電路 1 接收到，并通過控制電路同時使：驅(qū)動電路使驅(qū)動電機 A 正轉(zhuǎn)，機器人頭部向左轉(zhuǎn)，并抬起右手示意；聲音電路發(fā)出“歡迎光臨”的語音；眼睛電路使機器人雙眼閃爍。數(shù)秒鐘后，機器人禮儀小姐頭部轉(zhuǎn)回，右手放下，恢復(fù)待命狀態(tài)。 當(dāng)有客人離開而向門外走時，紅外發(fā)射電路享有前方發(fā)出的紅外光被客人反射回來，由紅外接收電路 2 接收，并通過控制電路同時使：驅(qū)動電路驅(qū)動電動機B 正轉(zhuǎn)，機器人禮儀小姐頭部向右轉(zhuǎn)動，并抬起左手示意；聲音電路發(fā)出“謝謝光臨”的語音；閃光電路使機器人禮儀小姐的雙眼閃爍。數(shù)秒鐘后，機器人禮儀小姐頭部轉(zhuǎn)回，左手放下，恢復(fù)待命狀態(tài)。 1． 4 本論文各部分的主要內(nèi)容 第一章總體介紹了機器人禮儀小姐的設(shè)計目的現(xiàn)狀前景等。 第一章 引言 3 第二章對機器人禮儀小姐設(shè)計所需器材元器件作了選擇，主要根據(jù)機器人禮儀小姐的實際應(yīng)用情況，以及機器人禮儀小姐的設(shè)計要求，會和顧客說話招手示意等。選擇了 AVR 單片機中的 AT90S8535，以及直流電機。 第三章從總體上對所選單片機 AT90S8535 作了介紹，然后對單片機的引腳，存儲器，中央處理器等作了說明。 第四章對機器人禮儀小姐的驅(qū)動電路的主要元件直流電機的原理結(jié)構(gòu)等作了簡要的介紹。 第五章是本論文的關(guān)鍵所在，應(yīng)用前面做好的鋪墊，從機器人禮儀小姐的各個功能要求出發(fā)，有針對性的作了各部分電路的設(shè)計，并對每一部分作了詳細的說明。最后以總體電路圖作結(jié)。 第二章 機器人禮儀小姐的制作工具 4 第二章 機器人禮儀小姐的制作工具 機器人禮儀小姐十一種自動化了的機器，它是一種能夠通過通信 技術(shù)或編程等手段完成特定任務(wù)的智能化工具。它是基于計算機技術(shù)的學(xué)習(xí)平臺、講機械傳動和單片機應(yīng)用有機結(jié)合的模塊，主要內(nèi)容有單片機機器控制程序、單片機與其控制電路和單片機與傳動電路等?？梢姍C器人禮儀小姐核心控制部件是單片機以及驅(qū)動電機。 單片機的選擇 什么是 AVR 單片機？ 單片機又稱微控制器，它不是完成一個邏輯功能的芯片，而是把一個計算機系統(tǒng)集成到一個芯片上。概括地說，一塊芯片就成了一臺計算機。單片機技術(shù)是計算機技術(shù)的一個分支，是簡易機器人的核心元件。日常生活中的 VCD 機、 DVD機、數(shù)字電視機、 自動化洗衣機、空調(diào)及其遙控器等設(shè)備都使用各種各樣單片機：同時在工業(yè)控制、智能機器、智能武器、智能化儀表和儀器等領(lǐng)域，他也得到了廣泛應(yīng)用。 目前，市場上的單片機種類繁多，功能不一。 AVR 單片機是美國 ATMEL 公司1007 年推廣的單片機系列。 ATMEL 公司把 51 單片機內(nèi)核與其擅長的 FLASH 制造技術(shù)相結(jié)合，推出可重復(fù)擦寫 1000 次以上且低功耗的 89C51/52/1051/2051 等產(chǎn)品，取代了其他 51 單片機系列，稱霸單片機市場數(shù)年。 1997 年，由 ATMEL 公司挪威設(shè)計中心的 A 先生與 V 先生，利用 ATMEL 公 司的 FLASH 新技術(shù)，共同研發(fā)出RISC 精簡指令集的高速 8 位單片機，簡稱 AVR。 