自由行走机器人课程设计

中中国国地地质质大大学学长长城城学学院院 电电气气工工程程及及其其自自动动化化课课 程程设设计计 题题 目目 ZX2013-2 型机器人制作 系系 别别 信息工程系信息工程系 学学生生姓姓名名 专专 业业 电电气气工工程程及及其其自自动动化化 学学 号号 指指导导教教师师 职职 称称 高级工程师高级工程师 2012 年年 6 月月 9 日日 目目录录 中国地质大学长城学院课程设计 - 2 - 一、摘要一、摘要.3 二、实验内容二、实验内容.3 1.1 ZX2013-2 型机器人制作简单原理.3 1.2 ZX2013-2 型机器人制作目的和任务.4 1.3 系统设计及工作原理图.4 （1）工作原理图.4 （2）元器件清单.4 （3）主要元器件名称及功能.5 （4）主要使用工具.7 （5）安装调试过程.7 三、收获、体会三、收获、体会.9 一、 摘要 中国地质大学长城学院课程设计 - 3 - 近年来，随着计算机技术的飞速发展，机器人的研究及应用得到迅速发展，因其在 教育，医疗，军事，工业等领域的巨大应用，因此得到了许多国内外科学家的关注。 机器人视觉伺服系统是机器人研究领域的一个重要研究方向。以图像为基础的伺服 机器人模型中，有许多的不确定性，如机器人动力学模型，运动学模型，摄像机系统以 及雅可比矩阵的在线辨识方法，提出一种新的辨识思路。 关键词关键词：自动、行走、集成模块 二、实验内容 1.1ZX2013-2 型机器人制作简单原理 本电路的集成块采用 NE555 时基电路，内部有比较器，RS 触发器、放电管等部分组 成。初始状态 RS 触发器的 Q 端输出低电平放点管截止不放电，3 引脚输出高电平。吃屎 W2、R13、C5 构成正稳态的掩饰电路，电源通过 W2、R13 对 C5 充电，当 C5 端的电压达到 2/3VCC 时，R 端比较器翻转输出高电平。此时 S 端电平基本不变从而致使 RS 触发器触发 翻转进入另一个稳态，Q 端输出高电平，放电管导通 C5 的电压瞬时被拉为低电平。因在 正稳态时 MT2 端为高电平对 C1 充满了电 2 脚一直处于高电平当 RS 触发器触发翻转进入 另一个稳态端后 MT2 变为电平此时 C1 通过 W1、R6、R14 对地放电，调节 W1 可以调节放 电的时间。当 C1 端的电压降到 1/3VCC 时 S 端比较器翻转致使 RS 触发器进入正稳态，因 此循环，分别调节 W2、W1 可以控制正、负稳态电路的掩饰长短。 3 引脚是正、负稳态的输出端，正、负稳态分别输出正、负电平。该电平加到电容 C2 上给 C2 充电使输出电平稳定，该电平就是后面驱动电路的控制信号。该控制信号经 R5 加到 9013 的基极，9013 是 NPN 管，基极正电平是 9013 的 C、E 极导通，而 9012 截止， 也即是正稳态时 9013 导通，9013 集电极被拉为低电平，再经过 R7 加到 VT3-9012 的基极 VT3 导通，从而 VT5、VT7 导通，电流通过 MT2 经过电机后流经 MT1。点击正转机器人向 前行走、发声，闪眼睛。W2 控制电机正转的时间。当 555 处于负稳态时输出低电平，通 过 R4 加到 VT2、VT4、VT6、VT8 导通。电流通过 MT1 经过电机后流经 MT2。电机反转机器 人后退，由于发声、闪电电路经过一只二极管供电，正转时二极管截止发声、闪灯电路 无电压停止工作。 1.2 ZX2013-2 型机器人制作目的和任务 目的：目的： 中国地质大学长城学院课程设计 - 4 - （1）识别各种电子元器件 （2）熟练掌握焊接技术及简单电子元器件的装配 （3）学会阅读印刷电路板 （4）掌握 ZX2013-2 型机器人定时行走的工作原理 任务：任务： 设计实现的机器人，应具有向前和向后走的功能，并且在行走过程中会伴随有音乐， 眼睛会闪烁红光。 首先对照“元件清单”清点元件数量，并用万用表将各个元件测量一下，做到心中 有数。 按照先焊接时先焊小元件，再焊大元件，最后焊集成块的原则进行操作，元件尽量 贴着底板“对号入座” ，不得将元件插错，如果一次焊接不成功应等冷却后在进行下一次 焊接，以免烫坏集成块。 功能电路板部分装配成功后再来焊接电机、电源部分的引线。 