【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(jìn)電機(jī)控制驅(qū)動(dòng)系統(tǒng) [10]。據(jù)此可 18 得履帶式移動(dòng)機(jī)器人的從單片機(jī)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(zhǎng)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(cè)系統(tǒng)的原理圖 20 的做法是按照 15度的間隔進(jìn)行配置，這樣一周 360度共需要 24個(gè)。超聲波在發(fā)射的瞬間，有部分聲波會(huì)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(qiáng) ”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(wú)線通信系統(tǒng)設(shè)計(jì) 數(shù)據(jù)無(wú)線通信系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了遙控計(jì)算機(jī)和機(jī)器人雙向的數(shù)據(jù)交換。兩個(gè)外部輸入腳分別為 IOB2 和 IOB3。因此按照有效測(cè)距范圍可以估算出最短的脈沖發(fā)送間隔時(shí)間。C為超聲波在介質(zhì)中的傳播速度， C的值會(huì)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(cè)距精度很高的情況下，一般可以認(rèn)為 C為常數(shù)，在試驗(yàn)中，設(shè)定為 C=343. 2m/s. [12] 超聲波傳感器測(cè)距模塊的設(shè)計(jì) 考慮到履帶式移動(dòng)機(jī)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(gè)超聲波傳感器的靈活使用。它有兩個(gè)壓電晶片和一個(gè)共振板。單片機(jī)的 DIR，決定電機(jī)的轉(zhuǎn)向。 (2)方向電平信號(hào) DIR:此信號(hào)決定電機(jī)的旋轉(zhuǎn)方向 。諧波傳動(dòng)是利用柔性元件可控的彈性變形來(lái)傳動(dòng)運(yùn)動(dòng)和力矩。 矩角特性 :步進(jìn)電機(jī)靜轉(zhuǎn)矩和失調(diào)角的關(guān)系稱為矩角特性。步進(jìn)電機(jī)有其獨(dú)特的優(yōu)點(diǎn)，歸納起來(lái)主要有 : (1)步距值不受各種干擾因素的影響。 12 從單片機(jī)的選擇及 其控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) 1）從單片機(jī)的選擇 從單片機(jī)的主要功能是實(shí)現(xiàn)都步進(jìn)電機(jī)的控制、與主單片機(jī)的通訊及完成行程開(kāi)關(guān)信號(hào)的條理。為了解決 SPCE061A片內(nèi)存儲(chǔ)容 圖 33主單片機(jī)的時(shí)鐘電路圖 Fig33 The click circuit of the main SCM 圖 34主單片機(jī)的復(fù)位電路圖 Fig34 The diaplasis circuit of the main SCM 量的問(wèn)題 , 為保證數(shù)據(jù)存儲(chǔ)的快速性 ,本系統(tǒng)使用總線存儲(chǔ)器接口。鎖相環(huán) PLL振蕩器提供系統(tǒng)時(shí)鐘信號(hào)； 32768Hz實(shí)時(shí)時(shí)鐘；晶體振蕩器 。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，在早期的機(jī)器人控制系統(tǒng)中較多的采用此種控制方式。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)。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。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 。 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。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)。 移動(dòng)機(jī)器人的研究在世界各國(guó)受到普遍關(guān)注。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。 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)?？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。所以，主單片機(jī)選擇了凌陽(yáng)公 司的 SPCE061A。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。其主要特點(diǎn)如下 : 圖 39 AT89C2051引腳 圖 Fig39 The pin of AT892051 (4)無(wú)刷，電動(dòng)機(jī)本體部件少，可靠性高。 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。我們?cè)O(shè)計(jì)的行程開(kāi)關(guān)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、尺寸小、便于安裝。典型步進(jìn)電機(jī)控制驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)如圖 313所示。 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)。這些特性使之能應(yīng)用于距離探測(cè)。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。為了有效地避開(kāi) “虛假 ”信號(hào)，需要進(jìn)行軟件延時(shí)處理，從發(fā)射開(kāi)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)。每個(gè)接近開(kāi)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。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。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。外部中斷源 SPCE061A單片機(jī)有兩個(gè)外部中斷，分別為 EXT1和 EXT2。 本系統(tǒng)采用分時(shí)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。t為超聲發(fā)射到超聲返回的時(shí)間間隔，即 “渡越時(shí)間 ”。壓電式超聲波傳感器實(shí)際上是利用壓電晶體的諧振來(lái)工作的。 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。這樣，控制系統(tǒng)通過(guò)脈沖信號(hào) CP 就可以達(dá)到電機(jī)調(diào)速和定位的目的。機(jī)械臂的五個(gè)關(guān)節(jié)都選用諧波減速器進(jìn)行