湖面清掃智能機器人的控制系統(tǒng)設(shè)計畢業(yè)論文(參考版)
2025-06-27 06:07本頁面
【正文】 目前，我國研制的清理水面漂浮物的設(shè)備還未見報道，國外研制的也不多，并且價格昂貴，實現(xiàn)的功能也不盡人意。水面污染的治理是一項艱難的長期任務(wù)，用人工清理水面漂浮物只是權(quán)益之計，有些危險水域人無法工作。它作為人類的新型生產(chǎn)工具，在減輕勞動強度、提高生產(chǎn)率、改變生產(chǎn)模式，把人從危險、惡劣的環(huán)境下解放出來等方面，顯示出極大的優(yōu)越性。(6)為選定的方法編寫代碼。(4)深入理解系統(tǒng)在工作過程中為完成相應(yīng)任務(wù)所需要提出的問題。(2)簡單陳述機器人想要完成設(shè)定任務(wù)所必須具備的最少功能集合。另外，為了機器人成功實現(xiàn)預(yù)定任務(wù)，需要對這個較大的任務(wù)進行分析，并劃分為一些較小的問題來逐個解決。一旦有已開放的中斷到來，將轉(zhuǎn)入中斷服務(wù)程序，中斷服務(wù)程序結(jié)束后再返回循環(huán)等待中斷狀態(tài)。6. 3信息接收模塊通過視覺系統(tǒng)、語音系統(tǒng)、傳感器接收外界信息，從而判斷何時收集垃圾，何時避障以及何時返回。其中，又劃分為三個部分：速度的檢測、控制算法，以及電機的驅(qū)動。初始化流程如圖15所示?？刂葡到y(tǒng)軟件主要包括初始化模塊、速度調(diào)節(jié)模塊和信息接收模塊，這三個模塊通過中斷聯(lián)系在一起的，如圖14所示。(2)設(shè)計中其它應(yīng)注意的問題必須考慮時序關(guān)系，保留一定的余量；重要的信號應(yīng)加測試點，可使用LED發(fā)光管對輸出電平進行測試，使用按鍵來模擬輸入電平信號進行測試，硬件連接如圖13所示。對于重要的控制引腳應(yīng)將它們配置成無效狀態(tài)；DSP的引腳較多，TMS320LF2407A共有144個引腳，設(shè)計系統(tǒng)時未必都能用上，應(yīng)正確處理未用的引腳以免引入干擾或帶來不必要的麻煩。機器人的電池電壓通過ADC轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號，當(dāng)電池電壓低于警戒值時，發(fā)出電池能量不足的信息。光束中斷傳感器被安放在垃圾倉靠近底部的位置，由于垃圾上浮，因此當(dāng)垃圾倉沒有滿時，垃圾不會觸動光束中斷傳感器；當(dāng)垃圾漸漸增多，垃圾倉中的部分垃圾將被新進的垃圾擠到垃圾倉下部以致觸動光束中斷傳感器，從而發(fā)送垃圾倉滿信號。光束中斷傳感器的發(fā)射器和接收器分別安裝在不同的盒子中，當(dāng)光束被中斷時，輸出開關(guān)信號?？紤]到湖面機器人的障礙物比較單一，本系統(tǒng)采用兩套紅外接近覺傳感器。采用多個紅外發(fā)送器和接收器可以減少盲區(qū)的數(shù)量。紅外接近覺傳感器由發(fā)送器和接收器兩部分組成，每部分都有一定的有限視場。(1)紅外接近覺傳感器紅外接近覺傳感器是移動機器人最常用的避障傳感器之一。圖12 A/D調(diào)理電路 傳感器簡介無感知能力的機器人操作程序是預(yù)先制定的，并按照預(yù)定程序重復(fù)無誤地完成確定的任務(wù)，它們?nèi)狈m應(yīng)性。跟隨器采用芯片LM358，如圖12所示。DSP能接受的A/D信號在0～。兩個獨立的8狀態(tài)排序器（SEQ1和SEQ2），可以獨立工作在雙排序器模式，或者級聯(lián)成16狀態(tài)排序模式（SEQ）。機器人的電池電壓通過ADC轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號，當(dāng)電池電壓低于警戒值時，發(fā)出電池能量不足的警告信息。圖11是TMS320LF2407A串行通信接口電路，該電路采用了符合RS232標(biāo)準的驅(qū)動芯片MAX232，進行串行通信。即三次采樣中如果有兩次采到高（低）電平，即認為此數(shù)據(jù)位為1（0）。在此后再過四個周期就認為是數(shù)據(jù)位的開始。都占8個SCI內(nèi)部周期，如圖10所示。