【正文】 工作，按五個(gè)方向 10 個(gè)傳感器的順序循環(huán)測(cè)距，若在有效測(cè)距范圍內(nèi)有被測(cè)障礙的話，則應(yīng)該在后一路超聲波束發(fā)出之前接收到前一路發(fā)出的反射波，否則認(rèn)為前一路無(wú)障礙。本移動(dòng)機(jī)器人系統(tǒng)的盲區(qū)大約為 25cm。外部中斷源 SPCE061A單片機(jī)有兩個(gè)外部中斷，分別為 EXT1和 EXT2。結(jié)構(gòu)圖如圖 319所示，電源電壓為 +5V。數(shù)據(jù)無(wú)線通信系統(tǒng)負(fù)責(zé)在移動(dòng)機(jī)器人和遙控計(jì)算機(jī)之間傳遞移動(dòng)機(jī)器 人的狀態(tài)參數(shù)以及遙控控制命令。該無(wú)線收發(fā) 24 模塊主要有以下特性 : 工作頻 率為國(guó)際通用的數(shù)傳頻段 433MHz, FSK調(diào)制，工作電壓 2. 7～ 5. 25V，功耗小。這套遙控系統(tǒng)由遙控計(jì)算機(jī)、移動(dòng)機(jī)器人、數(shù)據(jù)無(wú)線通信系統(tǒng)，圖像無(wú)線傳輸系統(tǒng)組成。每個(gè)接近開關(guān)都接在 EXT2，同時(shí)利用輸入口線作為多中斷端口情況下各中斷端口的識(shí)別線。當(dāng)有不明物體碰撞到移動(dòng)機(jī)器人時(shí)，離其最近 的接近開關(guān)動(dòng)作，觸發(fā)單片機(jī)的中斷，移動(dòng)機(jī)器人就停止運(yùn)行，哪個(gè)接近開關(guān)，調(diào)用中斷程序做出相應(yīng)的處理。為了有效地避開 “虛假 ”信號(hào)，需要進(jìn)行軟件延時(shí)處理，從發(fā)射開始一直到 “虛假發(fā)射波 ”結(jié)束為止，由于這段時(shí)間觸發(fā)器不能置 1”從而不會(huì)發(fā)出中斷申請(qǐng)信號(hào)。 第一級(jí)為初級(jí)放大，選用了通用運(yùn)放 LM358 對(duì)接收的弱信號(hào)進(jìn)行 100 倍左右的放大處理 .為防止 “強(qiáng) ”虛假反射波串入后對(duì)電路的沖擊影響，采用兩個(gè)二極管 D1, D2作為 :第二級(jí)位諧振選頻放大電路，放大 40 kHz左右的超聲波信號(hào)，同時(shí)濾出其他頻率的干擾信號(hào) 。該履帶式移動(dòng)機(jī)器人擬配備 10個(gè)超聲傳感器，在機(jī)器人的前進(jìn)方向按照 15度的間隔配置7個(gè)，覆蓋前方 105度的區(qū)域，另外三個(gè)分別安裝在正左方、正右方及正后方，可以用來(lái)探測(cè)穿過(guò)狹窄通道時(shí)的環(huán)境信息。超聲波障礙距離探測(cè)系統(tǒng)的原理如圖 316所示。這些特性使之能應(yīng)用于距離探測(cè)。它們所產(chǎn)生的超聲波的頻率、功率和聲波特性各不相同，因而用途也各不相同。 履帶式移動(dòng)機(jī)器人的超聲波感知模塊設(shè)計(jì) 超聲波傳感器具有成本低廉，采集信息速率快，距離分辨率高，質(zhì)量輕、體積小、易于 裝卸等優(yōu)點(diǎn)。從單片機(jī)與驅(qū)動(dòng)器接線非常簡(jiǎn)單，而且兩相驅(qū)動(dòng)器與五相驅(qū)動(dòng)器類似只是與電動(dòng)機(jī)接線時(shí)多了三相。典型步進(jìn)電機(jī)控制驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)如圖 313所示。驅(qū)動(dòng)器是把計(jì)算機(jī)系統(tǒng)提供的弱電信號(hào)放大為步進(jìn)電機(jī)能夠接受的強(qiáng)電信號(hào) [9]。我們?cè)O(shè)計(jì)的行程開關(guān)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、尺寸小、便于安裝。 表 32五個(gè)關(guān)節(jié)步進(jìn)電機(jī)的型號(hào)及參數(shù) Tbale22 The step motor type and parameter of five joints 關(guān)節(jié)名稱 大臂回轉(zhuǎn)關(guān)節(jié) 肩關(guān)節(jié) 肘關(guān)節(jié) 腕關(guān)節(jié) 小臂回轉(zhuǎn)關(guān)節(jié) 步進(jìn)電動(dòng)機(jī)型號(hào) 57BYG250B 86BYG250C 86BYG250B 45BYG250B 45BYG250B 相電流 /A 3 6 4 步距角 保持轉(zhuǎn)矩 轉(zhuǎn)動(dòng)慣量 /gcm2 /Nm /176。 