六足爬虫机器人设计34412.docx
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1、六足爬虫机器人设计设计人:李海鹰鹰日期:20044年9月300日目 录前言2(一)、机器人人的大脑2(二)、机器人人的眼睛耳朵朵2(三)、机器人人的腿驱动器与与驱动轮3(四)、机器人人的手臂机械传动专专制4(五)、机器人人的心脏电池4一、AT89SS51单片机机简介5(一)、AT889S51主主要功能列举举如下:5(二)、AT889S51各各引脚功能介介绍:5二、控制系统电电路图7三、微型伺服马马达原理与控控制8(一)、微型伺伺服马达内部部结构8(二)、微行伺伺服马达的工工作原理8(三)、伺服马马达的控制9(四)、选用的的伺服马达9四、红外遥控11(一)、 红外外遥控系统11(二)、 遥控控发
2、射器及其其编码11(三)、红外接接收模块11(四)、红外解解码程序设计计11五、控制程序12六、六足爬虫机机器人结构设设计图18前言今年年初,学校校为参加中央央电视台举办办的第三届全全国大学生机机器人电视大大赛,组建了了机器人制作作小组。我积积极参加,有有幸成为了其其中的一员。因因为我们以前前没有参加过过类似的比赛赛,也没有制制作机器人的的经验。可以以说我们什么么都是从零开开始,边学习习边制作。通通过这半年多多的制作过程程,我从中学学到了很多书书本上学不到到的东西,也也得到了很好好的学习与锻锻炼的机会。最初,我们组建建了机器人制制作实验室。到到五金机电市市场购买了必必要的工具和和一些制作材材料
3、。然后开开始制作实验验机器人的身身体框架。实验机器人的框框架我们是使使用轻型万能能角钢制作的的,这种角钢钢的两侧都有有间隔均匀的的孔槽,可以以很方便的用用螺栓进行连连接。用不同同长度的角钢钢组合后,就就可以得到不不同大小的立立方体和长方方体及多边形形。机器人身身体的框架就就搭建好了。在在它的上面将将装上:机器器人的大脑可编程控控制器、机器器人的眼睛耳耳朵传感器、机机器人的腿驱动轮、机机器人的手臂臂机械传动动专制、机器器人的心脏电池之所以使使用轻型万能能角钢,主要要是因为是在在制作试验机机型,而轻型型万能角钢安安装拆卸方便便和便于修改改长度,调整整设计。实验机器人定型型后,就照其其尺寸用不锈锈钢
4、方管焊接接制作机器人人的身体。再再在上面进行行打孔等工作作,后就可以以将机器人的的其它部分安安装上去。这这样一个机器器人就制作好好了。下面我介绍一下下机器人的基基本组成部分分:(一)、机器人人的大脑它可以有很多叫叫法,可以叫叫做:可编程程控制器、微微控制器,微微处理器,处处理器或者计计算器等,不不过这都不要要紧,通常微微处理器是指指一块芯片,而而其它的是一一整套控制器器,包括微处处理器和一些些别的元件。任任何一个机器器人大脑就必必须要有这块块芯片,不然然就称不上机机器人了。在在选择微控制制器的时候,主主要要考虑:处理器的速速度,要实现现的功能,RROM和RAAM的大小,II/O端口类类型和数量
5、,编编程语言以及及功耗等。其主要类型有:单片机、PPLC、工控控机、PC机机等。单有这些硬件是是不够的,机机器人的大脑脑还无法运行行。只有在程程序的控制下下,它才能按按我们的要求求去工作。可可以说程序就就是机器人的的灵魂了。而而程序是由编编程语言所编编写的。编程语言是一个个控制器能够够接受的语言言类型,一般般有C语言,汇汇编语言或者者basicc语言等,这这些通常能被被高级一点的的控制器直接接执行,因为为在高级控制制器里面内置置了编译器能能够直接把一一些高级语言言翻译成机器器码。微处理理器将执行这这些机器码,并并对机器人进进行控制。(二)、机器人人的眼睛耳朵朵传感器,是机器器人的感觉器器官,是
6、机器器人和现实世世界之间的纽纽带,使机器器人能感知周周围的环境情情况。其主要要有:光电传传感器、红外外传感器、力力传感器、超超声波传感器器、位置和姿姿态传感器等等等。下面我我将就几种常常用传感器进进行介绍:1、光电传感器器:光电传感感器的原理是是光电效应。其其主要用途是是颜色识别(机机器人就可以以沿着地上的的线条行进了了)和光电编编码等。2、红外传感器器:红外传感感器是用来测测量距离和感感知周围情况况的。因为发发射出去的红红外信号在一一定距离内遇遇到物体就会会反射回来。通通过发送红外外线信号,并并接收反射回回来的信号,机机器人就可以以感知前方或或身体周围的的情况,做出出相应的调整整(如:倒退退
