基于航跡推算的移動式機器人定位系統(tǒng)設(shè)計
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2．2 光電編碼器電路
光電編碼器是一種通過光電轉(zhuǎn)換將輸出軸上的機械幾何位移量轉(zhuǎn)換成脈沖或數(shù)字量的傳感器，由光柵盤和光電檢測裝置組成。光柵盤是在一定直徑的圓板上等分的開通若干個長方形孔，開孔的數(shù)量決定了控制的精度。機器人運動時，光柵盤隨電機旋轉(zhuǎn)，經(jīng)發(fā)光二極管等電子元件組成的檢測裝置檢測并輸出若干脈沖信號，通過采集脈沖個數(shù)后運算即可得出機器人運動路徑長度。本文引用地址：http://butianyuan.cn/article/160341.htm
如圖4所示為光電編碼器的外圍采樣電路，主要是通過一個與門和一個D觸發(fā)器來實現(xiàn)對脈沖信號的采集。一般的光電編碼器是由A、B、Z三路信號組成，A和B是兩個前后相位差為90°的脈沖信號，根據(jù)光柵盤的旋轉(zhuǎn)方向，相位差的超前與滯后各不同，因此利用與門將A、B信號整合成一個脈沖信號再利用D觸發(fā)器判斷A、B兩者相位差關(guān)系。當光柵盤正轉(zhuǎn)時，A超前B 90°，D2發(fā)光，同時在DirB處檢測到高電平。當光柵盤反轉(zhuǎn)時，A滯后B90°，D1發(fā)光，且在DirA處檢測到低電平，再通過單片機的處理就能準確判斷光柵盤所轉(zhuǎn)過的柵格數(shù)，從而計算出機器人運動路徑的長度。
式中，P1表示正轉(zhuǎn)PWM脈沖個數(shù)，P2表示反轉(zhuǎn)PWM脈沖個數(shù)，n表示編碼盤柵格數(shù)，r表示機器人動力輪半徑。
2．3 陀螺儀硬件電路
設(shè)計中采用三軸陀螺儀對加速度進行測量，積分后即可得到所需的角度偏移量，如圖5所示為陀螺儀硬件原理圖。其工作原理為中央處理單元發(fā)送通信數(shù)據(jù)給陀螺儀使之工作，陀螺儀在機器人發(fā)生角度偏移時測量實際偏移量和理論偏移量的差值，將該值傳送給中央處理單元，由中央處理單元計算出補償值后發(fā)指令給伺服器，使電機進行誤差補償。
圖5中L3G4200D是一個三軸陀螺儀，可以對x、y、z三個方向的角度進行檢測，檢測后的數(shù)據(jù)通過ISP通信傳送將端口SCL、SDA角度信號傳輸給中央處理單元。MMA8451Q是一個速度計，可以實時檢測機器人的運行速度，并用相同方式將運行速度信號傳輸給中央處理單元。之所以在此安裝速度計，是為了降低中央處理單元中CPU的計算量，讓CPU有更多的空間去處理速度與路徑的關(guān)系。TPS62112是低噪音的同步降壓DC—DC轉(zhuǎn)換器，其內(nèi)部集成了N型和P型MOSFET，可進行同步整流，為陀螺儀芯片提供良好的電源環(huán)境。
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