紅外遙控六足爬蟲機(jī)器人設(shè)計(jì)(單片機(jī))論文

ID:110875 · 發(fā)表于 2017-5-6 13:30

紅外遙控六足爬蟲機(jī)器人設(shè)計(jì)(單片機(jī))

目錄

前言.... 2

（一）、機(jī)器人的大腦... 2

（二）、機(jī)器人的眼睛耳朵... 2

（三）、機(jī)器人的腿——驅(qū)動(dòng)器與驅(qū)動(dòng)輪... 3

（四）、機(jī)器人的手臂——機(jī)械傳動(dòng)專制... 4

（五）、機(jī)器人的心臟——電池... 4

一、AT89S51單片機(jī)簡(jiǎn)介... 5

（一）、AT89S51主要功能列舉如下：... 5

（二）、AT89S51各引腳功能介紹：... 5

二、控制系統(tǒng)電路圖... 7

三、微型伺服馬達(dá)原理與控制... 8

（一）、微型伺服馬達(dá)內(nèi)部結(jié)構(gòu)... 8

（二）、微行伺服馬達(dá)的工作原理... 8

（三）、伺服馬達(dá)的控制... 9

（四）、選用的伺服馬達(dá)... 9

四、紅外遙控... 11

（一）、紅外遙控系統(tǒng)... 11

（二）、遙控發(fā)射器及其編碼... 11

（三）、紅外接收模塊... 11

（四）、紅外解碼程序設(shè)計(jì)... 11

五、控制程序... 12

六、六足爬蟲機(jī)器人結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)圖... 18

今年年初，學(xué)校為參加中央電視臺(tái)舉辦的第三屆全國大學(xué)生機(jī)器人電視大賽，組建了機(jī)器人制作小組。我積極參加，有幸成為了其中的一員。因?yàn)槲覀円郧皼]有參加過類似的比賽，也沒有制作機(jī)器人的經(jīng)驗(yàn)�？梢哉f我們什么都是從零開始，邊學(xué)習(xí)邊制作。通過這半年多的制作過程，我從中學(xué)到了很多書本上學(xué)不到的東西，也得到了很好的學(xué)習(xí)與鍛煉的機(jī)會(huì)。
最初，我們組建了機(jī)器人制作實(shí)驗(yàn)室。到五金機(jī)電市場(chǎng)購買了必要的工具和一些制作材料。然后開始制作實(shí)驗(yàn)機(jī)器人的身體——框架。
實(shí)驗(yàn)機(jī)器人的框架我們是使用輕型萬能角鋼制作的，這種角鋼的兩側(cè)都有間隔均勻的孔槽，可以很方便的用螺栓進(jìn)行連接。用不同長(zhǎng)度的角鋼組合后，就可以得到不同大小的立方體和長(zhǎng)方體及多邊形。機(jī)器人身體的框架就搭建好了。在它的上面將裝上：機(jī)器人的大腦——可編程控制器、機(jī)器人的眼睛耳朵——傳感器、機(jī)器人的腿——驅(qū)動(dòng)輪、機(jī)器人的手臂——機(jī)械傳動(dòng)專制、機(jī)器人的心臟——電池……之所以使用輕型萬能角鋼，主要是因?yàn)槭窃谥谱髟囼?yàn)機(jī)型，而輕型萬能角鋼安裝拆卸方便和便于修改長(zhǎng)度，調(diào)整設(shè)計(jì)。
實(shí)驗(yàn)機(jī)器人定型后，就照其尺寸用不銹鋼方管焊接制作機(jī)器人的身體。再在上面進(jìn)行打孔等工作，后就可以將機(jī)器人的其它部分安裝上去。這樣一個(gè)機(jī)器人就制作好了。
下面我介紹一下機(jī)器人的基本組成部分：
（一）、機(jī)器人的大腦
它可以有很多叫法，可以叫做：可編程控制器、微控制器，微處理器，處理器或者計(jì)算器等，不過這都不要緊，通常微處理器是指一塊芯片，而其它的是一整套控制器，包括微處理器和一些別的元件。任何一個(gè)機(jī)器人大腦就必須要有這塊芯片，不然就稱不上機(jī)器人了。在選擇微控制器的時(shí)候，主要要考慮：處理器的速度，要實(shí)現(xiàn)的功能，ROM和RAM的大小，I/O端口類型和數(shù)量，編程語言以及功耗等。
其主要類型有：?jiǎn)纹瑱C(jī)、PLC、工控機(jī)、PC機(jī)等。
單有這些硬件是不夠的，機(jī)器人的大腦還無法運(yùn)行。只有在程序的控制下，它才能按我們的要求去工作�？梢哉f程序就是機(jī)器人的靈魂了。而程序是由編程語言所編寫的。
編程語言是一個(gè)控制器能夠接受的語言類型，一般有C語言，匯編語言或者basic語言等，這些通常能被高級(jí)一點(diǎn)的控制器直接執(zhí)行，因?yàn)樵诟呒?jí)控制器里面內(nèi)置了編譯器能夠直接把一些高級(jí)語言翻譯成機(jī)器碼。微處理器將執(zhí)行這些機(jī)器碼，并對(duì)機(jī)器人進(jìn)行控制。
（二）、機(jī)器人的眼睛耳朵
傳感器，是機(jī)器人的感覺器官，是機(jī)器人和現(xiàn)實(shí)世界之間的紐帶，使機(jī)器人能感知周圍的環(huán)境情況。其主要有：光電傳感器、紅外傳感器、力傳感器、超聲波傳感器、位置和姿態(tài)傳感器等等。下面我將就幾種常用傳感器進(jìn)行介紹：
