紅外遙控六足爬蟲機器人設計(單片機)論文

ID:110875 · 發表于 2017-5-6 13:30

紅外遙控六足爬蟲機器人設計(單片機)

目錄

前言.... 2

（一）、機器人的大腦... 2

（二）、機器人的眼睛耳朵... 2

（三）、機器人的腿——驅動器與驅動輪... 3

（四）、機器人的手臂——機械傳動專制... 4

（五）、機器人的心臟——電池... 4

一、AT89S51單片機簡介... 5

（一）、AT89S51主要功能列舉如下：... 5

（二）、AT89S51各引腳功能介紹：... 5

二、控制系統電路圖... 7

三、微型伺服馬達原理與控制... 8

（一）、微型伺服馬達內部結構... 8

（二）、微行伺服馬達的工作原理... 8

（三）、伺服馬達的控制... 9

（四）、選用的伺服馬達... 9

四、紅外遙控... 11

（一）、紅外遙控系統... 11

（二）、遙控發射器及其編碼... 11

（三）、紅外接收模塊... 11

（四）、紅外解碼程序設計... 11

五、控制程序... 12

六、六足爬蟲機器人結構設計圖... 18

今年年初，學校為參加中央電視臺舉辦的第三屆全國大學生機器人電視大賽，組建了機器人制作小組。我積極參加，有幸成為了其中的一員。因為我們以前沒有參加過類似的比賽，也沒有制作機器人的經驗。可以說我們什么都是從零開始，邊學習邊制作。通過這半年多的制作過程，我從中學到了很多書本上學不到的東西，也得到了很好的學習與鍛煉的機會。
最初，我們組建了機器人制作實驗室。到五金機電市場購買了必要的工具和一些制作材料。然后開始制作實驗機器人的身體——框架。
實驗機器人的框架我們是使用輕型萬能角鋼制作的，這種角鋼的兩側都有間隔均勻的孔槽，可以很方便的用螺栓進行連接。用不同長度的角鋼組合后，就可以得到不同大小的立方體和長方體及多邊形。機器人身體的框架就搭建好了。在它的上面將裝上：機器人的大腦——可編程控制器、機器人的眼睛耳朵——傳感器、機器人的腿——驅動輪、機器人的手臂——機械傳動專制、機器人的心臟——電池……之所以使用輕型萬能角鋼，主要是因為是在制作試驗機型，而輕型萬能角鋼安裝拆卸方便和便于修改長度，調整設計。
實驗機器人定型后，就照其尺寸用不銹鋼方管焊接制作機器人的身體。再在上面進行打孔等工作，后就可以將機器人的其它部分安裝上去。這樣一個機器人就制作好了。
下面我介紹一下機器人的基本組成部分：
（一）、機器人的大腦
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。任何一個機器人大腦就必須要有這塊芯片，不然就稱不上機器人了。在選擇微控制器的時候，主要要考慮：處理器的速度，要實現的功能，ROM和RAM的大小，I/O端口類型和數量，編程語言以及功耗等。
其主要類型有：單片機、PLC、工控機、PC機等。
單有這些硬件是不夠的，機器人的大腦還無法運行。只有在程序的控制下，它才能按我們的要求去工作。可以說程序就是機器人的靈魂了。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，這些通常能被高級一點的控制器直接執行，因為在高級控制器里面內置了編譯器能夠直接把一些高級語言翻譯成機器碼。微處理器將執行這些機器碼，并對機器人進行控制。
（二）、機器人的眼睛耳朵
傳感器，是機器人的感覺器官，是機器人和現實世界之間的紐帶，使機器人能感知周圍的環境情況。其主要有：光電傳感器、紅外傳感器、力傳感器、超聲波傳感器、位置和姿態傳感器等等。下面我將就幾種常用傳感器進行介紹：
1、光電傳感器：光電傳感器的原理是光電效應。其主要用途是顏色識別（機器人就可以沿著地上的線條行進了）和光電編碼等。
2、紅外傳感器：紅外傳感器是用來測量距離和感知周圍情況的。因為發射出去的紅外信號在一定距離內遇到物體就會反射回來。通過發送紅外線信號，并接收反射回來的信號，機器人就可以感知前方或身體周圍的情況，做出相應的調整（如：倒退或繞行等）。
3、力傳感器：力傳感器是用來檢測碰撞或者接觸信號的，比如機械手的應用，當你放一個東西到機械手的時候，機械手自動抓住它，它就需要力傳感器檢測東西抓的緊不緊。典型的力傳感器是微動開關和壓敏傳感器。微動開關其實就是一個小開關，通過調節開關上的杠桿長短，能夠調節觸動開關的力的大小。用來做碰撞檢測這是最好不過了。但是這種傳感器必須事先確定好力的閥值，也就是說只能實現硬件控制（開還控制）。而壓敏傳感器是能根據受力大小，自動調節輸出電壓或者電流，從而可以實現軟件控制（閉環控制）。
4、超聲波傳感器：超聲波傳感器是從蝙蝠那里學來的，通過把發射出的信號與接收到的信號進行對比，就可以測定周圍是否有障礙物，及障礙物的距離，也屬于距離探測傳感器，能提供交遠的探測范圍，而且還能提供在一個范圍內的探測而不是一條線的探測。
5、位置和姿態傳感器：機器人在移動或者動作的時候必須時時刻刻知道自己的姿態動作，否則就會產生控制中的一個開環問題，沒有反饋，無法獲知運動是否正確。位置傳感器和姿態傳感器就是用來解決這個問題的。常用的有光電編碼器，由于機器人的執行機構一般是電機驅動，通過計算電機轉的圈數，可以得出電機帶動部件的大致位置，編碼器就是這樣一種傳感器，它一般和電機軸或者轉動部件直接連接，電機或者轉動部件轉了多少圈或者角度能夠通過編碼器讀出，控制軟件再根據讀出數據進行位置估計計算。還有一種是陀螺儀，這是利用陀螺原理制作的傳感器，主要可以測得移動機器人的移動加速度，轉過的角度等信息。
（三）、機器人的腿——驅動器與驅動輪
驅動器就是驅動機器人的動的部件。最常用的是電機了。當然還有液壓，氣動等別的驅動方式。一個機器人最主要的控制量就是控制機器人的移動，無論是自身的移動還是手臂等關節的移動，所以機器人驅動器中最根本和本質的問題就是控制電機，控制電機轉的圈數，就可以控制機器人移動的距離和方向，機械手臂的彎曲的程度或者移動的距離等。所以，第一個要解決的問題就是如何讓電機能根據自己的意圖轉動。一般來說，有專門的控制卡和控制芯片來進行控制的。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了。第二個問題是控制電機的速度，在機器人上的實際表現就是機器人或者手臂的實際運動速度了，機器人走的快慢全靠電機的轉速，這樣，我們就要求控制卡對電機有速度控制。電機目前常用的有兩種，步進電機和直流電機。下面我將就這兩種電機進行介紹

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ID:130231 · 發表于 2017-5-6 13:40

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