【文章內(nèi)容簡介】 9。)。 title(39。加速度時間曲線 39。) syms a2 a3 tf t。 tf=5 af=()*pi/180。 a0=0*pi/180。 a1=0。 a2=(3/tf^2)*(afa0) a3=(2/tf^3)*(afa0) f(tf)=a0+a1*t+a2*t^2+a3*t^3 。 v(tf)=a1+2*a2*t+3*a3*t^2 。 tf=5 t=0::tf。 f3= *t.^3 + *t.^2 135*pi/180。 subplot(2,2,1) plot(t,f3) grid xlabel(39。t/s39。)。 ylabel(39。166。200。339。)。 title(39。位移時間曲線 39。) v3=3**t.^2 +2**t。 燕 山 大 學(xué) 課 程 設(shè) 計 說 明 書 18 subplot(2,2,2) plot(t,v3) grid on xlabel(39。t/s39。)。 ylabel(39。v3/m/s39。)。 title(39。速度時間曲線 39。) a3=6**t +2* 。 subplot(2,2,3) plot(t,a3) grid on xlabel(39。t/s39。)。 ylabel(39。a3/m^2/s39。)。 title(39。加速度時間曲線 39。) 涂膠軌跡和摘果軌跡： 在小車勻速運動過程中，連桿 2只要滿足上下對稱擺動即可實現(xiàn) S型軌跡，設(shè) S軌跡最高點（ 500,400），最低點為（ 800,300），把上點依次帶入各點由上程序同理可得關(guān)節(jié) 2和關(guān)節(jié) 3的完整 S型位移、速度、加速度圖。 走出迷宮，假設(shè)果實坐標(biāo)為（ 500,280），按上程序可得到摘果的位移速度加速度圖。 電機選擇 方案一：采 用步進(jìn)電機，步進(jìn)電機的一個顯著特點就是具有快速啟動能力，如果負(fù)荷不超過步進(jìn)電機所能提供的動態(tài)轉(zhuǎn)矩值，就能立即使步進(jìn)電機啟動或反轉(zhuǎn)。另一顯著特點是轉(zhuǎn)換精度高，正轉(zhuǎn)反轉(zhuǎn)控制靈活。 燕 山 大 學(xué) 課 程 設(shè) 計 說 明 書 19 方案二 : 采用普通直流電機。直流電動機具有優(yōu)良的調(diào)速特性，調(diào)速平滑、方便，調(diào)整范圍廣；過載能力強，能受頻繁的沖擊負(fù)載，可實現(xiàn)頻繁的無級快速啟動、制動和反轉(zhuǎn)；能滿足各種不同的特殊運行要求。 基于上述分析，擬選擇方案 二 電機驅(qū)動方案選擇 方案一：采用電阻網(wǎng)絡(luò)或數(shù)字電位器調(diào)整電動機的分壓，從而達(dá)到調(diào)速的目的。但是電阻網(wǎng)絡(luò)只能實現(xiàn)有級 調(diào)速，而數(shù)字電阻的元器件價格比較昂貴，且可能存在干擾。更主要的問題在于一般電動機的電阻比較小，但電流大，分壓不僅會降低效率，而且實現(xiàn)很困難。 方案二：采用繼電器對電動機的開與關(guān)進(jìn)行控制，通過控制開關(guān)的切換速度實現(xiàn)對小車的速度進(jìn)行調(diào)整。這個電路的優(yōu)點是電路較為簡單，缺點是繼電器的響應(yīng)時間長，已損壞，壽命較短， 可靠性不高。 方案三：采用采用四個大功率晶體管組成 H橋電路，四個大功率晶體管分為兩組，交替導(dǎo)通和截止，用單片機控制使之工作在開關(guān)狀態(tài)，進(jìn)而控制電動機的運行。該控制電路由于四個大功率晶體管只工作在飽和與截 止?fàn)顟B(tài)下，效率非常高，并且大功率晶體管開關(guān)的速度很快，穩(wěn)定性極強，是一種廣泛采用的電路。 基于上述分析，擬選擇方案三 電源選擇 方案一：采用兩個電源供電。將電動機驅(qū)動電源與單片機以及其周電路電源完全隔離，利用光電耦合器傳輸信號。這樣可以使電動機驅(qū)動所造成的干擾徹底消除，提高了系統(tǒng)的穩(wěn)定性，但是多一組電池，增加了車身重量，增大了小車慣性。 方案二：采用單一電源供電。電源直接給電動機供電。因電動機啟動瞬間電流較大，會造成電源電壓波動，因而控制與檢測部分電路通過集成穩(wěn)壓塊供電，燕 山 大 學(xué) 課 程 設(shè) 計 說 明 書 20 其供電電路比較簡單。 