【正文】 接接到交直流電源上工作，而必須使用專用設(shè)備形成步進電機控制驅(qū)動系統(tǒng) [10]。據(jù)此可 18 得履帶式移動機器人的從單片機控制結(jié)構(gòu)圖如圖所示。超聲波與光波的某些特性相似，如反射、折射等，波長短，繞射小，能成為射線定向傳播。典型圖316超聲波障礙距離探測系統(tǒng)的原理圖 20 的做法是按照 15度的間隔進行配置，這樣一周 360度共需要 24個。超聲波在發(fā)射的瞬間，有部分聲波會直 圖 318多路選通控制電路圖 Fig318 The controlling figure of multiroute selection 接串入接收端產(chǎn)生 “強 ”的虛假反射波。我們采用以下的方法增加中斷端口。該模塊在內(nèi)部集成了高頻發(fā)射、高頻接收、 PLL 合成、 FSK 調(diào)制 /解調(diào)、參量放大、功率放大、頻道切換等功能。 數(shù)據(jù)無線通信系統(tǒng)設(shè)計 數(shù)據(jù)無線通信系統(tǒng)實現(xiàn)了遙控計算機和機器人雙向的數(shù)據(jù)交換。兩個外部輸入腳分別為 IOB2 和 IOB3。因此按照有效測距范圍可以估算出最短的脈沖發(fā)送間隔時間。C為超聲波在介質(zhì)中的傳播速度， C的值會隨著溫度的變化而變化，在空氣中 C與溫度的關(guān)系為 秒， (T為攝氏溫度 )，在不要求測距精度很高的情況下，一般可以認為 C為常數(shù)，在試驗中，設(shè)定為 C=343. 2m/s. [12] 超聲波傳感器測距模塊的設(shè)計 考慮到履帶式移動機器人的使用環(huán)境， 要求超聲波換能器能適應(yīng)一般的惡劣環(huán)境，并便于多個超聲波傳感器的靈活使用。它有兩個壓電晶片和一個共振板。單片機的 DIR，決定電機的轉(zhuǎn)向。 (2)方向電平信號 DIR:此信號決定電機的旋轉(zhuǎn)方向 。諧波傳動是利用柔性元件可控的彈性變形來傳動運動和力矩。 矩角特性 :步進電機靜轉(zhuǎn)矩和失調(diào)角的關(guān)系稱為矩角特性。步進電機有其獨特的優(yōu)點，歸納起來主要有 : (1)步距值不受各種干擾因素的影響。 12 從單片機的選擇及 其控制系統(tǒng)設(shè)計 1）從單片機的選擇 從單片機的主要功能是實現(xiàn)都步進電機的控制、與主單片機的通訊及完成行程開關(guān)信號的條理。為了解決 SPCE061A片內(nèi)存儲容 圖 33主單片機的時鐘電路圖 Fig33 The click circuit of the main SCM 圖 34主單片機的復(fù)位電路圖 Fig34 The diaplasis circuit of the main SCM 量的問題 , 為保證數(shù)據(jù)存儲的快速性 ,本系統(tǒng)使用總線存儲器接口。鎖相環(huán) PLL振蕩器提供系統(tǒng)時鐘信號； 32768Hz實時時鐘；晶體振蕩器 。集中控制方式是指用一臺功能比較強大的計算機實現(xiàn)其全部控制功能，在早期的機器人控制系統(tǒng)中較多的采用此種控制方式。對于空間預(yù)設(shè)的位置 和姿態(tài)，先驅(qū)動履帶車到達可作業(yè)空間，再通過五自由度機械臂和履帶車的一個旋轉(zhuǎn)自由度共六個自由度來實現(xiàn)。我國也針對這一趨勢制定了以月球為近期目標的空間探測計劃。移動機器人從工作環(huán)境來分，可分為室內(nèi)移動機器人和室外移動機器人 。 II 目錄 前言 ............................................................................................................. 1 1 概述 ......................................................................................................... 2 2 履帶式移動機器人總體結(jié)構(gòu)設(shè)計 ........................................................ 4 履帶式移動機器人的運動機構(gòu)設(shè)計 ................................................. 4 履帶式移動機器人的控制系統(tǒng)總體設(shè)計 ......................................... 4 3 履帶式移動機器人的硬件設(shè)計 ............................................................ 6 移動機器人的微控制系統(tǒng)設(shè)計 ......................................................... 6 履帶式移動機器人的超聲波感知模塊設(shè)計 ................................... 