發(fā)送器和接收器可以獨立或同時工作，清掃機器人的控制系統(tǒng)主要使用SCI的接收功能。發(fā)送器及其相關(guān)的寄存器主要完成將并行數(shù)據(jù)串行發(fā)出的功能。(6)發(fā)送器和接收器都具有獨立的中斷使能位，上述的五個標(biāo)志中，除TXEMPTY外都能產(chǎn)生中斷申請。(5)發(fā)送和接收都可工作在查詢或中斷方式下，具有下述標(biāo)志位：發(fā)送器：TXRDY，發(fā)送準備好，即發(fā)送緩沖器準備接收另一來自本機CPU送出的字符；TX EMPTY，發(fā)送移位寄存器空。(3)數(shù)據(jù)位的長度為1位～8位，可編程設(shè)定。SCI模塊的主要特征如下：(1)兩個I/O引腳：SCIRXD：SCI的數(shù)據(jù)接收引腳SCITXD：SCI的數(shù)據(jù)發(fā)送引腳不使用SCI時，這兩個引腳可作通用I/O引腳。TMS320LF2407A DSP片內(nèi)集成有異步串行通信接口（SCI）模塊，支持DSP與其它使用標(biāo)準格式的異步外設(shè)之間的串行通信。用正交編碼脈沖電路作為時鐘輸入的通用定時器的周期、下溢、上溢和比較中斷標(biāo)志將產(chǎn)生于各自的匹配發(fā)生時。接著它就產(chǎn)生方向信號作為通用定時器2，4的計數(shù)方向輸入。正交編碼脈沖電路的時基可由通用定時器2，4提供，通用定時器必須設(shè)置成定向增/減計數(shù)模式，并以正交編碼脈沖電路作為時鐘源。這樣，將正交編碼脈沖電路與外部的編碼器相連，就可以方便地獲得電機旋轉(zhuǎn)的速度大小和方向信息，為測試和控制提供了有利條件。兩個正交編碼輸入脈沖的兩個沿均被計數(shù)，因此送到定時器的時鐘頻率是每個輸入序列頻率的四倍。具體如圖9所示。TMS320LF2407A內(nèi)置正交編碼脈沖電路（QEP），可自動識別由外部引腳上輸入的正交編碼脈沖的方向（正交編碼脈沖電路可用于連接光電編碼器以獲得旋轉(zhuǎn)機械的位置、速度等信息），記錄脈沖的個數(shù)，這為機器人的運動控制提供了方便。湖面清掃智能機器人共需要3個電機，其中，一個電機控制機器人的垃圾收集裝置，另外兩個電機控制機器人的前進速度。由式（34）可知，當(dāng)電源電壓Us不變的情況下，電樞的端電壓的平均值Ua取決于占空比α的大小，改變α值就可以改變端電壓的平均值，從而達到調(diào)速的目的，這就是PWM調(diào)速原理。占空比α表示了在一個周期T里，開關(guān)管道通的時間長短與周期的比值。t2時間后，柵極輸入重新變?yōu)楦唠娖?，開關(guān)管的動作重復(fù)前面的過程。當(dāng)開關(guān)管MOSFET的柵極輸入高電平時，開關(guān)管道通，直流電機電樞繞組兩端的電壓Us。周期不變意味著以同樣的調(diào)制頻率工作，脈寬可變意味著可以得到不同的波形。開關(guān)驅(qū)動方式是使半導(dǎo)體功率器件工作在開關(guān)狀態(tài)，最常用的一種方法就是通過脈寬調(diào)制（PWM）來控制電機電樞電壓，將數(shù)字量調(diào)制成滿足控制策略的各種波形，最后施加到被控對象上，實現(xiàn)調(diào)速。在對直流電機電樞電壓的控制和驅(qū)動中，對半導(dǎo)體功率器件的使用上又可分為兩種方式：線性放大驅(qū)動和開關(guān)驅(qū)動方式。在調(diào)速時，保持電樞電流不變，即保持電機的輸出轉(zhuǎn)矩不變，可以得到具有恒轉(zhuǎn)矩特性的大的調(diào)速范圍，因此大多數(shù)應(yīng)用場合都使用電樞電壓控制法。這種調(diào)速方法的調(diào)速范圍小，在低速時受磁極飽和的限制，在高速時受換向火花和換向器結(jié)構(gòu)強度的限制，并且勵磁線圈電感較大，動態(tài)響應(yīng)較差，所以這種控制方法用的很少。其中感應(yīng)電動勢為： Ea =KeΦn （32）式中Ke——感應(yīng)電動勢計算常數(shù)Φ——每極磁通；n——電機轉(zhuǎn)速；將（32）代入（31）可得：由式（33）可
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