智能机器人实验

1、智能机器人实验一、 系统构成智能机器人小车主要完成寻迹的功能，其实现主要包含机械结构和控制结构。1 机械结构图8.1车体结构小车的车体结构如图8.1所示，主要由底盘、前后辅助托轮、控制板支架、光电传感器支架、左右驱动轮及步进电机等组成。2 控制结构小车的控制结构主要包含传感器及调理电路、步进电机及驱动电路、控制器等部分，下面将分别进行叙述。2.1 传感器及调理电路机器人一旦启动进入运行过程是不允许人参与控制的，因此它的行为动作离不开传感器。图8.2的流程图表明设计传感器的方法和需要涉及的因素。图8.2传感器设计流程在这里，小车要实现寻迹功能，需要使用到3个光电传感器，其内部原理图和引脚图分别如

2、图8.3和8.4所示。光电传感器需要加进一个由比较器构成的信号调理电路，使其输出兼容TTL电平而能够与控制器接口，其应用电路如图8.5所示，因为需要使用到3个光电传感器，因此共需要3路这样的光电检测电路。 图8.3光电传感器内部原理图 图8.4光电传感器引脚图图8.5光电检测电路2.2 步进电机及驱动电路在此采用的是四相八拍反应式步进电机，其典型结构图如图8.6所示。它共有5个接线端，其中1个为12V电源输入端，其它4个为控制端，接线方式如图8.7所示。当A绕组接通脉冲电流时，在磁力作用下使A相的定、转子对齐，相邻的B相和D相的定、转子小齿错开。若换成B相通电，则磁力使B相定、转子小齿对齐，而

3、与B相相邻的A、C相的定、转子小齿又错开，从而使得步进电机转过一个步距角。若按ABCDA规律循环通电，则步进电机按一定的方向转动。若通电顺序改为ADCBA，则电机反向转动。这种方式称为四相单四拍。在实现上，只需要按一定的时钟周期（不小于1.25ms，对应频率不高于800Hz）往这4个控制端循环输出一组固定的控制字即可，如图8.8所示。当反转控制字输出顺序（6、7、3、B、9、D、C、E）或改变接线顺序（控制端4、控制端3、控制端2、控制端1），就可以使转动反向。因为左右轮的安装是反向的，所以要使小车前进，左右步进电机的转动必须反向。欲使小车左转，只需要使左轮停止而右轮前进转动即可；反之，欲使小

4、车右转，则只需要使右轮停止而左轮前进转动即可。当输出一个固定的控制字时，因4个控制端输出波形之间不具有相位差，步进电机将停止转动。步进电机需要一个驱动电路，可以采用ULN2803作单片机、CPLD、DSP等控制器与步进电机的接口，并由之提供步进电机的驱动。ULN2803的内部原理图和应用电路图分别如图8.9和8.10所示图8.6反应式步进电机结构图图8.7步进电机接线图图8.8步进电机控制波形图8.9ULN2803内部原理图图8.10 ULN2803应用电路图2.3 控制器控制器的作用是按一定的时钟周期（不小于300ms）对3个光电检测器的输入进行抽样检测，并根据3个光电检测器的状态，判决小车是应该左转、右转还是前进，从而决定左右轮的步进电机是应该开动还是应该停止。当步进电机需要开动时，向该步进电机输出前面所述的具有固定相位差的控制信号，否则输出一个固定的控制字，使步进电机停止转动。后面将分别给出基于PIC单片机、CPLD和DSP控制器的设计。3 智能机器人系统功能智能机器人主要完成寻迹（路径检测）的功能，即当它发现需寻迹的线路后，应该能够自行绕着该线路行走而无需用户干预。当然用户也可以加进其他的扩展功能，如红外测距、金属检测、温度检测等，扩展功能需由用户自行设计。二、 系统测试方法1 基本功能在地面上用黑胶带粘成一个任意封闭曲线，如图8.15所示。加装蓄电池，