【正文】 時間間隔，即 “渡越時間 ”。渡越時間法的原理很簡單，很容易實(shí)現(xiàn)。A為介質(zhì)對超聲波能量的吸收系數(shù) 。超聲波發(fā)射器向某 一方向發(fā)射超聲波，在發(fā)射時刻的同時開始計時，超聲波在空氣中傳播，途中碰到障礙物就立即返回，超聲波接收器收到反射波就立即停止計時。壓電式超聲波傳感器實(shí)際上是利用壓電晶體的諧振來工作的。電氣方式包括壓電 型、磁致伸縮型和電動型等 。同時超聲波傳感器不易受到如天氣條件、環(huán)境光照及障礙物陰影、表面粗糙度、裂縫等外界環(huán)境條件的影響。驅(qū)動器的 A、A、 B、 B分別于步進(jìn)電機(jī)的 A、 B、 C、 D端連接，實(shí)現(xiàn)對電機(jī)的控制。 圖 314 步進(jìn)電動機(jī)的驅(qū)動電路圖 Fig The driving circuit of the stepping motor 從單片機(jī) AT89C2051 的 提供驅(qū)動器的 CP 脈沖，由脈沖頻率控制電機(jī)的速度。我們設(shè)計的步進(jìn)電機(jī)控制電路主要由主單片機(jī) ,履帶式移動機(jī)器人及 17 五自由度機(jī)械臂各關(guān)節(jié)步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動器組成。環(huán)形分配器的主要功能是把來自控制環(huán)節(jié)的脈沖序列按一定的規(guī)律分配后，經(jīng)過功率放大器的放大驅(qū)動步進(jìn)電機(jī)的轉(zhuǎn)動。另外還有一種雙脈沖換向方式 :驅(qū)動器接受兩路脈沖信號 (一般標(biāo)注為 CW和 CCW )，當(dāng)其中一路 (如 CW)有脈沖信號時，電機(jī)正向運(yùn)行，當(dāng)另一路 (如 CCW)有脈沖信號時，電機(jī)反向運(yùn)行。這樣，控制系統(tǒng)通過脈沖信號 CP 就可以達(dá)到電機(jī)調(diào)速和定位的目的。 圖 312行程開關(guān)的電路圖 Fig312 The circuit of journey switch 4)步進(jìn)電機(jī)的驅(qū)動系統(tǒng)設(shè)計 步進(jìn)電機(jī)是一種作為控制用的特種電機(jī)，它的旋轉(zhuǎn)是以固定的角度 (稱為 “步進(jìn)角 ”)一步一步運(yùn)行的。 當(dāng)機(jī)器人各關(guān)節(jié)轉(zhuǎn)動到極限位置時通過機(jī)械力使觸點(diǎn)閉合， Uol=VCC，光電藕合器的發(fā)光二極管發(fā)光，光電三極管導(dǎo)通， Uo2= L，通過 74LS14整形 Uo3= H”利用此信號去觸發(fā)下位機(jī) AT89C2051 的外中斷 0。諧波減速器與一般的齒輪等減速器相比較具有顯著的優(yōu)點(diǎn) :單級傳動比大，且范圍廣，精度高，空回小，承載能力大，效率高，體積小，重量輕，傳動平穩(wěn)，噪聲小，可向密封空間傳遞動力。機(jī)械臂的五個關(guān)節(jié)都選用諧波減速器進(jìn)行減速。五個關(guān)節(jié)都用兩相混合式步進(jìn)電機(jī)進(jìn)行驅(qū)動，這些電機(jī)都具有體積小、震動小、力矩相對大等特點(diǎn)。當(dāng)用不同脈沖頻率驅(qū)動時，履帶車轉(zhuǎn)彎一前進(jìn)或后退，當(dāng)以相同頻率但相序相反的脈沖驅(qū)動時，兩履帶向相反方向運(yùn)動，履帶車在原地旋轉(zhuǎn)。 最大靜轉(zhuǎn)矩 T：即矩角特性上最大電磁轉(zhuǎn)矩值。 表 31步進(jìn)電機(jī)的參數(shù)表 Table31 The parameter of step motor 相數(shù) 5 步距角 /176。 履帶式移動機(jī)器人的兩條履帶都用步進(jìn)電機(jī)進(jìn)行 驅(qū)動，在此選用的是北京四通公司的兩臺 130BYG550ESAKRNI 0801型五相混合式步進(jìn)電機(jī)。起動、停車、反轉(zhuǎn)及其他運(yùn)行方式的改變，都在少數(shù)脈沖內(nèi)完成，在一定的頻率范圍內(nèi)運(yùn)行時，任何運(yùn)行方式都不會丟步。