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1、第6期(总第199期)机械工程与自动化No.62016年12月MECHANICALENGINEERING&AUTOMATIONDec.文章编号:1672-6413(2016)06-0187-03基于单片机的人形机器人控制系统设计﹡郭阳,王强,高禹,史颖刚,刘利,孙嘉宇(西北农林科技大学机械与电子工程学院,陕西杨凌712100)摘要:对16自由度人形机器人的控制系统进行了模块化设计,包括稳压电路、下位机最小系统、舵机控制器模块、USB转换电路、传感器模块和语音模块。采用串行通信方式,设计了上位机对单片机下载
2、程序,根据系统电路原理以及寻迹和语音控制的编程原理,设计了控制系统的上位机和下位机通信的主、从机程序,从而达到使机器人的各部分功能统一协调的目的。关键词:人形机器人;控制系统;设计中图分类号:TP273∶TP242.6文献标识码:A[4-5]0引言极管的串联限流电阻。小型人形机器人的控制一般通过单片机实现,但1.2下位机最小系统设计是由于单片机I／O口和功率的限制,会影响到机器人图2为单片机最小系统原理图,包括晶振电路、复的自由度个数和功能扩展,甚至可能进一步影响到机位电路、排针等。RST引脚是复位信号的
3、输入端,高[1]器人的动作连贯性。为此,很有必要设计一种控制电平有效。当按下复位按键时,电容迅速放电,放电结系统,将主控模块与舵机控制器分离,实现舵机控制系束后RST引脚电压即为Vcc,使RST引脚出现高电统的模块化。平,从而实现复位功能。1人形机器人控制电路设计下位机最小系统采用了内部时钟电路,利用单片人形机器人控制系统主要包括单片机最小系统、机内部的高增益反向放大器,把晶体振荡器和两个电[2]电源电路、辅助电路、语音模块、舵机控制器、传感器容器组成的自振荡电路接于XTAL1和XTAL2之[3]模块等,
4、控制系统结构框图如图1所示。上位机检间,把振荡器发出的脉冲直接送入内部时钟电路。时测并接收传感器信号,经过单片机处理后,发送给控制钟电路产生的振荡脉冲经触发器进行二分频之后,成舵机控制器和语音模块等,执行相应的动作。为单片机的时钟脉冲信号。1.3USB转换电路采用芯片PL2303设计USB转换电路,如图3所示。1.4语音模块选择APR9600语音录放芯片设计语音模块电[6]路,如图4所示。置RE端为0为录音,按住按键图1人形机器人控制系统结构框图M1(即M1引脚为低电平),开始第一段录音,放开按1.1电源
5、电路控制系统选用7.4V的充电电池作为供电电源,键,录音停止。M2、M3、M4、M5、M6、M7、M8分别控[7]而单片机工作电压为+5V,因此,选用稳压芯片制其他7段。LM7805设计电源电路。选用10μF的电容作为旁路1.5传感器电路[8]电容,对输入电压进行滤波;输出端选用100μF电容以ST188的反射式红外光电传感器和4路电压来改善瞬态响应和稳定性;选用1μF的电容作为单片比较器LM339为核心,设计4路红外传感器模块,作机开关的稳压和滤波电容;选用1kΩ电阻作为发光二为机器人的循迹模块。传感器
6、电路的工作原理是:接﹡2016年西北农林科技大学“大学生创新创业训练计划”(多功能舵机控制器设计)收稿日期:2016-03-25;修订日期:2016-09-13作者简介:郭阳(1994-),男,陕西长武人,本科在读,专业为机械电子工程。·188·机械工程与自动化2016年第6期收端没有接收到红外线,表明探头检测到了黑线,传感信号,表明探头没有检测到黑线,传感器输出高电平送器输出低电平到比较器的反相输入端,反相输入端的到反相输入端,反向输入端电压高于正相输入端电压,[9]电压小于正相输入端电压,则比较器输出
7、端输出高电比较器输出端输出低电平,此时对应的二极管不亮。平,此时对应的发光二极管点亮;接收端接收到红外线图2单片机最小系统原理图用VB环境中计算机底层数据传输,电脑的RxD与TxD与通过舵机控制器的USB电路与单片机的通信[13]串口连接,形成物理通路。然后在VB界面上建立虚拟的COM口与调用语句,在保证驱动程序可用的情况下,建立了信号的通路,在此基础上,逐步设计各功能控件,实现上位机软件的功能。使用VB6.0设[14]计该程序,然后对控件的初始属性进行设置,并输入相应的程序代码,实现通过串口接收与发送信
8、号的[15]功能。程序发送流程如图5所示,信号接收流程如图6所示。2.2上位机软件和各模块的程序设计上位机处理传感器检测到的信号后,发送命令给舵机控制器和语音模块,执行相对应的功能。图3USB转换电路图根据系统电路原理以及寻迹和语音控制的编程原1.6舵机控制器理,设计上位机和下位机通信程序,主、从机的程序流舵机控制器本质上是一个单片机最小系统,根据控程分别如图7、图8所示。图7、图8中的M1、M2、制需求,要同时控制16路舵机
