機器人控制系統(tǒng)設(shè)計

1、.選修結(jié)課設(shè)計機器人控制系統(tǒng)設(shè)計授課教師 學(xué)院名稱工程學(xué)院 專業(yè)名稱電子工程. v.摘 要隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展和人們生活水平的不斷提高，人們的日常生活與移動機器人的關(guān)系越來越密切。本文將介紹一種用智能手機控制機器人的設(shè)計，主要采用STC89S52單片機作為機器人的檢測和控制核心；采用自己設(shè)計的Android手機軟件通過藍牙對數(shù)據(jù)進行傳輸，從而把信號反饋到單片機中實現(xiàn)控制，此軟件可以新增各種控制功能，本文將簡單介紹自己已成功設(shè)計出的功能。本設(shè)計結(jié)構(gòu)較簡單，較容易實現(xiàn)，但具有高度的智能化、人性化，一定程度體現(xiàn)了智能。關(guān)鍵詞：機器人Android軟件藍牙控制. v.Design ofControlSy

2、stem for Mobile RobotLi Yu(College of Engineering，South China Agricultural University，Guangzhou 510642，China)Abstract:With the development of science and technology and the improvement of people's living standard，the relationship between daily life and mobile robot people more and more closely.

3、This article introduces a kind of use smartphone to control the robot's design，mainly adopts STC89S52 single-chip microcomputer as the robot detection and control core; Using their own design of the Android mobile phone software to transmit data via bluetooth，and signal feedback to the single-ch

4、ip microcomputer control，the software can add all kinds of control functions，this article will simply introduce yourself successfully designed function. The design structure is relatively simple，relatively easy to implement，but are highly intelligent，humane，to a certain extent reflects the intellige

5、nce.Key words:Mobile Robot Android softwareBluetooth Control. v.目 錄1 前言11.1 課題的背景意義11.2控制技術(shù)研究現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢11.3 應(yīng)用領(lǐng)域21.4機器人的發(fā)展史22 總體方案確定22.1硬件系統(tǒng)設(shè)計介紹22.1.1最小系統(tǒng)設(shè)計22.1.2緩沖器設(shè)計32.1.3驅(qū)動設(shè)計42.1.4藍牙傳輸設(shè)計52.1.5穩(wěn)壓設(shè)計52.2軟件系統(tǒng)的設(shè)計63理論分析64 測試與試驗分析75 結(jié)論7參考文獻8附錄9致謝10. v.1 前言1.1 課題的背景意義智能移動機器人，是一個集環(huán)境感知、動態(tài)決策與規(guī)劃、行為控制與執(zhí)行等多功能于一體的

6、綜合系統(tǒng)。它集中了傳感器技術(shù)、信息處理、電子工程、計算機工程、自動化控制工程以及人工智能等多學(xué)科的研究成果，代表機電一體化的最高成就，是目前科學(xué)技術(shù)發(fā)展最活躍的領(lǐng)域之一。隨著機器人性能不斷地完善，移動機器人的應(yīng)用范圍大為擴展，不僅在工業(yè)、農(nóng)業(yè)、醫(yī)療、服務(wù)等行業(yè)中得到廣泛的應(yīng)用，而且在城市安全、國防和空間探測領(lǐng)域等有害與危險場合得到很好的應(yīng)用。因此，移動機器人技術(shù)已經(jīng)得到世界各國的普遍關(guān)注。在各國普遍關(guān)注移動機器人的大前提下，作為機器人的關(guān)鍵組成部分之一的控制，它發(fā)揮著無可取代的作用。所以研究控制技術(shù)，研制出更加精密的控制系統(tǒng)就顯得尤為重要。1.2 控制技術(shù)研究現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢在世界范圍內(nèi)，機器人