履帶式移動(dòng)機(jī)器人的兩條履帶的兩臺(tái) 130BYG550ESAKRNI 0801型五 相混合式步進(jìn)電機(jī)的參數(shù)如 31表所示。步進(jìn)電機(jī)的相數(shù)可以為任意數(shù)，通常 m為 2, 3, 4, 5, 6。 (4)無(wú)刷，電動(dòng)機(jī)本體部件少，可靠性高。脈沖數(shù)增加，角位移 (或線位移 )就隨之增加，脈沖頻率高，則步進(jìn)電機(jī)旋轉(zhuǎn)速度就高，反之就低 。 兩個(gè) 16位可編程定時(shí) /計(jì)數(shù)器 。其主要特點(diǎn)如下 : 圖 39 AT89C2051引腳 圖 Fig39 The pin of AT892051 主單片機(jī)需要使用串行口對(duì)各個(gè)從單片機(jī)進(jìn)行指揮、交換數(shù)據(jù)等，就需要實(shí)現(xiàn)多機(jī)通信。在單片機(jī)中，主要使用的是移位寄存器方式和異步串行方式。圖 34所示為通 用阻容式復(fù)位電路，該電路具有手動(dòng)和上電復(fù)位兩種功能。所以，主單片機(jī)選擇了凌陽(yáng)公 司的 SPCE061A。 SPCE061A 是繼 μ’ nSP?（ Microcontroller and Signal Processor）系列產(chǎn)品 SPCE500A等之后凌陽(yáng)科技推出的又一款 16位結(jié)構(gòu)的微控制器?？紤]到該履帶式移動(dòng)機(jī)器人的本體結(jié)構(gòu)的情況和目前移動(dòng)機(jī)器人控制技術(shù)的發(fā)展，決定采用主從式結(jié)構(gòu)的控制方法。 ，能夠運(yùn)行在各種惡劣環(huán)境之下。 圖 22履帶式移動(dòng)機(jī)器人的硬件結(jié)構(gòu)總體框圖 Fig22 The frame of Track Robot hardware 其中機(jī)器人微控制器系統(tǒng)主要是由多個(gè)單片機(jī)控制器組成，它們負(fù)責(zé)完成傳感器的信息采集、電機(jī)控制以及與遙控計(jì)算機(jī)的通訊 三大任務(wù)。五自由度機(jī)械臂由大臂、小臂及手腕構(gòu)成，所有關(guān)節(jié)都由步進(jìn)電機(jī)經(jīng)諧波減速器進(jìn)行驅(qū)動(dòng)。研制這種機(jī)器人的目的是為了面對(duì)嶄新的挑戰(zhàn)，在未來(lái)國(guó)際反恐怖主義的戰(zhàn)斗中可能隨時(shí) 會(huì)出現(xiàn)這種 “機(jī)器警察 ”或是 “機(jī)器士兵 ”的身影。例如 19%年，美國(guó)航空航天局 NASA 研制的火星探測(cè)移動(dòng)機(jī)器人 Sojourner 首次登上火星執(zhí)行科學(xué)考察任務(wù)，利用移動(dòng)機(jī)器人技術(shù) 進(jìn)行空間探測(cè)和開發(fā)成為 21 世紀(jì)全球各主要國(guó)家開展科技和空間資源競(jìng)爭(zhēng)的主要目標(biāo)。 移動(dòng)機(jī)器人的研究在世界各國(guó)受到普遍關(guān)注。 作為機(jī)器人學(xué)的一個(gè)重要組成部分，移動(dòng)機(jī)器人一直是機(jī)器人科學(xué)的研究熱點(diǎn)之一，移動(dòng)機(jī)器人能夠移動(dòng)到固定機(jī)器人無(wú)法到達(dá)的預(yù)定目標(biāo)，完成設(shè)定的操作任務(wù)。作為一種先進(jìn)的機(jī)電一體化產(chǎn)品，機(jī)器人技術(shù)的發(fā)展與自動(dòng)控制技術(shù)的發(fā)展息息相關(guān)。wireless contrl。 II 目錄 前言 ............................................................................................................. 1 1 概述 ......................................................................................................... 2 2 履帶式移動(dòng)機(jī)器人總體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) ........................................................ 