【正文】 體積小，約 ，且接收發(fā)射合一。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。 圖 320 接近開(kāi)關(guān) 1的電路 圖 Fig320 The circuit of the approaching switch 1 履帶式移動(dòng)機(jī)器人無(wú)線通訊模塊的硬件設(shè)計(jì) 無(wú)線通信環(huán)節(jié)是整個(gè)系統(tǒng)的關(guān)鍵部分，它聯(lián)系著作業(yè)現(xiàn)場(chǎng)的移動(dòng)機(jī)器人和遙控處的計(jì)算機(jī)，是圖像信息、傳感器信息和控制量信息的傳輸通道。 接近開(kāi)關(guān)實(shí)質(zhì)為一種非接觸式的傳感器，此處采用反射式紅外光電傳感器ST198。我們采用以下的方法增加中斷端口。兩個(gè)外部輸入腳分別為 IOB2 和 IOB3。 3)接近開(kāi)關(guān)的電路設(shè)計(jì) 用四個(gè)接近開(kāi)關(guān) (1～ 4)安裝在移動(dòng)機(jī)器人的四周，以克服超聲波探測(cè)時(shí)的 “盲區(qū) ”及應(yīng)付突發(fā)的物體。由主單片機(jī)控 制的多路開(kāi)關(guān)來(lái)控制 10個(gè)通道分時(shí)工作的順序。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。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。由于超聲波在傳播中，其能量會(huì)隨傳輸距離的增大而減小，從遠(yuǎn)距離障礙物反射的回波信號(hào)一般比較弱 (為 mV級(jí) )，所以需要經(jīng)過(guò)多級(jí)信號(hào)放大處理 .該移動(dòng)機(jī)器人系統(tǒng)采用了三級(jí)放大處理，將信號(hào)放大約 150萬(wàn)倍，然后經(jīng)整形電路輸出。超聲波發(fā)射過(guò)程是 :首先由主單片機(jī)控制多路模擬開(kāi)關(guān) (CD4052，雙 4 路模擬開(kāi)關(guān) )，循環(huán)啟動(dòng) 10路發(fā)射電路，經(jīng) IOB9口產(chǎn)生脈寬為 的 40kHz的調(diào)制脈沖波，再經(jīng)脈沖變壓器產(chǎn)生幅度達(dá) 60V 的瞬間高能激勵(lì)信號(hào)，激發(fā)換能器產(chǎn)生超聲波信號(hào) [13]。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)。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。其原理為 :檢測(cè)從發(fā)射換 19 能器發(fā)出的超聲波，經(jīng)氣體介質(zhì)傳播到接收換能器的時(shí)間，即渡越時(shí)間，渡越時(shí)間與氣體介質(zhì)中的聲速相乘，便可得到超聲波發(fā)射器和接收器之問(wèn)的距離。I0為超聲波進(jìn)入介質(zhì)的強(qiáng)度。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。它有兩個(gè)壓電晶片和一個(gè)共振板。機(jī)械方式有加爾統(tǒng)笛、液哨和氣流旋笛等。鑒于以上的種種優(yōu)點(diǎn)，使得超聲波傳感器在移動(dòng)機(jī)器人應(yīng)用中具有很大的優(yōu)勢(shì)。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。單片機(jī)的 DIR，決定電機(jī)的轉(zhuǎn)向。我們采用的是北京四 通電機(jī)有限責(zé)任公司生產(chǎn)的混合式步進(jìn)電動(dòng)機(jī)細(xì)分驅(qū)動(dòng)器，具體型號(hào)與參數(shù)如表 33所示。環(huán)形分配器主要有兩大類 [11]:一類是用計(jì)算機(jī)軟件設(shè)計(jì)的方法實(shí)現(xiàn)環(huán)分器要求的功能，通常 稱軟環(huán)形分配器。 步進(jìn)電機(jī)是一種將電脈沖信號(hào)轉(zhuǎn)換成直線或角位移的執(zhí)行元件，它不能直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]。 (2)方向電平信號(hào) DIR:此信號(hào)決定電機(jī)的旋轉(zhuǎn)方向 。它的運(yùn)行要有步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器來(lái)進(jìn)行驅(qū)動(dòng)，驅(qū)動(dòng)器把控制系統(tǒng)發(fā)出的脈沖信號(hào)轉(zhuǎn)化為步進(jìn)電機(jī)的角位移，也就是說(shuō)，控制系統(tǒng)每發(fā)出一個(gè)脈沖信號(hào)，通過(guò)驅(qū)動(dòng)器就是步進(jìn)電機(jī)旋轉(zhuǎn)一個(gè)步距角，因此步進(jìn)電機(jī)的轉(zhuǎn)速與脈沖信號(hào)的頻率成 正比。當(dāng)開(kāi)關(guān)SWPB斷開(kāi)時(shí)， Uol 懸浮，流過(guò)光電二極管的電流為零，光電三極管截止， Uo2= H , Uo3= L。 3)行程開(kāi)關(guān)的設(shè)計(jì) 15 履帶式移動(dòng)機(jī)器人五自由度機(jī)械臂各關(guān)節(jié)的極限檢測(cè)是由行程開(kāi)關(guān)實(shí)現(xiàn)的。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。五個(gè)關(guān)節(jié)所選用的步進(jìn)電機(jī)的型號(hào)及相關(guān)參數(shù)如表 32所示。 機(jī)械手臂由五自由度機(jī)械臂與夾鉗式手爪構(gòu)成，具體如 22圖。它的值取決于繞組內(nèi)電流的 14 值及通電相數(shù)。 