外传感器在机器人避障系统中的应用new

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1、万方数据高新技术ScienceandTechnologyConsul㈥tingB蹈圈圃露蠲Herald■蓝重酲—虱田圈皇疆珊I■红外传感器在机器人避障系统中的应用侯丽春孙志强陆荣(无锡职业技术学院江苏无锡214121)摘要:机器人智能化是一个重要的方向。智能机器人的探测模块主要是依靠传感器接收障碍物的信息并作出相应的行动,因此传感器的选择尤为重要。本文主要研究红外传感器在机器人避障中的应用。关键词:红外传感器避障单片机舵机中图分类号:TP242文献标识码:B文章编号:1673一0534(2007)01(b)0007—011机器人避障在机器人比赛中,对方

2、机器人可能阻挡机器人的前进路线,可能阻挡机器人某功能的实现,甚至可能会发生机器人相互碰撞。高性能的测障传感器,就是机器人的千里眼、顺风耳。有了高性能的测障传感器,往往事半功倍,可快速检测到对方、判断场地的情况,巧妙灵活地避开对方,快速顺利地实现功能。机器人测障可选用的传感器很多,例如超声波传感器、红外传感器、光固态CCD图像传感器等等。红外传感器扩散角度较小,而且有些型号控制简单——GP2D05甚至可以串行输出。价格相对较低、测量精度高、方向性强,适用于机器人附近(1.5m)障碍物距离检测中【1。61。2红外传感器自然界任何物体,只要其温度高于绝对零度

3、都能产生红外辐射,温度愈低的物体辐射的红外线波长愈长,根据需要有选择地接收某一定范围的波长,就可以达到测量的目的。红外传感器是一种能探测红外线的器件,能把红外辐射量变化转换成电量变化。本文所采用的红外传感器GP2YOA02YK性能如下:反射率:对反射物体的颜色有较小影响;传感器返回的模拟电压值与测量的距离值一一对应,探测距离的范围:20cm一150cmI不需要外部控制电路;价格低。3系统硬件设计3.1系统工作原理机器人在移动过程中通过红外传感器和舵机探测障碍物信息,确定物体位置,并将信息通过串13传给单片机,由单片机的避障程序驱动电机,从而实现机器人的

4、有效避障。3.2系统构成本系统按功能划分为六个模块:主控制器模块、传感器模块、A/D转换模块、舵机模块、显示模块、串行通信模块。3.3系统设计f(1)主控制器模块采用单片机(AT89C51)一[刍图l系统模块图舵机的控制信号为周期是20ms的脉宽调f目IJ(PWM)信号,其中脉冲宽度从0.5—2.5ms,相对应舵盘的位置为0—180。,呈线性变化。也就是说,给它提供一定的脉宽,它的输出轴就会保持在一个相对应的角度上,无论外界转矩怎样改变,直到给它提供一个另外宽度的脉冲信号,它才会改变输出角度到新的对应的位置上。AT89C51有两个16位的内部计数器,我

5、们就用它来产生周期20ms的脉冲信号,根据需要,改变输出脉宽。另外,若传输线较远,需要对舵机信号加强驱动,如从单片机的舵机信号P14接到7407,经增强驱动后再输出,这样可以提高抗干扰。(2)传感器模块采用红外传感器GP2Y0A02YK(3)A/D转换模块采用TLC0834TLC0834是八位逐次逼近模数转换器,具有输入可配置的多通道多路器和串行输入方式。其多路器可由软件配置为单端或差分输入,也可以配置为伪差分输入。另外,其输入基准电压大小可以调整。在全8位分辨率下,它允许任意小的模拟电压编码间隔。由于TLC0834采用的是串行输入结构,因此封装体积小

6、,可节省51系列单片机I/O资源,价格也较适中。(4)舵机模块采用Futaba$3003Futaba$3003具有体积紧凑,便于安装l表1电子光学特性(T。=25,V。=5V)参数符号条件最小值典型值最大值单位距离测量范围~L’2’320150Ⅲ输出终端电压Vo+3O.250.40.55VL=150em执行温度VVO’21.82.0523VL=150em到20cmd的输出改变存储温度Icc3350mA输出力矩大,稳定性好;控制简单,便于和数字系统接13等特点。(5)显示模块采用数码管考虑到节省管脚和实用性的问题,显示可采用动态刷新,数码管三个控制端分时

7、被使能,使3位LED逐位循环显示。考虑到I/O13的驱动能力,所以将控制脚P12、P13、Pl4接非门后经过三极管放大后接到3位LED控制管脚。PO口八位经过缓冲器273后依次接到LED的A~G。单片机的WR经过非门接273的CLK脚(WR为低有效)。以上做法为了更好的驱动3位LED数码管。(6)通信模块采用串行通信考虑到测障的目的是将测得数据传给上位机,使其根据距离自动决策。采用串行通信比较理想,硬件上采用MAX202将电平抬高到12V,也可将12V电平转化为5V电平,保证通信质量。系统软件部分采用C51编程,这里不作介绍。巍黧鬻辫瓣薛蕈攀I薹麓《薯

