爬墙机器人气压传动系统及控制硬件设计【6张PDF图纸+CAD制图+文档】
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南昌航空大学学士论文1 绪论1.1 引言随着现代科学技术的飞速发展，机器人已越来越多地进入我们的生活领域，以机器人代替人类从事各种单调、重复、繁重、危险以及有毒有害的工作是社会发展的一个趋势。现代机器人一般分为两大类：一类是工业机器人，主要指装配、搬运、焊接、喷漆等机器人。另一类是极限工作机器人，主要指在人难以到达的恶劣环境下代替人工作业的机器人。如：海底资源的勘测开发、空间人造卫星的收发、战场上的侦察和排险、核放射场所的维护、高层建筑的壁面清洗、灭火救助等。作为极限作业机器人重要开发项目之一的壁面爬行机器人近些年来得到了蓬勃的发展，受到了人们越来越多的重视，目前，国内外已经有了相当数量的爬壁机器人投入现场作业。主要应用如下：(1)核工业：对核废液储罐进行视觉检查、测厚及焊缝探伤等；(2)石化企业：对立式金属罐或球形罐的内外壁面进行检查或喷砂除锈、喷漆防腐；(3)建筑行业：喷涂巨型墙面、安装瓷砖、壁面清洗、擦玻璃等；(4)消防部门：用于传递救援物资，进行救援工作；(5)造船业：用于喷涂船体的内外壁等。1.2国外爬壁机器人研究现状 1966年日本大阪府立大学工学部的西亮教授成功研制出第一个垂直壁面移动机器人样机，该机器人利用电风扇进气侧的低压作用作为吸附力，使机器人贴附在垂直壁面上。1975年他又采用单吸盘结构制作出以实用化为目标的第二代爬壁机器人样机。 1997年俄罗斯莫斯科机械力学研究所研制出的用于大型 壁面和窗户清洗作业的爬壁机器人也采用单吸盘结构。，该机器人利用风机产生真空负压来提供吸附力，吸盘腹部装有4个驱动轮，机器人可在壁面全方位移动。美国西雅图的Henry R Seemann在波音公司的资助下研制出一种真空吸附履带式爬壁机器人“AutoCrawler”。其两条履带上各装有数个小吸附室，随着履带的移动，吸附室连续的形成真空腔而使得履带贴紧壁面行走。 日本光荣公司研制了一种多吸盘爬壁机器人，该机器人装有两组真空吸盘。机器人本体上自带两个真空泵、电池、控制系统和无线通讯系统。机器人一次充电可以工作约30分钟，工作范围为距遥控天线10米以内，最大行走速度为30cm/min，用于高大建筑物墙壁的检查工作。 20世纪90年代初，英国朴茨茅斯工艺学校研制了一种多足行走式的爬壁机器人。采用模块化设计，机器人由两个相似的模块组成，每个模块包括两个机械腿和腿部控制器。可根据任务需要来安装不同数量的腿，可重构能力强。机械腿采用仿生学结构，模拟大型动物臂部肌肉的功能，为两节式，包括上下两个杆3个双作用气缸，具有三个自由度。稳定性好，承载能力大，利于机器人的轻量化，并能跨越较大的障碍物。除腿部端各有一真空吸盘外，机器人腹部设有吸盘，使机器人具有较大的负载质量比，可达2：1. 日本宫崎大学的NiShi教授研制出一种具有两个旋转叶片的“飞行机器人”，利用两个旋转叶片产生的指向壁面的推力，使机器人与壁面间产生足够的摩擦力，而使机器人能够附着在壁面上。机器人装有两个56cc的内燃机，速度为0.5m/s，质量为20kg，可用于火灾等危险作业。美国密歇根州立大学研制了两种双足结构的小型爬壁机器人，均采用真空吸附方式。机器人由一个移动关节和4个移动关节组成运动机构，共5个运动关节。采用模糊控制方式，机器人外形尺寸为高80mm、宽50mm，质量为450g。机器人的步态规划采用了一种有限状态机制来描述机器人的运动状态，并以此为基础建立了机器人的步态规划。机器人样机均采用欠驱动机构，减少了机器人的质量和能耗。机器人可以在墙壁、天花板上爬行，以及在两个表面之间过渡爬行，也可爬越管道一类的障碍物。1990年以来，西班牙马德里CSIC大学工业自动化研究所研制出一种6足式爬壁机器人。该机器人为磁吸附式，具有较大的静载荷，目的是为了工业上的应用。