7、或绕行等)。3、力传感器:力传感器是是用来检测碰碰撞或者接触触信号的,比比如机械手的的应用,当你你放一个东西西到机械手的的时候,机械械手自动抓住住它,它就需需要力传感器器检测东西抓抓的紧不紧。典典型的力传感感器是微动开开关和压敏传传感器。微动动开关其实就就是一个小开开关,通过调调节开关上的的杠杆长短,能能够调节触动动开关的力的的大小。用来来做碰撞检测测这是最好不不过了。但是是这种传感器器必须事先确确定好力的阀阀值,也就是是说只能实现现硬件控制(开开还控制)。而而压敏传感器器是能根据受受力大小,自自动调节输出出电压或者电电流,从而可可以实现软件件控制(闭环环控制)。4、超声波传感感器:超声波波传
8、感器是从从蝙蝠那里学学来的,通过过把发射出的的信号与接收收到的信号进进行对比,就就可以测定周周围是否有障障碍物,及障障碍物的距离离,也属于距距离探测传感感器,能提供供交远的探测测范围,而且且还能提供在在一个范围内内的探测而不不是一条线的的探测。5、位置和姿态态传感器:机机器人在移动动或者动作的的时候必须时时时刻刻知道道自己的姿态态动作,否则则就会产生控控制中的一个个开环问题,没没有反馈,无无法获知运动动是否正确。 位置传感器和姿态传感器就是用来解决这个问题的。常用的有光电编码器,由于机器人的执行机构一般是电机驱动,通过计算电机转的圈数,可以得出电机带动部件的大致位置,编码器就是这样一种传感器,
9、它一般和电机轴或者转动部件直接连接,电机或者转动部件转了多少圈或者角度能够通过编码器读出,控制软件再根据读出数据进行位置估计计算。还有一种是陀螺仪,这是利用陀螺原理制作的传感器,主要可以测得移动机器人的移动加速度,转过的角度等信息。(三)、机器人人的腿驱动器与与驱动轮驱动器就是驱动动机器人的动动的部件。最最常用的是电电机了。当然然还有液压,气气动等别的驱驱动方式。一一个机器人最最主要的控制制量就是控制制机器人的移移动,无论是是自身的移动动还是手臂等等关节的移动动,所以机器器人驱动器中中最根本和本本质的问题就就是控制电机机,控制电机机转的圈数,就就可以控制机机器人移动的的距离和方向向,机械手臂臂
10、的弯曲的程程度或者移动动的距离等。所所以,第一个个要解决的问问题就是如何何让电机能根根据自己的意意图转动。一一般来说,有有专门的控制制卡和控制芯芯片来进行控控制的。有了了这些控制卡卡和芯片,我我们所要做的的就是把微控控制器和这些些连接起来,然然后就可以用用程序来控制制电机了。第第二个问题是是控制电机的的速度,在机机器人上的实实际表现就是是机器人或者者手臂的实际际运动速度了了,机器人走走的快慢全靠靠电机的转速速,这样,我我们就要求控控制卡对电机机有速度控制制。电机目前前常用的有两两种,步进电电机和直流电电机。下面我我将就这两种种电机进行介介绍:1、直流电机:这是最最普普通的电机了了。直流电机机最
11、大的问题题是你没法精精确控制电机机转的圈数,也也就前面所说说的位置控制制。你必须加加上一个编码码盘,来进行行反馈,来获获得实际转的的圈数。但是是直流电机的的速度控制相相对就比较简简单,用一种种叫PWM(脉脉宽调速)的的调速方法可可以很轻松的的调节电机速速度。现在也也有很多控制制芯片带调速速功能的。选选购时要考虑虑的参数是电电机的输出力力矩,电机的的功率,电机机的最高转速速。 2、步步进电机:看看名字就知道道了,它是一一步一步前进进的。也就是是说,它可以以一个角度一一个角度旋转转,不象直流流电机,你可可以很轻松的的调节步进电电机的转角位位置,如果你你发一个转110圈的指令令,步进电机机就不会转1
12、11圈,但是是如果是直流流电机,由于于惯性作用,它它可能转111圈半。步进进电机的调速速是通过控制制电机的频率率来获得的。一一般控制信号号频率越高,电电机转的越快快,频率越低低,转的越慢慢。选购时要要考虑的参数数是电机的输输出力矩,电电机的功率,每每个脉冲电机机的最小转角角。 还有就就是关于输出出的动力,要要说明一下:一般情况下下,电机都没没法直接带动动轮子或者手手臂,因为速速度过高力矩矩不够大,所所以我们需要要加上一个减减速箱来增加加电机的输出出力矩,但是是代价是电机机速度的减小小,比如一个个1:2500的齿轮箱,会会让你电机的的输出力矩增增大250倍倍,但是速度度只有原来的的1/2500了