AVR 單片機是目前市場上廣泛流行的通用單片機之一，硬件、軟件平臺齊全。只要會操作電腦，即可進行單片機的學(xué)習(xí)、開發(fā)應(yīng)用以及機器人的創(chuàng)新制作。 AVR單片機解決了機器人創(chuàng)新開發(fā) 6 大平臺，是機器人的創(chuàng)新開發(fā)更簡單。 為什么選擇 AVR 單片機 單片機已廣泛的應(yīng)用于軍事、工業(yè)、家用電器、便攜式智能儀表、機器人制作領(lǐng)域，使產(chǎn)品功能、精度和質(zhì)量大幅度提高，故障率低，可靠性高，成本低。單片機的種類很多，在簡易機器人的制作和創(chuàng)新中，為什么 選用 AVR 單片機呢？ 簡便易學(xué)，費用低廉 首先，對于非專業(yè)人員來說，選擇 AVR 單片機的最主要原因是進入 AVR 單片機開發(fā)的門檻非常低。只要會操作電腦，就可以學(xué)習(xí) AVR 單片機的開發(fā)，單片機第二章 機器人禮儀小姐的制作工具 5 初學(xué)者秩序一條 ISP 下載線，把編輯、調(diào)試通過的軟件程序直接在線寫入 AVR單片機，就可以開發(fā) AVR 單片機系列中的各種各樣封裝的器件，也可自己動手制作一條 ISP 下載線。因此 AVR 單片機在業(yè)界號稱“一線打天下”。 其次， AVR 單片機便于升級。 AVR 程序可以并行寫入，也可用串行 ISP 在線編程擦寫，即不必將 IC 芯片拆下拿到萬用編程器 上擦寫，而是直接在電路板上進行程序修改、燒錄等操作即可，這樣便于產(chǎn)品升級。 ISP 在線編程是今后單片機編程的發(fā)展方向。 再次， AVR 單片機費用低廉。學(xué)習(xí) AVR 單片機可使用 ISP 在線下載編程方式，不需購買仿真器、編碼器、擦抹器、芯片適配器等，即可進行所有 AVR 單片機的開發(fā)應(yīng)用。這樣可節(jié)省很多開發(fā)費用。同時， AVR 單片機的程序存儲器 {—— 可像閃電一樣快速的擦寫，或稱快速擦寫 }構(gòu)成的，程序存儲器擦寫可達 10000 次以上，不會產(chǎn)生報廢品。 另外， AVR 單片機可做到硬件軟化以及軟件硬化。對于電子設(shè)計、電子制作、智能電子 和機器人制作等，用 AVR 單片機可以很低的成本來方便、快速、高效的完成。 高速、低耗、保密 首先， AVR 單片機是高速嵌入式單片機。 AVR 單片機硬件應(yīng)用哈拂結(jié)構(gòu)，具有預(yù)取指令功能，即在執(zhí)行一條指令時，預(yù)先把下一條指令取進來，使得指令可以在 1 個時鐘周期內(nèi)執(zhí)行。 多累加器型，數(shù)據(jù)處理速度快。很多單片機只有一個累加器，就像走獨木橋，通過累加器的速度很慢。而 AVR 單片機具有 32 個通用工作寄存器，相當(dāng)于有 32條立交橋，可以快速通過。同時， AVR 單片機系列中有 128 字節(jié) 4 千字節(jié)的 SRAM靜態(tài)隨機存儲器，可靈活的使用 指令運算，存放數(shù)據(jù)。 中斷響應(yīng)速度快。 AVR 單片機有多個固定中斷向量入口地址，可快速響應(yīng)中斷。 高級 C 語言編程效率高。從高級 C 語言代碼完成同一任務(wù)實例來比較，8MHZAVR 單片機的速度相當(dāng)于 224MHZ 的 8051 的單片機，即 AVR 比 8051 塊 28 倍。 其次， AVR 單片機耗能低。