機器人技術電路設計圖集錦

、C6的參數(shù)，74121的6腳輸出一個保持時間大約為100ms的高電平，單片機以此高電平信號作為修正方向的依據(jù)。

微處理器和電機驅動電路見下圖。單片機的P3．1、P3．2和P3．2分別與左、中、右三個方向傳感器的輸出相連，三個傳感器輸出共有8種組合，單片機根據(jù)不同的組合狀態(tài)修正機器人的前進方向，其修正方向和傳感器輸出組合的關系見方向修正真值下表。

從真值表中可以清楚的看到當三個傳感器輸出都為0時，也就是真值表中的“000”狀態(tài)時單片機控制機器人順時針方向旋轉以尋找紅外線發(fā)射源；當輸入為 “001”狀態(tài)時單片機控制機器人向右前進；當輸入為“110”狀態(tài)時單片機控制機器人向左前進；當輸入為“111”狀態(tài)時單片機控制機器人向正前方前進；當輸入為“101”狀態(tài)時，代表機器人正前方的傳感器被障礙物阻擋，單片機控制機器人向左方向旋轉以避開障礙物，也意味著當有障礙物阻擋機器人前進時機器人可以自動繞開障礙物并重新尋找紅外線發(fā)射源。

基于STM32F107的搬運機器人電機控制電路設計

隨著人工成本的不斷升高，用機器人代替人力去做一些重復性的高強度的勞動是現(xiàn)代機器人研究的一個重要方向。搬運機器人在導航尋跡中，需要后輪驅動電機和前輪舵機的協(xié)調工作。搬運機器人電機驅動有其特殊的應用要求，對電機的動態(tài)性能要求較高，能在任意時刻到達控制需要的指定位置并且使舵機停止在任意角度；電機驅動的轉矩變化范圍大，既有空載平整路面行使的高速度、低轉矩工作環(huán)境，也有滿負載爬坡的運行工況，同時還要求保持較高的運行效率。根據(jù)以上的技術要求，本文選用了控制技術成熟，易于平滑調速的直流電機作為搬運機器人的執(zhí)行饑構。

功率驅動電路設計

電機的供電電源是由24V的蓄電池提供，額定功率為240W，由4個75N75組成橋式電路來實現(xiàn)。75N75是MOSFET功率管，其最高耐壓75V，最高耐流75A，電機驅動電路如圖2所示。

Q1、Q4和Q2、Q3分別組成兩個橋路，分別控制電機的正轉和反轉。高端驅動的MOS管導通時源極電壓和漏極電壓相同且都等于供電電樂VCC，所以要實現(xiàn)MOS管正常的驅動，柵極電壓要比VCC大，這就需要專門的升壓芯片IR2103?？刂破鳟a(chǎn)生的PWM信號輸入HIN引腳，控制器I／O口輸出的 EN1、EN2作為使能信號。輸出端HO就可得到比VCC要高的電壓，且高出的電壓值正好是充在電容兩端的電壓。二極管提高導通速度，使得75N75的導通電阻更小，降低了開關管的損失。同時IR2103的兩個輸出口HO、LO具有互鎖功能，防止由于軟件或硬件錯誤造成的電機上下橋臂直通造成短路。

過流保護電路設計

在電機控制系統(tǒng)中安裝過流保護有兩方面的意義：一是防止在電機正常運行時，電機出現(xiàn)超載或堵轉而使得電樞繞組電流過大損害電機甚至引發(fā)火災；另一方面是由于電機肩動時啟動電流很大，往往不能直接啟動，既需要等勵磁繞組逐漸建立磁場后再正常運行，又希望電機以盡量快的速度肩動起來。有了過流保護對電流進行斬波，可以使電機安全快速地啟動。過流保護原理圖如圖3所示。

電機的相電流通過康銅絲轉換成電壓信號Vtext，經(jīng)過運算放大器放大后的模擬量AD1送至控制器A／D轉換模塊，同時將經(jīng)過電壓比較器比較后的數(shù)字量 EVA送至控制器的外部中斷口。針對搬運機器人的前輪轉向舵機和后輪驅動電機的控制要求，采用以Cortex-M3為內核的STM32F107作為主控制器，采用嵌入實時操作系統(tǒng)μC／OS-II，將程序分成啟動任務、電機轉速控制任務、舵機控制任務等相對獨立的多個任務，并設定了各任務的優(yōu)先級。該系統(tǒng)能較好地實現(xiàn)搬運機器人的運動控制。

TOP10 智能小車機器人整體電路設計

語音輸入電路設計

小車的語音輸入電路如圖所示。其中，VM IC 提供傳聲器的電源，VSS是系統(tǒng)的模擬地，VCM 為參考電壓，1腳和2腳分別是傳聲器X1 的正極、負極的輸入引腳。當對著傳聲器講話時，1腳和2 腳將隨著傳聲器輸入的聲音產(chǎn)生變化的波形，并在SPCE061A 的兩個端口處形成兩路反相的波形，送到SPCE061A 控制器內部的運算放大器進行音頻放大，經(jīng)過放大的音頻信號，通過ADC轉化器轉化為數(shù)字量，保存到相應的寄存器中，然后對這些數(shù)字音頻信號進行壓縮、辨識、播放等處理。

語音輸出電路設計

小車的語音輸入電路如圖所示。其中，VDDH 為參考電壓，VSS是系統(tǒng)的模擬地。音頻信號由SPCE061A 的DAC引腳輸出送到電路的9端，通過音量電位器R9的調節(jié)端送到集成音頻功率放大器SPY0030， 經(jīng)音頻放大后，音頻信號從SPY0030輸出經(jīng)J2端口外接揚聲器播放聲音。

