吸塵機(jī)器人控制系統(tǒng)電路設(shè)計(jì) —電路圖天天讀（48）

　　清潔機(jī)器人是服務(wù)機(jī)器人的一種，可以代替人進(jìn)行清掃房間、車(chē)間、墻壁等。提出一種應(yīng)用于室內(nèi)的移動(dòng)清潔機(jī)器人的設(shè)計(jì)方案。其具有實(shí)用價(jià)值。室內(nèi)清潔機(jī)器人的主要任務(wù)是能夠代替人進(jìn)行清掃工作，因此需要有一定的智能。清潔機(jī)器人應(yīng)該具備以下能力：能夠自我導(dǎo)航，檢測(cè)出墻壁，房間內(nèi)的障礙物并且能夠避開(kāi)；能夠走遍房間的大部分空間，可以檢測(cè)出電池的電量并且能夠自主返回充電，同時(shí)要求外形比較緊湊，運(yùn)行穩(wěn)定，噪音??；要具有人性化的接口，便于操作和控制。結(jié)合清潔機(jī)器人主要功能探討其控制系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)。

　　傳統(tǒng)的微處理器如51系列雖然開(kāi)發(fā)周期短，成本低，但其實(shí)時(shí)性不好，難以實(shí)現(xiàn)復(fù)雜的控制算法；另外，增加的外圍電路數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換速度慢，使機(jī)器人的性能得不到充分的發(fā)揮。高速DSP的出現(xiàn)雖然使得系統(tǒng)模塊化和全數(shù)字化，但其開(kāi)發(fā)成本高。與DSP具有同等性能的ARM微處理器資源豐富，具有很好的通用性，其主要技術(shù)優(yōu)點(diǎn)是高性能，低價(jià)格，低功耗，廣泛地應(yīng)用于各個(gè)領(lǐng)域，因此將ARM應(yīng)用于機(jī)器人控制系統(tǒng)不失為一種好的策略。LPC2210是飛利浦帶有一個(gè)支持實(shí)時(shí)仿真和跟蹤的ARM7TDMI-S微處理器，其采用3級(jí)流水線技術(shù)，能夠并行處理指令。由于具有非常小的尺寸和極低的功耗，多個(gè)32位定時(shí)器、PWM輸出和32個(gè)GPIO使它特別適用于工業(yè)控制和小型機(jī)器人系統(tǒng)，滿足了機(jī)器人對(duì)控制器運(yùn)算速度的要求。以LPC2210為核心。設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，性能穩(wěn)定的清潔機(jī)器人車(chē)體系統(tǒng)。

　　紅外接近傳感器電路設(shè)計(jì)

　　反射式光電開(kāi)關(guān)是由紅外LED光源和光敏二極管或光敏晶體管等光敏元件組成，當(dāng)有障礙物阻攔時(shí)光線能夠反射回來(lái)，輸出為低電平信號(hào)；當(dāng)沒(méi)有障礙物阻攔時(shí)，光線不能反射回來(lái)，輸出為高電平信號(hào)。吸塵機(jī)器人的近距離紅外接近傳感器由兩組相同的紅外發(fā)射、接收電路組成。每一組電路可分為高頻脈沖信號(hào)產(chǎn)生、紅外發(fā)射調(diào)節(jié)與控制、紅外發(fā)射驅(qū)動(dòng)、紅外接收等幾個(gè)部分。通過(guò)38kHz晶振和非門(mén)電路得到一個(gè)38kHz的調(diào)制脈沖信號(hào)；利用三極管驅(qū)動(dòng)紅外發(fā)射管（TSAL6200）的發(fā)射。發(fā)射管發(fā)出的紅外光經(jīng)物體反射后被紅外接收模塊接收。通過(guò)接收頭（HS0038B）內(nèi)部自帶的集成電路處理后返回一個(gè)數(shù)字信號(hào)，輸入到微控制器的I／O口，如圖3所示。接收頭如果接收到38kHz的紅外脈沖就會(huì)返回輸出低電平，否則就會(huì)輸出高電平。通過(guò)對(duì)I／0口的檢測(cè)，便可以判斷物體的有無(wú)。

　　兩種電機(jī)控制系統(tǒng)電路設(shè)計(jì)

　　在小功率系統(tǒng)中，直流電機(jī)線性特性良好，控制性能優(yōu)越，適合于點(diǎn)位和速度控制。為了實(shí)現(xiàn)直流電機(jī)的正反轉(zhuǎn)運(yùn)行，只需要改變電機(jī)電源電壓的極性。電壓極性的變化和運(yùn)行時(shí)間的長(zhǎng)短可以由處理器實(shí)現(xiàn)，而提供直流電機(jī)正常運(yùn)行的電流則需要驅(qū)動(dòng)電路。

　　H橋式驅(qū)動(dòng)電路是比較常用的驅(qū)動(dòng)電路。該設(shè)計(jì)兩個(gè)行走驅(qū)動(dòng)電機(jī)采用分立器件功率場(chǎng)效應(yīng)管和續(xù)流二極管搭建，成本低，便于散熱，如圖所示。

　　用ARM7的P0．8和P0．9來(lái)控制電機(jī)，這兩個(gè)管腳都是PWM輸出管腳，可以控制電機(jī)的速度。該部分主要保證機(jī)器人能夠在平面內(nèi)移動(dòng)，同時(shí)輪上帶有編碼器，可以對(duì)行走的路程進(jìn)行檢測(cè)。通過(guò)航位推算可以實(shí)現(xiàn)機(jī)器人的轉(zhuǎn)彎，假設(shè)機(jī)器人光電碼盤(pán)的分度數(shù)為N；控制器收到的脈沖數(shù)為m；輪子的直徑為D；兩個(gè)輪子之間的間距為W，則輪子前進(jìn)的距離即可算得。

電子發(fā)燒友網(wǎng)技術(shù)編輯點(diǎn)評(píng)分析：

　　清潔機(jī)器人作為服務(wù)機(jī)器人的一種，有著巨大的市場(chǎng)潛力和廣闊的應(yīng)用前景。隨著傳感技術(shù)的發(fā)展和微處理器的不斷進(jìn)步，價(jià)格也在不斷下降。在此研究和設(shè)計(jì)一個(gè)基于ARM7微處理器的清潔機(jī)器人控制系統(tǒng)，不僅滿足了實(shí)用性的要求，而且在不增加成本的基礎(chǔ)上為軟件提供了良好的硬件支持，為更好的算法和軟件升級(jí)提供良好的技術(shù)支持。若讀者對(duì)機(jī)器人技術(shù)感興趣，不妨多探討一下未來(lái)發(fā)展趨勢(shì)以及最新革新技術(shù)走勢(shì)等等。
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