【正文】 河北工業(yè)大學 2021 屆本科畢業(yè)設(shè)計說明書 50 biaozhi2=0。 EX1=1。 Zuolunzhuanyoubuzhuan()。 Youlunzhuanzuobuzhuan()。 dianjitingzhi()。//標志 1 panduan=1。 dianjitingzhi()。 dianjifanzhuan1()。 Delay(300)。 dianjitingzhi()。 } } void qianweidong() interrupt 2 { if((ROW1==0)||(ROW2==0)) { if((P0==0XDB)||(P0==0XBB))//S2 S3 { EX1=0。 i=3。 P0=0XDF。 } } } } } void Timer0(void) interrupt 1 河北工業(yè)大學 2021 屆本科畢業(yè)設(shè)計說明書 48 { if(Cnt==0) { Cnt++。 } if(z0) { dianjitiaosuxiaoyu0()。 if(z0) { dianjitiaosudayu0()。 while(IRCOM[2]==0x0C) { Delay(500)。 PWMzhunbei()。 biaozhi4=0。 i=0。 PX0=1。//定時 9mS TR0=1。 CR=1。 CCAP1H=0X00。 CCAP0H=0X00。 } } } void PWMzhunbei() { CCON=0。 } } void delay1(uchar x) { unsigned char f。ik。 CCAP1H=0X99。 } void dianjitiaosuxiaoyu0fan() { IN1=1。 CCAP0H=0X99。 CCAP1H=0X88。 } void dianjitiaosuxiaoyu0() { IN1=0。 CCAP0H=0X88。 CCAP1H=0X88。 } void Zuolunzhuanyoubuzhuan() 河北工業(yè)大學 2021 屆本科畢業(yè)設(shè)計說明書 44 { IN1=0。 CCAP0H=0X88。 CCAP1H=0X00。 } void dianjitingzhi() { IN1=1。 CCAP0H=0X66。 CCAP1H=0X88。 } void dianjifanzhuan() { IN1=1。 CCAP0H=0X88。_nop_()。_nop_()。_nop_()。_nop_()。_nop_()。_nop_()。 for(p=0。i++) { for(j=0。 //讀取 I2C數(shù)據(jù) void Single_WriteI2C(uchar REG_Address,uchar REG_data)。 void display_ACCEL_x()。 void I2C_SendByte(uchar dat)。 void I2C_Start()。 //延時 void Kalman_Filter(float Accel,float Gyro)。 //IIC時鐘引腳定義 sbit SDA=P2^1。 sbit COL3 = P0^6。 //L298N輸入控制端定義 sbit ROW1 = P0^2。 最后 ，我要感謝的是我的母校 河北工業(yè) 大學 ，我四年前踏入河工大的那一 刻 ， 我內(nèi)心帶著些許的悲涼， 因為我需要 去適應(yīng)它的 大 草原 ， 適應(yīng)草原上的羊群以及羊群旁邊的兩只牧羊犬，適應(yīng)東區(qū)食堂 前 的臭水溝，適應(yīng)我最初的宿舍東一 A211， 適應(yīng)學校的空曠與 僅有 的幾棟不太起眼的 建筑 。 （ 3） 陀螺儀 的程序還不夠完美，需要進一步加上卡爾曼濾波算法，使小車閉環(huán)控制更加精確。 （ 3） 利用 陀螺儀 反饋 回小車的位 姿并實時對其 進行 閉環(huán) 控制。 