4 履帶式移動(dòng)機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì) ................................................. 4 履帶式移動(dòng)機(jī)器人的控制系統(tǒng)總體設(shè)計(jì) ......................................... 4 3 履帶式移動(dòng)機(jī)器人的硬件設(shè)計(jì) ............................................................ 6 移動(dòng)機(jī)器人的微控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) ......................................................... 6 履帶式移動(dòng)機(jī)器人的超聲波感知模塊設(shè)計(jì) ................................... 19 履帶式移動(dòng)機(jī)器人無(wú)線通訊模塊的硬件設(shè)計(jì) ............................... 24 4 履帶式移動(dòng)機(jī)器人控制系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì) .............................................. 30 主單片機(jī)與無(wú)線通信模塊串行通訊程序設(shè)計(jì) ............................... 30 主單片機(jī)與從單片機(jī)之間的多機(jī)通訊 ........................................... 37 超聲波感知系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì) ............................................................... 41 5 技術(shù)經(jīng)濟(jì)性分析 .................................................................................. 46 6 結(jié)論 ....................................................................................................... 47 致謝 .......................................................................... 錯(cuò)誤！未定義書簽。 1 1 概述 20 世紀(jì) 20 年代， “機(jī)器人 (robot)”作為專有名詞第一次出現(xiàn)。移動(dòng)機(jī)器人從工作環(huán)境來(lái)分，可分為室內(nèi)移動(dòng)機(jī)器人和室外移動(dòng)機(jī)器人 。其目的是研究應(yīng)用人工智能技術(shù)，在復(fù)雜環(huán)境下機(jī)器人系統(tǒng)的自主推理、規(guī)劃和控制，與此同時(shí)，最早的操作式步行機(jī)器人也研制成功，從而開始了機(jī)器人步行機(jī)構(gòu)方面的研究，以解決機(jī)器人在不平整地域內(nèi)的運(yùn)動(dòng)問(wèn)題，設(shè)計(jì)研制了多足步行機(jī)器人。我國(guó)也針對(duì)這一趨勢(shì)制定了以月球?yàn)榻谀繕?biāo)的空間探測(cè)計(jì)劃。國(guó)內(nèi)對(duì)于移動(dòng)機(jī)器人的起步比較晚，從 “七五 ”開始，我國(guó)的移動(dòng)機(jī)器人研究開始起步，經(jīng)過(guò)多年來(lái)的發(fā)展，已經(jīng)取得了一定的成績(jī)，其中以清華大學(xué)研制的 THMR 系列為杰出代表。對(duì)于空間預(yù)設(shè)的位置 和姿態(tài)，先驅(qū)動(dòng)履帶車到達(dá)可作業(yè)空間，再通過(guò)五自由度機(jī)械臂和履帶車的一個(gè)旋轉(zhuǎn)自由度共六個(gè)自由度來(lái)實(shí)現(xiàn)。同時(shí)可以使機(jī)械臂完成各種任務(wù)。集中控制方式是指用一臺(tái)功能比較強(qiáng)大的計(jì)算機(jī)實(shí)現(xiàn)其全部控制功能