【正文】 克拉克，邁克爾我將銘記我曾是一名華航學(xué)子，在今后的工作中把精益求精的優(yōu)良傳統(tǒng)發(fā)揚光大。同時我還要感謝在我學(xué)習(xí)期間給我極大關(guān)心和支持的各位老師以及關(guān)心我的同學(xué)和朋友。在大學(xué)階段，我在學(xué)習(xí)上和思想上都受益非淺，這除了自身的努力外，與各位老師、同學(xué)和朋友的關(guān)心、支持和鼓勵是分不開的。同時，感謝所有任課老師和所有同學(xué)在這四年來給自己的指導(dǎo)和幫助，是他們教會了我專業(yè)知識，教會了我如何學(xué)習(xí)，教會了我如何做人。致謝非常感謝董旭老師，董旭老師在我大學(xué)的最后學(xué)習(xí)階段——畢業(yè)設(shè)計階段給自己的指導(dǎo)，從最初的定題，到資料收集，到寫作、修改，到論文定稿，他給了我耐心的指導(dǎo)和無私的幫助。機(jī)器人直起腰部，左手放下，恢復(fù)原狀。[14] 控制回路整體測試控制系統(tǒng)軟件與硬件電路緊緊結(jié)合共同實現(xiàn)對迎賓機(jī)器人的控制，迎賓機(jī)器人立于大門外左側(cè)，當(dāng)有人進(jìn)門來時，經(jīng)單片機(jī)處理后發(fā)出指令，調(diào)用迎賓子程序1，查詢并設(shè)置電機(jī)的數(shù)目和標(biāo)志位，取出目標(biāo)點數(shù)，驅(qū)動電動機(jī)正向轉(zhuǎn)動，此時目標(biāo)點子程序監(jiān)控機(jī)械臂是否達(dá)到規(guī)定動作，計算位置偏差，如大于規(guī)定范圍時，程序返回驅(qū)動電機(jī)轉(zhuǎn)動處，如位置偏差小于規(guī)定值，即認(rèn)作達(dá)到目標(biāo)點，此時進(jìn)入下一臺電機(jī)的目標(biāo)點控制，直至處理完所有電機(jī)的動作。若沒有到位，則讀計數(shù)器，并將當(dāng)前值與上一次讀到的值相比較。若不為1，每延時5ms(因電機(jī)有滯后效應(yīng)，第一次延時15ms)后檢查一下零位輸入口的狀態(tài)。通過定時查詢零位開關(guān)輸入口，就可以知道零位開關(guān)的狀態(tài)。繼續(xù)處理下一個關(guān)節(jié)。然后循環(huán)調(diào)用A／D轉(zhuǎn)換子程序，取得關(guān)節(jié)實際位置，與零位進(jìn)行比較。將實際位置與零位進(jìn)行比較，若差值在允許位置誤差范圍之內(nèi)，則認(rèn)為關(guān)節(jié)已在零位。 關(guān)節(jié)歸零子程序關(guān)節(jié)歸零子程序依次對每個關(guān)節(jié)進(jìn)行控制，將其歸復(fù)到零位(即站立狀態(tài)的位置)，每完成一個關(guān)節(jié)后再處理下一個關(guān)節(jié)。[9]當(dāng)所有電機(jī)都已檢查完，清除查詢時間到標(biāo)志位，設(shè)置2ms軟件定時器1，等待下一次查詢。停止電機(jī)后，再一次查詢關(guān)節(jié)實際位置，加以保存。將關(guān)節(jié)實際位置與期望位置進(jìn)行比較，當(dāng)差值仍沒有在誤差范圍之內(nèi)時，說明關(guān)節(jié)還沒有到達(dá)目標(biāo)位置，不再繼續(xù)處理，轉(zhuǎn)下一臺電機(jī)查詢。若是，則返回階段控制子程序。在定時位置查詢階段，每2ms檢查一次所有已起動電機(jī)的關(guān)節(jié)位置。如此處理完所有電機(jī)，設(shè)置15ms軟件定時器l，查詢時間到標(biāo)志位清零，然后不斷檢查標(biāo)志位。取出此關(guān)節(jié)的相關(guān)參數(shù)，復(fù)位相關(guān)的計數(shù)器，并設(shè)置其計數(shù)初值為0。若差值在允許位置誤差范圍之內(nèi)，則認(rèn)為關(guān)節(jié)已經(jīng)處在目標(biāo)位置，不需調(diào)整。