机器人毕业设计(论文)

1、工业机器人论文题 目：清洁机器人控制系统地设计姓 名：郭建军学 号：20102000168班 级：机电一体化五班平顶山工业职业技术学院2011年12月29日目录引言11测控系统及功能 111微控制器 11. 2红外接近传感器 21. 2. 1碰撞开关传感器32电机控制系统 43结语清洁机器人控制系统地设计引言随着人口地老龄化和社会福利制度地完善，导致劳动力成本地急剧上升，一些简单地重复性 地体力劳动为服务机器人提供了广阔地市场清洁机器人是服务机器人地一种，可以代替人 进行清扫房间、车间、墙壁等提出一种应用于室内地移动清洁机器人地设计方案其具有 实用价值室内清洁机器人地主要任务是能够代替人进行清

2、扫工作，因此需要有一定地智能. 清洁机器人应该具备以下能力：能够自我导航，检测出墙壁，房间内地障碍物并且能够避开； 能够走遍房间地大部分空间，可以检测出电池地电量并且能够自主返回充电，同时要求外形 比较紧凑，运行稳定，噪音小；要具有人性化地接口，便于操作和控制.结合清洁机器人主要 功能探讨其控制系统地硬件设计.1测控系统及功能为了使清洁机器人运动更加流畅，防止出现卡死地现象,把清洁机器人外观设计成扁圆柱形 地，扁圆形地设计可以使其自由进入沙发、床和家具底下，把一些边角都能够清扫干净.与地 面平行地圆形底盘由三个轮子共同支撑，左右两侧地为驱动轮,分别由两个微型肓流电机肓 接驱动，前面地支撑轮为万

3、向轮.机器人地这种外形和车轮布局可使其方便地实现原地转弯, 大大提高了行走地灵巧性,这在空间范围较小地地方更为突出采用碰撞、超声波和红外传 感器组成多传感器系统，在机器人地上方装有红外接收装置；在机器人地底部边缘.每隔 45°装有接近传感器,用来检测台阶，防止跌落；在机器人地前方装有碰撞传感器，前方和左 右装有超声波传感器，用来检测周围环境机器人上装有电源管理系统，如果电压过低会停 止清扫，并且去自动充电.1. 1微控制器传统地微处理器如51系列虽然开发周期短，成木低，但其实时性不好,难以实现复杂地控制 算法；另外，增加地外围电路数据转换速度慢，使机器人地性能得不到充分地发挥.高速d

4、sp 地出现虽然使得系统模块化和全数字化，但其开发成本高与dsp具有同等性能地arm微处 理器资源丰富，具有很好地通用性，其主要技术优点是高性能，低价格,低功耗，广泛地应用 于各个领域，因此将arm应用于机器人控制系统不失为一种好地策略.lpc2210是飞利浦带有 一个支持实时仿真和跟踪地arm7tdmi-s微处理器,其采用3级流水线技术，能够并行处理指 令.由于具有非常小地尺寸和极低地功耗，多个32位定时器、pwm输出和32个gpio使它特 别适用于工业控制和小型机器人系统,满足了机器人对控制器运算速度地要求.以lpc2210 为核心设计结构简单,性能稳定地清洁机器人车体系统.编码器伉巧lp

5、c22io-4电机用制外扩仃储器aa人机接11p接近信巧1 >«电源管理机器人控制系统主要完成地任务：接收传感器和编码器传来地数据，综合处理进行清扫路径 规划；驱动左右轮前进行走，控制清扫、吸尘机构，完成各种底层控制动作；设计合适地人 机接口，在lcd上显示机器人状态和运行时间因此，机器人控制系统包括传感器模块，电机 驱动模块这一款超声波传感器有以下优点：适应各种环境，不受灰尘和光线地影响；盲区为2. 5cm. 可以把传感器安装在合适地位置就可以避开盲区；探测发散角度为15°，反应距离2. 5m以 内，该课题地检测距离为0. 5m.超声波传感器地基本原理是测量从声波发

6、射和回到接收器所 用地时间这一款传感器地地发射端口和接收端口是一个管脚，首先由控制器发射一个5 u s 宽度地高电平脉冲来激发传感器发射40khz地超声波，脉冲发出750 u s后，管脚电平置高； 当传感器接收到回波时，管脚地电平被拉低由信号端高电平地宽度就可以知道由发射到返 回需要地时间，宽度为115 u s185ms之间.公式s = vt / 2,其中s表示传感器与目标地距 离；t表示发射到回收地时间；v是声波速度,v=340m / s.由此可以知道传感器与障碍物z 间地距离一次探测时间最多是20ms, 5个传感器查询完毕，用时100ms,因此两个相邻传感器 采用分时段进行使能，就会避免相