19 履帶式移動機器人無線通訊模塊的硬件設(shè)計 ............................... 24 4 履帶式移動機器人控制系統(tǒng)軟件設(shè)計 .............................................. 30 主單片機與無線通信模塊串行通訊程序設(shè)計 ............................... 30 主單片機與從單片機之間的多機通訊 ........................................... 37 超聲波感知系統(tǒng)軟件設(shè)計 ............................................................... 41 5 技術(shù)經(jīng)濟性分析 .................................................................................. 46 6 結(jié)論 ....................................................................................................... 47 致謝 .......................................................................... 錯誤！未定義書簽。作為一種先進的機電一體化產(chǎn)品，機器人技術(shù)的發(fā)展與自動控制技術(shù)的發(fā)展息息相關(guān)。 移動機器人的研究在世界各國受到普遍關(guān)注。研制這種機器人的目的是為了面對嶄新的挑戰(zhàn)，在未來國際反恐怖主義的戰(zhàn)斗中可能隨時 會出現(xiàn)這種 “機器警察 ”或是 “機器士兵 ”的身影。 圖 22履帶式移動機器人的硬件結(jié)構(gòu)總體框圖 Fig22 The frame of Track Robot hardware 其中機器人微控制器系統(tǒng)主要是由多個單片機控制器組成，它們負責完成傳感器的信息采集、電機控制以及與遙控計算機的通訊 三大任務(wù)?？紤]到該履帶式移動機器人的本體結(jié)構(gòu)的情況和目前移動機器人控制技術(shù)的發(fā)展，決定采用主從式結(jié)構(gòu)的控制方法。所以，主單片機選擇了凌陽公 司的 SPCE061A。在單片機中，主要使用的是移位寄存器方式和異步串行方式。其主要特點如下 : 圖 39 AT89C2051引腳 圖 Fig39 The pin of AT892051 (4)無刷，電動機本體部件少，可靠性高。 履帶式移動機器人的兩條履帶的兩臺 130BYG550ESAKRNI 0801型五 相混合式步進電機的參數(shù)如 31表所示。我們設(shè)計的行程開關(guān)結(jié)構(gòu)簡單、尺寸小、便于安裝。典型步進電機控制驅(qū)動系統(tǒng)如圖 313所示。 履帶式移動機器人的超聲波感知模塊設(shè)計 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。這些特性使之能應(yīng)用于距離探測。該履帶式移動機器人擬配備 10個超聲傳感器，在機器人的前進方向按照 15度的間隔配置7個，覆蓋前方 105度的區(qū)域，另外三個分別安裝在正左方、正右方及正后方，可以用來探測穿過狹窄通道時的環(huán)境信息。為了有效地避開 “虛假 ”信號，需要進行軟件延時處理，從發(fā)射開始一直到 “虛假發(fā)射波 ”結(jié)束為止，由于這段時間觸發(fā)器不能置 1”從而不會發(fā)出中斷申請信號。每個接近開關(guān)都接在 EXT2，同時利用輸入口線作為多中斷端口情況下各中斷端口的識別線。工作頻 率為國際通用的數(shù)傳頻段 433MHz, FSK調(diào)制，工作電壓 2. 7～ 5. 25V，功耗小。數(shù)據(jù)無線通信系統(tǒng)負責在移動機器人和遙控計算機之間傳遞移動機器 人的狀態(tài)參數(shù)以及遙控控制命令。外部中斷源 SPCE061A單片機有兩個外部中斷，分別為 EXT1和 EXT2。 本系統(tǒng)采用分時工作，按五個方向 10 個傳感器的順序循環(huán)測距，若在有效測距范圍內(nèi)有被測障礙的話，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，否則認為前一路無障礙。t為超聲發(fā)射到超聲返回的時間間隔，即 “渡越時間 ”。壓電式超聲波傳感器實際上是利用壓電晶體的諧振來工作的。 圖 314 步進電動機的驅(qū)動電路圖 Fig The driving circuit of the stepping motor 從單片機 AT89C2051 的 提供驅(qū)動器的 CP 脈沖，由脈沖頻率控制電機的速度。這樣，控制系統(tǒng)通過脈沖信號 CP 就可以達到電機調(diào)速和定位的目的。機械臂的五個關(guān)節(jié)都選用諧波減速器進行