當(dāng)位值為1時，表示有控制任務(wù)。程序依次檢查電機(jī)控制標(biāo)志字的各位。當(dāng)所有目標(biāo)關(guān)節(jié)都已到位后，則返回。[13]我們把每一步動作所包含的階段數(shù)和每個階段的控制關(guān)節(jié)數(shù)量、關(guān)節(jié)的分布情況、目標(biāo)點數(shù)和每個目標(biāo)點各關(guān)節(jié)的位置等數(shù)據(jù)組成任務(wù)常數(shù)表，放置在程序的代碼常數(shù)區(qū)，程序運行時通過指向任務(wù)常數(shù)表的指針即可獲得相關(guān)數(shù)據(jù)。每個階段內(nèi)各個目標(biāo)點需要控制的關(guān)節(jié)數(shù)量和分布情況是固定的。而每一步又分為幾個階段，每個階段按一定的時間間隔分成若干個目標(biāo)點(即各關(guān)節(jié)在某一時刻的位置)。最后，調(diào)用關(guān)節(jié)歸零子程序(后面介紹)，使各個關(guān)節(jié)的位置回復(fù)到零位狀態(tài)。因堆棧向下增長，故將堆棧指針值設(shè)置為通用寄存器頂端附近的地址，盡可能擴(kuò)大堆?？墒褂每臻g，這樣可以避免在多級調(diào)用子程序后堆棧進(jìn)入已定義變量使用的寄存器空間，以免造成錯誤。圖是主程序流程圖，主程序分為初始化模塊和任務(wù)處理循環(huán)模塊，下面分別加以介紹。中斷服務(wù)程序可以放在地址空間的任意位置(除系統(tǒng)保留的空間外)，但每一種中斷服務(wù)程序的起始地址需要放在相應(yīng)的中斷向量單元中。在主程序的前面，必須要設(shè)置中斷向量表。另外在機(jī)器人手臂上電后和工作過程中定期進(jìn)行關(guān)節(jié)歸零工作，保證機(jī)器入的關(guān)節(jié)處于正確的初始位置。軟件采用匯編語言實現(xiàn)，以盡可能提高程序的運行速度和性能。如果完全按照多變量控制系統(tǒng)的理論模型來進(jìn)行控制，采用其復(fù)雜的控制算法，將不是單片機(jī)系統(tǒng)所能承擔(dān)的。 o++。 //} } }/*void time0() interrupt 1 //定時器0中斷函數(shù)，可用可不用，{ TH0=(6553650000)/256。 } write_pro(0x01)。 write_pro(0x1c)。n++) { write_data(table1[n])。 for(n=0。 delay(210)。 delay(5)。m13。 write_pro(0x80+0x15)。 delay(30)。n15。 write_pro(0x80+0x41)。 delay(30)。m13。//設(shè)置數(shù)據(jù)指針 }void main(){ init()。//設(shè)置字符或光標(biāo)移動方式，此為當(dāng)寫一個字符后，數(shù)據(jù)指針加一，亦即向由移動一個位 write_pro(0x01)。//以下是液晶顯示器的初始化，*2顯示，5*7點陣，8位數(shù)據(jù)接口 write_pro(0x0c)。 //T0中斷允許位置一 TR0=1。 EA=1。 //中斷初始化 TH0=(6553650000)/256。 e=0。 P0=date。 e=1。}void write_data(uchar date)//子涵數(shù)：向lcd液晶顯示器里寫入要顯示的數(shù)據(jù){ rs=1。 delay(15)。 //使能 delay(5)。//寫程序的rs選擇信號 delay(5)。y)。x) for(y=112。 for(x=z。 //設(shè)定要顯示的字符組uchar code table1[]=where are you ?。 //使能端uchar m,n,o。 