机器人控制系统设计

选修结课设计机器人控制系统设计授课教师 学院名称工程学院 专业名称电子工程1 / 15摘 要随着科学技术的发展和人们生活水平的不断提高，人们的日常生活与移动机器人的关系越来越密切。本文将介绍一种用智能手机控制机器人的设计，主要采用STC89S52单片机作为机器人的检测和控制核心；采用自己设计的Android手机软件通过蓝牙对数据进行传输，从而把信号反馈到单片机中实现控制，此软件可以新增各种控制功能，本文将简单介绍自己已成功设计出的功能。本设计结构较简单，较容易实现，但具有高度的智能化、人性化，一定程度体现了智能。 关键词：机器人 Android软件 蓝牙 控制Design of Control System for Mobile RobotLi Yu(College of Engineering，South China Agricultural University，Guangzhou 510642，China)Abstract: With the development of science and technology and the improvement of peoples living standard，the relationship between daily life and mobile robot people more and more closely. This article introduces a kind of use smartphone to control the robots design，mainly adopts STC89S52 single-chip microcomputer as the robot detection and control core; Using their own design of the Android mobile phone software to transmit data via bluetooth，and signal feedback to the single-chip microcomputer control，the software can add all kinds of control functions，this article will simply introduce yourself successfully designed function. The design structure is relatively simple，relatively easy to implement，but are highly intelligent，humane，to a certain extent reflects the intelligence.Key words: Mobile Robot Android software Bluetooth Control目 录1 前言11.1 课题的背景意义11.2控制技术研究现状和发展趋势11.3 应用领域21.4机器人的发展史22 总体方案确定22.1 硬件系统设计介绍22.1.1 最小系统设计22.1.2 缓冲器设计32.1.3 驱动设计42.1.4 蓝牙传输设计52.1.5 稳压设计52.2 软件系统的设计63 理论分析64 测试与试验分析75 结论7参考文献8附录9致谢10 1 前言1.1 课题的背景意义智能移动机器人，是一个集环境感知、动态决策与规划、行为控制与执行等多功能于一体的综合系统。它集中了传感器技术、信息处理、电子工程、计算机工程、自动化控制工程以及人工智能等多学科的研究成果，代表机电一体化的最高成就，是目前科学技术发展最活跃的领域之一。随着机器人性能不断地完善，移动机器人的应用范围大为扩展，不仅在工业、农业、医疗、服务等行业中得到广泛的应用，而且在城市安全、国防和空间探测领域等有害与危险场合得到很好的应用。因此，移动机器人技术已经得到世界各国的普遍关注。在各国普遍关注移动机器人的大前提下，作为机器人的关键组成部分之一的控制，它发挥着无可取代的作用。所以研究控制技术，研制出更加精密的控制系统就显得尤为重要。1.2 控制技术研究现状和发展趋势在世界范围内，机器人技术作为战略高技术，无论推动国防军事、智能制造装备、资源开发，还是发展未来机器人产业，美国、日本、欧洲等都十分重视其发展。 一方面，中国工业生产型机器人需求强劲，有望形成一定规模的产业; 另一方面，服务性机器人产品形态与产业规模还不清晰，需要结合行业地方经济与产业需求试点培育。 尽管如此，机器人在服务于国家安全、重大民生科技等工程化产品应用，及与此相适应的模块化标准和前沿科技创新研究发展上有着迫切需要。机器人技术发展主要趋势为智能化、标准化、网络化。 具体为: 由简单机电一体化装备，向以生机电一体化和多传感器智能化等方面发展; 由单一作业，向机器人与信息网络相结合的虚拟交互、远程操作和网络服务等方面发展; 由研制单一复杂系统，向将其核心技术、核心模块嵌入于高端制造等相关装备方面发展。 