基于51单片机C语言搬运车机器人毕设毕业论文.doc
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1、. . . . 搬运机器人摘要美国机器人协会(RIA)的机器人定义:机器人是用以搬运材料、零件、工具的可编程序的多功能操作器或是通过可改变程序动作来完成各种作业的特殊机械装置。”日本工业机器人协会(JIRA)的定义:工业机器人是一种装备有记忆装置和末端执行器( end effector)的,能够转动并通过自动完成各种移动来代替人类劳动的通用机器。美国国家标准局(NBS )的定义:机器人是一种 能够进行编程并在自动控制下执行某些操作和移动作业任务的机械装置。国际标准化组织(ISO)的定义:机器人是一种自动的、位置可控的、具有编程能力的多功能机械手,这种机械手具有几个轴,能够借助于可编程序操作来处
2、理各种材料、零件、工具和专用装置,以执行种种任务。关键字:记忆装置、末端执行器。AbstractThis design by car this carrier incorporated by AT89S52 core dashboards can achieve its basic features, plus infrared detector (IR LED), QTI sensors, IR schematics to perfect the design. Uses infrared technology to detect obstacles, QTI sensor acquisit
3、ion information, use of ground AT89S52 processor that timely control, realization of intelligent Hayashi and obstacle avoidance, automatically opening and closing doors, as well as automatically. Smart cars with rear-wheel drive, two rounds of the execution with a stepper motor. The entire system of
4、 the circuit simple structure, reliable performance. Laboratory test results meet the requirements of this article focuses on the systems hardware design and analysis of test results. Technologies are: To programmatically control the car door open and close; Effective application of the sensor;Key w
5、ords: memory devices, end actuators,目 录1 前言42 系统设计52.1 设计背景52.2设计要求52.3 实现目标53 机器人本体机构设计63.1 整体结构的设计63.1.1 机器人底盘设计与安装63.1.2 核心控制123.2 控制系统173.2.1 驱动控制系统173.2.2 巡线控制系统183.2.3控制电路的设计194 设计中的改进214.1 控制改进214.1.1巡线传感器的选择214.1.2 伺服电机的测试214.2宝贝车直线度的校正23 辞24文 献25附 录26附录一 RightServoTest.c测试伺服电机26附录二 校正宝贝车直线运
6、动程序28附录三 设计总程序291 前言机器人从出发区出发,到达物料储存区后,分拣其赛前抽签决定好的任务,即从5个预知颜色料块(黄、白、红、黑、蓝)选3种颜色料块的已知6种组合(任务)中,选其中1个作为比赛任务(其料块均要求摆放在场地图的A、C、E位置,B、D位置不放置物料),再按照设计好的控制策略控制机器人动作,以便将三个料块快速准确地搬运并放到对应的三个颜色中心区域,并最后回到出发区。2 系统设计本组智能小车的硬件主要有以宝贝车作为核心的载体小车、主控器部分、自动循迹部分、检测部分、手抓机构、电机驱动部分组成。2.1 设计背景设计一个基于8位单片机或ARM控制机器人,在比赛场地里移动,将指
7、定的物体搬运到指定的位置区域,比赛的记分根据机器人将物体放置的位置精度和完成时间来决定分值的高低。它模拟了工业自动化过程中自动化物流的要求以与实际应用情况。2.2设计要求(1)基本要求:实现小车的前进后退,左转右转(按照程序预设)(2)扩展部分:实现小车自动循迹功能,并利用所设机构完成物料的搬运2.3 实现目标在规定时间,机器人搬运完毕物料,并回到出发点。3 机器人本体机构设计本章中所要完成的任务摘要: 1.整体结构的设计2.控制系统的设计3.1 整体结构的设计整体结构的设计,主要包括:(1)机器人底盘的设计与安装(2)核心控制3.1.1 机器人底盘设计与安装本设计以宝贝车机器人作为载体,即作