1、光電傳感器：光電傳感器的原理是光電效應(yīng)。其主要用途是顏色識(shí)別（機(jī)器人就可以沿著地上的線條行進(jìn)了）和光電編碼等。
2、紅外傳感器：紅外傳感器是用來測(cè)量距離和感知周圍情況的。因?yàn)榘l(fā)射出去的紅外信號(hào)在一定距離內(nèi)遇到物體就會(huì)反射回來。通過發(fā)送紅外線信號(hào)，并接收反射回來的信號(hào)，機(jī)器人就可以感知前方或身體周圍的情況，做出相應(yīng)的調(diào)整（如：倒退或繞行等）。
3、力傳感器：力傳感器是用來檢測(cè)碰撞或者接觸信號(hào)的，比如機(jī)械手的應(yīng)用，當(dāng)你放一個(gè)東西到機(jī)械手的時(shí)候，機(jī)械手自動(dòng)抓住它，它就需要力傳感器檢測(cè)東西抓的緊不緊。典型的力傳感器是微動(dòng)開關(guān)和壓敏傳感器。微動(dòng)開關(guān)其實(shí)就是一個(gè)小開關(guān)，通過調(diào)節(jié)開關(guān)上的杠桿長(zhǎng)短，能夠調(diào)節(jié)觸動(dòng)開關(guān)的力的大小。用來做碰撞檢測(cè)這是最好不過了。但是這種傳感器必須事先確定好力的閥值，也就是說只能實(shí)現(xiàn)硬件控制（開還控制）。而壓敏傳感器是能根據(jù)受力大小，自動(dòng)調(diào)節(jié)輸出電壓或者電流，從而可以實(shí)現(xiàn)軟件控制（閉環(huán)控制）。
4、超聲波傳感器：超聲波傳感器是從蝙蝠那里學(xué)來的，通過把發(fā)射出的信號(hào)與接收到的信號(hào)進(jìn)行對(duì)比，就可以測(cè)定周圍是否有障礙物，及障礙物的距離，也屬于距離探測(cè)傳感器，能提供交遠(yuǎn)的探測(cè)范圍，而且還能提供在一個(gè)范圍內(nèi)的探測(cè)而不是一條線的探測(cè)。
5、位置和姿態(tài)傳感器：機(jī)器人在移動(dòng)或者動(dòng)作的時(shí)候必須時(shí)時(shí)刻刻知道自己的姿態(tài)動(dòng)作，否則就會(huì)產(chǎn)生控制中的一個(gè)開環(huán)問題，沒有反饋，無法獲知運(yùn)動(dòng)是否正確。位置傳感器和姿態(tài)傳感器就是用來解決這個(gè)問題的。常用的有光電編碼器，由于機(jī)器人的執(zhí)行機(jī)構(gòu)一般是電機(jī)驅(qū)動(dòng)，通過計(jì)算電機(jī)轉(zhuǎn)的圈數(shù)，可以得出電機(jī)帶動(dòng)部件的大致位置，編碼器就是這樣一種傳感器，它一般和電機(jī)軸或者轉(zhuǎn)動(dòng)部件直接連接，電機(jī)或者轉(zhuǎn)動(dòng)部件轉(zhuǎn)了多少圈或者角度能夠通過編碼器讀出，控制軟件再根據(jù)讀出數(shù)據(jù)進(jìn)行位置估計(jì)計(jì)算。還有一種是陀螺儀，這是利用陀螺原理制作的傳感器，主要可以測(cè)得移動(dòng)機(jī)器人的移動(dòng)加速度，轉(zhuǎn)過的角度等信息。
（三）、機(jī)器人的腿——驅(qū)動(dòng)器與驅(qū)動(dòng)輪
驅(qū)動(dòng)器就是驅(qū)動(dòng)機(jī)器人的動(dòng)的部件。最常用的是電機(jī)了。當(dāng)然還有液壓，氣動(dòng)等別的驅(qū)動(dòng)方式。一個(gè)機(jī)器人最主要的控制量就是控制機(jī)器人的移動(dòng)，無論是自身的移動(dòng)還是手臂等關(guān)節(jié)的移動(dòng)，所以機(jī)器人驅(qū)動(dòng)器中最根本和本質(zhì)的問題就是控制電機(jī)，控制電機(jī)轉(zhuǎn)的圈數(shù)，就可以控制機(jī)器人移動(dòng)的距離和方向，機(jī)械手臂的彎曲的程度或者移動(dòng)的距離等。所以，第一個(gè)要解決的問題就是如何讓電機(jī)能根據(jù)自己的意圖轉(zhuǎn)動(dòng)。一般來說，有專門的控制卡和控制芯片來進(jìn)行控制的。有了這些控制卡和芯片，我們所要做的就是把微控制器和這些連接起來，然后就可以用程序來控制電機(jī)了。第二個(gè)問題是控制電機(jī)的速度，在機(jī)器人上的實(shí)際表現(xiàn)就是機(jī)器人或者手臂的實(shí)際運(yùn)動(dòng)速度了，機(jī)器人走的快慢全靠電機(jī)的轉(zhuǎn)速，這樣，我們就要求控制卡對(duì)電機(jī)有速度控制。電機(jī)目前常用的有兩種，步進(jìn)電機(jī)和直流電機(jī)。下面我將就這兩種電機(jī)進(jìn)行介紹

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ID:130231 · 發(fā)表于 2017-5-6 13:40

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