【正文】 hTem （ ） 式中 n0＝ Ua/Kt,Kh=Ra/KtKe ,而 Ua 為電樞電壓， Kt 為轉(zhuǎn)矩常數(shù)， Ra 為電樞電阻， Ke 為電勢(shì)常數(shù)，電機(jī)的電磁轉(zhuǎn)矩 Tem應(yīng)為 Tem＝ Ctφ Ia= KtIa （ ） 式中 Ia 為電樞電流， Ct 為常數(shù)，φ為磁通量。機(jī)械特性是線性的，當(dāng)電壓一定時(shí)，轉(zhuǎn)速升高則轉(zhuǎn)矩下降。由圖 可以看出，隨著控制電壓 Ua 增大，電機(jī)的機(jī)械特性曲線平行地向轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)矩增加的方向移動(dòng)，但斜率不變，所以電樞控制時(shí)電機(jī)的機(jī)械特性是一組平行線。調(diào)節(jié)特性曲線上從原點(diǎn)至啟動(dòng)電壓點(diǎn)的這一電機(jī) 段橫坐標(biāo)所示的區(qū)域被稱為伺服電機(jī)某一電磁轉(zhuǎn)距值所對(duì)應(yīng)的死區(qū)。動(dòng)態(tài)特性本質(zhì)上是由過(guò)渡過(guò)程來(lái)描述的。他通常可以看成一個(gè)慣性環(huán)節(jié)來(lái)建立傳遞函數(shù)。從式 ()知，當(dāng)時(shí)，電機(jī)的角速度上升到穩(wěn)定角速度的 倍；當(dāng)時(shí)間 t=4τ m時(shí)，電機(jī)角速度ω = 0，一般可認(rèn)為 (b) ω La ω 0 Ua M Ea 0 t τ m 圖 直流電機(jī)等效電路 電機(jī)的過(guò)度過(guò)程已結(jié)束。對(duì)于需要大驅(qū)動(dòng)力低轉(zhuǎn)速場(chǎng)和場(chǎng)合，可以用齒輪鏈、同步皮帶等裝置處理。他必須和電機(jī)的電源分開(kāi)，形成單獨(dú)供電。 從 伴舞 機(jī)器人的執(zhí)行過(guò)程來(lái)看， 它由單片機(jī)的初始化程序，包括外部中斷、定時(shí)器中斷、串行中斷、舞蹈動(dòng)作初始化 。 舞蹈動(dòng)作的編輯 舞蹈最顯著的特征是步調(diào)、節(jié)奏和動(dòng)作幅度，反映在機(jī)器人上就應(yīng)該控制機(jī)器人的各個(gè)關(guān)節(jié)的的電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)快慢、時(shí)間和角度。 一整套的舞蹈動(dòng)作其實(shí)是由一個(gè)一個(gè)的單獨(dú)的舞姿構(gòu)成的， 所以設(shè)計(jì)舞蹈動(dòng)作就必 須先設(shè)計(jì)好每個(gè)舞姿，這時(shí)就需要通過(guò)電機(jī)的滑塊來(lái)實(shí)時(shí)觀察關(guān)節(jié)的位置是否合適，若是合適的話，就把這個(gè)動(dòng)作數(shù)據(jù)添加到數(shù)據(jù)庫(kù)模塊的動(dòng)作表中，接著再調(diào)試下一個(gè)動(dòng)作如此反復(fù)直到把所有的動(dòng)作都編排好了，那么舞蹈動(dòng)作部分也就制作好了。 主程序設(shè)計(jì) 圖 主程序流程圖 根據(jù)前述的機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與電路設(shè)計(jì)，單片機(jī)上的控制程序主要包括一個(gè)主程序和相應(yīng)的中斷服務(wù)子程序。然后進(jìn)入程序中的主循環(huán)，判斷當(dāng)前系統(tǒng)的工作模式是自動(dòng)狀態(tài)還是手動(dòng)狀態(tài) (設(shè)置變量用于標(biāo)識(shí)系統(tǒng)運(yùn)行的狀態(tài)，在機(jī)器人剛通電時(shí)默認(rèn)進(jìn)入主程序 單片機(jī)初始化 等待語(yǔ)音信號(hào) 是否為 開(kāi)始 YY 執(zhí)行對(duì)話 N 執(zhí)行舞蹈 開(kāi)始舞蹈 結(jié)束 N Y 手動(dòng)控制狀態(tài) )。