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时间:2018-10-25
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1、基于单片机的模拟工业搬运机器人 :模拟工业搬运机器人采用STC15单片机为主控芯片,直流电机驱动电路采用四通道驱动集成芯片L298N,并采用P脉宽调制驱动直流电财会研究论文机和舵机。结合光电传感器,舵机、红外避障模块来模拟工业物流搬运系统,能实现自动检测货物并自动抓取,循迹行进,自动卸货的功能。 关键词:单片机;P脉宽调制;光电传感器;舵机 一、概述 运货是各个行业不可或缺的过程,人工运货随着经济的快速发展,不能完全满足市场的需求。[1]世界上许多国家都在积极进行智能车辆的研究和开发设计。智能搬运机器人可以安装不同的末端以完成各种不同形状和状态的
2、工件搬运工作,可以广泛应用于机床上下料,冲压机自动化生产线,自动装配流水线,码垛搬运,集装箱等的自动搬运,大大减轻了人类繁重的体力劳动,具有广阔的市场前景。[2] 以STC15单片机为基础,设计了模拟工业搬运系统。 二、模拟工业搬运机器人系统的总体设计 红外循迹模块,把采集出来的赛道信息反馈给单片机,单片机识别之后,给四个电机不同的P信号,使电机稳定的旋转。同时,红外收发管,一直在检查前方道路上是否有物块,一旦发现物块,单片机会送给舵机不同的P信号,舵机开始夹取,并放置到指定的位置。总体设计如下: 图1系统的总体设计思想 三、系统的硬件设计
3、1.电机驱动模块设计 电机驱动采用L298N双H桥直流/步进电机驱动芯片。通过单片机模拟P信号,控制电机的转速。 图2.L298N双H桥电机驱动电路 L298N是一个具有高电压大电流的全桥驱动芯片,其响应频率高,一片L298N可以分别控制两个直流电机。并且可以直接通过电源来调节输出电压;可以直接用单片机的I/O口提供信号,而且带有使能端,方便P调速,电路简单,性能稳定,使用比较方便。 3.舵机模块设计 采用三个MG995舵机模拟人的手臂及肘部。控制信号由接收机的通道进入信号调制芯片,获得直流偏置电压。它内部有一个基准电路,产生周期为20ms,宽
4、度为1.5ms的基准信号,将获得的直流偏置电压与电位器的电压比较,获得电压差输出。最后,电压差的正负输出到电机驱动芯片决定电机的正反转。当电机转速一定时,通过级联减速齿轮带动电位器旋转,使得电压差为0,电机停止转动。舵机的控制脉冲周期20ms,脉宽从0.5ms-2.5ms,分别对应-90度到+90度的位置。三个舵机由于需要足够大的电流,所以需要双电源分别单独供电。 机械手的夹取通过左右两个舵机的配合来实现,左边的的舵机向右转一定的角度,右边的舵机向左一定的角度,从而实现夹取货物的目的。 机械手的抬起是通过中间舵机的顺时针转一定的角度来实现的。 4.
5、循迹及红外避障模块 根据光线发射头发出的光束,被物体反射,其接收电路据此做出判断反应,物体对红外光由同步回路选通而检测物体的有无。黑色和白色路面对光的反射程度不同,白色反射程度强,黑色反射程度弱。在小车行驶过程中不断地向地面发射红外光,当红外光遇到白色纸质地板时发生漫反射,反射光被装在小车上的接收管接收;当红外线遇到黑线时红外光被吸收,小车上的接收管接收不到红外光。 当光电传感器检测检测到黑线时,将输出一个高电平的信号给单片机。当光电传感器检测检测到白色区域时,将输出一个低电平的信号给单片机。 单片机按照光电传感器反馈回来的信号来确定小车的位置,判
6、断小车是否偏移轨道。 5.电源模块 电源电路采用基于LM7805的输出电压为+5V输出电流为1.5A的稳压电源它包括桥式整流电路Dl到D4,电源变压器B,防止自激电容C12C13,滤波电容C1lC13及一个固定式的三端稳压器78L05,电路搭建简捷方便 图4基于LM7805的稳压电源 图5.系统总体流程 四、系统的软件设计 系统由一下五个模块构成,分别是:主程序模块、 P调速模块、循迹模块、避障模块、P控制舵机 模块、系统总体流程如右图: (1)主程序模块:主要完成程序的初始化,以及对各个模块进行调用; (2)P调速模块:主要用于对电
7、机的速度进行控制; (3)循迹模块:此模块主要用来检测路线; (4)避障模块:用来寻找前方的货物,以确定否要夹取; (5)P控制舵机模块:此模块主要用来控制舵机夹取货物时的张角。 五、系统的性能测试 在进行实际的设计过程中,首先进行了软件仿真,然后实际制作电路模型在电路中输入程序,进行了实物的调试,对舵机的张角进行调试,在抓取货物或者卸下货物时,以期望达到有合适的张角,,实际测试与数据分析表明,此系统能够达到预期的效果,稳定性好。在实际中遇到的问题主要有两个方面,第一,由于舵机需要的电流较大,当使用一个电源控制四个电机与三个舵机时,电机速度过慢
8、,于是,采用了双电源供电,此问题得到解决。第二,电机速度过快时,会冲出路线,于是
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