美国Case Western Reserve University研制的采用4个“腿轮”上的爬壁机器人样机，与前两种机器人相似，该机器人依靠4个“腿轮”上的仿生粘性材料来吸附，该机器人质量仅有87g。1.3国内爬壁机器人研究现状 自1988年以来，在国家“863”高技术计划的支持下，哈尔滨工业大学机器人研究所先后研制成功了采用磁吸附和真空吸附两个系列的5种型号壁面爬壁机器人。1994年开发的用于高楼壁面清洗作业的爬壁机器人CLR-I，采用全方位移动机构，机器人在原地就可以任意改变运动方向。之后开发的CLR-，采用两轮独立驱动方式同轴双轮差速机构，通过对两轮速度的协调控制实现机器人的全方位移动，机器人本体和地面控制站之间采用电力线载波通讯方式。上述3款爬壁机器人均采用单吸盘结构，弹簧气囊密封，保证了机器人具有较高爬行速度和可靠的附着能力。1995年研制成功的金属管防腐用磁吸附爬壁机器人，采用永磁吸附结构，靠两条履带的正反转移动来实现转弯。该机器人可为石化企业金属储蓄罐的外壁进行喷漆、喷砂，以及携带自动检测系统对罐壁涂层厚度进行检测。1997年研制的水冷壁清洗、检测爬壁机器人，呈圆弧形永磁吸附块与罐壁圆弧相吻合，提高了吸附力，也提高了作业的效率。 上海大学也较早开展高楼壁面清洗作业机器人的研究，先后研制出垂直壁面爬壁机器人和球形爬壁机器人。该球形壁面爬壁机器人采用多棋盘、负压吸附、6足独立驱动腿足行走方式，可用于不同曲率半径的球形外壁面。 近年来，上海交通大学也展开了爬壁机器人的研究。设计了一种自身无行走机构而依靠壁面牵引实现机器人移动的壁面清洗机器人样机。机器人腹部的两个吸盘交替抬起和吸附可实现跨越水平窗框障碍运动。1.4爬壁机器人的发展趋势 驱动、传感、控制等硬软件技术的发展极大推动了爬壁机器人技术的发展，实际应用的需求也对爬壁机器人的发展提出了挑战，爬壁机器人的发展趋势归结起来主要有以下几方面： （1）新型吸附技术的发展。吸附技术一直是爬墙机器人发展的一个瓶颈。它决定了机器人的应用范围。 （2）爬壁机器人的任务由单一化向多功能化方向发展。过去所研制的爬壁机器人大多用于清洗、喷涂、检测等作业，作业任务往往只局限于单一的任务。 （3）小型化、微型化是当前爬壁机器人发展的趋势。在满足功能要求的前提下，体积小、质量轻的机器人可较小能耗，具有较高灵活性，并且在某些特殊场合也需要机器人具有较小的体积。 （4）由带缆作业向无缆化方向发展。由于爬壁机器人的作业空间一般都较大，带缆作业极大限制了机器人的作业空间。所以，无缆化成为现在和未来爬壁机器人的发展趋势。1.5课题的目的及意义爬壁机器人是移动机器人领域的一个重要分支，它把地面移动机器人技术与吸附技术结合起来，其主要作用是在壁面或顶部进行移动作业。 随着经济的快速发展，城市中的高层建筑越来越多，许多高层建筑都以玻璃墙或其它幕墙为装饰，因此带来了建筑物幕墙的清洗问题。对于高层建筑物的幕墙清洗，特别是复杂幕墙的清洗，最好的解决方法就是用可在幕墙壁面自由爬行的移动机器人。目前已经有很多机构、研究所等设计并制造出一些可以代替人工完成高层建筑清洗任务的玻璃擦拭机等，推动了清洗事业的发展，带来了相当的经济效益。此外，爬壁机器人还用于核工业对核废液储罐进行视觉检查、测厚及焊缝探伤等；化工工业中圆柱形大罐或球形罐的内外壁面进行检查或喷沙除锈的应用；建筑行业喷涂巨型墙面、壁面清洗、擦玻璃等；消防部门用于传递救援物资，进行救援工作；造船业用于喷涂船体的内外壁等等。因此爬壁机器人研究的具有产生较好的经济效益好社会效益的前景。1.6课题内容及工作思路 设计一种简单爬壁机器人的气动回路及相应的控制硬件。 先设计机器人本体的结构，根据机器人的结构特点设计气动回路，然后进一步选择执行元件及控制元件，再根据机器人的动作原理选择单片机，设计无线控制电路，并编写初始化程序及动作程序。2 机器人的结构设计 爬墙机器人在诸如核工业、建筑业、造船业等需要在高空作业的特殊场合有着广泛的用途。对于爬墙机器人而言完成可靠的吸附和平稳的移动是它的最基本也是最主要的功能。