【正文】 工作最高速率可達(dá) 20kb/s，也可在較低速率下工作且接收發(fā)射合一。圖像無線傳輸系統(tǒng)將移動(dòng)機(jī)器人前方的攝像頭圖像傳輸?shù)竭b控計(jì)算機(jī)上，合成立體圖像，供遙操作者使用。同一根外部中斷輸入引腳 EXT2上有 4個(gè)中斷源，集電極開路的非門構(gòu)成或非電路，無論哪個(gè)接近開關(guān)動(dòng)作提出中斷請(qǐng)求，都會(huì)使 EXT2的引腳變低，究竟哪個(gè)接近開關(guān)動(dòng)作，可以查詢 IOA0～ IOA3的邏輯電平獲知，它們的優(yōu)先可以由軟件排定，我們這里優(yōu)先級(jí)按接近開關(guān)一至接近開關(guān)四由高到低順序排列。由于主單片機(jī) SPCE061A 只有兩個(gè)外部中斷輸入端。因此，通過觸發(fā)器 (74LS74)清零信號(hào)，可以有效地躲過干擾，同時(shí)這樣會(huì)導(dǎo)致所謂的探測(cè) “盲區(qū) ”問題。接著，經(jīng)過由二極管 D3, D4及電容 21 構(gòu)成的整形電路，對(duì)信號(hào)進(jìn)行第三級(jí)放大整形處理，形成正相脈沖波，最后激發(fā)由三極管 TR2 構(gòu)成的脈沖輸出電路產(chǎn)生中斷申請(qǐng)信號(hào)，使單片機(jī)的 EXT1 口響應(yīng)中斷，并停止高速計(jì)數(shù)器 TimerB的計(jì)數(shù) ，計(jì)算出距離。 1）超聲波傳感器的發(fā)射和接收電路設(shè)計(jì) 超聲波發(fā)射部 分主要由超聲波信號(hào)發(fā)生電路、多路選擇開關(guān)、緩沖升壓放大和超聲波換能器等環(huán)節(jié)構(gòu)成。 Fig316 The chart of ultrasonic distance survey system 1其計(jì)算公式為 1) 2 其中 D為移動(dòng)機(jī)器人與被測(cè)障礙物之間的距離 。超聲波的聲強(qiáng)隨距離增加而呈指數(shù)衰減： ，其中 d為介質(zhì)的厚度 。目前較為常用的是壓電式超聲波傳感器。并且超聲波傳感器在采集環(huán)境信息時(shí)不存在復(fù)雜的圖像匹配技術(shù)，不需要通過大量的計(jì)算而獲得距離數(shù)據(jù)，因此其測(cè)距速度快，實(shí)時(shí)性好。步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路如圖 314所示。 方向信號(hào) 圖 313典型步進(jìn)電機(jī)控制驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)框圖 Fig313 The frame of the controlling system of typical stepping motor driver 變頻信號(hào)源是一個(gè)脈沖頻率從幾赫到幾十千赫可以連續(xù)變化的信號(hào)發(fā)生器，它為環(huán)形分配器提供脈沖序列?？刂葡到y(tǒng)提供給驅(qū)動(dòng)器的信號(hào)主要有以下兩路 : (1)步進(jìn)脈沖信號(hào) CP:這是最重要的一路信號(hào)，因?yàn)椴竭M(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器的原理就是要把控制系統(tǒng)發(fā)出的脈沖信號(hào)轉(zhuǎn)化為步進(jìn)電機(jī)的角位移，或者說，驅(qū)動(dòng)器每接受一個(gè)脈沖信號(hào) CP 就是驅(qū)動(dòng)步進(jìn)電機(jī)旋轉(zhuǎn)一個(gè)步距角， CP 的頻率和步進(jìn)電機(jī)的旋轉(zhuǎn)速度成正比， CP 的脈沖個(gè)數(shù)決定了步進(jìn)電機(jī)旋轉(zhuǎn)的角度。行程開關(guān) SWPB 是接觸式開關(guān)，其工作原理是通過 機(jī)械力使觸點(diǎn)閉合，通過復(fù)位彈簧使開關(guān)復(fù)位。 2020 4500 3000 83 83 由于電機(jī)是高轉(zhuǎn)速，低力矩的驅(qū)動(dòng)部件，電機(jī)輸出軸要經(jīng)過減速器進(jìn)行減速，才能獲得所需的轉(zhuǎn)速和力矩。 兩履帶在步進(jìn)電機(jī)的驅(qū)動(dòng)下，當(dāng)兩步進(jìn)電機(jī)由相同脈沖驅(qū)動(dòng)時(shí)，履帶車直線前進(jìn)或后退，改變脈沖頻率改變行進(jìn)速度。 步距角：在不帶任何減速裝置的情況下，輸入一個(gè)脈沖信號(hào)，步進(jìn)電機(jī)所轉(zhuǎn)過的機(jī)械角位移即步距角。 (5)控制性能好。分配脈沖的相序改變后，步進(jìn)電機(jī)的轉(zhuǎn)向則隨之而變。低功耗睡眠功能 。 兼容 MCS51指令系統(tǒng) 。其網(wǎng)絡(luò)連接如圖 37所示。移位寄存器方式是發(fā)送單片機(jī)使用并入串出移位寄存器的方式，將數(shù)據(jù)一位一位地移出到傳輸線上，接收端再使用串入并出移位寄存器的方式將數(shù)據(jù)一位一位地 圖 35 SPR4096的管腳圖 Fig 35 The pin of SPR 4096 圖 36存儲(chǔ)器擴(kuò)展電路圖 Fig36 The circuit of the memory expansion 由傳輸線移進(jìn)來。 [4] 3)存儲(chǔ)器的擴(kuò)展 SPCE061A是凌陽公司研發(fā)生產(chǎn)的一款高性能的 16位單片機(jī) [2] [3],目前在實(shí) 8 時(shí)控制等領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用。 圖 32 SPCE061A管腳圖 Fig32 The pin of SPCE061A 1 ）時(shí)鐘電路 SPCE061A時(shí)鐘電路采用晶體振蕩電路。與 SPCE500A 不同的是，在存儲(chǔ)器資源方面考慮到用戶的較少資源的需求以及便于程序調(diào)試等功能。同時(shí)為了使設(shè)計(jì)的控制系統(tǒng)符合當(dāng)前移動(dòng)機(jī)器人控制的發(fā)展趨勢(shì)，在控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)中盡可能地體現(xiàn)分布式控制結(jié)構(gòu)的思路。根據(jù)以上要求我們?cè)O(shè)計(jì)了這臺(tái)履帶式移動(dòng)機(jī)器人，下面介紹它的體系結(jié)構(gòu)及其組成模塊。