權(quán)衡兩 方案優(yōu)缺點最終決定采用方案二 ，電路圖如下 圖 供電電源線路圖 傳感器的選擇 循跡傳感器的選擇 探測路面黑線的基本原理：光線照射到路面并反射，由于黑線與白紙對光的反射系數(shù)不同，可根據(jù)接收到的反射光強弱來判斷黑線，可實現(xiàn)的方案有一下幾種： 方案一：采用普通發(fā)光二極管及光敏電阻組成的發(fā)射接收方案，該方案在實際使 用時，容易受到外界光源的干擾，有時甚至檢測不到。主要是因為可見光的反射效果跟地表的平坦程度、地表材料的反射情況均對檢測效果產(chǎn)生直接影響。雖然可采用超高亮度發(fā)光二極管降低一定的干擾，但這又增加額外的功率消耗。 電路圖如下 燕 山 大 學(xué) 課 程 設(shè) 計 說 明 書 21 圖 普通發(fā)光二極管及光敏電阻組成的發(fā)射接收方案 方案二：脈沖調(diào)制的反射式紅外發(fā)射接收器。由于采用該有 交流分量的調(diào)制信號，則可大幅度減少外界干擾；另外紅外發(fā)射接收管的最大工作電流取決于平均電流，如果采用占空間比小的調(diào)制信號，在平均電流不變的情況下，瞬時電流很大， 50~100mA，則大大提高了性噪比。并且其反應(yīng)靈敏，外圍電路也很簡單。 圖 脈沖調(diào)制的反射式紅外發(fā)射接收器 通過了解方案一和方案二的特點，我們認(rèn)為方案二比較適合。 方案一：脈沖調(diào)制的反射式紅外發(fā)射接收器。由于采用該有交流分量的調(diào)制信號，則可大幅度減少外界干擾；另外紅外發(fā)射接收管的最大工作電流取決于平均電流，如果采用占空比小的調(diào)制信號，在平均電流不變的情況下，瞬時電流很大，則大大提高了信噪比。并且其反應(yīng)靈敏，外圍電路也很簡單。 燕 山 大 學(xué) 課 程 設(shè) 計 說 明 書 22 方案二：采用超聲波傳感器，如果傳感器接收到反射的超聲波，則通知單片機前方有障礙物，否則通知單片機可以前行。 基于上述考慮，擬采用方案 一 第三章 硬件設(shè)計 智能車總裝模塊展示 圖 系統(tǒng)框圖 直流電 機驅(qū)動電路設(shè)計 考慮到電壓，電流的等級及尺寸，外觀等因素，可選用集成電機驅(qū)動芯片 H高電壓大電流集成電路，其輸出腳（ SENSEA和 SENSEB）用來連接電流檢測電阻。 Vss 接邏輯電路的電源，常用 +5V。 Vs 為電機驅(qū)動電源。 IN1IN4輸入引腳采用標(biāo)準(zhǔn) TTL 邏輯電平信號。用來控制 H 橋的開和關(guān)， ENA,ENB 引腳為使能控制端，功率集成電路采用了 SGB公司特有的 Multiwatt塑料封裝， 15個引腳，如下圖所示 燕 山 大 學(xué) 課 程 設(shè) 計 說 明 書 23 圖 Multiwatt 15 驅(qū)動電路控制如表 41所示： 表 31 驅(qū)動電路控制表 燕 山 大 學(xué) 課 程 設(shè) 計 說 明 書 24 驅(qū)動電路電路圖如圖所示： 圖 驅(qū)動電路電路圖 電機驅(qū)動模塊的 I/O 口分配為： 和 為電機的使能端接口，當(dāng) 使能端為高電平時，才可對電機進(jìn)行控制；端口 ，當(dāng) 置低位 ，反之左輪反轉(zhuǎn)；端口 ，當(dāng) 置高位時右輪正轉(zhuǎn)，反之右輪反轉(zhuǎn)。 小車轉(zhuǎn)彎的實現(xiàn)：小車轉(zhuǎn)彎有兩種方式，一種是一個輪停轉(zhuǎn)，另一輪轉(zhuǎn)動實現(xiàn)轉(zhuǎn)彎；另一種是一個輪正轉(zhuǎn)，另一個輪反轉(zhuǎn)實現(xiàn)原地轉(zhuǎn)彎。當(dāng)只有一個避障感應(yīng)器感應(yīng)障礙時，小車按方式一進(jìn)行轉(zhuǎn)彎避障；當(dāng)兩個避障感應(yīng)器均感應(yīng)障礙時，小車則按方式二進(jìn)行轉(zhuǎn)彎避障。左轉(zhuǎn)： 與 ， 零， ，右輪正轉(zhuǎn)。右轉(zhuǎn)： ， ， 置位，左輪正轉(zhuǎn)。原地左轉(zhuǎn)： ， ，左輪反轉(zhuǎn)， ， 置位，右輪正轉(zhuǎn)。 燕 山 大 學(xué) 課 程 設(shè) 計 說 明 書 25 電源供電電路設(shè)計 電源的接口和開關(guān)電路圖如圖所示 V in12V out3G N DU478 05A V C C+ 1 2VC722 0u /2 5C922 0u /1 6C810 4C 1010 4A G N D電源部分D1P o w e rR11kV C C G N DV in12V out3G N DU178 05V C C+ 1 2VC122 0u /2 5C322 0u /1 6C210 4C410 4G N DA1B2C3J P owP O WG N D+ 1 2i n1 2 3J?C O N 3+ 1 2v電源接口和開關(guān) 圖 供電電源線路圖 循跡傳感器外圍電路設(shè)計 路面黑線檢測主要通過黑白線檢測傳感器實現(xiàn)，黑白線檢測傳感器有效檢測距離達(dá) 5cm，通過調(diào)節(jié)電位器，最遠(yuǎn)可以達(dá)到 10cm（該距離下，檢測黑白線的精度降低）。