目前应用于实际的或文献报道的爬墙机器人的步行机构通常采用基于仿生原理的六足或四足等多足步行机构。本机器人根据实际情况采用八足步进机构。 本文设计的爬墙机器人应用真空吸盘的吸附原理，采用脚步式结构设计，由气缸驱动机器人脚步的交替移动以实现在垂直表面的自由移动。该机器人机身采用有机玻璃制造，重量轻、易加工。控制系统采用单片机控制，在手动控制的基础上实现了无线遥控。2.1 机构设计 本机器人结构简单，由横纵两个垂直机构组成。横向结构分析机器人结构具有的特点是：结构简单，有横纵两个垂直机构组成。横向结构实现向左、向右的动作，纵向结构实现向上、向下的动作。 具体结构为：在一块有机玻璃面板的上表面纵向安装一个单出驱动气缸E，下表面横向安装单出驱动气缸F，这样活塞杆可以自由移动，然后在纵向气缸的前后两端面分别安装一块与缸身垂直的面板，并在其上安装气缸A、B及真空发生器，真空吸盘V1、V2和V3 、V4分别安装在端面气缸A、B的活塞杆上，横向结构的安装形式与纵向机构一致。 主要运动元件是：6个双作用单出杆气缸（AF）和8个真空吸盘（V1V8）。利用压缩空气作为动力源，采用单片机和电磁阀来控制和切换气源，控制双作用单出杆气缸和真空发生器工作。机器人的本体重量为25kg，简图如图2-1所示图2-1机器人结构简图2.2 动作原理 本机器人通过横向和纵向两组吸盘的交替吸附墙面而完成机器人的上升、下降、向左、向右及停止5个基本动作。 主要的动作原理是：以向上运动为例，假设机器人处于初始状态，即气缸E、F呈收缩状态，端面驱动气缸A、B、C、D伸出，让吸盘吸附在墙面，然后真空发生器工作，提供真空，这样整个机器人便可以通过真空在墙面上。 接下来的动作如下：（1）释放吸盘V1、V2的真空，并且缩回气缸A，使吸盘V1、V2脱离墙面；（2）通过吸盘V3V8的固定作用，切换纵向气缸E的气路，使其活塞杆带动气缸A向前移动一定的距离；（3）气缸A伸出，让吸盘V1、V2接触墙面，并提供真空；（4）通过吸盘V1、V2的固定作用后，释放V3V8的真空，缩回气缸B、C、D，使吸盘V3V8脱离墙面；（5）切换纵向气缸E的回路，使其带动缸身B、C、D向前移动一定的距离；（6）伸出气缸B、C、D，并向吸盘V3V8提供真空，使其吸附墙面。 从上面的动作序列可以看出，动作的结果是驱动整个机器人的躯体整体向前移动了一步。向下、向左、向右的动作具有相同的动作原理。通过几个基本动作的组合，机器人便可以向各个方向运动。3 爬壁机器人的气压传动系统设计3.1 气压控制回路设计根据机器人的结构，设计气动回路如图3-1所示图3-1气动回路3.2 选择执行元件根据机器人的动作原理，主气缸E、F及副气缸A、B、C、D采用双作用单活塞杆气缸。1） 主要参数尺寸气缸内径D主气缸其内径由下式计算，即式中，工作推力F=400N，p=0.4Mpa，当v0.2m/s时， ，则 查机械设计手册，取标准缸径=40mm，行程S=600mm副气缸 由于推力较小，查机械设计手册，采用=12mm的小型气缸，行程S=100mm 综上，取主气缸为QGB40600型气缸，副气缸为QGX12100型气缸。2) 耗气量计算主气缸：已知缸径=40mm,行程=600mm，全程需时间=7s压缩空气量副气缸：已知=12mm，=100mm，=1s3.3 真空发生器、过滤器、吸盘的选择根据机器人在最大负载时时的重量为40kg，选用XP-100型真空吸盘，该吸盘在真空度为0.07Mpa时的理论吸力为397N，机器人行走时最少有两个吸盘工作，该吸盘可以达到工作要求。真空发生器选用ZKF10型，该真空发生器的最高真空度为0.075Mpa，耗气量为40L/min。真空过滤器用于过滤空气中和吸附表面的杂质，以保证真空发生器正常工作，选用ZHL-L3型。3.4选择控制元件3.4.1选择类型根据系统对控制元件工作压力及流量的要求，按照气动回路原图的要求初选各控制阀如下：主缸换向阀：QF1为Q25DC-，通径待定。副缸换向阀：QF2为Q25DC-，通径待定。真空发生阀：QF3为K23JD-，通径待定。