【正文】 .................................................. 41 上位機(jī)軟件調(diào)試 .......................................................................................................... 42 性能分析 ...................................................................................................................... 45 整體調(diào)試結(jié)論 .............................................................................................................. 46 本章小結(jié) ...................................................................................................................... 46 5 結(jié) 論 ...................................................................................................................................... 47 總結(jié) .............................................................................................................................. 47 工作展望 ...................................................................................................................... 47 致 謝 .......................................................................................................................................... 49 參考文獻(xiàn) .................................................................................................................................... 50 附錄 ............................................................................................................................................ 51 附錄 1 3dmax 設(shè)計(jì)圖 ......................................................................................................... 51 附錄 2 機(jī)器人的單元結(jié)構(gòu)圖 ............................................................................................. 52 附錄 3 硬件原理圖 ............................................................................................................. 52 附錄 4 Keil 編程 ................................................................................................................. 54 附錄 5 Labview 原理圖 ...................................................................................................... 55 附錄 6 蛇形機(jī)器人的實(shí)物圖 ............................................................................................ 55 1 1 緒 論 蛇形機(jī)器人研究的背景和意義 隨著科學(xué)的日益進(jìn)步和人們生活水平的不斷提高，機(jī)器人作為 20 世紀(jì)人類的偉大發(fā)明之一，已經(jīng)逐步地進(jìn)入了生產(chǎn)和生活領(lǐng)域。同樣，使用履帶可以改進(jìn)移動機(jī)構(gòu)適應(yīng)地面的能力，但它卻無法充分實(shí)現(xiàn)運(yùn)動的靈活性。在仿生機(jī)械學(xué)中模仿生物蛇而誕生的蛇形機(jī)器人將逐漸具備上述特性，蛇形機(jī)器人模擬自然界蛇的無肢結(jié)構(gòu)具有多關(guān)節(jié)、多自由度、多冗余自由度的特點(diǎn)可以有多種運(yùn)動模式，在許多領(lǐng)域具有廣泛的應(yīng)用前景，如在有輻射、有毒等危險環(huán)境下的偵察和搜索，在地震、塌方及火災(zāi)后的廢墟中搜尋災(zāi)難幸存者，在狹小和危險條下探測和疏通管道，在航空航天 領(lǐng)域可用其作為行星表面探測器軌道衛(wèi)星的柔性手臂，機(jī)器蛇在軍事上同樣具有廣泛的用途，它可以是未來戰(zhàn)場上的重要偵察武器，機(jī)器蛇的多關(guān)節(jié)結(jié)構(gòu)使其具有模塊化可重構(gòu)的優(yōu)點(diǎn)： 1) 即使某一關(guān)節(jié)出了故障也不會影響整體的運(yùn)動且出故障的關(guān)節(jié)易于更換修理； 2) 根據(jù)用途的不同 ,可選用不同類型的關(guān)節(jié)； 3) 機(jī)器蛇的關(guān)節(jié)可以批量生產(chǎn)、價格低廉、質(zhì)量可靠，另外機(jī)器蛇的模塊化設(shè)計(jì)，使其具有良好的拆分組合及可擴(kuò)充性。在此基礎(chǔ)上，日本 大學(xué)發(fā)明了旁邊帶輪子的ACMR3,此種蛇形機(jī)器人結(jié)構(gòu)簡單，并可以實(shí)現(xiàn)直接驅(qū)動的前進(jìn)和后退運(yùn)動、側(cè)面翻滾、螺旋式的轉(zhuǎn)動、一定弧度等各種運(yùn)動形式。在我國范圍內(nèi)，上海交通大學(xué)的教授崔顯世、顏國正等人也創(chuàng)造出了我國第一臺小型蛇形機(jī)器人。 