六足爬虫机器人设计.docx
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六足爬虫机器人设计.docx
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六足爬虫机器人设计
控制系统电路图
三、微型伺服马达原理与控制
(一)、微型伺服马达内部结构
一个微型伺服马达内部包括了一个小型直流马达;一组变速齿轮组;一个反馈可调电位器;及一块电子控制板。
其中,高速转动的直流马达提供了原始动力,带动变速(减速)齿轮组,使之产生高扭力的输出,齿轮组的变速比愈大,伺服马达的输出扭力也愈大,也就是说越能承受更大的重量,但转动的速度也愈低。
微型伺服马达内部结构图
(二)、微行伺服马达的工作原理
一个微型伺服马达是一个典型闭环反馈系统,其原理可由下图表示:
微行伺服马达工作原理图
减速齿轮组由马达驱动,其终端(输出端)带动一个线性的比例电位器作位置检测,该电位器把转角坐标转换为一比例电压反馈给控制线路板,控制线路板将其与输入的控制脉冲信号比较,产生纠正脉冲,并驱动马达正向或反向地转动,使齿轮组的输出位置与期望值相符,令纠正脉冲趋于为0,从而达到使伺服马达精确定位的目的。
(三)、伺服马达的控制
标准的微型伺服马达有三条控制线,分别为:
电源、地及控制。
电源线与地线用于提供内部的直流马达及控制线路所需的能源,电压通常介于4V—6V之间,该电源应尽可能与处理系统的电源隔离(因为伺服马达会产生噪音)。
甚至小伺服马达在重负载时也会拉低放大器的电压,所以整个系统的电源供应的比例必须合理。
输入一个周期性的正向脉冲信号,这个周期性脉冲信号的高电平时间通常在1ms—2ms之间,而低电平时间应在5ms到20ms之间,并不很严格,下表表示出一个典型的20ms周期性脉冲的正脉冲宽度与微型伺服马达的输出臂位置的关系:
(四)、选用的伺服马达
我选用的伺服马达为TowPro的,型号为SG303。
其主要技术参数如下:
●转速:
0.23秒/60度。
●力矩:
3.2kg·cm。
●尺寸:
40.4mm×19.8mm×36mm。
●重量:
37.2g。
●5V电源供电。
控制周期脉冲宽度为20ms。
送出不同的正脉冲宽度是,就可以得到不同的控制效果。
控制正脉冲宽度如下:
●正脉冲宽度为0.3ms时,伺服马达反转。
●正脉冲宽度为2.5ms时,伺服马达正转。
●正脉冲宽度为1.4ms时,伺服马达回到中点。
四、红外遥控
家中许多的电器产品都有遥控的功能,例如电视机、录像机、VCD、空调等家电产品,它们都是以红外遥控的方式进行遥控。
(一)、红外遥控系统
通用红外遥控系统由发射和接收两大部分组成,应用编/解码专用集成电路芯片来进行控制操作,如图1所示。
发射部分包括键盘矩阵、编码调制、LED红外发送器;接收部分包括光、电转换放大器、解调、解码电路。
(二)、遥控发射器及其编码
遥控发射器专用芯片很多,根据编码格式可以分成两大类,这里我们以运用比较广泛,解码比较容易的一类来加以说明,现以日本NEC的uPD6121G组成发射电路为例说明编码原理。
当发射器按键按下后,即有遥控码发出,所按的键不同遥控编码也不同。
这种遥控码具有以下特征:
采用脉宽调制的串行码,以脉宽为0.565ms、间隔0.56ms、周期为1.125ms的组合表示二进制的“0”;以脉宽为0.565ms、间隔1.685ms、周期为2.25ms的组合表示二进制的“1”,其波形如图2所示。
上述“0”和“1”组成的32位二进制码经38kHz的载频进行二次调制以提高发射效率,达到降低电源功耗的目的。
然后再通过红外发射二极管产生红外线向空间发射。
遥控编码是连续的32位二进制码组,其中前16位为用户识别码,能区别不同的电器设备,防止不同机种遥控码互相干扰。
该芯片的用户识别码固定为十六进制01H;后16位为8位操作码(功能码)及其反码。
UPD6121G最多额128种不同组合的编码,如图3所示。
遥控器在按键按下后,周期性地发出同一种32位二进制码,周期约为108ms。
一组码本身的持续时间随它包含的二进制“0”和“1”的个数不同而不同,大约在45~63ms之间,图4为发射波形图。
(三)、红外接收模块
左图为一常用的红外接收模块。
其内部含有高频的滤波电路,专门用来滤除红外线合成信号的载波信号(38KH),并送出接收到的信号。
当红外线合成信号进入红外接收模块,在其输出端便可以得到原先发射器发出的数字编码,只要经过单片机解码程序进行解码,便可以得知按下了哪一个按键,而做出相应的控制处理,完成红外遥控的动作。
红外接收模块