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)的主要參數(shù)及性能指標(biāo)有 : 相數(shù) m:電器上獨(dú)立成系統(tǒng)而存在的回路個(gè)數(shù)即是相數(shù)。 (6)停止時(shí)有自鎖能力。 (3)可以用數(shù)字信號(hào)直接進(jìn)行開(kāi)環(huán)控制，整個(gè)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單廉價(jià)。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。對(duì)這種電機(jī)施加一個(gè)電脈沖后，其轉(zhuǎn)軸 就轉(zhuǎn)過(guò)一個(gè)角度，稱為一步 。兩個(gè)串行中斷 。兩個(gè)外部中斷源 。 12 2k可反復(fù)編程 FLASH存儲(chǔ)器（ 10000次）； AT89C2051的機(jī)構(gòu)引腳圖如圖 39。 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。根據(jù)實(shí)際需要在程序中對(duì)兩個(gè)控制單元的各控制位進(jìn)行置位或復(fù)位，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)異步串行口工作方式、中斷等的設(shè)置；通過(guò)對(duì)狀態(tài)的讀取，可以調(diào)整和控制通信。根據(jù)控制系統(tǒng) 10 的要求，主從單片機(jī)之間采用異步串行通信。實(shí)現(xiàn)串行數(shù)據(jù)傳輸?shù)姆绞街饕腥N，移位寄存器方式、異步串行方 9 式和同步串行方式。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。復(fù)位電路根據(jù)需要有不同的結(jié)構(gòu)和特性， 在實(shí)際需要中，主要有上電自動(dòng)復(fù)位和人工手動(dòng)復(fù)位兩 種要求。外接晶振采用 32768Hz。同時(shí)主單片機(jī)還處理傳感器采集到的各種信息并把 遙控計(jì)算機(jī)所需要的相關(guān)信息傳輸?shù)竭b控計(jì)算機(jī)。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 。 主單片機(jī)的選擇及控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) 當(dāng)前微控制器主要有 MCS51系列單片機(jī)， AVR系 列單片機(jī)， PIC系列單片機(jī)，DSP控制器，以及 ARM處理器。同時(shí)兩履帶還有兩個(gè)步進(jìn)電機(jī)需要兩個(gè)從單片機(jī)控制，接受主單片機(jī)的指令，實(shí)現(xiàn)履帶車轉(zhuǎn)彎前進(jìn)或后退等功能。當(dāng)前投入使用的移動(dòng)機(jī)器人控制系統(tǒng)廣泛采用分布式控制結(jié)構(gòu)。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。 5 3 履帶式移動(dòng)機(jī)器人的硬件設(shè)計(jì) 為了使履帶式移動(dòng)機(jī)器人實(shí)現(xiàn)無(wú)線控制，希望它能夠滿足以下要求 : ，而且易于升級(jí)，能夠方便的配置不同類型的傳感器如超聲波傳感器和 CCD攝像機(jī)等。同時(shí)可以使機(jī)械臂完成各種任務(wù)。 圖 21履帶式移機(jī)人的運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)簡(jiǎn)圖 Fig21 The simple chart of motorial framework of Track Robot 履帶式移動(dòng)機(jī)器人的控制系統(tǒng)總體設(shè)計(jì) 該機(jī)器人的體系結(jié)構(gòu)采用模塊化結(jié)構(gòu)，各個(gè)模塊都是相對(duì)獨(dú)立的運(yùn)行，協(xié)調(diào) 4 工作，其硬件總體框圖如圖 22所示。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)。該軸過(guò)主從動(dòng)軸所確定平面的幾何中心。國(guó)內(nèi)對(duì)于移動(dòng)機(jī)器人的起步比較晚，從 “七五 ”開(kāi)始，我國(guó)的移動(dòng)機(jī)器人研究開(kāi)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。同時(shí)，由于其研制目標(biāo)是 “高科技戰(zhàn)斗機(jī)器 ”，裝備強(qiáng)大的火力使其未來(lái)的軍事用途前景也十分廣闊。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。 20世紀(jì) 90年代以來(lái)，以研制高水平的環(huán)境信息傳感器和信息 2 處理技術(shù)，高適應(yīng)性的移動(dòng)機(jī)器人技術(shù)、真實(shí)環(huán)境下的規(guī)劃技術(shù)為標(biāo)志，開(kāi)展了移動(dòng)機(jī)器人更高層次的研究。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(kāi)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。按作業(yè)空間來(lái)分，可分為陸地移動(dòng)機(jī)器人、水下機(jī)器人、無(wú)人飛機(jī)和空間機(jī)器人。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 。劇中的人造機(jī)器 [1]取名為 Robota(捷克語(yǔ) )，英語(yǔ) Robot由此衍生而來(lái)，在我國(guó)則譯為 “機(jī)器人 ” 。 1