蛇形機(jī)器人的簡介 本 設(shè)計(jì) 以 STC89C51 為控制芯片， 主要由 4 個部分組成，分別為控制部分、機(jī) 械部分、無線傳輸部分、電源部分、上位機(jī)顯示部分 。 LPC2131 通過選擇 GPIO 輸出功能，配置寄存器，通過控制占空比來實(shí)現(xiàn)對不同轉(zhuǎn)動角度的控制，從而可以實(shí)現(xiàn)蛇身上下左右各個角度的轉(zhuǎn)動，即達(dá)到兩個自由度 的運(yùn)動。對于四鍵式無線遙控，主要模塊就是 2262 和 2272 兩個接收和發(fā)射模塊的配合，當(dāng)有按鍵被按下時，電平被拉高，輸出有效的，通過 74LS04 反相器輸出低電平，傳送給ARM 單片機(jī)控制蛇的擺動和 前進(jìn)，其傳輸頻率為 315MHZ。 機(jī)械部分主要是蛇的架構(gòu)及其連接問題，蛇身用內(nèi)徑為 6CM 的 UPVC 管截成 8CM長的小塊，通過用 3DMAX 軟件對架構(gòu)的設(shè)計(jì)及其仿真，形成了最終的便捷、可行性方案，即每個部件采雙 U 形結(jié)構(gòu)制成，并用舵機(jī)作為連接件，采用鉚釘結(jié)構(gòu)固定，每兩個部件為一個單元，蛇身共有 5 個單元，可以充分顯示出蛇的各個規(guī)定動作。 第三章：針對測量距離、液晶顯示、避開障礙物、數(shù)字遙控、蛇體運(yùn)動，從如何實(shí)現(xiàn)、硬件電路以及部分軟件編程入手，進(jìn)行深入分析，設(shè)計(jì)出相應(yīng)的控制方案。首先，深入了解 LPC2131 的應(yīng)用及基本原理。 LPC2131 開發(fā)板上自帶了獨(dú)立鍵盤、 LED 發(fā)光、 5V 蜂鳴器等常用部件。 X T A L 162X T A L 261P 0 .0 /T x D0/ P W M 119P 0 .1 /Rx D0/ P W M 3 /E I N T 021P 0 .2 /S CL0 /C A P 0 . 022P 0 .3 /S DA 0 /M A T 0 .. 0 /E I N T 126P 0 .4 /S CK 0 /CA P 0 .1 / A D 0 . 627P 0 .5 /M I S O 0 /M A T 0 .1 /A D 0 . 729P 0 .6 /M O S I 0 /CA P 0 .2 / A D 1 . 030P 0 .7 /S S E L 0 /P W M 2 / E I N T 231P 0 .8 /T x D1/ P W M 4 / A D 1 . 133P 0 .9 /Rx D1/ P W M 6 /E I N T 334P 0 .1 0 /RT S 1 /CA P 1 .0 / A D 1 . 235P 0 .1 1 /CT S 1 /CA P 1 .1 / S C L 137P 0 .1 2 /DS R1/ M A T 1 .0 / A D 1 . 338P 0 .1 3 /DT R1/ M A T 1 .1 /A D 1 . 439P 0 .1 4 /DCD 1 /E I NT 1 /S D A 141P 0 .1 5 /RI 1 /E I NT 2 /A D1 . 545P 0 .1 6 /E I NT 0 /M A T 0 .2 /CA P 0 . 246P 0 .1 7 /CA P 1 .2 /S CK 1 / M A T 1 . 247P 0 .1 8 /CA P 1 .3 /M I S O 1 /M A T 1 . 353P 0 .1 9 /M A T 1 .2 /M O S I 1 /C A P 1 . 254P 0 .2 0 /M A T 1 .3 /S S E L 1 /E I N T 355P 0 .2 1 /P W M 5 /A D1 . 6 / C A P 1 . 31P 0 .2 2 /A D1. 7 /CA P 0 .0 / M A T 0 . 02P 0 .2 358P 0 .2 5 /A D0. 4 /A O U T9P 0 .2 7 /A D0. 0 /CA P 0 .1 / M A T 0 . 111P 0 .2 8 /A D0. 1 /CA P 0 .2 / M A T 0 . 213P 0 .2 9 /A D0. 2 /CA P 0 .3 / M A T 0 . 314P 0 .3 0 /A D0. 3 /E I NT 3 /CA P 0 . 015V323RS T57V RE F63VSS6V S S A59P 1 .1 6 /T RA CE P K T 016P 1 .1 7 /T RA CE P K T 112P 1 .1 8 /T RA CE P K T 28P 1 .1 9 /T RA CE P K T 34P 1 .2 0 /T RA CE S Y N C48P 1 .2 1 /P I P E S T A T 044P 1 .2 2 /P I P E S T A T 140P 1 .2 3 /P I P E S T A T 236P 1 .2 4 /T RA CE C L K32P 1 .2 5 /E X T I N 028P 1 .2 6 /RT C K24P 1 .2 7 /T DO64P 1 .2 8 /T DI60P 1 .2 9 /T C K56P 1 .3 0 /T M S52P 1 .3 1 /T RS T20V343V351VSS18VSS25VSS42VSS50RT X C13RT X C25V 3 A7V B A T49P 0 .3 117P 0 .2 6 /A D 0 . 510U?L P C21 3 1 圖 21 LPC2131 結(jié)構(gòu)圖 6 LPC2131 的主要功能： （ 1）擁有完全自主的軟硬件設(shè)計(jì)及其仿真調(diào)試功能； （ 2）支持 ARM 的編程環(huán)境 集成開發(fā)環(huán)境及其菲利普公司所有的 ARM 系列微控制器； （ 3）可以進(jìn)行 GPIO 口的控制性試驗(yàn)，例如鍵盤輸入、 LED 控制模擬 ISP； （ 4）與上位機(jī)可以通過 RS232 轉(zhuǎn)換電路進(jìn)行直接通訊，完成 串口實(shí)驗(yàn)； （ 5）可以用提供的人機(jī)界面，進(jìn)行實(shí)時時鐘和串口通信等的調(diào)試； （ 6）有向量中斷功能； （ 7）有 CAT1025 自帶的復(fù)位功能； （ 8）使用鎖存器 74HC595 芯片，可以實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的發(fā)送和接受功能； （ 9）自帶 a/d 轉(zhuǎn)換功能，可以進(jìn)行數(shù)模轉(zhuǎn)換； （ 10）具有 6 路 PWM 波，可以利用占空比控制輸出； （ 11）可以進(jìn)行遠(yuǎn)程的 MODEM 通訊； （ 12）可以對 SD 進(jìn)行讀寫操作； （ 13）可以通過 USB 進(jìn)行串口通信； （ 14）具有看門口和實(shí)時時鐘。 PINSEL0 和 PINSEL1 兩位數(shù)字代表選擇某個引腳何種功能。 （ 3）內(nèi)部共有 37 個用戶可以看見的寄存器。 7 L P C 2 1 3 1直 流 減速 電 機(jī)紅 外 避障M G 9 9 5 舵機(jī)無 線 遙控 圖 22 LPC2131 控制框