(四)、红外解码程序设计
红外解码程序主要工作为等待红外线信号出现,并跳过引导信号,开始收集连续32位的表面数据,存入内存的连续空间。
位信号解码的原则是:
以判断各个位的波宽信号来决定高低信号。
位解码原理如下:
●解码为0:
低电平的宽度0.56ms+高电平的宽度0.56ms。
●解码为1:
低电平的宽度1.68ms+高电平的宽度0.56ms。
程序中必须设计一精确的0.1ms延时时间作为基础时间,以计数实际的波形宽度,若读值为5表示波形宽度为0.5ms,若读值为16表示波形宽度为1.6ms,以此类推。
高电平的宽度1.12ms为固定,因此可以直接判断低电平的宽度的计数值5或时16,来确定编码为0或是1。
程序中可以减法指令SUBB来完成判断,指令“SUBBA,R2”中若R2为计数值,A寄存器设为8,就可如下:
●当“8-R2”有产生借位,借位标志C=1,表示编码为1。
●当“8-R2”无产生借位,借位标志C=0,表示编码为0。
将借位标志C经过右移指令“RRCA”转入A寄存器中,再经由R0寄存器间接寻址存入内存中。
详细解码程序请参看“红外遥控爬虫机器人ASM程序”中的“红外解码子程序”。
五、控制程序
;红外遥控爬虫机器人ASM程序
;-----------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------
HOMEEQU14;伺服马达回到中点时间常数
BACKEQU3;伺服马达反转时间常数
FOREQU25;伺服马达正转时间常数
;----------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------
;遥控器按键1~6比较码
CODE_K1EQU19H;机器人前进比较码
CODE_K2EQU18H;机器人后退比较码
CODE_K3EQU0AH;机器人左转比较码
CODE_K4EQU09H;机器人右转比较码
CODE_K5EQU0BH;机器人回到中点比较码
CODE_K6EQU14H;机器人行走启动进比较码
;----------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------
IRCOMEQU30H;红外线信号解码数据放置变量起始地址
COMEQU32H;比较第3字节变量
;----------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------
IRINEQUP3.2;红外线IR信号输入位引脚定义
WLEDEQUP3.7;发光二极管引脚定义
SPKEQUP3.4;压电喇叭引脚定义
DJZEQUP1.0;中间伺服马达引脚定义
DJLEQUP1.1;左侧伺服马达引脚定义
DJREQUP1.2;右侧伺服马达引脚定义
;----------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------
ORG0H;程序代码由地址0开始执行
JMPBEGIN;进入主程序
;----------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------
BEGIN:
CLRDJZ;关闭中间伺服马达
CLRDJL;关闭左侧伺服马达
CLRDJR;关闭右侧伺服马达
CLRSPK;关闭压电喇叭
CALLLED_BL;发光二极管闪烁,表示程序开始执行
CALLBZ;压电喇叭发出嘀的一声
CALLGO_HOME;全部伺服马达回到中点
CALLLED_BL;发光二极管闪烁,表示机器人准备完毕
CALLBZ;压电喇叭发出嘀的一声
CALLQD;运行行走启动子程序,摆好行走姿态
SETBIRIN;红外线信号IR输入位设为高电平,准备接收红外信号
LOOP:
MOVR0,#IRCOM;设置IR解码起始地址
CALLIR_IN;进行IR解码
CALLOP;进行解码比较,并控制机器人动作
JMPLOOP;继续循环执行
;----------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------
DELAY:
MOVR6,#50;10ms延时子程序
D1:
MOVR7,#99
DJNZR7,$
DJNZR6,D1
DJNZR5,DELAY
RET
;----------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------
LED_BL:
MOVR1,#4;发光二极管闪烁子程序
LE1:
CPLWLED;发光二极管反向
MOVR5,#10
CALLDELAY;进行100ms延时
DJNZR1,LE1
RET
;----------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------
BZ:
MOVR6,#0;压电喇叭发声子程序
B1:
SETBSPK;压电喇叭得电,开始发声
DJNZR6,B1
MOVR5,#5
CALLDELAY;进行50ms延时
CLRSPK;关闭压电喇叭
RET
;----------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------
DEL:
;0.1ms延时子程序
MOVR5,#1
DELAY1:
MOVR6,#2
E1:
MOVR7,#22
E2:
DJNZR7,E2
DJNZR6,E1
DJNZR5,DELAY1
RET
;----------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------
IR_IN:
;红外解码子程序
I1:
JNBIRIN,I2;等待红外IR信号出现
JMPI1
I2:
MOVR4,#20;发现红外IR信号,延时一下
I20:
CALLDEL
DJNZR4,I20
JBIRIN,I1;确认红外IR信号出现
I21:
JBIRIN,I3;等待IR变为高电平
CALLDEL
JMPI21
I3:
MOVR3,#0;8位数清0
LL:
JNBIRIN,I4;等待IR变为低电平
CALLDEL
JMPLL
I4:
JBIRIN,I5;等待IR变为高电平
CALLDEL
JMPI4
I5:
MOVR2,#0;0.1ms计数
L1:
CALLDEL
JBIRIN,N1;等待IR变为高电平
MOVA,#8;设置减数为8
CLRC;清除借位标志C
SUBBA,R2;判断高低位
MOVA,@R0;取出内存中原先数据
RRCA;右移指令,将借位标志C右移进入A寄存器中
MOV@R0,A;将数据写入内存中
INCR3;处理完成一位,R3+1(R3计数)
CJNER3,#8,LL;循环处理8位
MOVR3,#0;R3清0
INCR0;处理完成1个字节,R0+1(R0计数)
CJNER0,#34H,LL;循环收集到4个字节
JMPOK;至完成返回
N1:
INCR2;R2+1(R2计数)
CJNER2,#30,L1;0.1ms计数过长,时间到自动离开
OK:
RET;完成返回
;----------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------
OP:
执行解码动作子程序
MOVA,COM
CJNEA,#CODE_K5,A1;对解码进行比较,看是否是回到中点指令,否就转至下一项比较
CALLLED_BL;发光二极管闪烁
CALLBZ;压电喇叭发出嘀的一声
CALLGO_HOME;执行回到中点
CALLLED_BL;发光二极管闪烁
CALLBZ;压电喇叭发出嘀的一声
RET
A1:
MOVA,COM
CJNEA,#CODE_K1,A2;对解码进行比较,看是否是前进指令,否就转至下一项比较
CALLBZ;压电喇叭发出嘀的一声
CALLGO_FOR;执行前进
RET
A2:
MOVA,COM
CJNEA,#CODE_K2,A3;对解码进行比较,看是否是后退指令,否就转至下一项比较
CALLBZ;压电喇叭发出嘀的一声
CALLGO_BACK;执行后退
RET
A3:
;L
MOVA,COM
CJNEA,#CODE_K3,A4;对解码进行比较,看是否是左转指令,否就转至下一项比较
CALLBZ;压电喇叭发出嘀的一声
CALLGO_L;执行左转
RET
A4:
;R
MOVA,COM
CJNEA,#CODE_K4,A5;对解码进行比较,看是否是右转指令,否就转至下一项比较
CALLBZ;压电喇叭发出嘀的一声
CALLGO_R;执行右转
RET
A5:
MOVA,COM
CJNEA,#CODE_K6,A6;对解码进行比较,看是否是行走启动指令,否就转至下一项
CALLLED_BL;发光二极管闪烁
CALLBZ;压电喇叭发出嘀的一声
CALLQD;执行行走启动
CALLLED_BL;发光二极管闪烁
CALLBZ;压电喇叭发出嘀的一声
RET
A6:
RET;返回
;----------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------
HOME1:
SETBDJZ;各伺服电机回中点控制子程序
