機器人控制系統(tǒng)設計.doc

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1、 選修結(jié)課設計 機器人控制系統(tǒng)設計 授課教師 學院名稱 工程學院 專業(yè)名稱 電子工程 摘 要 隨著科學技術的發(fā)展和人們生活水平的不斷提高，人們的日常生活與移動機器人的關系越來越密切。本文將介紹一種用智能手機控制機器人的設計，主要采用STC89S52單片機作為機器人的檢測和控制核心；采用自己設計的Android手機軟件通過藍牙對數(shù)據(jù)進行傳輸，從而把信號反饋到單片機中實現(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計出的功能。本設計結(jié)構(gòu)較簡單，較容易實現(xiàn)，但具有

2、高度的智能化、人性化，一定程度體現(xiàn)了智能。 關鍵詞：機器人 Android軟件 藍牙 控制 Design of Control System for Mobile Robot Li Yu (College of Engineering，South China Agricultural University，Guangzhou 510642，China) Abstract: With the development of science and technology and the improvement of peoples living standard，th

3、e relationship between daily life and mobile robot people more and more closely. This article introduces a kind of use smartphone to control the robots design，mainly adopts STC89S52 single-chip microcomputer as the robot detection and control core; Using their own design of the Android mobile phone

4、software to transmit data via bluetooth，and signal feedback to the single-chip 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，

5、but are highly intelligent，humane，to a certain extent reflects the intelligence. Key words: Mobile Robot Android software Bluetooth Control 目 錄 1 前言 1 1.1 課題的背景意義 1 1.2控制技術研究現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢 1 1.3 應用領域 2 1.4機器人的發(fā)展史 2 2 總體方案確定 2 2.1 硬件系統(tǒng)設計介紹 2 2.1.1 最小系統(tǒng)設計 2 2.1.2 緩沖器設計 3 2.1.3

6、驅(qū)動設計 4 2.1.4 藍牙傳輸設計 5 2.1.5 穩(wěn)壓設計 5 2.2 軟件系統(tǒng)的設計 6 3 理論分析 6 4 測試與試驗分析 7 5 結(jié)論 7 參考文獻 8 附錄 9 致謝 10 1 前言 1.1 課題的背景意義 智能移動機器人，是一個集環(huán)境感知、動態(tài)決策與規(guī)劃、行為控制與執(zhí)行等多功能于一體的綜合系統(tǒng)。它集中了傳感器技術、信息處理、電子工程、計算機工程、自動化控制工程以及人工智能等多學科的研究成果，代表機電一體化的最高成就，是目前科學技術發(fā)展最活躍的領域之一。隨著機器人性能不斷地完善，移動機器人的應用范圍大為擴展，不僅在工業(yè)、農(nóng)業(yè)、醫(yī)療、服務

7、等行業(yè)中得到廣泛的應用，而且在城市安全、國防和空間探測領域等有害與危險場合得到很好的應用。因此，移動機器人技術已經(jīng)得到世界各國的普遍關注。 在各國普遍關注移動機器人的大前提下，作為機器人的關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，研制出更加精密的控制系統(tǒng)就顯得尤為重要。 1.2 控制技術研究現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢 在世界范圍內(nèi)，機器人技術作為戰(zhàn)略高技術，無論推動國防軍事、智能制造裝備、資源開發(fā)，還是發(fā)展未來機器人產(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)型機器人需求強勁，有望形成一定規(guī)模的產(chǎn)業(yè); 另一方面，服務性機器人產(chǎn)品形態(tài)與產(chǎn)業(yè)規(guī)模還不清晰，需要

8、結(jié)合行業(yè)地方經(jīng)濟與產(chǎn)業(yè)需求試點培育。 盡管如此，機器人在服務于國家安全、重大民生科技等工程化產(chǎn)品應用，及與此相適應的模塊化標準和前沿科技創(chuàng)新研究發(fā)展上有著迫切需要。機器人技術發(fā)展主要趨勢為智能化、標準化、網(wǎng)絡化。 具體為: 由簡單機電一體化裝備，向以生機電一體化和多傳感器智能化等方面發(fā)展; 由單一作業(yè)，向機器人與信息網(wǎng)絡相結(jié)合的虛擬交互、遠程操作和網(wǎng)絡服務等方面發(fā)展; 由研制單一復雜系統(tǒng)，向?qū)⑵浜诵募夹g、核心模塊嵌入于高端制造等相關裝備方面發(fā)展。 另外機器人的市場化要求家庭化、模塊化、產(chǎn)業(yè)化成為未來機器人應用發(fā)展的趨勢。 機器人技術越來越向智能機器技術與系統(tǒng)方向發(fā)展，其應用領域向助老助殘、家

9、用服務、特種服務等方面擴展，在學科發(fā)展上與生機電理論與技術、納米制造、生物制造等學科進行交叉創(chuàng)新，研究的科學問題包含新材料、新感知、新控制和新認知等方面。 而涉及機器人的需求與創(chuàng)新、產(chǎn)業(yè)、服務及安全之間的辯證關系依然是其發(fā)展的核心原動力與約束力。 1.3 應用領域 因為移動機器人的種類十分之多，所以它的電源應用領域也非常廣闊。例如在生產(chǎn)方面的機械臂，在道路上行走的汽車等，甚至是外太空的探索機器人也有用武之地。太空機器人工作在微重力、高真空、超低溫、強輻射、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)，給太空機器人操作帶來種種困難?？臻g視覺識別以及