7、技術(shù)作為戰(zhàn)略高技術(shù)，無論推動國防軍事、智能制造裝備、資源開發(fā)，還是發(fā)展未來機器人產(chǎn)業(yè)，美國、日本、歐洲等都十分重視其發(fā)展。 一方面，中國工業(yè)生產(chǎn)型機器人需求強勁，有望形成一定規(guī)模的產(chǎn)業(yè); 另一方面，服務(wù)性機器人產(chǎn)品形態(tài)與產(chǎn)業(yè)規(guī)模還不清晰，需要結(jié)合行業(yè)地方經(jīng)濟與產(chǎn)業(yè)需求試點培育。 盡管如此，機器人在服務(wù)于國家安全、重大民生科技等工程化產(chǎn)品應(yīng)用，及與此相適應(yīng)的模塊化標準和前沿科技創(chuàng)新研究發(fā)展上有著迫切需要。機器人技術(shù)發(fā)展主要趨勢為智能化、標準化、網(wǎng)絡(luò)化。 具體為: 由簡單機電一體化裝備，向以生機電一體化和多傳感器智能化等方面發(fā)展; 由單一作業(yè)，向機器人與信息網(wǎng)絡(luò)相結(jié)合的虛擬交互、遠程操作和網(wǎng)絡(luò)服務(wù)

8、等方面發(fā)展; 由研制單一復(fù)雜系統(tǒng)，向?qū)⑵浜诵募夹g(shù)、核心模塊嵌入于高端制造等相關(guān)裝備方面發(fā)展。 另外機器人的市場化要求家庭化、模塊化、產(chǎn)業(yè)化成為未來機器人應(yīng)用發(fā)展的趨勢。機器人技術(shù)越來越向智能機器技術(shù)與系統(tǒng)方向發(fā)展，其應(yīng)用領(lǐng)域向助老助殘、家用服務(wù)、特種服務(wù)等方面擴展，在學(xué)科發(fā)展上與生機電理論與技術(shù)、納米制造、生物制造等學(xué)科進行交叉創(chuàng)新，研究的科學(xué)問題包含新材料、新感知、新控制和新認知等方面。 而涉及機器人的需求與創(chuàng)新、產(chǎn)業(yè)、服務(wù)及安全之間的辯證關(guān)系依然是其發(fā)展的核心原動力與約束力。1.3應(yīng)用領(lǐng)域因為移動機器人的種類十分之多，所以它的電源應(yīng)用領(lǐng)域也非常廣闊。例如在生產(chǎn)方面的機械臂，在道路上行走的汽

9、車等，甚至是外太空的探索機器人也有用武之地。太空機器人工作在微重力、高真空、超低溫、強輻射、照明條件差的空間環(huán)境下，它與地面上用的工業(yè)機器人有很大差別。在失重條件下物體處于漂浮狀態(tài)，給太空機器人操作帶來種種困難?？臻g視覺識別以及視覺與手爪的配合較地面更困難。太空機器人需要采用三維彩色視覺系統(tǒng)，以便同時確定物體的位置和方向，還要有便于更換的靈巧末端操縱器，利用其觸覺、力覺、滑覺傳感器配合視覺系統(tǒng)完成各種操作任務(wù)。在對機器人的性能嚴格之外，控制也提出比普通更高的要求。1.4機器人的發(fā)展史機器人已有三千多年的歷史。20世紀，機器人技術(shù)得到迅速的發(fā)展并在工業(yè)中得到廣泛應(yīng)用。機器人學(xué)已發(fā)展為綜合了機械學(xué)

10、、電子學(xué)、計算機科學(xué)、自動控制工程、人工智能、仿生學(xué)等多個學(xué)科的綜合性科學(xué)，代表了機電一體化的最高成就，是當今世界科學(xué)技術(shù)發(fā)展最活躍的領(lǐng)域之一。未來的機器人將向智能化方向繼續(xù)發(fā)展。2 總體方案確定以STC89C52為核心設(shè)計出一臺用智能手機控制的半自主機器人，主要用到的芯片有STC89C52，74HC244，BTS7960，HC-06-D，7805等，配合自己設(shè)計的Android軟件最后形成一個整體體統(tǒng)。2.1硬件系統(tǒng)設(shè)計介紹2.11最小系統(tǒng)設(shè)計該系統(tǒng)主要用到的是單片機，所以主要的部分是最小系統(tǒng)圖，該最小系統(tǒng)圖如（圖1）所示：圖12.12緩沖器設(shè)計由于BTS7960輸出電流太大所以在單片機與驅(qū)