光電檢測電路設計

小車的光電檢測電路采用E18-D80NK型號的光電傳感器，它集發(fā)射和接受于一體，紅外發(fā)射管向某一方向發(fā)射紅外線，遇到障礙物后紅外線被反射由接收管接受，從而判斷出小車的前方是否有障礙物，對障礙物的感應距離可以根據(jù)要求通過傳感器上的微調旋鈕進行調節(jié)。傳感器前端增加了透鏡，利用聚焦作用遠距離探測物體。傳感器內部集成了放大、比較、調制電路，使傳感器受可見光的影響較小，光電檢測電路的連接圖如圖4所示。

驅動電路設計

小車的驅動電路是一個全橋驅動電路（ 圖5），Q1，Q2， Q3， Q4四個三極管組成4個橋臂，Q5 控制Q2和Q3的導通和關斷，Q6控制Q1 和Q4 的導通和關斷，驅動電路分別用于后輪動力驅動電路和前輪方向驅動電路。當1管腳為高電平，2管腳為低電平時時Q1 和Q4 導通，Q2和Q3截止，電動機帶動車輪運轉; 當1管腳為低電平，2管腳為高電平時時Q1和Q4截止，Q2和Q3導通，電動機帶動車輪反向運轉。

智能小車系統(tǒng)整體設計

將語音輸入電路的1， 2 端口分別連接到SPCE061A控制器的M ICP， N ICN 管腳上; 將語音輸出電路的9端口連接SPCE061A的DAC1管腳; 后輪動力驅動電路的1， 2端連接到SPCE061A的IOB8， IOB9管腳，前輪方向驅動電路的1， 2端連接到SPCE061A 的IOB10， IOB11管腳; 光電檢測電路的OUT 端連接SPCE061A 的IOB12 管腳，智能小車的整體連接如圖6所示。

智能小車的正確識別率在90% 以上，實驗過程中發(fā)現(xiàn)，影響小車正常辨識的因素主要包括周圍環(huán)境的噪聲、人與小車的距離等，這些需要在今后改進。這種語音控制的智能小車機器人將來不僅可以為人服務，稍加擴展，還可以在多種不適合人作業(yè)的場合替代人執(zhí)行任務。因此這種語音控制小車機器人具有重要的學術研究價值。

TOP11帶PC機串口通訊的機器人控制系統(tǒng)電路設計

用AVRmega8515作一個帶PC機串口通訊的最小單片機機器人控制系統(tǒng)，電路圖見下圖。使用時用WINDOWS自帶的超級終端，把速率調整到9600，8個數(shù)據(jù)位．1個停止位，無奇偶效驗，無流量控制（握手協(xié)議Xon/Xoff）．接上串口線，按照屏幕提示輸入數(shù)據(jù)就可以直觀地控制3臺舵機的旋轉角度。

以下介紹一款24路機器人專用控制器。其主要是供不熟悉單片機的讀者來使用。該系統(tǒng)整體硬件基本和上述最小單片機控制系統(tǒng)一樣，還增加了一片采用I2C 總線通訊方式的24C256 EEPROM存儲器，用來記錄24路龐大的動作表，主控單片機也是AVRmega 8515．整個動作編程通過PC機串口終端仿真器來實現(xiàn)的?？赏瑫r控制24臺舵機，并且能分別對臺舵機進行速度控制，其中可以插入循環(huán)、延時指令。該控制器能讓制作者從繁瑣的單片機編程中解放出來，并且能讓有PC機編程能力的讀者進行二次開發(fā)。

基于嵌入式的機器人系統(tǒng)電路模塊設計

機器人要實現(xiàn)的動作和功能較多，需要多個傳感器對外界進行檢測，并實時控制機器人的位置、動作和運行狀態(tài)。系統(tǒng)中的所有任務最終都掛在實時操作系統(tǒng)μC／0S一Ⅱ上運行，因此不僅要考慮微控制器的內部資源，還要看其可移植性和可擴展性。LPC2129是Philips公司生產(chǎn)的一款32位 arm7TDMI—S微處理器，嵌入256 KB高速Flash存儲器，它采用3級流水線技術，同時進行取指、譯碼和執(zhí)行，而且能夠并行處理指令，提高CPU的運行速度。由于它的尺寸非常小，功耗極低，抗干擾能力強，適用于各種工業(yè)控制。2個32位定時計數(shù)器、6路PWM輸出和47個通用I／0口，所以特別適用于對環(huán)境要求較低的工業(yè)控制和小型智能機器人系統(tǒng)。因此選用 LPC2129為主控制器，可以獲得設計結構簡單、性能穩(wěn)定的智能機器人控制系統(tǒng)。

無線通信接口設計

系統(tǒng)采用迅通公司生產(chǎn)的PTR2000無線通信數(shù)據(jù)收發(fā)模塊。電路接口如圖2所示。該模塊基于NORDIC公司生產(chǎn)的射頻器件nRF401開發(fā)，其特點是：①有兩個頻道可供選擇，工作速率高達20 Kb／s；②接收發(fā)射合一，適合雙工和單工通信，因而通信方式比較靈活；③體積小，所需外圍元件少，接口電路簡單，因此特別適合機器人小型化要求；④可直接接單片機串口模塊，控制簡單；⑤抗干擾能力強；⑥功耗小，通信穩(wěn)定。

超聲波測距傳感器電路設計

兩路超聲波傳感器用以控制機器人避開障礙物，并預測機器人相對目的地距離，起導航作用，其接收部分與微控制器的捕獲和定時管腳相連接。整個超聲波檢測系統(tǒng)由超聲

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