機(jī)器人控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

1、選修結(jié)課設(shè)計(jì)機(jī)器人控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)授課教師 學(xué)院名稱工程學(xué)院 專業(yè)名稱電子工程摘 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(dòng)機(jī)器人的關(guān)系越來越密切。本文將介紹一種用智能手機(jī)控制機(jī)器人的設(shè)計(jì)，主要采用STC89S52單片機(jī)作為機(jī)器人的檢測和控制核心；采用自己設(shè)計(jì)的Android手機(jī)軟件通過藍(lán)牙對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行傳輸，從而把信號(hào)反饋到單片機(jī)中實(shí)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(jì)出的功能。本設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)較簡單，較容易實(shí)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(jī)器人 Android軟件 藍(lán)牙 控制Design of Control Syste

2、m 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. Th

3、is 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-chip

4、 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 intelligenc

5、e.Key words: Mobile Robot Android software Bluetooth Control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(jī)器人的發(fā)展史22 總體方案確定22.1 硬件系統(tǒng)設(shè)計(jì)介紹22.1.1 最小系統(tǒng)設(shè)計(jì)22.1.2 緩沖器設(shè)計(jì)32.1.3 驅(qū)動(dòng)設(shè)計(jì)42.1.4 藍(lán)牙傳輸設(shè)計(jì)52.1.5 穩(wěn)壓設(shè)計(jì)52.2 軟件系統(tǒng)的設(shè)計(jì)63 理論分析64 測試與試驗(yàn)分析75 結(jié)論7參考文獻(xiàn)8附錄9致謝10 1 前言1.1 課題的背景意義智能移動(dòng)機(jī)器人，是一個(gè)集環(huán)境感知、動(dòng)態(tài)決策與規(guī)劃、行為控制與執(zhí)行等多功能于一體

6、的綜合系統(tǒng)。它集中了傳感器技術(shù)、信息處理、電子工程、計(jì)算機(jī)工程、自動(dòng)化控制工程以及人工智能等多學(xué)科的研究成果，代表機(jī)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(jī)器人性能不斷地完善，移動(dòng)機(jī)器人的應(yīng)用范圍大為擴(kuò)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(xiǎn)場合得到很好的應(yīng)用。因此，移動(dòng)機(jī)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(dòng)機(jī)器人的大前提下，作為機(jī)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(jī)器

7、人技術(shù)作為戰(zhàn)略高技術(shù)，無論推動(dòng)國防軍事、智能制造裝備、資源開發(fā)，還是發(fā)展未來機(jī)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(jī)器人需求強(qiáng)勁，有望形成一定規(guī)模的產(chǎn)業(yè); 另一方面，服務(wù)性機(jī)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(jì)與產(chǎn)業(yè)需求試點(diǎn)培育。 盡管如此，機(jī)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(biāo)準(zhǔn)和前沿科技創(chuàng)新研究發(fā)展上有著迫切需要。機(jī)器人技術(shù)發(fā)展主要趨勢為智能化、標(biāo)準(zhǔn)化、網(wǎng)絡(luò)化。 具體為: 由簡單機(jī)電一體化裝備，向以生機(jī)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(jī)器人與信息網(wǎng)絡(luò)相結(jié)合的虛擬交互、遠(yuǎn)程操作和網(wǎng)絡(luò)服

8、務(wù)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(jī)器人的市場化要求家庭化、模塊化、產(chǎn)業(yè)化成為未來機(jī)器人應(yīng)用發(fā)展的趨勢。機(jī)器人技術(shù)越來越向智能機(jī)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(kuò)展，在學(xué)科發(fā)展上與生機(jī)電理論與技術(shù)、納米制造、生物制造等學(xué)科進(jìn)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(rèn)知等方面。 而涉及機(jī)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(dòng)力與約束力。1.3 應(yīng)用領(lǐng)域因?yàn)橐苿?dòng)機(jī)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(jī)械臂，在道路上行走