項目中所選擇的黑白線傳感器可見光干擾小， 輸出信號為開關(guān)量，信號處理簡單，使用非常方便，還增加了探測距離調(diào)節(jié)器，改進(jìn)了探測距離，加強了探測精度。電路圖如下 1234 5678S1S W IT C H G N D123J5C O N 3123J6C O N 3V C CG N DV C CG N DR 241KR 251K撥碼盤黑白線檢測123J 1 2C O N 3V C CG N DR 3010 K 兩路霍爾傳感器V C C123J 1 1C O N 3V C CG N DR 3310 KV C C123J8C O N 3V C CG N DR 3410 K 紅外避障傳感器123J 1 0C O N 3V C CG N DR 3210 Kk1M O S IM IS OS C Kk2k3k4k1123456J?IS PM O S IM IS OS C KR E S E TG N DV C CIS P 下載P 2 0 P 3 5P 3 4P 3 3K1P 1 0 圖 黑白線檢測接線圖 燕 山 大 學(xué) 課 程 設(shè) 計 說 明 書 26 小車整體電路圖 圖 小車整體電路圖 燕 山 大 學(xué) 課 程 設(shè) 計 說 明 書 27 第四章 軟件設(shè)計 流程圖 智能車及采摘機械人程序流程圖 程序編寫 見附錄一 燕 山 大 學(xué) 課 程 設(shè) 計 說 明 書 28 第五章 使用說明 操作說明 智能車及其采摘機器人的操作說明 燒寫程序到 89S52，使小車置于初始位置及其狀態(tài)； 接通電源，打開開關(guān)，智能車開始運行 ， 智能車檢測路面黑白線及前面的障礙 運行 至開關(guān)位置， 按 動開關(guān)，啟動生產(chǎn)線； 運行至小球位置，從地面指定位置撿起直徑為 70— 120mm的小球； 到涂膠位置完成涂膠操作； 智能車檢測路面黑白線及前面的障礙， 找到迷宮入口，進(jìn)入迷宮并穿越迷宮； 尋跡找到采摘工位，車體或機械臂旋轉(zhuǎn)、手爪張開，實現(xiàn)對指定物體采摘 ； 注意事項： 由于車體及機械臂剛度的原因要盡量保持車體處于穩(wěn)定狀態(tài)， 所以使用前機械臂 要 處于初始姿態(tài)。 注意事項： 路面要保持清潔黑白線要分明。 上下坡和車轂間的摩擦力要足夠大，以免原地滑動。 蘋果要保持穩(wěn)定，避免晃動帶來 的采摘不到等后果。 調(diào)試狀況 項目的測試主要是對小車測試是否已達(dá)到所要求的功能。本次項目要求主要有紅外避障走迷宮的測試、黑白循跡的測試、 “ S”軌跡涂膠功能、開關(guān)按動功能、采摘蘋果功能。 實驗中遇到的問題及解決方案： 問題一：黑白線傳感器燈可以接收信號，但是無法控制車輪的停止或者倒轉(zhuǎn) 燕 山 大 學(xué) 課 程 設(shè) 計 說 明 書 29 解決方法 ： 經(jīng)過細(xì)心的檢查引腳接線，發(fā)現(xiàn)本該接到單片機 、 ，接到其他引腳上，導(dǎo)致錯誤的發(fā)生，經(jīng)過修正，最終能夠?qū)崿F(xiàn)循跡行走。 問題二：智能車在循跡時候，總是 越過黑線，無法實現(xiàn)循跡行走 解決方法：原始是 黑白線傳感器之間的具體太小，導(dǎo)致信號一直未被接收，致使車輪一直運轉(zhuǎn)，無法實現(xiàn)循跡，處理方法就是按黑線的寬度調(diào)節(jié)傳感器之間的寬度，達(dá)到循跡的目的。 問題 三 ： 避障時在轉(zhuǎn)彎處小車容易打轉(zhuǎn)然后往回走，還有可能會撞到障礙墻。 解決方法 ：傳感器的距離及其方向不對，調(diào)整傳感器后方的螺釘并且調(diào)節(jié)兩個傳感器之間的夾角，然后并不停的測驗，知道 使檢測距離適中 為止 。 問題四：小車在進(jìn)行“ S”軌跡涂膠的過程中，無法準(zhǔn)確的在“ S”起點開始進(jìn)行涂膠 解決方法：編程的延時程序有問題，經(jīng)過多次的實驗、測試、調(diào)節(jié)，最終選擇了一個合適的延時時間 。 通過我們反復(fù)不停的調(diào)試、測驗，最終在調(diào)試的環(huán)節(jié)中，把小車及其智能機器人的任務(wù)全部能夠達(dá)到要求。 通過我們反復(fù)不停