對(duì)碰撞的處理，實(shí)際上就是改變保存舞蹈動(dòng)作的寄存器，由于一定時(shí)間 讀取一次動(dòng)作數(shù)據(jù)，可以理解，對(duì)碰撞的處理僅 在碰撞后的這個(gè)規(guī)定時(shí)間內(nèi)。 for (j=0 。 SCLK_595=1 。 RCK_595=1 。 _nop_() 。} break 。 temp=temp_0。=0xfffd。 state0_A=in0。 count_0=0。 語(yǔ)音識(shí)別的原理如圖 。 (2) BSR_ExportSDWord()。 (2) BSR_GetResult()。 BSR_DeleteSDGroup 用于將 RAM 空間中所有的特征模型數(shù)據(jù)刪除，即清除內(nèi) 存。 15 條語(yǔ)音命令分為三組存放，第一組的第一條命令是機(jī)器人的待命狀態(tài)指令，第二條命令即為導(dǎo)入第二組數(shù)據(jù)，第三條命令為導(dǎo)入第三組數(shù)據(jù)。 該部分主要是判斷單片機(jī)能否驅(qū)動(dòng) 直流 電機(jī)。這部分調(diào)試過(guò)程中發(fā)現(xiàn)有一個(gè)亮著的 LED 不會(huì)閃動(dòng)，檢查了整個(gè)電路沒(méi)有發(fā)現(xiàn)問(wèn) 題，于是我把幾個(gè)光耦對(duì)換了位置，發(fā)現(xiàn)原來(lái)不閃動(dòng)的 LED 會(huì)閃了，但是對(duì)換光耦位置的另一個(gè) LED 出現(xiàn)了同樣的問(wèn)題。 調(diào)試 伴舞機(jī)器人 是一個(gè)相當(dāng)繁瑣的過(guò)程，需要反復(fù)調(diào)試 對(duì) 機(jī)器人 多個(gè) 關(guān)節(jié) 直流電機(jī)的控制，而編排舞蹈則是把調(diào)試好的舞 蹈動(dòng)作按一定順序組合起來(lái)。經(jīng)分析，這是屬于正常情況，因?yàn)槠鋯?dòng)需要克服很大的慣 性，而其電源又不能在瞬間提供很大的電流，所以就沒(méi)有動(dòng)靜。 本設(shè)計(jì)我選擇的是單一的電源供電，但是在調(diào)試初期我先雙電源開(kāi)始調(diào)試，發(fā)現(xiàn)所有的開(kāi)關(guān)器件很難穩(wěn)定地給單片機(jī)送正確值，只有當(dāng)更換新電池或機(jī)器人剛剛啟動(dòng)時(shí)才會(huì)很準(zhǔn)確，經(jīng)過(guò)思考，這都是開(kāi)關(guān)元件消耗電量很大的原因，一旦電池電量不足其工作將會(huì)萎靡不振，于是我們將所有開(kāi)關(guān)器件劃成一個(gè)部分，由一塊電池專門供電。 而電機(jī)的驅(qū)動(dòng)電壓是 12V，因此在使用之前也要用 12V 的電源接上電機(jī)，判斷電機(jī)是否可用。先判斷光電耦合器是否工作。在進(jìn)行總體調(diào)試之前，我進(jìn)行了硬件的檢測(cè)： (1)首先是采用萬(wàn)用表進(jìn)行硬件的檢查，由于本硬件需要焊接的器件較多，在焊接的過(guò)程中可能沒(méi)有連接上，元器件的好壞，是否正常工作等。 在 BSR_SDModel[]中所存儲(chǔ)數(shù)據(jù)為 100 字節(jié)，所以 61 單片機(jī)在語(yǔ)音識(shí)別時(shí)一次最多只能同時(shí)識(shí)別五條語(yǔ)音命令，但 61 單片機(jī)的 flash 閃存為 32K，可儲(chǔ)存較多的語(yǔ)音模型數(shù)據(jù)，所以在本次設(shè)計(jì)中希望可以使機(jī)器人能識(shí)別更多條的語(yǔ)音命令，這里采用了一個(gè)比較巧妙的方法來(lái)實(shí)現(xiàn)，首先將命令分為 5 條一組（共多組）存入 flash 閃存中，第一組命令作為觸發(fā)命令組，在第一次識(shí)別時(shí)根據(jù)識(shí)別的命令載入相應(yīng)的組的特征模型數(shù)據(jù)，在隨后的第二次識(shí)別中在所載入的這一組數(shù)據(jù)中進(jìn)行識(shí)別比較， 流程如圖 所示。 (4) BSR_ImportSDWord()。 BSR_ExportSDWord函數(shù)在 每五 條語(yǔ)音 命令（為一組）訓(xùn)練成功后調(diào)用，用于將這一組 語(yǔ)音 命令 的特征模型數(shù)據(jù)導(dǎo)出到一個(gè) 臨時(shí) 自動(dòng)創(chuàng)建 為 100個(gè)字節(jié)的數(shù)組BSR_SDModel[]中，從而可通過(guò)這個(gè)數(shù)組將 語(yǔ)音特征模型 數(shù)據(jù)寫入 Flash單元進(jìn)行存儲(chǔ)。 圖 61 單片機(jī)識(shí)別流程 實(shí)現(xiàn)語(yǔ)音功能程序的 編寫主要依靠凌陽(yáng)公司提供的 API，使用該 API 需要在程序中鏈接語(yǔ)音庫(kù)文件：“ ” 和包 含頭件：“ ” 。 num_0=0xffff。 if(count_0num_0) { moto0(0)。} break 。 //正轉(zhuǎn) case 2: {temp_0=temp。 temp_0amp。 temp_0|=0x0003。 } void start_595(void) { WR_595()。 } } void OUT_595(void) { RCK_595=0 。j++) { temp_595=temp_5951 。以下為 電機(jī)驅(qū)動(dòng) 的 子 程序 和 74HC595 的應(yīng)用子程序 ： /********************************************************/ /*將顯示數(shù)據(jù)送入 74HC595 內(nèi) 部移位寄存器 */ /********************************************************/ void WR_595(void) { uchar j 。利用定時(shí)器中斷程序可以很容易 的產(chǎn)生直流電動(dòng)機(jī)的控制信號(hào)。所有機(jī)器人的動(dòng)作實(shí)現(xiàn)部分均在子函數(shù)中完成主函數(shù)中只負(fù)責(zé)對(duì)子函數(shù)的調(diào)用如此便保證了良好的維護(hù)性和清晰的代 碼結(jié)構(gòu)。同時(shí) 控制 音樂(lè)播放器 播放舞蹈音樂(lè)，那么我們就可以直觀觀看一到舞蹈機(jī)器人在音樂(lè)聲中翩翩起舞了。因而，如何使伴舞機(jī)器人的動(dòng)作快慢變化錯(cuò)落有致并富有節(jié)奏感將是控制系統(tǒng)必須解決的關(guān)鍵問(wèn)題。其中 串行通信的開(kāi)關(guān)控制量，不 等于 1，表示單片機(jī)進(jìn)入串行中斷等待，等于 1，程序往下執(zhí)行 。 電源的電路原理圖如下： 圖 電源模塊電路圖 7 系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì) 在完成了硬件的設(shè)計(jì)之后，需要進(jìn)行相應(yīng)的軟件設(shè)計(jì)，對(duì)機(jī)器人的控制的思想，是直接通過(guò)軟件程序表達(dá)的。他的優(yōu)點(diǎn)就是容量大，體積小，過(guò)電流大，重量輕。他是衡量過(guò)度過(guò)程的一個(gè)重要指標(biāo)。通常因?yàn)殡姌薪M的電感很小，τ e 比τ m小得多 ,往往可以忽略不計(jì)。為了滿足自動(dòng)控制系統(tǒng)快速響應(yīng)的需要，直流電機(jī)的機(jī)電過(guò)度過(guò)程應(yīng)盡可能短，以便轉(zhuǎn)速的變化能跟上控制信號(hào)的改變。 n n Ua1 Ua2 Ua3 TEM2 TEM1 TEM0 Ua1 TEM0 Ua2 TEM1 O Ua3 Tem o TEM2 圖 直流電機(jī)的機(jī)械特性 圖 直流電 機(jī)的調(diào)節(jié)特性 在直流電機(jī)的電樞上加階躍電壓，轉(zhuǎn)子速度隨時(shí)間的變化規(guī)律稱作直流電機(jī)的動(dòng)態(tài)特性。