【一款能用于火灾救援的轮足式机器人控制方案分析案例1600字】

一款能用于火灾救援的轮足式机器人控制方案分析案例目录TOC\o"1-3"\h\u16836一款能用于火灾救援的轮足式机器人控制方案分析案例 165121.1PWM控制电机原理 1184661.2PWM控制舵机原理 1160281.3控制流程 2103481.4硬件电路图设计 317521 324693 31762 41061 523277 5本论文设计主要进行对舵机和电机的控制，电机和舵机都可以通过PWM信号来控制，产生PWM信号的常用方法有很多，包括模拟电路、单片机、CPLD等处理器。利用普通单片机产生的多路PWM信号，其控制算法复杂，控制精度较低。利用CPLD产生PWM信号虽然可以同时控制几十甚至上百个舵机的工作，且控制简单可靠、控制精确较高，可以在线编程，但是这种方法并不具备事务处理能力，需要MCU协同工作，因此其开发成本较高[31]。所以本设计选用ST（意法半导体）公司推出的STM32系列单片机作为处理器，并组建最小系统。STM32系列32位闪存微控制器是基于突破性的ARMCortex-M3内核的控制器，这是一款专为嵌入式应用而开发的内核。它提供了一个完整的32位产品系列，在结合了高性能、低功耗和低电压特性的同时保证了高度的集成性能和简易的开发特性，它的优点主要有以下几个方面：搭载了ARM公司最新的且具有先进架构的Cortex-M3内核，有着出色的实时性能，优良的功效、最大的集成性易于开发。1.1PWM控制电机原理通过调制器给电机提供一个具有一定频率的脉冲宽度可调的脉冲电。脉冲宽度越大即占空比越大，提供给电机的平均电压越大，电机转速就高。反之脉冲宽度越小，则占空比越越小。提供给电机的平均电压越小，电机转速就低。PWM不管是高电平还是低电平时电机都是转动的，电机的转速取决于平均电压。通过单片机产生脉宽调制的脉冲信号并输入到驱动芯片来控制电机工作。1.2PWM控制舵机原理控制信号由接收机的通道进入信号调制芯片，获得直流偏置电压。它内部有一个基准电路，产生周期为20ms，宽度为1.5ms的基准信号，将获得的直流偏置电压与电位器的电压比较，获得电压差输出。最后，电压差的正负输出到电机驱动芯片决定电机的正反转。当电机转速一定时，通过级联减速齿轮带动电位器旋转，使得电压差为0，电机停止转动。一般来说，舵机接收的PWM信号频率为50HZ，即周期为20ms。当高电平的脉宽在0.5ms-2.5ms之间时舵机就可以对应旋转到不同的角度。以180度角度舵机为例，那么对应的控制关系是这样的：

0.5ms0度；

1.0ms45度；

1.5ms90度；

2.0ms135度；

2.5ms180度；1.3控制流程在该机器人腿部装上红外传感器，其主要是为了检测车前是否有障碍物，并搭载侦查设备，将侦查的结果反馈到上位机，上位机可以对控制器发出命令。当传感器检测到前方有障碍物时，会将检测结果反馈给控制器，控制器在控制舵机进行足式运动，当传感器检测到障碍物消失，则控制相应的舵机和电机做轮式运动。其控制流程图如下图1.1所示图1.1控制流程图1.4硬件电路图设计本设计选用STM32系列单片机中的STM32F103C8T6并组建最小系统，STM32F103C8T6的最小系统电路的原理如图6-2所示，包括时钟电路、复位电路、SWD下载电路、BOOT配置电路等。时钟来源选用外部8MHz的晶振，选用22pF的C2和C3作为其负载电容。单片机通过SWD接口实现程序烧写，在运行调试过程中，不需要改变BOOT引脚的状态，直接将BOOT0引脚，通过10K的下拉电阻R2接到GND。，图1.2最小系统原理图该舵机模块总共16个舵机，这16个舵机分为四组，每组舵机代表本设计机器人单腿上的舵机，通过单片机发出的PWM信号分别控制各部位的舵机，以此来实现机器人的足式运动。舵机可以通过与单片机的引脚相接来控制，舵机3个引脚一个接地，一个接电源，一个接单片机的引脚，其舵机模块图如下图1.3所示：图1.3舵机模块图本设计所用的电机为直流电机，单片机通过发出PWM信号输入到驱动芯片L298N来控制直流电机的工作，以此来实现轮式运动的进行。其电机模块如下图1.4所示：图1.4电机模块整个控制系统和驱动装置都需要电源来提供电能，电源的存在才能保证控制系统的正常工作，其电源模块如下图1.