它具有休眠省電功能及閑置低功耗功能，一般功耗在 ， WDT 關(guān)閉時耗電為 100nA，這更適用于電池供電的應(yīng)用設(shè)備。有的器件自工作電壓可低至 第二章 機器人禮儀小姐的制作工具 6 最后， AVR 單片機保密性好。它具有不可破譯的位加密鎖 LOCK BIT 技術(shù)，保密位單元深藏于芯片內(nèi)部，無法用于電子顯微鏡看到?？啥啻螣龑懙?FLASH，前具有多重密碼鎖死功能，并可多次更改程序，而不浪費 IC 芯片或電路板。 3． I/O 口功能強，具有 A/D 轉(zhuǎn)換等電路 AVR 單片機的 I/O 口是真正的 I/O 口，能正確地反映 I/O 口輸入 /輸出的真實情況。 I/O 口有輸入 /輸出、三臺高阻輸入，也可設(shè)定內(nèi)部拉高電阻輸入端的功能，以便各種應(yīng)用需要。工業(yè)及產(chǎn)品具有大電流 1040mA，可直接驅(qū)動可控硅SSR 或繼電器，節(jié)省了外圍驅(qū)動器件。 AVR 單片機內(nèi)帶模擬比較器， I/O 口可用作 A/D 轉(zhuǎn)換 ，可組成廉價的 A/D 轉(zhuǎn)換器。 ATmemega48/8/16 具有 8 路 10 位 A/D，功能更強的 ATMEGA128 有128KBFlash、 4KB EEPROM、 4 KB RAM、 53 個 I/O 口、 34 個中斷源、 8 個外中斷源、 SPI、 UART、 8 路 10 位 A/D 以及 ISP。 部分 AVR 單片機可組成另外設(shè)元件單片機系統(tǒng)，如 ATtiny13 、 ATtiny1 ATmega48/8 等部分 AVR 器件，具有內(nèi)部 RC 振蕩器， 18MHZ 的工作頻率，使該類單片機無外加元器件即可工作，簡單方便，成本又低，更適于作加密器件適 用。 AVR 單片機可重設(shè)啟動復(fù)位。它有內(nèi)部電源開關(guān)啟動計數(shù)器，可將低電平復(fù)位直接接 Vcc 端。當(dāng)電源打開時，由于利用內(nèi)部 RC 的看門狗定時器 WDT，所以可延遲 MCU 啟動執(zhí)行程序。這種延遲使 I/O 口穩(wěn)定后執(zhí)行程序，以提高單片機工作的可靠性。某些 AVR 單片機還有復(fù)位電壓調(diào)節(jié)功能供選擇，適用于單片機適用不同電源電壓的場合。有 WDT 實行安全保護，可防止程序亂飛，提高了產(chǎn)品的抗干擾能力。 有功能強大的定時器 /計數(shù)器及通信接口 定時器 /計數(shù)器 T/C 有 8 位和 6 位，可用作比較器。計數(shù)器外部中斷和 PWM用于控制輸出，某些型號 的 AVR 單片機有 3 或 4 個 PWM，使電機無線調(diào)速的理想器件。 AVR 單片機油串行異步通信 UART 接口，不占有定時器和 SPI 同步傳輸功能，因其具有高速特性，故可以工作在一般標(biāo)準整數(shù)頻率下，而波特率可達 576kbps。 綜上所述， AVR 單片機時機器人禮儀小姐的最佳選擇 。根據(jù)機器人禮儀小姐的各方面因素決定選擇 AVR系列單片機中的 AT90S8535。 電機的選擇 第二章 機器人禮儀小姐的制作工具 7 機器人禮儀小姐只有有限的幾種合理的移動方式：輪式、履帶型或步行型。我們這里選擇輪式：兩個驅(qū)動輪各自單獨驅(qū)動，另有一個轉(zhuǎn)向輪。 電機是機器人禮儀小姐的關(guān) 鍵部件。