8、为整个智能机器人的底盘,在其基础上设计机构,以实现设计目标。本节主要完成智能机器人底盘的安装,主要从以下几方面进行:(1) 基本结构的安装(2) 驱动装置的安装(3) 动力源的安装(4) 控制面板的安装组装工具与部件1 组装工具(图3-1)(1)螺丝起子(2)尖嘴钳2 组装部件(1) 宝贝车底盘(2) 带制器的教学板(3) 连续旋转电机(两个)(4) 塑胶轮子(两个)图3-1 宝贝车机器人组装工具(5) 橡皮圈(两个)(6) 带有插头的电池盒(7) 球状尾轮(8) 1/16开口销(9)平头螺钉,3/8英寸4-40(10)螺柱(四长四短)(11)盘头螺钉(12)螺母,4-40在组装之前,应该先将
9、所需部件找齐,方可进行安装。将表中所列零件收集到一起,按照装配步骤进行组装。基本结构的安装1 底盘的安装零件列表:如图3-2 (1) 宝贝车底盘(2) 螺柱(3) 盘头螺钉(4) 13/32英寸的橡胶圈 图3-2底板与上面的硬件装配步骤:l 将13/32 英寸的橡胶套圈插到宝贝车底盘中心的孔确保底盘中心孔的边缘嵌在橡胶圈的凹槽中l 用4 个螺钉将螺柱如图所示固定在底盘上。2 轮子的安装部件列表:(图3-3)(1) 部分已装好的宝贝车机器人(2) 1/16开口销(3) 球状尾轮(4) 橡皮圈(5) 塑胶轮子(6) 拆掉伺服喉里保存的螺钉装配步骤:3-7图3-3 轮子部件图3-4左侧所示是安装在底
10、盘上的尾图轮。尾轮是一个有中心孔的塑胶球。开口销作为轴,将轮子固定在底盘上。l 轮子的中心孔与底盘尾部的中心孔对准在一条水平线上。l 将开口销同时穿过这三个孔(底盘左侧,尾轮,底盘右侧)。将开口销一端弯曲使它不会滑出孔。图3-4右侧所示是安装在宝贝车机器人伺服电机上的驱动轮。l 拉伸橡皮圈,把它套在每个轮子上。l 每个轮子有一个凹槽用于把它安装到输出轴上。将两个轮子分别压在输出轴上,确保两个轴高度一致,并已装进轮子的凹槽。l 用螺钉将轮子固定在输出轴上。驱动装置的安装1 拆除伺服喉l 断开控制器和伺服电机的电源。l 取出电池盒中的所有电池。图3-4把伺服电机从你的教学底板断开。步骤l 用螺丝起
11、子去掉连接伺服喉和电机输出轴之间的螺钉。l 将每个四角形部件从电机输出轴上取下来。l 将螺钉保存好,后面还会用到。根据上面的指示移走如图四角形部件将电机安装到底盘上图3-5零件列表:如图3-6.(1) 宝贝车底盘(已部分组装好)(2) 连续旋转电机(3) 螺钉3/8英寸4-40(4) 螺母, 4-40装配步骤:l 用螺钉和螺母将电机固定在底盘上。为了最好的性能,你必须从里面,而不是从外面把电机放入矩形窗口。l 用标签纸标识伺服电机的左右轮。图3-6把电机安装到底盘上图3-7所示是伺服电机和教学板的连接l 连接伺服电机到教学底板上的电机接口处。l 将贴着“L”的插头连接到P1_1端口,贴着“R”
12、的插头连接到P1_0端口。图3-7伺服系统的连接动力源的安装在本设计中,我们采用4节5号碱性电池作为整个智能机器人的动力源。零件列表(图3-8):(1) 宝贝车底盘(部分组装)(2) 平头螺钉,3/8英寸4-40(3) 螺母, 4-40(4) 带有插头的电池盒安装步骤:l 用平头螺钉和螺母将电池盒固定在宝贝车机器人的底盘下面,如图3-9左边所示:l 将螺钉穿过电池盒,然后在底盘上面用螺母紧固。l 如图3-9右边所示:将电池盒的电源连接线穿过底盘中间带有橡胶圈的孔 图3-8。图3-9l 将伺服电机线也穿过此孔。 l 控制系统的安装把教学底板(图3-10)安装到底盘上零件列表:1. 宝贝车机器人底
13、盘(部分组装好)2. 平头螺钉1/4_ 4-40安装步骤: 将主板放在四个支架上使其与四个孔对齐。 l 确保面包板接近驱动轮而不是尾轮。 l 用平头螺钉连接主板和支架。 图3-10l 从底盘下面,拉出剩余的穿过橡胶圈的伺服电机线和电池线。l 卷起伺服电机和底盘之间剩余的线。l 从底盘下面,拉出剩余的穿过橡胶圈的伺服电机线和电池线。卷起伺服电机和底盘之间剩余的线。图3-113.1.2核心控制(1)AT89S52核心控制板(图3-13)AT89S52单片机是一个低功耗、高性能CMOS 8位微控制器,片含通用8位中央处理器和ISP Flash存储单元,8k BytesISP(In_system pr
14、ogrammable)可反复擦写1000次的Flash只读程序存储器,片上Flash允许程序存储器在系统可编程,亦适于常规编程器。器件采用ATMEL公司的高密度、非易失性存储技术制造,兼容标准MCS51指令系统与80C51引脚结构,在单芯片上,拥有灵巧的8位CPU和在系统可编程Flash,使得AT89S52为众多嵌入式控制应用系统提供高灵活、高性价比的解决方案。图3-13(2)传感器a QTI传感器QTI传感器作为本设计的检测系统,主要实现光电检测,即利用QTI传感器对公交车的行进路线进行检测。本项目主要包含以下几个任务:1. QTI传感器的工作原理2. QTI传感器的安装认识QTI传感器 图