SETBDJL
SETBDJR
MOVR4,#HOME
G1:
CALLDEL
DJNZR4,G1
CLRDJZ
CLRDJL
CLRDJR
MOVR4,#(200-HOME)
G2:
CALLDEL
DJNZR4,G2
RET
;----------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------
GO_HOME:
MOVR3,#15;机器人回中点子程序
H1:
CALLHOME1
DJNZR3,H1
RET
;----------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------
DJZ_FOR:
SETBDJZ;中间电机正转子程序
MOVR4,#FOR
FZ1:
CALLDEL
DJNZR4,FZ1
CLRDJZ
MOVR4,#(200-FOR)
FZ2:
CALLDEL
DJNZR4,FZ2
RET
;----------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------
DJL_FOR:
SETBDJL;左侧电机正转子程序
MOVR4,#FOR
FL1:
CALLDEL
DJNZR4,FL1
CLRDJL
MOVR4,#(200-FOR)
FL2:
CALLDEL
DJNZR4,FL2
RET
;----------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------
DJR_FOR:
SETBDJR;右侧电机正转子程序
MOVR4,#FOR
FR1:
CALLDEL
DJNZR4,FR1
CLRDJR
MOVR4,#(200-FOR)
FR2:
CALLDEL
DJNZR4,FR2
RET
;----------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------
DJZ_BACK:
SETBDJZ;中间电机反转子程序
MOVR4,#BACK
DJZBA1:
CALLDEL
DJNZR4,DJZBA1
CLRDJZ
MOVR4,#(200-BACK)
DJZB2:
CALLDEL
DJNZR4,DJZB2
RET
;----------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------
DJL_BACK:
SETBDJL;左侧电机反转子程序
MOVR4,#BACK
DJLBA1:
CALLDEL
DJNZR4,DJLBA1
CLRDJL
MOVR4,#(200-BACK)
DJLB2:
CALLDEL
DJNZR4,DJLB2
RET
;----------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------
DJR_BACK:
SETBDJR;右侧电机反转子程序
MOVR4,#BACK
DJRBA1:
CALLDEL
DJNZR4,DJRBA1
CLRDJR
MOVR4,#(200-BACK)
DJRB2:
CALLDEL
DJNZR4,DJRB2
RET
;----------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------
GO_FOR:
MOVR3,#5;机器人向前行走子程序
F1:
CALLDJZ_FOR
DJNZR3,F1
MOVR3,#10
F2:
CALLDJR_BACK
DJNZR3,F2
MOVR3,#10
F3:
CALLDJL_BACK
DJNZR3,F3
MOVR3,#5
F4:
CALLDJZ_BACK
DJNZR3,F4
MOVR3,#10
F5:
CALLDJL_FOR
DJNZR3,F5
MOVR3,#10
F6:
CALLDJR_FOR
DJNZR3,F6
RET
;----------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------
GO_BACK:
MOVR3,#10;机器人向后行走子程序
BA1:
CALLDJL_BACK
DJNZR3,BA1
MOVR3,#10
BA2:
CALLDJR_BACK
DJNZR3,BA2
MOVR3,#5
BA4:
CALLDJZ_FOR
DJNZ
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- 爬虫 机器人 设计