基于STC89C52單片機(jī)的體操機(jī)器人系統(tǒng)設(shè)計(jì)

1 引言
模仿人的形態(tài)和行為而設(shè)計(jì)制造的機(jī)器人可稱為仿人型機(jī)器人,一般分別或同時(shí)具有與人類似的四肢和頭部。仿人機(jī)器人研究集機(jī)械、電子、計(jì)算機(jī)、材料、傳感器、控制技術(shù)等多門科學(xué)于一體,代表著一個(gè)國家的高科技發(fā)展水平。因此,世界發(fā)達(dá)國家都不惜投入巨資進(jìn)行開發(fā)研究。體操機(jī)器人具有明顯的類人特征,具有可獨(dú)立運(yùn)行的雙臂和雙腿,其中手臂部分具有不少于3個(gè)自由度,雙腿部分具有不少于2個(gè)自由度?？蓪?shí)現(xiàn)雙手俯臥撐,倒立劈叉,左、右單手俯臥撐,左、右側(cè)滾翻360°,前、后滾翻360°等較為復(fù)雜的體操動(dòng)作,是研究仿人形機(jī)器人技術(shù)的基礎(chǔ)。

2 體操機(jī)器人的控制電路設(shè)計(jì)
本文設(shè)計(jì)的體操機(jī)器人控制部分主要采用STC89C52RC型單片機(jī)小系統(tǒng)作為控制核心,該型單片機(jī)是宏晶科技推出的新一代超強(qiáng)抗干擾/高速/低功耗的單片機(jī),指令代碼完全兼容傳統(tǒng)8051單片機(jī)。其性能如下:
① 12時(shí)鐘/機(jī)器周期和6時(shí)鐘/機(jī)器周期任意選擇。
② 工作頻率范圍:0-40MHz,實(shí)際工作頻率可達(dá)48MHz。
③ 工作電壓:5V-3.4V(5V單片機(jī))/3.8-2.0V(3V單片機(jī))。
④ 片上集成1280字節(jié)/512字節(jié)RAM。
⑤ 通用I/O口(32/36個(gè))。P0口是開漏輸出,作為總線擴(kuò)展用時(shí),不用加上拉電阻,作為I/O口時(shí),需要加上拉電阻。
⑥ ISP(在系統(tǒng)可編程)/IAP(在應(yīng)用可編程),無需專用編程器/仿真器,可通過串口(P3.0/P3.1)直接下載用戶程序。
⑦ 工作溫度:0-75℃/-40-+85℃。⑧ 封裝:PDIP-40,PLCC-44、PQFP-44。
體操機(jī)器人控制小系統(tǒng)的PCB板設(shè)計(jì)圖如圖1所示:

該體操機(jī)器人的關(guān)節(jié)驅(qū)動(dòng)電機(jī)使用的是輝盛MG996通用型舵機(jī)。MG996型舵機(jī)是輝盛最新大扭力標(biāo)準(zhǔn)金屬齒舵機(jī)。速度,拉力和精確度都有相應(yīng)提高,是目前市場(chǎng)上性價(jià)比最高的大扭力通用型舵機(jī)之一。其性能如下:
① 產(chǎn)品凈重:55g。
② 產(chǎn)品尺寸:40.7×19.7×42.9mm。
③ 產(chǎn)品拉力:10.5kg/cm(4.8V),13kg/cm(6V)。
④ 反應(yīng)速度:0.20sec/60degree(4.8v),0.17sec/60degree(6.0v)。
⑤ 工作電壓:4.8-7.2V。
⑥ 工作溫度:0℃-55℃。
其MG996型舵機(jī)的驅(qū)動(dòng)方式也是采用PWM方式,因此在考慮驅(qū)動(dòng)電壓為6V時(shí),輸出扭力最大的使用條件,設(shè)計(jì)了采用TLP521型光電耦合器的驅(qū)動(dòng)電壓放大電路,其電路如圖2所示: