智能机器人手臂控制系统.docx

智能机器人手臂控制系统引言机器人诞生于20世纪发展比较快而且应用极其广泛应用于抗震救灾机械加工生产科学研究国防中对人们的生产生活起到了巨大的影响在生活与生产中早就成为了必不可少的生产力加快了人类的进步和社会的发展促进了国家先进生产力的提高智能机器人越来越成为机器人制造的主流采用无线传播系统超声波传感测距无线技术传播系统能够使机器人更加先进越来越容易被人们应用对生产起到很大的促进作用。1履带式移动机器人总体设计1.1履带式移动机器人的运动机构设计履带机器人的运动机构由履带式移动机构和五自由度机械臂两部分组成。履带式移动机构由两台步进电机分别驱动两条履带。五自由度机械臂由大臂、小臂及手腕构成所有关节都由步进电机经谐波减速器进行驱动。两自由度云台安装在机械臂上云台上的摄像机可完成全方位图像采集作业。1.2履带式移动机器人的控制系统总体设计该机器人的体系结构采用模块化结构各个模块都是相对独立的运行协调工作。其中机器人微控制器系统主要是由多个单片机控制器组成它们负责完成传感器的信息采集、电机控制以及与遥控计算机的通讯三大任务。机器人的运动控制及执行机构系统是机器人的动作执行部分具体完成机器人的各个动作如前进、后退、转弯等。2履带式移动机器人的硬件设计2.1移动机器人的微控制系统设计机器人是由一个5自由度的关节式机械手和一个2自由度的履带组成采用两级单片机控制5个从单片机分别控制5个步进电机作为关节控制驱动系统接受主单片机的指令并执行指令实现对各关节的运动控制等功能。同时两履带的两个步进电机需要两个从单片机控制接受主单片机的指令实现履带车转弯前进或后退等功能。从单片机还会接收极限位置传感器的信号保证各驱动部件的运动在规定范围。2.2履带式移动机器人的超声波感知模块设计超声波传感器具有成本低廉采集信息速率快距离分辨率高质量轻、体积小、易于装卸等优点。并且超声波传感器在采集环境信息时不存在复杂的图像匹配技术不需要通过大量的计算获得距离数据因此其测距速度快实时性好。超声波传感器测距模块的设计超声波传感器系统主要由超声波发生电路、超声波接收电路等模块组成整个系统主要是由主单片机来控制从而完成超声波信号的发射与接收。另外本系统设有接近开关接近开关的触发响应以及移动机器人发出紧急停车信号、控制通讯等功能也都是通过主单片机SPCE061A来完成的在移动机器人中SPCE061A的UART编程设置是可编程控制的接口通过编程控制设置通信方式、校验方式、波特率等[1]。为了对环境有充分的了解获取足够的环境信息建立有效的环境模型必须采用多个传感器组成机器人的感知系统。该履带式移动机器人拟配备10个超声传感器在机器人的前进方向按照15度的间隔配置7个覆盖前方105度的区域另外三个分别安装在正左方、正右方及正后方可以用来探测穿过狭窄通道时的环境信息。激发换能器产生超声波信号[2]。这套遥控系统由遥控计算机、移动机器人、数据无线通信系统图像无线传输系统组成。图像无线传输系统将移动机器人前方的摄像头图像传输到遥控计算机上合成立体图像提供给操作者分析。数据无线通信系统负责在移动机器人和遥控计算机之间传递移动机器人的状态参数以及控制命令。2.3数据无线通信系统设计数据无线通信系统实现了遥控计算机和机器人双向数据交换。无线数据收发模块采用基于nRF401无线通信单片机的PTR2000微小型、低功耗、高速率19.2K无线收发数传MODEM。首先处于发射端的遥控计算机串行口RTS产生高电平经过MAX232电平转换（将RS232电平转换成TTL电平）使PTR2000（1）的TXEN引脚置1进入发射模式。接着由计算机串口TXD将控制指令按照一定的协议经过电平转换最后由无线通信模块DI端接入并发射。发射端的电平转换模块和PTR2000模块的电源为普通干电池组因为开关电源会引起乱码和传送距离缩短。处于接收端的PTR2000（2）模块处于接收模式。收到信号后PTR2000（2）模块通过DO引脚将信号引入单片机SPCE061A的IOB7。主单片机是机器人控制单元与通信模块PTR2000（2）的过渡部分。它负责将信号通过串口接收从中提取控制命令及参数最后控制各单元。数据无线通讯系统。图像无线传输系统及立体视频显示设计图像无线传输系统是遥控系统中的重要模块为操作人员提供可靠的视觉信息我们采用了西安504所的MTVT-91G微波开路电视传输系统此系统利用卫星通讯传输技术开发。履带式移动机器人控制系统软件设计履带式移动机器人控制系统的软件编制主要是主单片机控制系