15、3-14QTI传感器的简介本设计使用的QTI(Quick Track Infrared)传感器,如图3-14所示。QTI传感器是一种使用光电接受管来探测它下面的表面反射光强度的传感器。当QTI传感器在一个很暗的表面上时,反射光强度很低。当QTI传感器在一个很亮的表面上时,反射光强度很高,从而导致传感器输出的变化。即探测到黑色物体输出高电平,探测到白色物体输出低电平。QTI传感器的特性使其很适合用在巡线、迷宫导航、探测场地边缘等应用中。QTI边线检测传感器性能参数: 工作温度:-4085 参考电压:5V 连续电流:50mA 功耗:100mW 最佳距离:10mm 最佳距离最大散射角度65度 探测到
16、黑色物体输出高电平,探测到白色物体输出低电平。 响应时间:(V = 5v ,R = 100, I = 5mA )n 上升沿时间 10usn 下降沿时间 50us图1 引脚示意图 图3-15AVR单片机例程:硬件连接:把PC0口接到SIG上,VCC接5V,GND接地。#include “BoeBOtUnderstandable.h” /宝贝车的标准头文件#include “usta.h” /串口的头文件int PC0_state(void) /获取PC0的状态return (PINC&0x01)?1:0;int main(void) /主函数,程序从这里开始运行usta_Init(); /串口初
17、始化printf(Program Running!); /在调试窗口显示一条信息while(1)if(PC0_state()printf(QTI NO working! n);elseprintf(QTI working! n);delay_nms(500);QTI传感器的安装每一个QTI巡线套件中包含4组QTI,当我们要完成线跟踪功能时,最简单的方法是使用4个QTI传感器,如图3-16所示。图 3-16 图3-17若需要运行更稳定也可使用4个QTI传感器,安装方法如图3-17所示。图3-18这里我们以4个QTI为例,用螺丝固定好QTI传感器后,如图3-16所示。QTI传感器的引脚如图3-17
18、所示,将传感器上的光电管面对你的时候,从上到下三个引脚依次为:GND、SIG、VCC。针脚定义:1 GND电源地2 SIG信号输出3 VCC5V直流电源3.2 控制系统3.2.1 驱动控制系统本控制系统采用的是AT89S52单片机来控制一个伺服小车,该小车主要由两个独立驱动的主动轮、一个从动轮构成,小车的运动由主动轮上的电机驱动,驱动力来源于两个伺服电机,而车门的往复直线运动由另一伺服电机驱动,它们的作用是在程序控制下高效率的将动力电池组的能量转化为各个伺服电机的动能。图3-19小车的转弯主要通过两个电机的运动速度不同来实现。小车的转动角度为360,根据控制程序可以实现伺服小车前后左右行进(表
19、3-1)。表3-1伺服小车控制原理车体动作左伺服电机右伺服电机前进正转正转后退反转反转左转反转正转右转正转反转表3-1电机引脚配置本设计所用到的电机有三个,分别为控制车轮转动的左右电机以与控制车门水平移动的电机。电机引脚配置如表3-2、图3-21。;电机引脚左电机P1-1右电机P1-0表3-2 图3-213.2.2 巡线控制系统QTI传感器作为本设计的检测系统,主要实现光电检测,即利用QTI传感器对公交车的行进路线进行检测。本设计用QTI传感器用于检测路面信息(2cm宽的黑线),车底盘上使用4个QTI传感器,以适应起始和终点的停车的需要并达到巡线的功能在宝贝车机器人上安装4个QTI线跟踪传感器
20、就能实现对黑线跟踪,根据这个原理,传感器组合就可以让机器人按照设定好的地图(图3-22)运动。图3-22我们用4个QTI传感器,来帮助机器人完成在设定场地上的行走。还有较少ha 4_3.2.3控制电路的设计在进行电路图的组装之前,我们应该对无焊锡面包板有一定的认识。教学板前端,那块白色的、有许多孔或插座的区域,称之为无焊料的面包板(图3-23)。面包板连同它两边黑色插座,称之为原型区域。在面包板插座上插上元器件,比如电阻、LED、扬声器和传感器,就构成了本书中的例程电路。元器件靠面包 板插座彼此连接。在面包板上端有一条黑色的插座,上面标识着“Vcc”、“Vin”和“GND”,称之为电源端口,通
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- 基于 51 单片机 语言 搬运车 机器人 毕业论文
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