8、篓荽萎慧鼍罾雾麓匿舞篓曩曩薹箬巍’一”■11■?■’■一:7jm‘j·‘j?图2红外传感器与单

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1、万方数据高新技术ScienceandTechnologyConsul㈥tingB蹈圈圃露蠲Herald■蓝重酲—虱田圈皇疆珊I■红外传感器在机器人避障系统中的应用侯丽春孙志强陆荣(无锡职业技术学院江苏无锡214121)摘要:机器人智能化是一个重要的方向。智能机器人的探测模块主要是依靠传感器接收障碍物的信息并作出相应的行动,因此传感器的选择尤为重要。本文主要研究红外传感器在机器人避障中的应用。关键词:红外传感器避障单片机舵机中图分类号:TP242文献标识码:B文章编号:1673一0534(2007)01(b)0007—011机器人避障在机器人比赛中,对方

2、机器人可能阻挡机器人的前进路线,可能阻挡机器人某功能的实现,甚至可能会发生机器人相互碰撞。高性能的测障传感器,就是机器人的千里眼、顺风耳。有了高性能的测障传感器,往往事半功倍,可快速检测到对方、判断场地的情况,巧妙灵活地避开对方,快速顺利地实现功能。机器人测障可选用的传感器很多,例如超声波传感器、红外传感器、光固态CCD图像传感器等等。红外传感器扩散角度较小,而且有些型号控制简单——GP2D05甚至可以串行输出。价格相对较低、测量精度高、方向性强,适用于机器人附近(1.5m)障碍物距离检测中【1。61。2红外传感器自然界任何物体,只要其温度高于绝对零度

3、都能产生红外辐射,温度愈低的物体辐射的红外线波长愈长,根据需要有选择地接收某一定范围的波长,就可以达到测量的目的。红外传感器是一种能探测红外线的器件,能把红外辐射量变化转换成电量变化。本文所采用的红外传感器GP2YOA02YK性能如下:反射率:对反射物体的颜色有较小影响;传感器返回的模拟电压值与测量的距离值一一对应,探测距离的范围:20cm一150cmI不需要外部控制电路;价格低。3系统硬件设计3.1系统工作原理机器人在移动过程中通过红外传感器和舵机探测障碍物信息,确定物体位置,并将信息通过串13传给单片机,由单片机的避障程序驱动电机,从而实现机器人的

4、有效避障。3.2系统构成本系统按功能划分为六个模块:主控制器模块、传感器模块、A/D转换模块、舵机模块、显示模块、串行通信模块。3.3系统设计f(1)主控制器模块采用单片机(AT89C51)一[刍图l系统模块图舵机的控制信号为周期是20ms的脉宽调f目IJ(PWM)信号,其中脉冲宽度从0.5—2.5ms,相对应舵盘的位置为0—180。,呈线性变化。也就是说,给它提供一定的脉宽,它的输出轴就会保持在一个相对应的角度上,无论外界转矩怎样改变,直到给它提供一个另外宽度的脉冲信号,它才会改变输出角度到新的对应的位置上。AT89C51有两个16位的内部计数器,我

5、们就用它来产生周期20ms的脉冲信号,根据需要,改变输出脉宽。另外,若传输线较远,需要对舵机信号加强驱动,如从单片机的舵机信号P14接到7407,经增强驱动后再输出,这样可以提高抗干扰。(2)传感器模块采用红外传感器GP2Y0A02YK(3)A/D转换模块采用TLC0834TLC0834是八位逐次逼近模数转换器,具有输入可配置的多通道多路器和串行输入方式。其多路器可由软件配置为单端或差分输入,也可以配置为伪差分输入。另外,其输入基准电压大小可以调整。在全8位分辨率下,它允许任意小的模拟电压编码间隔。由于TLC0834采用的是串行输入结构,因此封装体积小

6、,可节省51系列单片机I/O资源,价格也较适中。(4)舵机模块采用Futaba$3003Futaba$3003具有体积紧凑,便于安装l表1电子光学特性(T。=25,V。=5V)参数符号条件最小值典型值最大值单位距离测量范围~L’2’320150Ⅲ输出终端电压Vo+3O.250.40.55VL=150em执行温度VVO’21.82.0523VL=150em到20cmd的输出改变存储温度Icc3350mA输出力矩大,稳定性好;控制简单,便于和数字系统接13等特点。(5)显示模块采用数码管考虑到节省管脚和实用性的问题,显示可采用动态刷新,数码管三个控制端分时

7、被使能,使3位LED逐位循环显示。考虑到I/O13的驱动能力,所以将控制脚P12、P13、Pl4接非门后经过三极管放大后接到3位LED控制管脚。PO口八位经过缓冲器273后依次接到LED的A~G。单片机的WR经过非门接273的CLK脚(WR为低有效)。以上做法为了更好的驱动3位LED数码管。(6)通信模块采用串行通信考虑到测障的目的是将测得数据传给上位机,使其根据距离自动决策。采用串行通信比较理想,硬件上采用MAX202将电平抬高到12V,也可将12V电平转化为5V电平,保证通信质量。系统软件部分采用C51编程,这里不作介绍。巍黧鬻辫瓣薛蕈攀I薹麓《薯

8、篓荽萎慧鼍罾雾麓匿舞篓曩曩薹箬巍’一”■11■?■’■一:7jm‘j·‘j?图2红外传感器与单

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