【爬壁擦窗机器人机构与控制系统介绍分析2200字】

爬壁擦窗机器人机构与控制系统介绍分析目录TOC\o"1-3"\h\u19138爬壁擦窗机器人机构与控制系统介绍分析 126961.1擦窗机器人机构 176381.2控制系统介绍 41.1擦窗机器人机构图四图五为所研究永磁式擦窗机器人的本体结构，机构是一个履带式清洁机器人。该机构主要分为主动部分和从动部分，主动部分包括运动机构，吸附机构，擦拭机构，传感机构，从动部分主要包含：吸附机构，从动机构，擦拭机构三个部分。主动从动部分都采用了一体化设计，并通过大量的筋结构来加强整体刚度。运动机构的构成：电机-减速器-同步带，吸附机构采用安装轭铁配合永磁铁，擦拭机构计划采用清洁布、海棉和刮条。该机器人的同步履带分别由直流电动机驱动,它的行走原理是：当履带的运动速度相同时，机器人能够直线向前或者向后进行擦窗运动；当两条履带的运动速度有差异时，机器人可以向左向右运动；该结构由永磁体，轭铁，直流电机等组成。本课题将针对该模型进行磁吸附可靠性计算，基于PID算法的路径规划进行研讨。该机器人主动部分的运动机构分布在主动部分稍靠近中心的两侧，提升运动稳定性同时不妨碍外围的擦拭部分。主动部分的运动机构由直流电机-同步带-减速器构成，相对于普通的橡胶轮，机器人在较为光滑的玻璃上能拥有更强的摩擦力，有更好的抓地力。如下图所示，机器人的本体机构是一个正方形，长宽各为25cm。图2-1从动部分的运动机构共由四个万向轮构成，四个万向轮分布在对应于主动部分同步带的位置，这样的位置分布目的是使玻璃受力更加均匀。图2-2为了能更好地探测到机器人在360°范围内的碰撞并且可以迅速返回，发生碰撞位置传感机构分布在主动部分机构的四个边角。结合本课题的擦窗机器人检测到碰撞的转向要求，可选用电感式传感器，电感式的传感器工作原理是：经过改变磁路磁体位置或者几何尺寸，从而改变电感或互感电感量的数值大小。如位移、压力、力、等参数都可以进行测量。传感器的触发装置为微动开关，当任何一个角触碰到玻璃时，会根据传感器将相应信号传到单片机中，通过弹簧连接到四个角落的运动部分，并且设置了限位孔来限制四个碰撞角运动部分的极限位置。图2-3如下图，吸附机构由四组永磁铁构成，设计时，预留了十分充足的安装位置，磁铁位置分布在主从机构部分的靠近边缘位置，这种分布形式在整体重量分配上比较合理且能增强吸附时的稳定性。同时给每组磁铁布置了轭铁以形成闭合的磁通路，结合轭铁可以达到提高磁吸附力利用效率的目的。图2-4图2-51.2控制系统介绍1.1.1PWM电路功能原理本课题采用PWM控制方式，PWM控制的工作原理是：控制逆变电路开关器件的通断，输出端就会得到一系列幅值相等的脉冲，而这些脉冲的作用是：代替正弦波或所需要的波形。经过改变参考信号幅值，脉冲宽度也随之改变，从而改变输出电压的频率。图2-6使用PWM脉宽调整技术的优点：PWM技术的长处：抗噪性能强，经济实惠等。应用模拟控制的电路普遍具有有以下缺点：除了会产生一些不必要的热损耗以外，还容易随时间漂移，对噪声也较为敏感。而在用了PWM技术后，以上的缺陷都能够避免，这样做的目的是大幅度降低了成本和功耗。在对电机的转速控制方面，很大限度地达到了节省能量的目的。使用，电机中普遍使用PWM技术进行脉宽调制。图2-71.1.2STM32单片机介绍图2-8STM32单片机是一种集成电路芯片，采用超大规模集成电路技术把具有数据处理能力的中央处理器CPU、随机存储器RAM、只读存储器ROM、多种I/O口和中断系统、定时器/计数器等功能，还包括显示脉宽调制电路、驱动电路、A/D转换器、模拟多路转换器等电路。众多的电路集成到一块小小的硅片上，最后构成了的一个微型计算机系统。关于STM32单片机主要介绍以下几个电路模块：一：LCD液晶屏电路模块它是目前普遍使用的显示器。优点：重量轻、体积小、省电、辐射低、易于携带等。液晶显示器的原理与阴极射线管显示器大不相同。液晶显示器是基于液晶电光效应的显示器件。图2-9LCD原理图二：BOOT电路模块：每个单片机的芯片上拥有BOOT0和BOOT1两个管脚，芯片复位时可以通过调节高低电平，从而决定芯片的复位情况，再根据复位情况来决定永磁式擦窗机器人运动程序的开始和结束。图2-10BOOT原理图三：RESET电路模块：RESET电路是复位电路：用来使永磁式擦窗机器人的\t"/item/%E5%A4%8D%E4%BD%8D%E7%94%B5%E8%B7%AF/_blank"电路恢复到起始状态，它的操作原理与计算器操作原理有着相似之处，除了启动原理和手段有所不同。复位电路的定义：利用一定的方法把电路恢复到起始状态。和计算器的清零按钮的一样，让已经编译了的代码回到原始状态，再重新给继电器或者其他代码定义。它与一般的清零按钮不同的地方在于，复位电路启动的手段不同。在给电路通电时一样可以不受干扰地马上进行复位操作；在十分必要时可以对擦窗机器人进行手动操作；必要时，可以关闭机器人的电源，根据程序或者电路运行的需要复位可以自动地进行。图2-11RESET电路原理图四：USB电路模块：USB主端口：USB主机是USB系统的核心，通过它可以和外界数据进行连接。图2-12USB电路原理图五：JTAG电路模块：目前，JTAG已成为一种国际标准测试协议，主要用于各类芯片的内部测试。现在大多数高级器件都支持JTAG协议，如FPGA、DSP器件等。图2-13JTAG电路原理图六：MCU电路模块：MCU全称是(MicroControlUnit)，也叫做微控制单元，基本组成部分：定时计数器、CPU、RAM、ROM和多种I/O接口集成在一片芯片上，形成一个芯片级的计算机。图2-14MCU电路原理图 图2-15图2-16上图图2-15，图2-16为单片机实物图。1.1.3软件介绍如下图所示keil软件的开发界面截图，是本课