9、的汽車等，甚至是外太空的探索機(jī)器人也有用武之地。太空機(jī)器人工作在微重力、高真空、超低溫、強(qiáng)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(jī)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(jī)器人操作帶來種種困難?？臻g視覺識(shí)別以及視覺與手爪的配合較地面更困難。太空機(jī)器人需要采用三維彩色視覺系統(tǒng)，以便同時(shí)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(duì)機(jī)器人的性能嚴(yán)格之外，控制也提出比普通更高的要求。1.4 機(jī)器人的發(fā)展史機(jī)器人已有三千多年的歷史。20世紀(jì)，機(jī)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(jī)器人學(xué)已發(fā)展為綜合了

10、機(jī)械學(xué)、電子學(xué)、計(jì)算機(jī)科學(xué)、自動(dòng)控制工程、人工智能、仿生學(xué)等多個(gè)學(xué)科的綜合性科學(xué)，代表了機(jī)電一體化的最高成就，是當(dāng)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(jī)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(jì)出一臺(tái)用智能手機(jī)控制的半自主機(jī)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(jì)的Android軟件最后形成一個(gè)整體體統(tǒng)。2.1 硬件系統(tǒng)設(shè)計(jì)介紹2.11 最小系統(tǒng)設(shè)計(jì)該系統(tǒng)主要用到的是單片機(jī)，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(jì)由于BTS7960輸出電流太大所以

11、在單片機(jī)與驅(qū)動(dòng)模塊間加入緩沖器74HC244芯片防止電流過大燒毀單片機(jī)。74HC244邏輯圖（圖2）:圖2電路設(shè)計(jì)（圖3）：圖32.13驅(qū)動(dòng)設(shè)計(jì)BTS7960芯片介紹：BTS7960是NovalithIC家族三個(gè)獨(dú)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(gè)n型通道的低電位場效應(yīng)晶體管，結(jié)合一個(gè)驅(qū)動(dòng)晶片,形成一個(gè)完全整合的高電流半橋。所有三個(gè)芯片是安裝在一個(gè)共同的引線框,利用芯片對(duì)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(gè)電荷泵消除電磁干擾。通過驅(qū)動(dòng)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(shí)間、防止

12、欠電壓、過電流、短路結(jié)構(gòu)輕易地連接到一個(gè)微處理器上。BTS7960可結(jié)合其他的BTS7960形成全橋和三相驅(qū)動(dòng)結(jié)構(gòu)。智能功率芯片BTS7960是應(yīng)用于電機(jī)驅(qū)動(dòng)的大電流半橋高集成芯片，它帶有一個(gè)P溝道的高邊MOSFET、一個(gè)N溝道的低邊 MOSFET和一個(gè)驅(qū)動(dòng) Ic。集成的驅(qū)動(dòng)Ic具有邏輯電平輸入、電流診斷、斜率調(diào)節(jié)、死區(qū)時(shí)間產(chǎn)生和過溫、過壓、欠壓、過流及短路保護(hù)的功能。BTS7960通態(tài)電阻典型值為 16mQ，驅(qū)動(dòng)電流可達(dá) 43A。引腳的定義和功能（圖4）：圖4電路設(shè)計(jì)（圖5）：圖52.14藍(lán)牙傳輸設(shè)計(jì) HC-06-D（圖6）數(shù)據(jù)傳輸直接接入到單片機(jī)引腳P3.0和P3.1，并于手機(jī)配對(duì)。圖62

13、.15穩(wěn)壓設(shè)計(jì)穩(wěn)壓設(shè)計(jì)采用7805芯片，電路設(shè)計(jì)（圖7）：圖72.2 軟件系統(tǒng)設(shè)計(jì)介紹應(yīng)用eclipse編程軟件編寫Android控制端軟件，實(shí)現(xiàn)機(jī)器人的控制。界面（圖8）：圖83 理論分析藍(lán)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(dòng)設(shè)備通信環(huán)境建立一個(gè)特別連接。經(jīng)過手機(jī)發(fā)出的數(shù)據(jù)的傳輸?shù)絾纹瑱C(jī)中，經(jīng)單片機(jī)分析處理實(shí)現(xiàn)相應(yīng)的功能，從而實(shí)現(xiàn)了控制。4 測試與試驗(yàn)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(shí)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。10參 考 文 獻(xiàn)王兆安.電力電子技術(shù)M.第五版.北京：機(jī)械工業(yè)出版社,2011.邱關(guān)源，羅先覺.電路M.第五版.北京:高等教育出版社，2009.康華光，陳大欽，張林.電子技術(shù)基礎(chǔ)（