因此可 以組成結(jié)構(gòu)較為簡單而又具有一定精度的開環(huán)控制系統(tǒng)，也可以在要求更高精度時組成閉環(huán)控制系統(tǒng)。步進(jìn)電機(jī)的運(yùn)動狀態(tài)和通常勻速旋轉(zhuǎn)的電動機(jī)有一定的差別，它是步進(jìn)形式的運(yùn)動，故也稱其為步進(jìn)電動 13 機(jī)。 圖 310從單片機(jī)時鐘電路圖 Fig310 The interior surge circuit of subsidiary SCM 圖 311 從單片機(jī)的復(fù)位電路圖 Fig311 The diaplasis circuit of the subsidiary SCM 2）履帶式移動機(jī)器人的驅(qū)動系統(tǒng)設(shè)計 步進(jìn)電機(jī)是一種將電脈沖信號轉(zhuǎn)換成角位移 (或線位移 )的機(jī)電元件。 。6 個中斷源 。 它執(zhí)行速度快，有良好的性能價格比，因而得到越來越廣泛的應(yīng)用。 根據(jù)主單片機(jī)各部分電路可以獲得主單片機(jī)各接口連接即主單片機(jī)控制系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖 38。 在主單片機(jī) SPCE061A中 IOB7和 IOBl0必須分別被設(shè)置為輸入和輸出管腳來作為 RxD和 TxD管腳。異步串 行方式是以字符為單位，一個字符一個字符地傳送，并且每一個字符是要用起始位和停止位作為字符開始和結(jié)束的標(biāo)志。由于每一瞬間只傳送一位數(shù)據(jù)，需要的傳送線路少，成本低，是各種數(shù)據(jù)設(shè)備之間特別是遠(yuǎn)距離數(shù)據(jù)傳輸?shù)闹饕绞?。但是由?SPCE061A 片內(nèi)只有 32K FLASH和 2K字的 SRAM，很難滿足大容量存儲的需求。 2）復(fù)位電路 μ’ nSP?的復(fù)位 SPCE061A的復(fù)位是在； RESET端加上一個低電平，使單片 機(jī)內(nèi)的各寄存器的值變?yōu)槌跏贾?，?fù)位結(jié)束開始工作時程序?qū)⒂蓛?nèi)部 FLASH存 儲器 8000H地址單元取指執(zhí)行程序。由于阻容振蕩的電路時鐘不如外接 晶振準(zhǔn)確，時鐘電路采用外接晶振。 7 主單片機(jī)的作用是根據(jù)遙控計算機(jī)的命令，控制各從單片機(jī)進(jìn)而實(shí)現(xiàn)各從單 片機(jī)對步進(jìn)電機(jī)運(yùn)動的控制。 SPCE061A 里只 移動機(jī)器人的微控器系統(tǒng)圖如圖 31所示。 由于機(jī)器人的為一個 5自由度的關(guān)節(jié)式機(jī)械手和一個 2自由度的履帶組成，采用兩級單片機(jī)控 制， 5 個從單片機(jī)分別控制 5 個步進(jìn)電機(jī)，作為關(guān)節(jié)控制驅(qū)動系統(tǒng)，接受主單片機(jī)的指令并執(zhí)行指令，實(shí)現(xiàn)對各關(guān)節(jié)的運(yùn)動控制等功能。下位機(jī)完成各個關(guān)節(jié)的位置 6 控制，并把相關(guān)的數(shù)據(jù)傳送給上位機(jī)。 移動機(jī)器人的微控制系統(tǒng)設(shè)計 目前，移動機(jī)器人控制系統(tǒng)主要有三種結(jié)構(gòu)方式 :集中控制方式、主從控制方式和分布式 控制方式。此外，機(jī)器人還配備了多個超聲波傳感器和其他傳感器用于機(jī)器人感知障礙物， 完成緊急壁障。驅(qū)動輪是由兩個能夠異步運(yùn)行的步進(jìn)電機(jī)組成，通過對兩個步進(jìn)電機(jī)的控制，就能夠控制機(jī)器人的速度與轉(zhuǎn)向。圖 21為履帶式移動機(jī)器人的運(yùn)動機(jī)構(gòu)簡圖。肩關(guān)節(jié)可繞 Y軸旋轉(zhuǎn) 肘關(guān)節(jié)可繞 Y軸旋轉(zhuǎn) 腕關(guān)節(jié)可繞 Y 軸旋轉(zhuǎn) ，繞 X 軸旋轉(zhuǎn) 。