調(diào)節(jié)特性與橫軸的交點(diǎn)，表示在某一電磁轉(zhuǎn)距是電 機(jī)的啟動(dòng)電壓。但實(shí)際電機(jī)空載運(yùn)行中，即使電機(jī)軸上不帶負(fù)載，因?yàn)樽陨淼目蛰d損耗，電磁轉(zhuǎn)矩并不為零。 （ 1） .機(jī)械特性 機(jī)械特性指控制電壓恒定時(shí)，電機(jī)轉(zhuǎn)速隨轉(zhuǎn)矩變化的關(guān)系。在控制系統(tǒng)鐘，通常用電樞電壓作為控制信號(hào)，電 壓的大小與電機(jī)轉(zhuǎn)速成正比 ，改變電壓極性，電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)方向也隨之改變。因此在精密定位和寬調(diào)速范圍的應(yīng)用場(chǎng)合，一般都選用伺服電機(jī)。為了在電機(jī)連續(xù)旋轉(zhuǎn)條件下電流能順利通過(guò)轉(zhuǎn)子，旋轉(zhuǎn)軸尾部設(shè)置有換向器，它始終與定子的電刷保持接觸，給電機(jī)繞組供電。 直流電機(jī)的特性 直流電機(jī)的結(jié)構(gòu)特點(diǎn) 直流電機(jī)的結(jié)構(gòu)形式很多，但基本的結(jié)構(gòu)是相同的，即必須有定 子，轉(zhuǎn) 子 和換向器。其中以電氣驅(qū)動(dòng)最常見(jiàn)，它按供電的方式又可以分為直流電機(jī)和交流電機(jī)。 驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)是機(jī)器人的手和腳，即運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)和執(zhí)行機(jī)構(gòu)的基本組成部分。 圖 61板 DAC電路 電源電路： 圖 61 板電源電路 61 板電源由 SPY0029 穩(wěn)壓提供。 61 單片機(jī)作為功能強(qiáng)大的語(yǔ)音處理型芯片，為配合它發(fā)揮出好的性能，凌陽(yáng)公司開(kāi)發(fā)了一套完整的具備基本功能的語(yǔ)音模塊電路，這就是凌陽(yáng)公司推出的 61 板。 ， 3FH 在 IC2 內(nèi)， 06H 在 IC1 內(nèi)。 說(shuō)明： 從上可分析：從 產(chǎn)生一上升沿（移入數(shù)據(jù)）和 產(chǎn)生一上升沿 （輸出數(shù)據(jù)）是二個(gè)獨(dú)立過(guò)程，實(shí)際應(yīng)用時(shí)互不干擾。 方法：送位數(shù)據(jù)到 。 （ 2） 主要引腳 14腳：串行數(shù)據(jù)輸入端接 。 2. 串并輸出： 共用 三個(gè)口。光耦電路如下圖所示： 圖 光耦隔離電路 光耦隔離電路圖如下： 圖 光耦隔離電路圖 鎖存器 74HC595模塊 74HC595 的工作原理，鎖存器一般是由 D 觸發(fā)器集成的，可以記住一個(gè)信號(hào)，直到下一個(gè)觸發(fā)信號(hào)到來(lái)為止。輸入和輸出間的電隔離度取決于兩部分供電電源間 的絕緣電阻。 為了更好的防止干擾，電路中使用了 光 電 耦合器 ， 一般由三部分組成：光的發(fā)射、光的接收及信號(hào)放大。因此在硬件上可以采用一些設(shè)計(jì)技術(shù)，破壞干 擾信號(hào)進(jìn)入測(cè)控系統(tǒng)的途徑，從而有效地提高系統(tǒng)的抗干擾能力。單片機(jī)采用 ATMEL89S51 系列單片機(jī) ， 它是 十 六位的高性能 嵌入式 控制器 ， 具有 40 個(gè)可編程的 I/O口，價(jià)格便宜， 但 功能強(qiáng)大且支持在線編程功能 ， 使用十分方便。另外留出串行通信的端口以備以后使用，如圖 所示。 單片機(jī)控制系統(tǒng) 采用單機(jī)完成控制的系統(tǒng)， 在系統(tǒng)中 P1 口作為光電傳感器的輸入端口， —— 作為行走電機(jī)的