機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)控制及執(zhí)行機(jī)構(gòu)系統(tǒng)是機(jī)器人的動(dòng)作執(zhí)行部分，具體完成機(jī)器人的各個(gè)動(dòng)作，如前進(jìn)、后退、轉(zhuǎn)彎等。整個(gè)機(jī)械臂可繞垂直軸 Z軸旋轉(zhuǎn) 360。該機(jī)器人制造和測(cè)試成功以后，對(duì)于警察在未來作戰(zhàn)時(shí)大幅度減少人員傷亡具有非常重要意義。為了在火星上進(jìn)行長距離探險(xiǎn)，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)。移動(dòng)機(jī)器人的研究始于 20 世紀(jì)60年代末期。近年來對(duì)移動(dòng)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(cè)與轉(zhuǎn)化等。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(dòng)完成更復(fù)雜的任務(wù)。 SPCE061A。AT89C2051。例如在軍事偵察、掃雷排險(xiǎn)、防止核化污染等危險(xiǎn)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(cè)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。專業(yè)技術(shù)為一體，跨計(jì)算機(jī)、自動(dòng)控制、機(jī) 械、電子等學(xué)科。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(dòng)機(jī)器人。 2020年 7月 7日美國的 “機(jī)遇 ”號(hào)火星探測(cè)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。 此外比較著名的機(jī)器人試驗(yàn)平臺(tái)還有 Martin 公司推出的 Alvin,Fmc 公司的ARV,RWI公司的 RobulabIII等等。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) 。驅(qū)動(dòng)輪是由兩個(gè)能夠異步運(yùn)行的步進(jìn)電機(jī)組成，通過對(duì)兩個(gè)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。 移動(dòng)機(jī)器人的微控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) 目前，移動(dòng)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。 由于機(jī)器人的為一個(gè) 5自由度的關(guān)節(jié)式機(jī)械手和一個(gè) 2自由度的履帶組成，采用兩級(jí)單片機(jī)控 制， 5 個(gè)從單片機(jī)分別控制 5 個(gè)步進(jìn)電機(jī)，作為關(guān)節(jié)控制驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，接受主單片機(jī)的指令并執(zhí)行指令，實(shí)現(xiàn)對(duì)各關(guān)節(jié)的運(yùn)動(dòng)控制等功能。 SPCE061A 里只 由于阻容振蕩的電路時(shí)鐘不如外接 晶振準(zhǔn)確，時(shí)鐘電路采用外接晶振。但是由于 SPCE061A 片內(nèi)只有 32K FLASH和 2K字的 SRAM，很難滿足大容量存儲(chǔ)的需求。異步串 行方式是以字符為單位，一個(gè)字符一個(gè)字符地傳送，并且每一個(gè)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。 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。 。 步進(jìn)電機(jī)的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)和通常勻速旋轉(zhuǎn)的電動(dòng)機(jī)有一定的差別，它是步進(jìn)形式的運(yùn)動(dòng)，故也稱其為步進(jìn)電動(dòng) 13 機(jī)。起動(dòng)、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(shí)，任何運(yùn)行方式都不會(huì)丟步。 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。當(dāng)用不同脈沖頻率驅(qū)動(dòng)時(shí)，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(dòng)時(shí)，兩履帶向相反方向運(yùn)動(dòng)，履帶車在原地旋轉(zhuǎn)。機(jī)械臂的五個(gè)關(guān)節(jié)都選用諧波減速器進(jìn)行減速。 當(dāng)機(jī)器人各關(guān)節(jié)轉(zhuǎn)動(dòng)到極限位置時(shí)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(hào)去觸發(fā)下位機(jī) AT89C2051 的外中斷 0。這樣，控制系統(tǒng)通過脈沖信號(hào) CP 就可以達(dá)到電機(jī)調(diào)速和定位的目的。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(dòng)步進(jìn)電機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)。 圖 314 步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的驅(qū)動(dòng)電路圖 Fig The driving circuit of the stepping motor 從單片機(jī) AT89C2051 的 提供驅(qū)動(dòng)器的 CP 脈沖，由脈沖頻率控制電機(jī)的速度。同時(shí)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。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。A為介質(zhì)對(duì)超聲波能量的吸收系數(shù) 。t為超聲發(fā)射到超聲返回的時(shí)間間隔，即 “渡越時(shí)間 ”。為有效探測(cè)機(jī)器人周圍的環(huán)境信息，除了盡量使超聲波發(fā)射頻率達(dá)到 40 kHz的最佳工作頻率外，緩沖升壓驅(qū)動(dòng)也非常關(guān)鍵的。 本系統(tǒng)采用分時(shí)