基于单片机控制的新型六足机器人大学学位论文.doc

目 录 1 引言 1.1新型六足机器人研究目的和意义 1 1.2新型六足机器人研究概况及发展趋势 1 1.3课题研究内容 2 2 机械结构与芯片简介 2.1机器人机械结构 3 2.2机器人运动原理 3 2.3驱动装置选择 5 2.4机器人实物图 6 2.5硬件结构介绍 7 2.6单片机芯片介绍 8 2.7编码解码芯片介绍 13 3 控制系统结构设计 3.1上位机控制 16 3.1.1 程序语言及串口通讯 16 3.1.2 人机交互界面 17 3.2 基于无线的智能控制 19 3.2.1 无线发射模块 19 3.2.2 无线接收模块 23 4 结论 29 参考文献 30 致 谢 31 新型六足机器人 1—上板 2—转动舵机 3—竖直移动排齿 4—竖直移动舵机和齿轮 5—水平移动排齿 6—水平移动舵机和齿轮 7—下板 8—上板足 9—下板足 10—水平定位齿轮 图2.1 机器人机构图 2.2机器人运动原理 机器人6只足分别均分布在两个等边三角形的顶点上[4]。机器人在行走过程中，两组足交替支撑。两组足中的任一组三足可独立支撑起整个机器人身体，机器人重心始终落在A组或B组三足的三角形区域内，因此在平面爬行中没有倾覆的危险。 图2.2 机器人组合图 如图1.3所示，通过上下两组脚的相互运动就可以满足机器人多方位移动的需要：即上下板前后相互交替着地实现前后运动；上下板以三角形中点为轴相互转动交替着地实现转弯运动。运动如图2.3及2.4所示。 图2.3 机器人水平移动示意图 图2.4 机器人转动运动示意图 2.3驱动装置选择 本文设计的微型六足爬行机器人采用了三个个舵机分别对直线驱动器、转角驱动器以及垂直驱动器来进行精确控制。舵机是一种位置伺服的驱动器[5]。它接收一定的控制信号,输出一定的角度,适用于那些需要角度不断变化并可以保持的控制系统。舵机定位精确、输出力矩较大、尺寸满足要求，作为本设计的力驱动部件十分理想。 以日本FUTABA-S3003型舵机为例,图2.5是FUTABA-S3003 型舵机的内部电路。 图2.5 FUTABA-S3003 型舵机的内部电路 舵机的工作原理是：PWM信号由接收通道进入信号解调电路BA6688L的12脚进行解调，获得一个直流偏置电压。该直流偏置电压与电位器的电压比较，获得电压差由BA6688的3脚输出。该输出送入电机驱动集成电路BAL6686，以驱动电机正反转。当电机转速一定时，通过级联减速齿轮带动电位器Rw1旋转，直到电压差为0，电机停止转动.舵机的控制信号是PWM信号，利用占空比的变化改变舵机的位置。 标准的舵机有3条导线，分别是：电源线、地线、控制线，如图2.6所示。电源线和地线用于提供舵机内部的直流电机和控制线路所需的能源，电压通常介于4～6 V ，一般取5 V，以便给舵机供电的电源应能提供足够的功率[6]。控制线的输入是一个宽度可调的周期性方波脉冲信号，方波脉冲信号的周期为20ms（即频率为50Hz)。当方波的脉冲宽度改变时，舵机转轴的角度发生改变，角度变化与脉冲宽度的变化成正比。某型舵机的输出轴转角与输入信号的脉冲宽度之间的关系如图2.7所示。 图2.6 标准舵机示意图 图2.7 舵机的输出轴转角与输入信号的脉冲宽度之间的关系 综合各方面考虑，选用的舵机为TOWERPRO，型号为SG90。其主要技术参数如下： 外形尺寸：22*11.5*27mm 重量9g 参数：无负载速度0.12/60度(4.8V) 堵转扭矩1.6Kg/厘米(4.8V) 使用温度: -30摄氏度+60摄氏度 死区电压: 3.0V-5.0V 图2.8 机器人实物图 2.5硬件结构介绍 本文为实现机器人的无线控制，分别设计了无线发射模块和无线接收模块。无线发射模块采用了串口通讯来传递上位机到机器人的信号，并经过单片机识别把信号通过编码芯片PT2262编码后进行无线发射,无线接收模块接受后通过解码芯片PT2272解码并把控制信号传输到单片机，识别后控制三个舵机实现机器人的移动和转向。