另外机器人的市场化要求家庭化、模块化、产业化成为未来机器人应用发展的趋势。机器人技术越来越向智能机器技术与系统方向发展，其应用领域向助老助残、家用服务、特种服务等方面扩展，在学科发展上与生机电理论与技术、纳米制造、生物制造等学科进行交叉创新，研究的科学问题包含新材料、新感知、新控制和新认知等方面。 而涉及机器人的需求与创新、产业、服务及安全之间的辩证关系依然是其发展的核心原动力与约束力。1.3 应用领域因为移动机器人的种类十分之多，所以它的电源应用领域也非常广阔。例如在生产方面的机械臂，在道路上行走的汽车等，甚至是外太空的探索机器人也有用武之地。太空机器人工作在微重力、高真空、超低温、强辐射、照明条件差的空间环境下，它与地面上用的工业机器人有很大差别。在失重条件下物体处于漂浮状态，给太空机器人操作带来种种困难。空间视觉识别以及视觉与手爪的配合较地面更困难。太空机器人需要采用三维彩色视觉系统，以便同时确定物体的位置和方向，还要有便于更换的灵巧末端操纵器，利用其触觉、力觉、滑觉传感器配合视觉系统完成各种操作任务。在对机器人的性能严格之外，控制也提出比普通更高的要求。1.4 机器人的发展史机器人已有三千多年的历史。20世纪，机器人技术得到迅速的发展并在工业中得到广泛应用。机器人学已发展为综合了机械学、电子学、计算机科学、自动控制工程、人工智能、仿生学等多个学科的综合性科学，代表了机电一体化的最高成就，是当今世界科学技术发展最活跃的领域之一。未来的机器人将向智能化方向继续发展。2 总体方案确定 以STC89C52为核心设计出一台用智能手机控制的半自主机器人，主要用到的芯片有STC89C52，74HC244，BTS7960，HC-06-D，7805等，配合自己设计的Android软件最后形成一个整体体统。2.1 硬件系统设计介绍2.11 最小系统设计该系统主要用到的是单片机，所以主要的部分是最小系统图，该最小系统图如（图1）所示：图12.12缓冲器设计由于BTS7960输出电流太大所以在单片机与驱动模块间加入缓冲器74HC244芯片防止电流过大烧毁单片机。74HC244逻辑图（图2）:图2电路设计（图3）：图32.13驱动设计BTS7960芯片介绍：BTS7960是NovalithIC家族三个独立的芯片的一部分:一是p型通道的高电位场效应晶体管，二是一个n型通道的低电位场效应晶体管，结合一个驱动晶片,形成一个完全整合的高电流半桥。所有三个芯片是安装在一个共同的引线框,利用芯片对芯片和芯片芯片技术。电源开关应用垂直场效应管技术来确保最佳的阻态。由于p型通道的高电位开关，需要一个电荷泵消除电磁干扰。通过驱动集成技术，逻辑电平输入、电流取样诊断、转换速率调整器，失效发生时间、防止欠电压、过电流、短路结构轻易地连接到一个微处理器上。BTS7960可结合其他的BTS7960形成全桥和三相驱动结构。智能功率芯片BTS7960是应用于电机驱动的大电流半桥高集成芯片，它带有一个P沟道的高边MOSFET、一个N沟道的低边 MOSFET和一个驱动 Ic。集成的驱动Ic具有逻辑电平输入、电流诊断、斜率调节、死区时间产生和过温、过压、欠压、过流及短路保护的功能。BTS7960通态电阻典型值为 16mQ，驱动电流可达 43A。引脚的定义和功能（图4）：图4电路设计（图5）：图52.14蓝牙传输设计 HC-06-D（图6）数据传输直接接入到单片机引脚P3.0和P3.1，并于手机配对。图62.15稳压设计稳压设计采用7805芯片，电路设计（图7）：图72.2 软件系统设计介绍应用eclipse编程软件编写Android控制端软件，实现机器人的控制。界面（图8）：图83 理论分析蓝牙技术是一种无线数据与语音通信的开放性全球规范，它以低成本的近距离无线连接为基础，为固定与移动设备通信环境建立一个特别连接。经过手机发出的数据的传输到单片机中，经单片机分析处理实现相应的功能，从而实现了控制。4 测试与试验分析经过多次测试传输数就稳定，控制灵活可靠，最终实现了一套稳定可靠的控制系统。5 结论随着电力电子技术的高速发展，电力电子设备与人们的工作、生活的关系日益密切，而电子设备都离不开控制，控制的可靠与稳定是关键，有一套可靠和稳定的控制系统可以为人们提供更好的方便。参 考 文 献王兆安.电力电子技术M.第五版.北京：机械工业出版社,2011.邱关源，罗先觉.电路M.第五版.北京:高等教育出版社，2009.康华光，陈大钦，张林.电子技术基础（模拟部分）.第五版.北京: 高等教育出版社，2010.康华光，陈大钦，张林.电子技术基础（数学部分）.第五版.北京: 高等教育出版社，2010.杨丰盛. Android应用开发揭秘.北京: 机械工业出版社，2010.附 录附录A 机器人实物图致 谢在这里非常之感谢我的授课老师贾瑞昌，在他的悉心指导下我学到了不少知识。在本次设计的过程中我学到了严谨治学的学术态度和认真细致的工作态度至关重要，这些都让我受益匪浅，一生受用。 温馨提示：最好仔细阅读后才下载使用，万分感谢！