机器人管家.doc

机器人管家机器人管家主要由四部分组成，包括控制系统，传感器系统，底盘系统和机械手系统。控制系统： 选用基于ARM11的微处理器S3C6410作为处理器，移植实时操作系统RT-Linux系统作为机器人的嵌入式操作系统。S3C6410处理器主板上包含有4个串口、2个USB接口、电源接口、JTAG接口和以太网口等。串口0作为Linux系统的控制台；串口1用来连接传感器系统；串口2用来连接控制机器人的底盘系统；串口3用来连接机械手系统控制器；USB接口一个接USB无线网卡，另一个接USB摄像头；以太网口和JTAG接口用来对系统进行调试和升级。通信协议采用标准的TCP/IP协议，稳定可靠。传感器系统： 传感器系统包括控制器和温度传感器、湿度传感器、气体传感器、超声波传感器和红外传感器等。 将温度传感器，湿度传感器，气体检测器等安装在同一个电路板上，超声波传感器和红外传感器安装在底盘的合适部位。通过电路板上的微处理机，采集和处理各个传感器所测试出的参数，将微处理机与机器人的主机相链接，把所处理出来的数据传送给机器人主微处理器。底盘系统： 底盘的运作效果：底盘能够实现前进、后退、左转弯、右转弯。同时，底盘的运行速度也可依据需要，给予控制。设计思路：总的体系是无线发出的的信号经相应的传感器作用下，进入微控制的输入端，在微控制器的处理下，输出相应的信号，此信号再进入电动机驱动芯片的输入端，经电动机驱动芯片的作用下，输出相应的信号对与其相连的电动机进行驱动。此上的情况下，可以实现底盘的除速度控制外的各种运行。在PWM方法的控制下，加上旋转编码器的使用可以完成速度的控制与速度读数的显示。设计方案：首先，对微控制器（PIC)进行开发。据设计的驱动电动机的电路，编写源程序（可使用C语言编写程序），再对源程序进行编译，转换成机械语言。以上的过程可以在开发软件MPLAB环境下进行。据相应的写入步奏即可完成。当编译没问题后，再使用PIC写入器（PICSTART plus）实现以上的程序传送。据程序传送的步奏即可实现。将接收无线信号的传感器的输出端与以上的已写入电路控制的程序的PIC微控制器的输入端进行连接。然后，将其输出端与电锯驱动芯片（TA725P)的输入端进行连接，其输出端与电机进行连接。旋转编码器直接连接在电动机的输出端即可。 理论原理：无线信号在相应的接收传感器的作用下，取得信号，进入微控制器的输入端口读入。然后，据存储器所存储的程序进行运算、控制、判断、处理，再将结果作为信号的输出端输出。输出的信号通过电子电路是执行机构（电动机 ）动作。微控制器据写入存储器的程序产生不同的动作，而程序则是微控制器内部的“0”与“1”所组成的二进制操作（16进制也可以）。信号与执行：当信号只是使左直流电机驱动时，底盘会向右转弯，相反，则向左转弯 ，当信号使两电动机的运行状况相同时，底盘将静止或前进及后退的运行。 机械手系统：一：机电系统机械臂机电系统具体结构：该机械臂是关节型为七自由度，分别 1、手臂扫掠（根部左转或右转）；2、肩旋转（肩向上或向下）；3、肘伸展（肘缩进或伸出）4、俯仰（手腕上转或下转）5、偏航（手腕左转或右转）6、横滚（手腕顺时针转或反时针转）7、手钳（两手指左右张开）底座系统：底座固定在机器人身上，底座系统安装有控制电路板，并在底座的中柱上开有电源接口和信号接口，方便数据交换。 连接臂：连接臂的作用是把各个电机串联起来。伺服电机：伺服电机是整个机械手系统的动力源泉，每个电机可在相关的范围内无级定位，而这种定位可以通过软件来控制，从而使得机械手可以作非常复杂的动作。电源接口：机器人的电源通过该接口向整个系统提供能源。信号接口：计算机软件通过该接口向系统提供数据命令。每一个运动轴都有自己的执行器连接到机械传动链，以实现关节运动。执行器是伺服电动机，伺服电动机执行器快速、精密、安静。每一运动轴由闭环控制系统控制（通常是跟踪位置控制系统伺服系统）。终端器及手钳，安装在机械腕上，用来抓取零件或握持东西，有两个手指，可以实现开与合，由电机驱动，采用平行四连杆。在机械手的那个地方安装压力传感器。 这样工作的时候就能将力显示出来，或是设定好力量，可以判定手抓是否抓紧物体。二：控制器舵机控制器组件由控制器、尼龙固定螺柱螺母、miniUSB线组成。同时与机器人的ARM微处理器相连，由其控制手臂的动作。 本机械手采用伺服舵机控制，伺服舵机控制器可以控制多达32个伺服电机协调动作的软硬件结合系统，具有位置控制以及速度控制，由上位机软件和伺服电机驱动控制器组成。通过操作上位机软件给控制器传递控制指令信号，即可实现多路伺服电机单独控制或同时控制。七自由度机械臂是机械、电气电子和计算机集成系统，采用32通道机器人舵机控制软件作为计算机端主控程序，具有32个舵机控制通道。软件可实现机械臂联机手动控制、联机自动控制和动作序列下载舵机芯片（下载后可脱离计算机，舵机上电后读取预存动作指令来控制机械臂）。后期即将改成带机械手视频监控的软件。使用该软件需要建立计算机系统和舵机控制器的USB连接，因此应预先安装舵机控制器专用USB驱动程序。舵机控制器具有设定动作转换时间的功能，通过联机手动控制调整好少数几个动作位置和设定转换到每个动作的时间间隔，即可实现这些动作间的平滑过渡，这里称为联机自动控制。功能：1、 用户可以随时在任何地