11、動模塊間加入緩沖器74HC244芯片防止電流過大燒毀單片機。74HC244邏輯圖（圖2）:圖2電路設(shè)計（圖3）：圖32.13驅(qū)動設(shè)計BTS7960芯片介紹：BTS7960是NovalithIC家族三個獨立的芯片的一部分:一是p型通道的高電位場效應(yīng)晶體管，二是一個n型通道的低電位場效應(yīng)晶體管，結(jié)合一個驅(qū)動晶片,形成一個完全整合的高電流半橋。所有三個芯片是安裝在一個共同的引線框,利用芯片對芯片和芯片芯片技術(shù)。電源開關(guān)應(yīng)用垂直場效應(yīng)管技術(shù)來確保最佳的阻態(tài)。由于p型通道的高電位開關(guān)，需要一個電荷泵消除電磁干擾。通過驅(qū)動集成技術(shù)，邏輯電平輸入、電流取樣診斷、轉(zhuǎn)換速率調(diào)整器，失效發(fā)生時間、防止欠電壓、過電

12、流、短路結(jié)構(gòu)輕易地連接到一個微處理器上。BTS7960可結(jié)合其他的BTS7960形成全橋和三相驅(qū)動結(jié)構(gòu)。智能功率芯片BTS7960是應(yīng)用于電機驅(qū)動的大電流半橋高集成芯片，它帶有一個P溝道的高邊MOSFET、一個N溝道的低邊 MOSFET和一個驅(qū)動 Ic。集成的驅(qū)動Ic具有邏輯電平輸入、電流診斷、斜率調(diào)節(jié)、死區(qū)時間產(chǎn)生和過溫、過壓、欠壓、過流及短路保護的功能。BTS7960通態(tài)電阻典型值為 16mQ，驅(qū)動電流可達 43A。引腳的定義和功能（圖4）：圖4電路設(shè)計（圖5）：圖52.14藍牙傳輸設(shè)計HC-06-D（圖6）數(shù)據(jù)傳輸直接接入到單片機引腳P3.0和P3.1，并于手機配對。圖62.15穩(wěn)壓設(shè)計

13、穩(wěn)壓設(shè)計采用7805芯片，電路設(shè)計（圖7）：圖72.2 軟件系統(tǒng)設(shè)計介紹應(yīng)用eclipse編程軟件編寫Android控制端軟件，實現(xiàn)機器人的控制。界面（圖8）：圖83 理論分析藍牙技術(shù)是一種無線數(shù)據(jù)與語音通信的開放性全球規(guī)范，它以低成本的近距離無線連接為基礎(chǔ)，為固定與移動設(shè)備通信環(huán)境建立一個特別連接。經(jīng)過手機發(fā)出的數(shù)據(jù)的傳輸?shù)絾纹瑱C中，經(jīng)單片機分析處理實現(xiàn)相應(yīng)的功能，從而實現(xiàn)了控制。4 測試與試驗分析經(jīng)過多次測試傳輸數(shù)就穩(wěn)定，控制靈活可靠，最終實現(xiàn)了一套穩(wěn)定可靠的控制系統(tǒng)。5 結(jié)論隨著電力電子技術(shù)的高速發(fā)展，電力電子設(shè)備與人們的工作、生活的關(guān)系日益密切，而電子設(shè)備都離不開控制，控制的可靠與穩(wěn)定是關(guān)鍵，有一套可靠和穩(wěn)定的控制系統(tǒng)可以為人們提供更好的方便。. v.參 考 文 獻王兆安.電力電子技術(shù)M.第五版.：機械工業(yè)出版社,2011.邱關(guān)源，羅先覺.電路M.第五版.:高等教育出版社，2009.康華光，陳大欽，張林.電子技術(shù)基礎(chǔ)