圖 微動 開關(guān) PCB圖 河北工業(yè)大學 2021 屆本科畢業(yè)設(shè)計說明書 31 家用擦玻璃清潔機器人 樣機的制作 通過 以上一系列的工作， 擦玻璃 機器人的設(shè)計工作已經(jīng) 宣告 完畢， 由于 零件要求重量 輕 且需 有一定的強度 ，故 3D打印成了 最 合適 的加工方式 ， 其中電機座和磁鐵升降架 所用 的材料為玻璃纖維，而其 它 件均采用光敏樹脂的材料 打成 ， 再經(jīng)過 實體裝配后，實物圖如 下 圖所示 ： 圖 實體樣機 展示圖 家用擦玻璃清潔機器人 樣機的測試 圖 機器人運行狀態(tài) 1 河北工業(yè)大學 2021 屆本科畢業(yè)設(shè)計說明書 32 圖 2 圖 機器人運行狀態(tài) 3 以上幾圖 為機器人的上機運行情況， 機器人 行走較為 平穩(wěn) ， 且 各個環(huán)節(jié)均運行正常 ， 陀螺儀確實 起到了 實時調(diào)速的作用，保證了小車始終保持水平 姿態(tài) 的運行 ， 小車最終 也是 按照程序里面規(guī)劃的路徑將整塊玻璃走完 ，整個 過程實現(xiàn)了全自動化，且擦拭效果良好 。 D) 編寫程序讀取 MPU6000 的數(shù)據(jù)，然后觀察數(shù)據(jù)是否正常。 河北工業(yè)大學 2021 屆本科畢業(yè)設(shè)計說明書 30 C) 將兩個電機接上，并 編寫程序測試該驅(qū)動是否正常工作。 （ 4） 紅外接收傳感器測試 A) 測量 U8pin3 是否為 5V。 圖 電源 模塊 PCB細化 圖 1 圖 模塊 PCB細化 圖 2 （ 3） 單片機最小系統(tǒng)測試 A) 測試 U2pin40 腳的電壓是否為 5V。觀察萬用表的電流，若電流大于 500mA，請停止一切測試，檢查問題。若短路，停止一 切測試，檢查原因。 /秒，本人 利用該模塊 反饋 Z軸 的加速度 值 去 找到模塊與水平方向的夾角，從而在小車一開始向上運行的過程中 由 該值判斷小車的姿態(tài)并通過 PWM 硬件調(diào)節(jié) 兩邊電機的旋轉(zhuǎn)速率進行差速調(diào)速 ， 令小車靈活 地 不斷地為自己 調(diào)平 ，實現(xiàn)豎直向上的運動，同 樣運用 X 軸 的加速度器反饋回來的值去控制小車在后來 階段水平運行 的 過程 中 的姿態(tài)調(diào)整 ， 真正地實現(xiàn)小車姿態(tài)的閉環(huán)控制。 運用 該模塊再 融合進 STC12 芯片 的硬件 PWM 輸出 ， 用 PWM 調(diào)制的方法，把恒定的直流電源電壓調(diào)制成頻率一定、寬度可變的脈 沖電壓序列，從而可以改變平均輸出電壓的大小，進而 實現(xiàn)對 直流 減速電機 的 無級調(diào)速。 L298M 的 使用方法： 如果 IN1輸入高電平， OUT1 將輸出高電平，如果 IN1 輸入低電平， OUT1 將輸出低電平， 同理 IN IN IN4 的編程 方法 與之 類似。 圖 單片機 管腳圖 河北工業(yè)大學 2021 屆本科畢業(yè)設(shè)計說明書 22 圖 單片機 內(nèi)部結(jié)構(gòu)框圖 該芯片的 工作電壓為 ，工作頻率范圍： 0～ 35MHz，相當于普通 8051 的 0～420MHz， 片上集成 1280 字節(jié) RAM，有 K 的 Flash 程序存儲器，有兩個 定時器 T0、 T1，擁有 獨立的波特率發(fā)生器， 有 兩路 UART 串口 ，有兩路硬件 PWM 發(fā)生器 ， 該種 封裝擁有40pin 的 I/O 口，復位后為：準雙向口 /弱上拉（普通 8051 傳統(tǒng) I/O 口）可設(shè)置成四種模式：準雙向口 /弱上拉，強推挽 /強上拉，僅為輸入 /高阻，開漏每個 I/O口驅(qū)動能力均可達到 20mA，但整個芯片最大不要超過 120mA， 擁有 內(nèi)置 EEPOM，內(nèi)部集成 MAX810專用復位電路 ，內(nèi)置看門狗 ，具有外部中斷 I/O 口 7路 ,傳統(tǒng)的下降沿中斷或低電平觸發(fā)中斷 。 該機構(gòu) 設(shè)置了 卡槽 ， 正是 這一對卡槽對擋板起到了 限位 作用 ，當小車 撞到 窗戶邊界 時，有了卡槽的保護，能夠 防止 微動 開關(guān) 不會被擋板撞壞 ， 同時， 擋板 上端的卡槽和下端的伸出端 配合 起來起到了限制擋板 上下 躥動的作用 。 電池 的選擇 圖 電池 參數(shù)圖 小車 的 電機 為 12V 直流減速電機， 所以 綜合 考慮之下電池的選擇參數(shù)如上所示。 ⑤小車 完成步驟二：在步驟一的基礎(chǔ)上小車前行，當碰到 窗戶 左 邊框 后小車停止，然后小車倒退 直行 ，在陀螺儀的驅(qū)動下保證平穩(wěn) 直至碰到右邊 邊框 停止 ，然后小車利用差速 原理向下 轉(zhuǎn)動，然后將車頭調(diào) 正后 再向左 直行 ，如此往復，直至小車的邊框碰到窗戶的下邊框時停止 ， 至此整塊玻璃的正反面 已 被小車擦拭干凈。 河北工業(yè)大學 2021 屆本科畢業(yè)設(shè)計說明書 13 圖 玻璃 吸附效果圖 圖 小車工作流程 圖 如圖 所示 ，小車 的 工作 步驟 為 ： ① 將 雙面 小車 置 于玻璃上， 令 其頭部 大致 朝上。 在 本方案中， 磁鐵升降機構(gòu) 置于 反面，且微動開關(guān)的安裝結(jié)構(gòu)相比 上一方案 更加河北工業(yè)大學 2021 屆本科畢業(yè)設(shè)計說明書 12 緊湊，從總體來看，無論 長度，寬度還是高度 的 尺寸 都比 上一方案 小巧 了好多 ， 使用起來更加便 捷。 該面 小車為隨動 面 ，即完全靠 正面 小車的吸引力 作為 動力在玻璃上完成整套擦拭動作 。 如圖 所示， 該圖 為 正面 小車的 內(nèi)部結(jié)構(gòu) 圖， 其中四塊 強磁鐵吸附在鐵 質(zhì)的 升降架子上，而架子則通過 螺桿 與升降旋鈕相連接， 升降 旋鈕的 底部與 外殼上部 相 接觸，因此 ， 當 旋動旋鈕，在外殼的支撐作用下，升降架 便能帶動 磁鐵完成升降動作 ； 在 反面 小車上 ， 也存在四塊磁鐵， 該 四塊磁鐵與正面的磁鐵均為 N S 極相對 ，產(chǎn)生強大的吸引力 ，通過 升降機構(gòu)的 調(diào)節(jié) ，能夠很方便得調(diào)整正反面磁鐵之間的距離，從而 達到手動調(diào)節(jié)兩面 小車間 的吸引力的目的以適應(yīng) 擦拭 不同厚度玻璃時的情況。 圖 機器人 中干 結(jié)構(gòu)簡圖 圖 機器人 上肢結(jié)構(gòu)簡圖 河北工業(yè)大學 2021 屆本科畢業(yè)設(shè)計說明書 6 圖 所示 機構(gòu) 見圖 為機器人的上半部分，其中支架的旋轉(zhuǎn) 副 代表機器人的 肩關(guān)節(jié) ，然后以下 關(guān)節(jié)依次 代表 機器人的肘關(guān)節(jié)和腕關(guān)節(jié) ，不難 看出，該部分機構(gòu)給機器人末端執(zhí)行構(gòu)件提供的自由度為 3，而 整個機器人的機構(gòu)為空間開鏈機構(gòu) ，所以 綜上所述可以得出，機器人的自由度為 6， 可以 實現(xiàn) 各種所需要的空間 動作 。 （ 4） 機器人真正 實現(xiàn) 智能化 ，能夠全自動 地 將自己的 擦拭 任務(wù)完成。 （ 5） 將機器人 在玻璃上進行上機調(diào)試，完善程序， 確保機器人 能夠 將 玻璃擦拭 干凈 。 具體 工作如下： （ 1） 進行 機器人機械結(jié)構(gòu)設(shè)計 ，繪制 機器人的三維 圖 ，并在三維圖的基礎(chǔ)上導出其二維圖， 然后進行 ansys 分析工作，以確保 機械結(jié)構(gòu) 的合理性 。 2 上圖的雙車體機器人也是 由日本人研制， 其 采用負壓吸盤吸附 ，在 運行過程中 吸盤與壁面之間產(chǎn)生有滑動密封效果，強大 的大氣壓能夠保證小車不會從墻壁上滑落，由 四 個 高摩擦系數(shù) 的輪子貼合在墻壁面上， 在吸盤 保持負壓的過程中，機器人通過控制 輪子的正反轉(zhuǎn) 控制機器人的行走方向，輪子的差速保證了機器人的轉(zhuǎn)彎功能的實現(xiàn)，且 由于四個輪子均為獨立控制，所以該機器人 控制起來 顯得格外靈活。 2021 年 ,我國出臺《智能制造科技發(fā)展“十 二五”專項規(guī)劃》和《服務(wù)機器人科技發(fā)展“十二五”專項規(guī)劃》，足見我國對機器人行業(yè)發(fā)展的重視。 本課題 主要完成的工作 ： （ 1） 設(shè)計加工 擦玻璃機器人的機械結(jié)構(gòu)并進行實體裝配。 河 北 工 業(yè) 大 學 畢業(yè)設(shè)計說明書 作 者： 焦然 學 號： 111122 學 院： 機械工程學院