3.4.2选择主控阀主缸换向阀的选择：因主缸压力要求，流量，查机械设计手册24.7-14初选主缸换向阀的通径为，额定流量为。又主缸进气口的通径为，故选其型号为 Q25DC-L8。副缸换向阀的选择：因副缸压力要求，流量，及副缸进气，口的通径为，故选其型号为Q25DC-L3。 节流阀的选择：考虑到节流阀与主缸换向阀相连，故选其型号为KLJ-L8。真空发生阀的选择：真空发生器的要求为，流量，查机械设计手册24.7-14初选真空发生阀的通径为，又真空发生器的进气口通径为，故选其型号为K23JD-8-W。3.4.3 选择减压阀 根据系统根据系统所要求的工作压力及流量，考虑到最大用气量是在机器人停止时四个真空发生器和四个副缸同时工作，即按它们总的流量来选择减压阀。由供气压为00.7Mpa,流量为160.678L/min，选择减压阀，型号为AR2000-02。3.5选择气动辅件辅件的选择要与减压阀相适应。分水滤气器：AF2000-02油雾器：AL2000-02消声器：与真空发生器排气口相接，选用QXS-L8排气口。3.6 确定管道直径、验算压力损失3.6.1 确定管径管路示意图如图3-2所示，图3-2管路示意图按照各管径与气动元件相一致的原则，初定各管径。根据副缸进气口通径确定b-c、h-i、k-l、n-z段的管径为3mm，由真空发生器的通径确定o-b、o-n、o-h、o-k、d-e、p-q、u-v、r-s段的管径为8mm。而总气源yo段的管径，考虑同时为4个副缸供气及真空发生器供气，由流量为它们流量之和的关系，可导出：。取标准管径为20mm。3.6.2 验算压力损失如图所示，验算供气管y处到四个副气缸及真空吸盘处的损失是否在允许范围内沿程压力损失1) y-o段的沿程压力损失由式 （24.1-22） 式中沿程压力损失管内径，管长，管中流速，沿程阻力系数，由雷诺数和管壁相对粗糙度确定工作温度为040，根据温度30，查表得运动粘度根据、查表得=0.0265温度30、压力0.4Mpa时值可由机械设计手册式（24.1-2、24.7-4）2) o-b段的沿程压力损失由和可查表得3) o-n段的沿程压力损失由和可查表得4) o-h段的沿程压力损失o-h段的管路与o-n段的相同，故5) o-k段的沿程压力损失由和可查表得6) d-e段的沿程压力损失由和可查表得由于d-e、p-q、u-v、r-s段的管路相同，所以压力损失也相同。7) b-c段的沿程压力损失由和可查表得由于b-c、h-i、k-l、n-z段的管路相同，所以压力损失也相同。8) 各段沿程压力损失之和局部压力损失1) 流经管路中的局部压力损失各局部阻力系数入口局部压力阻力系数；、 分别为四、三通管道局部阻力系数 ；、 流经截止阀处局部阻力系数；、弯头 局部阻力系数 ，； 出口局部阻力系数，2) 流经元、辅件的压力损失流经减压阀的压力损失较小可忽略不计，其余损失为：式中 流经分水滤气器的压力损失流经油雾器的压力损失流经截止式换向阀的压力损失流经单向节流阀的压力损失流经消声器的压力损失查机械设计手册表24.7-15得， 3) 总局部压力损失总压力损失 从的计算可知，压力损失主要在气动元、辅件上执行元件需工作压力，压力损失。供气压力为，说明供气压力满足了执行元件需要的工作压力，故以上选择的通径和管径是可以的。3.7 选择空压机3.7.1 自由空气量的计算在选择空压机之前，必须算出自由空气量（一个标准大气压状态下的流量）3.7.2 气缸的理论用气量气缸的理论用气量由式式中一台用气设备上的气缸总用气量；用气设备台数，本例中；一台设备上的用气执行元件个数，本例中；气缸在一个周期内单程作用次数，本例中；一台设备中某一气缸在一个周期内的平均用气量，本例中，；某个气缸一个单行程的时间，本例中，；某设备的一次工作循环时间，本例中。气缸的理论用气量 取设备利用系数；漏损系数；备用系数。则理论用气量： 3.7.3 选择空压机按供气压力，流量，查机械设计手册，选用HP9-4型空压机，该空压机的额定排气压力为，额定排气量为（自由空气流量）。