1.3 系统设计及工作原理图 （1）工作原理图 （2）元器件清单 中国地质大学长城学院课程设计 - 5 - 序号名称型号规格位号数量 1 三极管 9013VT11 2 三极管 9012 VT2、VT3、VT4 3 3 三极管 8550 VT5、VT6 2 4 三极管 8050 VT7、VT8 2 5 集成块 NE555IC1 6 二极管 1N4148 VD1、VD2、VD4 3 7 发光二极管 LED 3VD31 8 电阻 1K R1、R5 2 9 电阻 2K R2、R3、R7、R1 2 4 10 电阻 100 R4、R6 2 11 电阻 10K R8、R11、R14 3 12 电阻 51 R9、R10 2 13 电阻 20KR131 14 可调电阻 200K W1、W2 2 15 电解电容 100 uf C1、C4、C5 3 16 电解电容 10 ufC21 17 瓷片电容 103C31 （3）主要元器件名称及功能 三极管三极管 又称“晶体三极管”或“晶体管”。在半导体锗或硅的单晶上制备两个能相互影响 的 PN 结，组成一个 PNP（或 NPN）结构。中间的 N 区（或 P 区）叫基区，两边的区域 叫发射区和集电区，这三部分各有一条电极引线，分别叫基极 B、发射极 E 和集电极 C， 是能起放大、振荡或开关等作用的半导体电子器件。 集集成成块块 一般意义上讲，集成块就是指集成电路，集成块是集成电路的实体，也是 集成电路的通俗叫法。从字面意思来讲，集成电路是一种电路形式，而集成块则是集 成电路的实物反映。 二极管二极管 又称集体二极管,简称二极管(diode)，另外，还有早期的真空电子二极管；它 是一种具有单向传导电电流的电子器件。在半导体二极管内部有一个 PN 结两个引线端子， 这种电子器件按照外加电压的方向，具备单向电流的转导性。一般来讲，晶体二极管是 一个由 p 型半导体和 n 型半导体烧结形成的 p-n 结界面。在其界面的两侧形成空间电荷层， 构成自建电场。当外加电压等于零时，由于 p-n 结两边载流子的浓度差引起扩散电流和 由自建电场引起的漂移电流相等而处于电平衡状态，这也是常态下的二极管特性。 中国地质大学长城学院课程设计 - 6 - 发光二极管发光二极管 简称为 LED。由镓（Ga）与砷（AS）、磷（P）的化合物制成的二极管， 当电子与空穴复合时能辐射出可见光，因而可以用来制成发光二极管。在电路及仪器中 作为指示灯，或者组成文字或数字显示。磷砷化镓二极管发红光，磷化镓二极管发绿光， 碳化硅二极管发黄光。 电阻电阻 电阻，因为物质对电流产生的阻碍作用，所以称其该作用下的电阻物质。电阻 将会导致电子流通量的变化，电阻越小，电子流通量越大，反之亦然。没有电阻或电阻 很小的物质称其为电导体，简称导体。不能形成电流传输的物质称为电绝缘体，简称绝 缘体。 可调电阻可调电阻 可调电阻的标称值是标准可以调整到最大的电阻阻值，理论上，可调电 阻的阻值可以调整到 0 与标称值以内的任意值上，但因为实际结构与设计精度要求等原 因，往往不容易 100%达到“任意”要求，只是“基本上”做到在允许的范围内调节，从 而来改变阻值。 电解电容电解电容 电解电容是电容的一种，金属箔为正极（铝或钽），与正极紧贴金属 的氧化膜（氧化铝或五氧化二钽）是电介质，阴极由导电材料、电解质（电解质可以 是液体或固体）和其他材料共同组成，因电解质是阴极的主要部分，电解电容因此而 得名。同时电解电容正负不可接错。 瓷片电容瓷片电容 瓷片电容(ceramiccapacitor)是一种用陶瓷材料作介质,在陶瓷表面涂覆一层金 属薄膜,再经高温烧结后作为电极而成的电容器。通常用于高稳定振荡回路中，作为回路、 旁瓷片电容路电容器及垫整电容器。 NE555NE555 集成块集成块 NE555 是属于 555 系列的计时 IC 的其中的一种型号，555 系列 IC 的接 脚功能及运用都是相容的，只是型号不同的因其价格不同其稳定度、省电、可产生的振 荡频率也不大相同；而 555 是一个用途很广且相当普遍的计时 IC，只需少数的电阻和电 容，便可产生数位电路所需的各种不同频率之脉波讯号。 主要特点：（1）只需简单的电阻器、电容器，即可完成特定的振荡延时作用。其延 时范围极广，可由几微秒至几小时之久。 （2）它的操作电源范围极大，可与 TTL，CMOS 等逻辑电路配合，也就是它的输出电平及输入触发电平，均能与这些系列逻辑电路的高、 低电平匹配。 （3）其输出端的供给电流大，可直接推动多种自动控制的负载。 （4）它的 计时精确度高、温度稳定度佳，且价格便宜。 引脚位配置： 中国地质大学长城学院课程设计 - 7 - Pin 1 (接地) -地线(或共同接地) ，通常被连接到电路共同接地。 Pin 2 (触发点) -这个脚位是触发 NE555 使其启动它的时间周期。触发信号上缘电 压须大于 2/3 VCC，下缘须低于 1/3 VCC 。 Pin 3 (输出) -当时间周期开始 555 的输出输出脚位，移至比电源电压少 1.7 伏的 高电位。周期的结束输出回到 O 伏左右的低电位。于高电位时的最大输出电流大约 200 mA 。 Pin 4 (重置) -一个低逻辑电位送至这个脚位时会重置定时器和使输出回到一个低 电位。它通常被接到正电源或忽略不用。 Pin 5 (控制) -这个接脚准许由外部电压改变触发和闸限电压。当计时器经营在稳 定或振荡的运作方式下,这输入能用来改变或调整输出频率。 Pin 6 (重置锁定) - Pin 6 重置锁定并使输出呈低态。当这个接脚的电压从 1/3 VCC 电压以下移至 2/3 VCC 以上时启动这个动作。 Pin 7 (放电) -这个接脚和主要的输出接脚有相同的电流输出能力，当输出为 ON 时 为 LOW，对地为低阻抗，当输出为 OFF 时为 HIGH，对地为高阻抗。 Pin 8 (V +) -这是 555 个计时器 IC 的正电源电压端。供应电压的范围是+4.5 伏特 (最小值)至+16 伏特(最大值)。 参数功能特点： 供应电压 4.5-18V 供应电流 3-6 mA输出电流 225mA (max) 上升/下降时间 100 ns 电机电机 导体受力的方向用左手定则确定。这一对电磁力形成了作用于电枢一个力矩， 这个力矩在旋转电机里称为电磁转矩，转矩的方向是逆时针方向，企图使电枢逆时针方 向转动。如果此电磁转矩能够克服电枢上的阻转矩（例如由摩擦引起的阻转矩以及其它 负载转矩） ，电枢就能按逆时针方向旋转起来。 （4）主要使用工具 烙铁烙铁 是电子制作和电器维修必工具，主要用途是焊机元件及导线，按结构可分为 内热式电烙铁和外热式电烙铁，按功能可分为焊接用电烙铁和吸锡用电烙铁，根据用途 中国地质大学长城学院课程设计 - 8 - 不同又分为大功率电烙铁和小功率电烙铁。内热式的电烙铁体积较小，而且价格便宜。 一般电子制作都用 20W-30W 的内热式电烙铁。当然有一把 50W 的外热式电烙铁能够有备 无患。内热式的电烙铁发热效率较高，而且更换烙铁头也较方便。 锡丝锡丝 锡丝是焊锡中的一种产品，锡丝可分为有铅锡丝和无铅锡丝两种，均是用 于线路板的焊接 万万用用表表 万用表又叫多用表、三用表、复用表，万用表分为指针式万用表和数字万 用表引。是一种多功能、多量程的测量仪表，一般万用表可测量直流电流、直流电压、 交流电流、交流电压、电阻和音频电平等，有的还可以测交流电流、电容量、电感量及 半导体的一些参数（如 ）。 镊镊子子 镊子是手机维修中经常使用的工具，常常用它夹持导线、元件及集成电路 引脚等。不同的场合需要不同的镊子，一般要准备直头、平头、弯头镊子各一把。常 用的要选一把质量好的钢材镊子 （5）安装调试过程 1.当拿到套件后，对照元件清单逐一将数量庆典一遍，并用万用表将各个元器件测 量一遍。 2.在焊接时按先焊小元件，再焊大元件，最后再喊集成块的原理进行操作，元件尽 量贴着底板对号入座，不得将元件插错，由于集成块 555 是采用双排 8 脚直插式结构， 它的脚排列比较密集，在焊接时请用尖烙铁进行快速焊接，如果一次焊接不成功，应等 冷却后在进行下一次焊接，一面烫坏集成块。焊接完应反复检查有无虚、假、错焊，有 无拖锡短路造成故障。 3.功能电路板部分部分装配成功后再来焊接电机、电源部分的引线。打开机器人后 盖将里面的电机线剪下伴我们配的接线焊在电机上，同时把到头部分的红线焊接下串接 一只 1N4148 的二极管。再焊接电源线：一根焊接在电池极片的负极，另一根焊接在开关 的 一端，电源和电机接线焊好后从背面的孔引出。装在头和摇头杠杆后，在上后盖即可。 把电极线焊接在功能电路板的 M