HD44780液晶顯示器程序清單 /*用單片機(jī)控制液晶顯示實驗程序*/includedefine uint unsigned intdefine uchar unsigned charsbit rs=P2^1。人體輻射的紅外線中心波長為9~10um，~20um范圍內(nèi)幾乎穩(wěn)定不變。為了提高探測器的探測靈敏度以增大探測距離，一般在探測器的前方裝設(shè)一個菲涅爾透鏡，該透鏡用透明塑料制成，將透鏡的上、下兩部分各分成若干等份，制成一種具有特殊光學(xué)系統(tǒng)的透鏡，它和放大電路相配合，可將信號放大70分貝以上，這樣就可以測出10~20米范圍內(nèi)人的行動菲涅爾透鏡利用透鏡的特殊光學(xué)原理，在探測器前方產(chǎn)生一個交替變化的“盲區(qū)”和“高靈敏區(qū)”，以提高它的探測接收靈敏度。在每個探測器內(nèi)裝入一個或兩個探測元件，并將兩個探測元件以反極性串聯(lián)，以抑制由于自身溫度升高而產(chǎn)生的干擾。同時，單穩(wěn)態(tài) 觸發(fā)器IC3輸出不變，M1為0V，電動機(jī)M翻轉(zhuǎn)[10]。M1端為+6V； 同時，P1．6口持低電平不變，單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器IC4輸出不變，M2為0V，電動機(jī)M正轉(zhuǎn)。電動機(jī)驅(qū)動電路原理圖如圖4所示，驅(qū)動器是由NE555時基電路構(gòu)成的單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器， 暫態(tài)脈寬約3s，VTVT2分別構(gòu)成兩個反相器，將觸發(fā)脈沖倒相， 由單片機(jī)的P1．5口和PI．6口的電平狀態(tài)控制單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器的輸出。 電機(jī)驅(qū)動裝置本機(jī)器人采用一個電機(jī)作為動力源，使用簡單．控制靈活。零位開關(guān)可根據(jù)具體使用條件選用光學(xué)傳感器、霍爾磁傳感器或接觸開關(guān)等。 零位開關(guān)為了使機(jī)器人手臂使用增量式編碼器的關(guān)節(jié)能夠回到自己的零位，必須給關(guān)節(jié)裝上零位開關(guān)，供機(jī)器人歸零動作(回到初始位置)使用。因為編碼器與電機(jī)同軸，即使關(guān)節(jié)速度較低，也可以得到較多的脈沖，從而能保證精度。每個編碼器提供A、B兩個通道的正交信號，相位相差90度。編碼器按工作原理可分為光學(xué)編碼器和磁性編碼器等，磁性編碼器的可靠性比光學(xué)的要高。實際上片內(nèi)各功能部件的控制寄存器和狀態(tài)寄存器，是一個具有特殊功能的RAM區(qū)。（7）P1口、P2口、P3口、P0口 為4個并行8位I/O口。（6）串行口 1個全雙工的的串行口，具有4種工作方式。（4）中斷系統(tǒng) 具有5個中斷源，2級中斷優(yōu)先權(quán)。片內(nèi)的128B的RAM，以高速RAM形式集成在的單片機(jī)內(nèi)，可以加快單片機(jī)的運行速度，而且這種結(jié)構(gòu)還可以降低單片機(jī)的功耗。（2）數(shù)據(jù)存儲器 片內(nèi)為128B，片外最多可外擴(kuò)64KB。圖63中各功能部件的功能如下：（1）CPU微處理器 8051單片機(jī)中有一個8位的微處理器，與通用的微處理器基本相同，同樣包括了運算器和微處理器兩大部分。8051單片機(jī)是把那些作為控制應(yīng)用所必須的基本內(nèi)容都集成在一個尺寸有限的集成電路芯片上。