4 单片机控制设计 本系统的控制器选用ATMEL公司的小体积、低功耗的AT89C2051单片机作为主控单元。4.1 AT89C2051单片机简介AT89C2051是一个低电压，高性能CMOS 8位单片机，片内含2k bytes的可反复擦写的只读Flash程序存储器和128 bytes的随机存取数据存储器（RAM），器件采用ATMEL公司的高密度、非易失性存储技术生产，兼容标准MCS-51指令系统，片内置通用8位中央处理器和Flash存储单元。AT89C2051单片机功能强大，但它只有20个引脚，15个双向输入/输出（I/O）端口，其中P1是一个完整的8位双向I/O口，两个外中断口，两个16位可编程定时计数器,两个全双向串行通信口，一个模拟比较放大器。同时AT89C2051的时钟频率可以为零，即具备可用软件设置的睡眠省电功能，系统的唤醒方式有RAM、定时/计数器、串行口和外中断口，系统唤醒后即进入继续工作状态。省电模式中，片内RAM将被冻结，时钟停止振荡，所有功能停止工作，直至系统被硬件复位方可继续运行。AT89C2051的主要性能参数如下： 与MCS51指令系统兼容 15个双向I/O口 两个16位可编程定时/计数器 时钟频率0-24MHz 两个外部中断源 可直接驱动LED 低功耗睡眠功能和掉电模式 可编程UARL通道 2k可反复擦写(1000次）Flash ROM 6个中断源 2.7-6.V的宽工作电压范围 128x8bit内部RAM 两个串行中断 两级加密程序存储器 内置一个模拟比较放大器4.2 单片机的接线本系统中单片机的P3.7、P1、P3.5分别接电磁阀的线圈1DT10DT，利用单片机输出的高低电平来控制电磁阀线圈的通断，从而实现电磁阀的换向，进一步实现气缸的按需伸缩。考虑到单片机的输出电流在20mA左右，而电磁阀的工作电流在300mA左右，为使电磁阀正常工作，需加一级放大电路，图中采用了IRF540。P3.0P3.1P3.2P3.3分别接无线遥控部分的接收电路的电平信号。图4-1单片机控制电路5 无线遥控电路设计 本系统通过无线通信控制爬墙机器人做向上、向下、向左、向右等动作。固定在机器人控制面板上的遥控接收模块在接收到相应的遥控指令后转换成COMS电平的数据传给主控模块（本设计中采用单片机），最后由主控模块产生相应输出使机器人完成相应的动作。本系统中的遥控发射电路、接收电路采用的是台湾瑞公司生产的遥控COMS大规模集成电路TX-2/RX-2。5.1 TX2/RX-2遥控集成电路简介TX-2RX-2T系配套专用遥控集成电路。它能组成具有5路红外遥控或无线电遥控等功能的独立控制电路，可对遥控玩具汽车、各种家用电器及照明灯等进行遥控。5.1.1 TX-2RX-2遥控集成电路的特点1) 采用CMOS工艺制造，静态功耗小，外围元件少，电源电压适应范围宽(Vcc=2.55.0V)，工作稳定可靠。2) 具有5路独立遥控开关控制功能。由于遥控发射集成电路可输出带载波的编码信号及不带载波的编码信号两种输出信号，所以它与相应的射频电路配合，不仅可实现5种独立的无线电遥控，而且还可方便地实现5种独立的红外遥控。 3) TX-2具有自动关机功能，既便于遥控发射器的设计，又可节能。 4) 利用多片TX一2与多片RX一2并接，可以方便地实现多路(5的倍数)遥控。 5.1.2 TX-2RX-2电参数引脚功能 TX-2RX-2电路的极限电参数如下：1)电源电压：O.35.0V；2)输入输出电压：(GND-O.3V)(VDD+0.3V)；3)工作温度Topr：-l0+65；4)储存温度为Tstg：-25 +125。 发射电路TX-2的主要电气参数见表1。接收电路RX-2的主要电气参数见表2。 