當(dāng)以相反脈沖驅(qū)動時，可以看成是繞固定軸的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動。 此外比較著名的機(jī)器人試驗(yàn)平臺還有 Martin 公司推出的 Alvin,Fmc 公司的ARV,RWI公司的 RobulabIII等等。這種新型警用機(jī)器人不但能像其他普通機(jī)器人那樣，處理那些對于人類來說危險過大或無法處理的緊急情況，如拆除爆炸物等。 2020年 7月 7日美國的 “機(jī)遇 ”號火星探測機(jī)器人成功升空，開始踏上去火星找尋水和生命存在蹤跡的漫漫旅途。一大批世界著名的公司開始研制移動機(jī)器人平臺，這些移動機(jī)器人主要 作為大學(xué)實(shí)驗(yàn)室及研究機(jī)構(gòu)的移動機(jī)器人實(shí)驗(yàn)平臺，從而促進(jìn)機(jī)器人學(xué)多種研究方向的出現(xiàn)。斯坦福研究院 (SRI)的 Nils Nilssen和 Charles Rosen等人，在 1966年至 1972年中研制出了取名為 Shakey的自主移動機(jī)器人。按功能和用途來分，可分為醫(yī)療機(jī)器人、軍用機(jī)器人、助殘機(jī)器人、清潔機(jī)器人等 。專業(yè)技術(shù)為一體，跨計算機(jī)、自動控制、機(jī) 械、電子等學(xué)科。劇中描寫了一家公司發(fā)明并創(chuàng)造了一大批能聽命于人，能勞動且形狀像人的機(jī)器，公司用 這些機(jī)器從事各種日常勞動，甚至取代了各國工人的工作，后來的研究使這些機(jī)器有了感情，進(jìn)而導(dǎo)致它們發(fā)動了反對主人的暴亂。例如在軍事偵察、掃雷排險、防止核化污染等危險與惡劣環(huán)境以及民用中的物料搬運(yùn)上具有廣闊的應(yīng)用前景，所以機(jī)器人所面臨的環(huán)境是未知的、不可預(yù)測的、非人為的構(gòu)造的環(huán)境，機(jī)器人所完成的任務(wù)也越來越復(fù)雜。現(xiàn)在全世界有近 100 萬臺機(jī)器人，銷售額每年增長 20%以上，機(jī)器人技術(shù)和工業(yè)得到了前所未有的飛速發(fā)展。AT89C2051。，由于其具有廣闊的運(yùn)動空間，無線通信成為移動機(jī)器人所必須具備的通信方式。 SPCE061A。機(jī)器人從爬行到學(xué)會直立行走，僅僅用了 20 年，而人類的這一過程則經(jīng)歷了上百萬年。人們期望機(jī)器人在許多人類不能及的區(qū) 域能代替人類勞動完成更復(fù)雜的任務(wù)。查培克 ( )編寫了一部幻想劇 :《羅沙河的萬能機(jī)器人》。近年來對移動機(jī)器人的研究屬于智能機(jī)器人范疇，它集人工智能、智能控制、信息處理、圖像處理、檢測與轉(zhuǎn)化等。按控制體系結(jié)構(gòu)分，可分為功能式 (水平 )結(jié)構(gòu)機(jī)器人、行為 (垂直 )結(jié)構(gòu)機(jī)器人和混合式機(jī)器人 。移動機(jī)器人的研究始于 20 世紀(jì)60年代末期。 20世紀(jì) 70年代末隨著計算機(jī)的應(yīng)用和傳感技術(shù)的發(fā)展，移動機(jī)器人研究又出 現(xiàn)了新的高潮，特別是 80 年代中期，設(shè)計和制造機(jī)器人的浪潮席卷全世界。為了在火星上進(jìn)行長距離探險，又開始了新一代的樣機(jī)的研制，命名為 Rocky 并在 Lavic 湖的巖溶流上和干枯的湖床上進(jìn)行了成功的試驗(yàn)。這種未來的警用機(jī)器人雖不具備電影《機(jī)械戰(zhàn)警》中描述的智能和強(qiáng)大功能，但是對于執(zhí)行一些特殊任務(wù)卻具有非常重要作用，并將掀起一場警用和軍用器械革命。該機(jī)器人制造和測試成功以后，對于警察在未來作戰(zhàn)時大幅度減少人員傷亡具有非常重要意義。履帶式移動機(jī)構(gòu)由兩臺步進(jìn)電機(jī)分別驅(qū)動兩條履帶，以相同脈沖驅(qū)動時，實(shí)現(xiàn)直線前進(jìn)或后退，以不同脈沖驅(qū)動時可實(shí)現(xiàn)曲線運(yùn)動。整