[12]單片機(jī)上位機(jī)編碼器5直流電機(jī)5編碼器6直流電機(jī)6直流電機(jī)7編碼器7直流電機(jī)8編碼器8驅(qū)動電路編碼器1直流電機(jī)1編碼器2直流電機(jī)2直流電機(jī)3編碼器3直流電機(jī)4編碼器4驅(qū)動電路腰部電機(jī)舵機(jī)1舵機(jī)2零位開關(guān) 2…9圖62 機(jī)器人手臂控制系統(tǒng) 控制芯片及I/O接口芯片的選型設(shè)控制系統(tǒng)的CPU為英特爾公司的8051單片機(jī)，擴(kuò)展8255A芯片作為回轉(zhuǎn)刀架的收信與發(fā)信控制芯片。若在動作朗間接收到新的命令，則在完成動作之后再執(zhí)行新的命令。 控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)機(jī)器人手臂控制系統(tǒng)以PICl6F76單片機(jī)為核心，由外部輸入、并口擴(kuò)展、電機(jī)驅(qū)動、電位器位置反饋檢測等單元電路構(gòu)成。因此機(jī)器人臂部電路設(shè)計要遵循如下原則：在保證性能的同時，盡量減小電路板的面積，盡量減小空間布線難度。機(jī)器人為真人大小的機(jī)器人，所有的電機(jī)、傳動機(jī)構(gòu)、電路板等都必須安裝到機(jī)器人體內(nèi)。編碼器的作用就是返回關(guān)節(jié)自由度日前的位置和速度狀態(tài)[4]。機(jī)器人手臂的控制首要任務(wù)就是主要控制電路于電機(jī)驅(qū)動電路接口，完成電機(jī)轉(zhuǎn)動角度位置閉環(huán)控制。機(jī)器人手臂部采用兩相直流電機(jī)作為動力，關(guān)節(jié)位置反饋采用編碼器作為位置編碼器。[6] 驅(qū)動器Cpu核心 控制 機(jī)械系統(tǒng)執(zhí)行單元 編碼器 圖61 控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖 手臂硬件需求分析在考慮總體控制方案的時候，首先要明確系統(tǒng)的所有輸入和輸出情況，以便考慮系統(tǒng)接口如何配置，需要哪些接口資源。由于此機(jī)器人的動作事先已規(guī)劃好，每個動作相應(yīng)的關(guān)節(jié)軌跡已經(jīng)計算出來并存入程序的數(shù)據(jù)表，使用時只需查詢表格即可，勿需動態(tài)計算軌跡，所以機(jī)器人手臂的任務(wù)規(guī)劃工作很輕。因此，我們選擇了單CPU結(jié)構(gòu)的集中控制方式作為機(jī)器人的控制方式。目前，世界上大多數(shù)商品化機(jī)器人控制器都采用這種結(jié)構(gòu)。只需承擔(dān)固定任務(wù)，負(fù)擔(dān)較輕，實時性較好，使控制系統(tǒng)的工作速度和控制性能明顯提高。上位機(jī)負(fù)責(zé)整個系統(tǒng)管理以及運動學(xué)計算、軌跡規(guī)劃等。分級控制方式，即多CPU結(jié)構(gòu)。主從控制方式即二級CPU結(jié)構(gòu)，其一級CPU為主機(jī)，擔(dān)當(dāng)系統(tǒng)管理，完成機(jī)器人語言編譯和人機(jī)接口功能，同時也利用它的運算能力完成坐標(biāo)變換、軌跡插補，并定時地把運算結(jié)果作為關(guān)節(jié)運動的增量送到公用內(nèi)存，供二級CPU完成全部關(guān)節(jié)位置數(shù)字控制。集中控制方式即單CPU結(jié)構(gòu)，全部控制功能由一臺功能較強(qiáng)的計算機(jī)實現(xiàn)，計算負(fù)擔(dān)較重，故這種方式的速度較慢。 控制方案概述計算機(jī)控制系統(tǒng)是機(jī)器人的核心部分，它決定著控制性能的優(yōu)劣，也決定著機(jī)器人使用的靈活程度。控制系統(tǒng)的硬件平臺由單片機(jī)控制板和電機(jī)驅(qū)動板組成。控制系統(tǒng)接收上位機(jī)的輸入命令，對命令進(jìn)行識別后執(zhí)行相應(yīng)的動作，也就是控制各個關(guān)節(jié)實現(xiàn)其預(yù)期的關(guān)節(jié)軌跡，從而形成連貫的動作。如圖55波紋管聯(lián)軸器所示。 圖53連