表1发射电路TX-2的主要电气参数参数最小值典型值最大值工作电压(VDD)3.0V4.0V5.0V工作电流(IDD)2.0mA待机电流(ISTB)10A直流放大驱动电流(Ideivers)5.0mA交流放大驱动电流(ideivers)5.0mA交流放大频率范围(Faudio)0.5kHz1.0kHz表2接收电路RX-2的主要电气参数参数最小值典型值最大值工作电压(VDD)3.0V4.0V5.0V工作电流(IDD)3.0mA放大器驱动电流(Ideivers)1.0mA放大器陷电流(Isink)1.0mA有效解码频率范围(Ftorerance)-20%+20%5.1.3 TX-2RX-2引脚功能 TX-2为发射遥控电路，它采用14脚双列插式塑料封装，其引脚排列、内部方框图如图所示，引脚功能见表3。分别触控独立发射控制端至地，即可发射五种不同的编码信号，其中脚输出的为带载波的编码信号，适合作红外遥控输出。脚输出的为不带载波的编码信号，适合作无线遥控的调制信号输出。脚直接与BX2配合，可组成相应的编、解码电路。改变、脚外接的Rosc阻值，可改变载波频率及编码脉冲波形输出。Rosc的选值范围为100500k。脚为发射状态指示端，可通过外接发光二极管LED来指示发射状态。或脚输出的编码信号，经后级相应的射频电路放大后，经红外管或天线发射，然后再由与之配套的接收电路RX2接收解调。 图5-1表3 TX一2引脚的功能引脚 符号 功能1 K2 独立发射控制端22TEST 测试端3 GND 电源负端4 K4 独立发射控制端45 K3 独立发射控制端36 K5 独立发射控制端57 SC 带载波的编码信号输出端8 SO 不带载波的编码信号输出端 9 VDD 电源正端10 PC 电源控制输出端110SC0 振荡器输出端12 0SCI 振荡器输入端13FOSC 测试端14 K1 独立发射控制端1 RX2为与TX2配套的遥控接收电路。它采用16脚双列直插式塑封装，其引脚排列、内部功能方框图如图所示，引脚功能见表4。遥控发射电路发射的带有编码信息的射频信号，经射频接收电路接收并解调后，还原成相应的编码信号，该信号被由RX2的、脚及、脚内部反相器及相应的外围电路组成的反相放大器放大后，被送人RX2的编码信号输人端脚，经内部译码后，将在输出端OUTlOUT5分别输出相应的控制信号。、脚外接的Rosc，其阻值必须与发射电路TX2的、脚外接的Rosc相同，否则，接收电路RX2内部基准频率与发射电路TX2内部基准频率不一致时，接收电路RX2无法解调出相应的编码信号。利用OUTlOUT5的高电平控制信号，辅以相应的控制电路，可方便地实现对相应电路的开关控制。 图5-2表4 RX-2引脚的功能引脚符号功 能1V02用于信号放大的反相器2输出端2GND电源负端3SI编码信号输入端40SCI振荡器输入端50SCO振荡器输出端6OUT2独立控制输出端27oUTl独立控制输出端18ROB此端接地，独立控制输出端2被禁止输出9LOB此端接地，独立控制输出端1被禁止输出10OUT4独立控制输出端411OUT3独立控制输出端3120UT5独立控制输出端513VDD电源正端14Vi1用于信号放大的反相器1输入端15V01用于信号放大的反相器1输出端16Vi2用于信号放大的反相器2输入端5.2遥控发射、接收电路本系统中的遥控发射电路如图所示，当某控制脚接地后，此脚所对应的功能选通，并由锁存电路锁存，锁存信号控制编码电路进行编码，产生对应控制功能的编码信号。由Q2及XT等产生的载波信号受到从引脚8输出的编码信号的调制后，再经Q1放大发射。引脚7为带载波编码信号输出端，引脚8为不带载波编码信号的输出端。TX-2中的R7为振荡电阻，LED为电源发射指示灯。 图5-3发射电路 图为接收电路，在发射端发出的高频信号经接收天线接收，Q1、L2、C2、C3等构成的超再生接收电路，L2、C2为并联谐振回路，其作用是选频，C3为超再生正反馈电容，调整L2可改变接收频率。R1、R2、C5决定超再生的熄灭电压。接收信号经R4、C7送入译码电路RX-2的引脚14进行放大，放大后的信号由引脚1输出经R8送入译码信号输出端引脚3进行译码。R9为振荡电阻。当译码电路将接收到的信号译码后，RX-2中的引脚6、7、10、11、12分别对应发射电路中的5个按键，一旦发射电路由键按下，RX-2的相应引脚变高，并把电平信号送入单片机的P3.0P3.4引脚。