10、視覺與手爪的配合較地面更困難。太空機器人需要采用三維彩色視覺系統(tǒng)，以便同時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。在對機器人的性能嚴格之外，控制也提出比普通更高的要求。 1.4 機器人的發(fā)展史 機器人已有三千多年的歷史。20世紀，機器人技術得到迅速的發(fā)展并在工業(yè)中得到廣泛應用。機器人學已發(fā)展為綜合了機械學、電子學、計算機科學、自動控制工程、人工智能、仿生學等多個學科的綜合性科學，代表了機電一體化的最高成就，是當今世界科學技術發(fā)展最活躍的領域之一。未來的機器人將向智能化方向繼續(xù)發(fā)展。 2 總體方案確定 以

11、STC89C52為核心設計出一臺用智能手機控制的半自主機器人，主要用到的芯片有STC89C52，74HC244，BTS7960，HC-06-D，7805等，配合自己設計的Android軟件最后形成一個整體體統(tǒng)。 2.1 硬件系統(tǒng)設計介紹 2.1．1 最小系統(tǒng)設計 該系統(tǒng)主要用到的是單片機，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1 2.1．2緩沖器設計 由于BTS7960輸出電流太大所以在單片機與驅(qū)動模塊間加入緩沖器74HC244芯片防止電流過大燒毀單片機。 74HC244邏輯圖（圖2）: 圖2 電路設計（圖3）： 圖3 2.1．3驅(qū)動設計

12、BTS7960芯片介紹： BTS7960是NovalithIC家族三個獨立的芯片的一部分:一是p型通道的高電位場效應晶體管，二是一個n型通道的低電位場效應晶體管，結(jié)合一個驅(qū)動晶片,形成一個完全整合的高電流半橋。所有三個芯片是安裝在一個共同的引線框,利用芯片對芯片和芯片芯片技術。電源開關應用垂直場效應管技術來確保最佳的阻態(tài)。由于p型通道的高電位開關，需要一個電荷泵消除電磁干擾。通過驅(qū)動集成技術，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)生時間、防止欠電壓、過電流、短路結(jié)構(gòu)輕易地連接到一個微處理器上。BTS7960可結(jié)合其他的BTS7960形成全橋和三相驅(qū)動結(jié)構(gòu)。 智能功率芯片BTS7

13、960是應用于電機驅(qū)動的大電流半橋高集成芯片，它帶有一個P溝道的高邊MOSFET、一個N溝道的低邊 MOSFET和一個驅(qū)動 Ic。集成的驅(qū)動Ic具有邏輯電平輸入、電流診斷、斜率調(diào)節(jié)、死區(qū)時間產(chǎn)生和過溫、過壓、欠壓、過流及短路保護的功能。BTS7960通態(tài)電阻典型值為 16mQ，驅(qū)動電流可達 43A。 引腳的定義和功能（圖4）： 圖4 電路設計（圖5）： 圖5 2.1．4藍牙傳輸設計 HC-06-D（圖6）數(shù)據(jù)傳輸直接接入到單片機引腳P3.0和P3.1，并于手機配對。 圖6 2.1．5穩(wěn)壓設計 穩(wěn)壓設計采用7805芯片，電路設計（圖7）： 圖7 2.2 軟

14、件系統(tǒng)設計介紹 應用eclipse編程軟件編寫Android控制端軟件，實現(xiàn)機器人的控制。界面（圖8）： 圖8 3 理論分析 藍牙技術是一種無線數(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，為固定與移動設備通信環(huán)境建立一個特別連接。經(jīng)過手機發(fā)出的數(shù)據(jù)的傳輸?shù)絾纹瑱C中，經(jīng)單片機分析處理實現(xiàn)相應的功能，從而實現(xiàn)了控制。 4 測試與試驗分析 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 隨著電力電子技術的高速發(fā)展，電力電子設備與人們的工作、生活的關系日益密切，而電子設備都離不開控制，控制的可靠與穩(wěn)定是關鍵，有一套可靠和穩(wěn)

15、定的控制系統(tǒng)可以為人們提供更好的方便。 10 參 考 文 獻 王兆安.電力電子技術[M].第五版.北京：機械工業(yè)出版社,2011. 邱關源，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.電子技術基礎（模擬部分）.第五版.北京: 高等教育出版社，2010. 康華光，陳大欽，張林.電子技術基礎（數(shù)學部分）.第五版.北京: 高等教育出版社，2010. 楊豐盛. Android應用開發(fā)揭秘.北京: 機械工業(yè)出版社，2010. 附 錄 附錄A 機器人實物圖 致 謝 在這里非常之感謝我的授課老師賈瑞昌，在他的悉心指導下我學到了不少知識。在本次設計的過程中我學到了嚴謹治學的學術態(tài)度和認真細致的工作態(tài)度至關重要，這些都讓我受益匪淺，一生受用。