智能機(jī)器人實(shí)驗(yàn)

1、智能機(jī)器人實(shí)驗(yàn)一、 系統(tǒng)構(gòu)成智能機(jī)器人小車主要完成尋跡的功能，其實(shí)現(xiàn)主要包含機(jī)械結(jié)構(gòu)和控制結(jié)構(gòu)。1 機(jī)械結(jié)構(gòu)圖8.1車體結(jié)構(gòu)小車的車體結(jié)構(gòu)如圖8.1所示，主要由底盤、前后輔助托輪、控制板支架、光電傳感器支架、左右驅(qū)動(dòng)輪及步進(jìn)電機(jī)等組成。2 控制結(jié)構(gòu)小車的控制結(jié)構(gòu)主要包含傳感器及調(diào)理電路、步進(jìn)電機(jī)及驅(qū)動(dòng)電路、控制器等部分，下面將分別進(jìn)行敘述。2.1 傳感器及調(diào)理電路機(jī)器人一旦啟動(dòng)進(jìn)入運(yùn)行過程是不允許人參與控制的，因此它的行為動(dòng)作離不開傳感器。圖8.2的流程圖表明設(shè)計(jì)傳感器的方法和需要涉及的因素。圖8.2傳感器設(shè)計(jì)流程在這里，小車要實(shí)現(xiàn)尋跡功能，需要使用到3個(gè)光電傳感器，其內(nèi)部原理圖和引腳圖分別如

2、圖8.3和8.4所示。光電傳感器需要加進(jìn)一個(gè)由比較器構(gòu)成的信號(hào)調(diào)理電路，使其輸出兼容TTL電平而能夠與控制器接口，其應(yīng)用電路如圖8.5所示，因?yàn)樾枰褂玫?個(gè)光電傳感器，因此共需要3路這樣的光電檢測電路。 圖8.3光電傳感器內(nèi)部原理圖 圖8.4光電傳感器引腳圖圖8.5光電檢測電路2.2 步進(jìn)電機(jī)及驅(qū)動(dòng)電路在此采用的是四相八拍反應(yīng)式步進(jìn)電機(jī)，其典型結(jié)構(gòu)圖如圖8.6所示。它共有5個(gè)接線端，其中1個(gè)為12V電源輸入端，其它4個(gè)為控制端，接線方式如圖8.7所示。當(dāng)A繞組接通脈沖電流時(shí)，在磁力作用下使A相的定、轉(zhuǎn)子對(duì)齊，相鄰的B相和D相的定、轉(zhuǎn)子小齒錯(cuò)開。若換成B相通電，則磁力使B相定、轉(zhuǎn)子小齒對(duì)齊，而

3、與B相相鄰的A、C相的定、轉(zhuǎn)子小齒又錯(cuò)開，從而使得步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)過一個(gè)步距角。若按ABCDA規(guī)律循環(huán)通電，則步進(jìn)電機(jī)按一定的方向轉(zhuǎn)動(dòng)。若通電順序改為ADCBA，則電機(jī)反向轉(zhuǎn)動(dòng)。這種方式稱為四相單四拍。在實(shí)現(xiàn)上，只需要按一定的時(shí)鐘周期（不小于1.25ms，對(duì)應(yīng)頻率不高于800Hz）往這4個(gè)控制端循環(huán)輸出一組固定的控制字即可，如圖8.8所示。當(dāng)反轉(zhuǎn)控制字輸出順序（6、7、3、B、9、D、C、E）或改變接線順序（控制端4、控制端3、控制端2、控制端1），就可以使轉(zhuǎn)動(dòng)反向。因?yàn)樽笥逸喌陌惭b是反向的，所以要使小車前進(jìn)，左右步進(jìn)電機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)必須反向。欲使小車左轉(zhuǎn)，只需要使左輪停止而右輪前進(jìn)轉(zhuǎn)動(dòng)即可；反之，欲使小

4、車右轉(zhuǎn)，則只需要使右輪停止而左輪前進(jìn)轉(zhuǎn)動(dòng)即可。當(dāng)輸出一個(gè)固定的控制字時(shí)，因4個(gè)控制端輸出波形之間不具有相位差，步進(jìn)電機(jī)將停止轉(zhuǎn)動(dòng)。步進(jìn)電機(jī)需要一個(gè)驅(qū)動(dòng)電路，可以采用ULN2803作單片機(jī)、CPLD、DSP等控制器與步進(jìn)電機(jī)的接口，并由之提供步進(jìn)電機(jī)的驅(qū)動(dòng)。ULN2803的內(nèi)部原理圖和應(yīng)用電路圖分別如圖8.9和8.10所示圖8.6反應(yīng)式步進(jìn)電機(jī)結(jié)構(gòu)圖圖8.7步進(jìn)電機(jī)接線圖圖8.8步進(jìn)電機(jī)控制波形圖8.9ULN2803內(nèi)部原理圖圖8.10 ULN2803應(yīng)用電路圖2.3 控制器控制器的作用是按一定的時(shí)鐘周期（不小于300ms）對(duì)3個(gè)光電檢測器的輸入進(jìn)行抽樣檢測，并根據(jù)3個(gè)光電檢測器的狀態(tài)，判決小車是應(yīng)該左轉(zhuǎn)、右轉(zhuǎn)還是前進(jìn)，從而決定左右輪的步進(jìn)電機(jī)是應(yīng)該開動(dòng)還是應(yīng)該停止。當(dāng)步進(jìn)電機(jī)需要開動(dòng)時(shí)，向該步進(jìn)電機(jī)輸出前面所述的具有固定相位差的控制信號(hào)，否則輸出一個(gè)固定的控制字，使步進(jìn)電機(jī)停止轉(zhuǎn)動(dòng)。后面將分別給出基于PIC單片機(jī)、CPLD和DSP控制器的設(shè)計(jì)。3 智能機(jī)器人系統(tǒng)功能智能機(jī)器人主要完成尋跡（路徑檢測）的功能，即當(dāng)它發(fā)現(xiàn)需尋跡的線路后，應(yīng)該能夠自行繞著該線路行走而無需用戶干預(yù)。當(dāng)然用戶也可以加進(jìn)其他的擴(kuò)展功能，如紅外測距、金屬檢測、溫度檢測等，擴(kuò)展功能需由用戶自行設(shè)計(jì)。二、 系統(tǒng)測試方法1 基本功能在地面上用黑膠帶粘成一個(gè)任意封閉曲線，如圖8.15所示。加裝蓄電池，