為使機器人禮儀小姐有良好的使用性能，驅(qū)動電機應(yīng)具有寬調(diào)速范圍、高轉(zhuǎn)速和足夠大的起動轉(zhuǎn)矩。此外，由于機器人禮儀小姐的驅(qū)動電機是自由運動的，這要求電機體積小、重量輕、效率高、且具有較好的能量回饋性能 機器人禮儀小姐由于其運動特性一般都采用電機系統(tǒng)供電， 從而限制了交流電機在機器人 禮儀小姐 領(lǐng)域的應(yīng)用。人們更多的是使用直流電機或步進電機來驅(qū)動機器人 禮儀小姐 。 驅(qū)動電機的發(fā)展 直流電機具有優(yōu)良的調(diào)速和啟動性能。它具有調(diào)速范圍廣、平滑性和經(jīng)濟性好、啟動轉(zhuǎn)軸大優(yōu)點，這種對機械拖動具有十分重要的作用。 步進 電機也稱脈沖電機，它可以直接接收來自微處理器的脈沖信號，使電機轉(zhuǎn)過固定的角度，步進電機的速度與給定脈沖的頻率成正比，可以通過控制脈沖個數(shù)來控制角度位移量，從而達到準確定位的目的。 步進電機在要求快速起停和精確定位的場合得到了廣泛的應(yīng)用 在工業(yè)中大量應(yīng)用的交流異步電機雖然結(jié)構(gòu)簡單，卻有著調(diào)速精度不高的問題，且與機器人自由移動的特性不符，交流同步電機也存在著控制復(fù)雜的缺點 。 其優(yōu)缺點 如下圖所示 ， 電機類型 優(yōu)點 缺點 應(yīng)用場合 直流電機 容易購得 型號多 功率大 接口簡單 適合大型機器人 太快， 電流通常較大 較貴 控制復(fù)雜 大型機器人 步進電機 精確的速度控制 型號多 適合室內(nèi)機器人的速度 接口簡單 便宜 功率和自重比小 電流通常較大 體積大 很難與車輪裝配 負載能力低 功率較小 控制復(fù)雜 跟蹤機器人 迷宮機器人 表 第二章 機器人禮儀小姐的制作工具 8 綜上所述，根據(jù)機器人禮儀小姐的具體要求可以得出，直流電機是機器人禮儀小姐電機的最佳選擇。 電機控制技術(shù)的發(fā)展 近些年來，隨著現(xiàn)代電力電子技術(shù)、控制技術(shù)和計算機技術(shù)的發(fā)展，電機的應(yīng)用技術(shù)也得到了進一步發(fā)展，新產(chǎn)品、新技術(shù)層出不窮 。由于應(yīng)用了電力電子技術(shù)，電機的控制技術(shù)變得更加靈活，效率也更高了。己由過去簡單的起?？刂啤⑻峁﹦恿槟康膽?yīng)用，上升到對其速度、位置、轉(zhuǎn)矩等進行精確的控制，以及這些被控量的綜合控制，使被控制的機械運動更符合預(yù)想要求。因此現(xiàn)代電機控制技術(shù)離不開功率器件和電機控制器的發(fā)展 。 在電氣時代的今天．電動機 — 直在現(xiàn)代化的生產(chǎn)和生活中起著十分重要的作用。無論是在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、交通運輸、國防、航空航天、醫(yī)療衛(wèi)生、商務(wù)與辦公設(shè)備．還是在日常生活中的家用電器，都大量地使用著各種各樣的電動機。據(jù)資料統(tǒng)計，現(xiàn)在有 90%以上的動力源來 自于電動機。我國生產(chǎn)的電能大約有 60%用于電動機。電動機與人們的生 活息息相關(guān)，密不可分。 我們都知道，動力和運動都可以相互轉(zhuǎn)換的，從這個意義上來講．電動機也是最常用的運動源。對運動控制的最有效方式是對運動源的控制，因此，常常通過對電動機的控制來實現(xiàn)運動控制。實際上國外上已將電動機