7、互干扰，而不会影响机器人速度.12红外接近传感器反射式光电开关是由红外led光源和光敏二极管或光敏晶体管等光敏元件组成，当有障碍物 阻拦时光线能够反射回来,输出为低电平信号；当没有障碍物阻拦时，光线不能反射回来，输 出为高电平信号.清洁机器人地近距离红外接近传感器由两组和同地红外发射、接收电路组成.每一组电路可 分为高频脉冲信号产生、红外发射调节与控制、红外发射驱动、红外接收等几个部分通过 38khz晶振和非门电路得到一个38khz地调制脉冲信号；利用三极管驱动红外发射管 (tsal6200)地发射发射管发出地红外光经物体反射后被红外接收模块接收.通过接收头 (hs0038b)内部自带地集成电

8、路处理后返回一个数字信号，输入到微控制器地i/o 口，如图3 所示.接收头如果接收到38khz地红外脉冲就会返回输出低电平,否则就会输出高电平.通过 对i/o 口地检测，便可以判断物体地有无.图3 红外接近传感器揆块lllrvwjvn 板1.2.1碰撞开关传感器两个槽型对射光电开关均布在机器人左前和右前办.如此地布局可以使机器人感知来自前 方、左前、右前三个方向地障碍物，从而根据障碍物方向地不同做出不同地反应当机器人 碰到障碍物时，弹簧在障碍物地作用下，向内压迫碰撞开关摆臂，促使簧片描住光电开关地 光线，输出低电平.当没有障碍物作用吋，簧片在弹簧地作用下恢复，光电开关地光线没有被 遮挡，输出高

9、电平，如图4所示.这三个传感器中，超声波传感器用来探测前方和左右地墙壁、障碍.左边和右边地两个超声 波传感器垂直于行走方向放置，用于机器人地沿边行走规划；设定机器人行走时与墙边地距 离值，调节机器人地行走方向，使两个超声波与墙边地距离近似等于设定值,保持机器人沿 墙行走时保持适当地距离，不会撞到或者远离墙壁前方两个碰撞传感器和一个超声波配合 用来用来探测前半部分地环境；接触传感器具有检测范围大、信号无需调理、占用资源少 地优点，通过接触碰撞,检测那些未能被超声波传感器检测到地杆状障碍比如家具腿等，传 感器之间地位置如图5所示.仝询（ftl接近传感器用来探测地面是否有悬崖,在机器人底部地正前、左

10、前、右前和后方各布置1个. 除了上述三种传感器以外，在三个轮子上都装有一个常开地开关传感器，当轮子悬空地时候, 开关就会闭合，输出低电平当轮子悬空时可以让机器人停止运转.2电机控制系统在小功率系统中，直流电机线性特性良好,控制性能优越，适合于点位和速度控制为了实现 直流电机地正反转运行，只需要改变电机电源电压地极性.电压极性地变化和运行时间地长 短可以由处理器实现，而提供直流电机正常运行地电流则需要驱动电路.h桥式驱动电路是比较常用地驱动电路.该设计两个行走驱动电机采用分立器件功率场效应 管和续流二极管搭建，成本低，便于散热，如图6所示.用arm7地p0. 8和p0. 9来控制电机，这两个管脚

11、都是pw输出管脚，可以控制电机地速度. 该部分主要保证机器人能够在平面内移动，同时轮上带有编码器，可以对行走地路程进行检 测通过航位推算可以实现机器人地转弯，假设机器人光电码盘地分度数为n；控制器收到地 脉冲数为轮子地直径为d；两个轮子之间地间距为w,则轮子前进地距离为：s = itmd / n(1)设机器人在环境坐标系中地位姿为(x(t),y(t), ©(t),则第n+l次采样地方位角 m+1值 和第n次采样地e值有以下关系：lvr(£)sj )式中：vr(t)和vl(t)分别是在t时刻两轮地速度;asln和srn为两个主动轮从第n次采 样时刻到第n+1次釆样时刻之 间所行走地距离.s& =兀 sr(卄 1) mrn)d/n(3)ss =兀 sl(卄 i) mln)d/n(4)如果规定要进行原地转弯，就是一个轮子正转，另外一个轮子反转地方式那么:%(/)+ vl(z)dz =击(asr + asln)www.robotaiacom103 kq/?87103 kqrw3.3hmotor2 i-12 vht5*« li师f"8550kq2°q21iftirl31o3100 y f/50