机器人控制系统论文机器人的论文

机器人控制系统论文机器人的论文基于单片机的微小型观测机器人控制系统的设计摘要：本文主要介绍了一款微小型观测机器人的整体控制系统，完成了基于单片机技术的姿态控制系统的硬件设计，并且完成了检测信号的模拟输出和驱动控制的试验。 关键词：微小型观测机器；单片机；姿态控制系统 Microcontroller-based Miniature Robot Observation Control System Wu Manli,Peng Ru (Nanchang Institute of Technology,Nanchang330044,China) Abstract:This paper introduces miniature robot observation control system,complete single chip technology based on the attitude control system hardware design,and completed the testing of analog signal output and driver control testing. Keywords:Micro observation machinery;SCM;Attitude control system 一、控制系统方面 整个微小型观测机器人控制系统可谓五脏俱全，分为控制部分和操作部分，操作部分负责维持机器人的稳定运行并引导其安完指定工作，控制部分根据机器人的姿态及获取在相关信息做出下一步工作指令。以便继续完成所需指令。控制部分与操作部分之间有两条数据链路：一条负责传送图像，一条负责传送机器人运行状态和指令。机器人的视觉功能，检测机器人前方是否有目标。该功能的实现采用的是两个型号为 TX05D 的红外线反射传感器。TX05D 常用的红外反射式接近开关，它内部有一红外线发射管和一红外线接收管。发射管发出红外线，如果其正前方没有物体，那么接收管接收不到红外线反馈信号。当前方出现物体时，红外线信号经过物体被反射了回来，这时接收管接收到信号，向单片机发出高电平信号，以告知单片机其前方出现障碍物。机器人控制部分子系统包括：姿态测量控制系统模块、图像设备模块、数据链路等。操作部分包括控制器、工作站、和图像处理平台。 二、控制和校正姿态 微小型观测机器人姿态控制系统的主要功能是稳定机器人的运行姿态，机器人在前进过程中，如果电机转速不一致或者在转向过程中出现了诸如硬件类问题，导致机器人跑偏，这时便会启动调整功能，该功能是利用两个光耦来完成的。机器人左右履带下，装有两片通过光耦的挡片，当机器人正常运行时候挡片会交替的打开和关闭光耦。两个光耦的状态不相同时。就说明该机器人运行轨迹正常。当光耦出现相同状态时，说明机器人运行轨迹有问题，需要校正。这时便会随机停下一条履带，等另一条履带走在最适应的位置，即光耦状态相反时，再作出同步前进。 控制电路的功能是接收接收机的操控信号和倾角传感器的输出信号，可以直接输出接收机的信号或者切换到输出遥控信号与传感器反馈信号叠加处理的结果，然后舵机接收控制电路的 PWM 信号控制机器人的轮机。倾角传感器实时接收直升机的姿态信号，输出到控制电路。 三、控制系统的硬件实现 微小型观测机器人利用单片机读取各种传感器传输给它的信号，发送各种指令。其测控系统采用单片机作为控制单元是一种理想的选择，因为其成本低，体积和重量小。本设计采用混合系统级 MCU 芯片C8051F320 型单片机作为控制中心的姿态控制系统，选用的传感器是双轴的加速度传感器 ADXL202，它可在两个方向上检测机器人在姿态上的变化，并输出 PWM 信号给单片机进行处理。由于机器人运行中有 3 个姿态角，所以要用 2 片 ADXL202。 单片机处于系统的主导地位，是实现控制算法、完成信号采集和信号转化的核心器件。所有的传感器信号和遥控指令都由单片机来识别和处理。单片机将这些数据按照一定的控制算法运算后，将数据结果转化为控制信号输出到履带，或者利用数据传输模块，传回到地面接收装置，从而完成对机器人运行的测控。由于单片机对电源有要求，为了保证其电源的稳定性，我们还设计了电源稳压保护电路。 机器人在运行姿态是关系机器人性能的直接因素。控制电路将加速器的测量信号和遥控器发送的信号进行比较，得到的控制信号来控制舵机的转速。微小型观测机器人在运行过程中若受到外力的干扰产生方向的偏差，由加速器测量输出 PWM 信号发送给控制电路，经过单片机处理和接收机信号比较后输出，采用单片机脉冲计数的方法，向舵机输出 PWM 类型的控制指令，操纵履带的变化，控制保持机器人的姿态。 在基于单片机的姿态测控系统中，选用履带作为执行器件，控制执行结构的转角和位移。在履带控制中，一方面需要完成单片机的控制指令输出，从而控制航向变化和航向保持，另一方面需要参考原始的控制指令和加速度的反馈信号完成姿态控制的算法。尽管这两者来源不同，但是对舵机而言并无太大区别。控制信号对舵机的控制就是改变 PWM 信号的占空比，利用 PWM 信号占空比的变化改变履带的位置。 四、软件设计及调试 整个微小型观测机器人姿态控制系统的软件包括 C8051F 单片机的初始化、各通道数据的获得、控制算法的实现。C8051F 单片机的初始化包括端口管脚的配置、定时器的初始化、PCA 初始化。C8051 要接收 5 个通道的 PWM 信号，即遥控器的三通道 PWM 信号，ADXL202 的 2 个通道的 PWM 信号。 为 PWM 模块有 C8051 的 PCA 模块配置为高速输出方式，当 PCA0H 的值与该模块的寄存器 PCA0CPLn 和 PCA0CPHn 中的常数值相等时，CEXn 引脚上的逻辑电平发生一次跳变，同时触发一次中断，实现 PWM 功能。为了试验设计出的印刷电路板是否能够满足输出控制信号的要求，设计了试验程序，来生成固定循环的能够控制履带按照要求的方向来转动。设计的要求是履带能够向左以固定频率转动，然后转回平衡位置，以此来循环转动。 经过调试，用数字式示波器证明履带机完全按照单片