R20、D1、C1、C14组成简单的稳压电路，为RX-2提供稳定的工作电压，D2为隔离二极管。图5-4接收电路6 软件设计本机器人的控制其实就是一组动作的顺序控制，机器人的动作分解为5个基本动作：向上、向下、向左、向右和停止。因此，程序采用模块化的设计思想。根据本设计的具体情况，发射电路中引脚14对应键的功能为向上，引脚6对应键的功能为下降，引脚5对应键的功能为向右，引脚4对应键的功能为向左。控制程序主要包括以下模块：初始化程序STOP，向上运动子程序UP，向下运动子程序DOWN，向左运动子程序LEFT，向右运动子程序RIGHT。主程序框图如图所示。图6-1初始化子程序主要目的是使机器人在上电通气以后恢复到停止状态，完成气缸的复位等动作。当单片机的P3口检测到遥控器发出的某一方位的运动信号时，则转入相应子程序，使机器人在该方向上运动一段距离。根据机器人的动作原理，确定线圈的通断情况。初始时1DT10DT通电，向上：3、8DT断电，然后2DT断电，接着3、8DT通电，既而1、4、6、7、9、10DT断电，接着2DT通电，最后1、4、6、7、9、10DT通电。向下：1、7DT断电，然后2DT断电，接着1、7DT通电，既而3、4、6、8、9、10DT断电，接着2DT通电，最后3、4、6、8、9、10DT通电。向右：4、9DT断电，然后5DT断电，接着4、9DT通电，既而1、3、6、7、8、10DT断电，接着2DT通电，最后1、3、6、7、8、10DT通电。向左：6、10DT断电，然后5DT断电，接着3、8DT通电，既而1、3、4、7、8、9DT断电，接着2DT通电，最后1、3、4、7、8、9DT通电。由线圈的通断情况编写程序如下：START：MOV P1， #0FFH MOV P3.5，#01H MOV P3.7，#01H LP： MOV DPTR，P3 MOVX A，DPTR JNB ACC.0，2 ACALL UP JNB ACC.1，2 ACALL DOWN JNB ACC.2，2 ACALL RIGHT JB ACC.3，2 AJMP LP ACALL LEFTUP： CLR P1.1 CLR P1.6 ACALL DELAY1CLR P1.0ACALL DELAY2SETB P1.1SETB P1.6ACALL DELAY1CLR P3.7CLR P1.2CLR P1.4CLR P1.5CLR P1.7CLR P3.5ACALL DELAY1SETB P1.0ACALL DELAY2SETB P3.7SETB P1.2SETB P1.4SETB P1.5SETB P1.7SETB P3.5AJMP LPRETDOWN： CLR P3.7 CLR P1.5 ACALL DELAY1CLR P1.0ACALL DELAY2SETB P3.7SETB P1.5ACALL DELAY1CLR P1.1CLR P1.2CLR P1.4CLR P1.6CLR P1.7CLR P3.5ACALL DELAY1SETB P1.0ACALL DELAY2SETB P1.1SETB P1.2SETB P1.4SETB P1.6SETB P1.7SETB P3.5AJMP LPRETRIGHT： CLR P1.2 CLR P1.7 ACALL DELAY1CLR P1.3ACALL DELAY2SETB P1.2SETB P1.7ACALL DELAY1CLR P3.7CLR P1.1CLR P1.4CLR P1.5CLR P1.6CLR P3.5ACALL DELAY1SETB P1.3ACALL DELAY2SETB P3.7SETB P1.1SETB P1.4SETB P1.5SETB P1.6SETB P3.5AJMP LPRETLEFT： CLR P1.4 CLR P3.5 ACAL
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