13、。首先计计算出机器人人所需要的速速度与力矩大大小,然后根根据速度与力力矩去选择电电机与减速器器。(四)、机器人人的手臂机械传动专专制机械传动专制就就是,由电机机驱动的一些些杆件和机构构(如:凸轮轮机构、螺杆杆机构等),用用以实现机械械手臂的上升升、下降、伸伸缩、弯曲等等动作。通常常运用的机构构有四杆机构构、凸轮机构构、螺杆机构构、摇臂等。(五)、机器人人的心脏电池电池为机器人的的控制系统与与驱动系统提提供能源供应应。主要有:电瓶及可充充电电池、电电池。前面介绍了机器器人的一些基基本知识,但但这是远远不不够的。机器器人学科,是是在多学科基基础上发展起起来的综合性性技术。机器器人技术涉及及机械、电
14、子子、计算机、语语言学和人工工智能等许多多学科。现在在机器人已经经应用在人类类社会生活的的各个领域,发发挥着越来越越重要的影响响。我利用暑假的时时间设计了一一个六足爬虫虫机器人,用用日立(HIITACHII)的录像机机遥控器来对对它进行控制制。基本原理理是:遥控器器发出红外学学号,机器人人通过红外接接收器接收倒倒红外信号后后,对信号进进行解码,并并以存储的代代码进行比较较,确定指令令的含义,后后可以实现前前进、后退、左左转、右转及及发声等功能能。控制系统统我使用的是是AT89SS51单片机机,编程语言言使用的是汇汇编语言,动动力系统使用用的是微型伺伺服马达,能能源系统使用用的是9V电电池。下面
15、我我将就具体设设计进行介绍绍。一、AT89SS51单片机机简介AT89S511 为 ATTMEL 所所生产的可电电气烧录清洗洗的 80551 相容单单芯片,其内内部程序代码码容量为4KKB(一)、AT889S51主主要功能列举举如下:1、为一般控制制应用的 88 位单芯片片2、晶片内部具具时钟振荡器器(传统最高高工作频率可可至 12MMHz)3、内部程式存存储器(ROOM)为 44KB4、内部数据存存储器(RAAM)为 1128B5、外部程序存存储器可扩充充至 64KKB6、外部数据存存储器可扩充充至 64KKB7、32 条双双向输入输出出线,且每条条均可以单独独做 I/OO 的控制8、5 个
16、中断断向量源9、2 组独立立的 16 位定时器10、1 个全全多工串行通通信端口11、87511 及 87752 单芯芯片具有数据据保密的功能能12、单芯片提提供位逻辑运运算指令(二)、AT889S51各各引脚功能介介绍:VCC:AT89S511 电源正端端输入,接+5V。VSS:电源地端。XTAL1:单芯片系统时钟钟的反相放大大器输入端。XTAL2:系统时钟的反相相放大器输出出端,一般在在设计上只要要在 XTAAL1 和 XTAL22 上接上一一只石英振荡荡晶体系统就就可以动作了了,此外可以以在两引脚与与地之间加入入一 20PPF 的小电电容,可以使使系统更稳定定,避免噪声声干扰而死机机。R
17、ESET:AT89S511的重置引脚脚,高电平动动作,当要对对晶片重置时时,只要对此此引脚电平提提升至高电平平并保持两个个机器周期以以上的时间,AAT89S551便能完成成系统重置的的各项动作,使使得内部特殊殊功能寄存器器之内容均被被设成已知状状态,并且至至地址00000H处开始始读入程序代代码而执行程程序。EA/Vpp:EA为英文文Exteernal Accesss的缩写写,表示存取取外部程序代代码之意,低低电平动作,也也就是说当此此引脚接低电电平后,系统统会取用外部部的程序代码码(存于外部部EPROMM中)来执行行程序。因此此在80311及80322中,EA引引脚必须接低低电平,因为为其内
18、部无程程序存储器空空间。如果是是使用 87751 内部部程序空间时时,此引脚要要接成高电平平。此外,在在将程序代码码烧录至87751内部EEPROM时时,可以利用用此引脚来输输入21V的的烧录高压(VVpp)。ALE/PROOG:ALE是英文Addreess Laatch EEnablee的缩写,表表示地址锁存存器启用信号号。AT899S51可以以利用这支引引脚来触发外外部的8位锁锁存器(如774LS3773),将端端口0的地址址总线(A00A7)锁锁进锁存器中中,因为ATT89S511是以多工的的方式送出地地址及数据。平平时在程序执执行时ALEE引脚的输出出频率约是系系统工作频率率的1/6,
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