小型舞蹈機器人的驅(qū)動電路設(shè)計

　　機器人舞蹈比賽是一項具有極強觀賞性和趣味性的比賽。比賽規(guī)則要求參賽機器人在有限的場地和時間內(nèi)，配合音樂完成動作。由于要求機器人既要充分利用場地，又不能超時和越界，因此，舞蹈機器人集成了多學(xué)科前沿技術(shù)，它的設(shè)計涉及了機電一體化技術(shù)、檢測和傳感技術(shù)、精密機械加工和精密機械傳動技術(shù)、現(xiàn)代化控制技術(shù)和管理技術(shù)、計算機程序控制技術(shù)等多個方面。

　　系統(tǒng)中，直流電機共有四路，分別用于機器人底盤、頭部的轉(zhuǎn)動以及身體的升降，舵機有兩路，用于花瓣打開。本設(shè)計從實際出發(fā)對不同電機采取了不同的驅(qū)動方式。舵機驅(qū)動電流僅十幾微安，可以直接使用單片機端口進行驅(qū)動，而直流電機工作電流較大，瞬態(tài)電流接近1A，因此需要采用專用電機驅(qū)動芯片。此外由于采用了3V與7V兩種規(guī)格的直流電機，其中7V直流電機驅(qū)動信號直接采用驅(qū)動芯片輸出，3V直流電機則需對驅(qū)動芯片輸出作降壓處理，因此，控制芯片選用了Atmel公司的AT89C52單片機。

　　驅(qū)動模塊電路設(shè)計

　　本系統(tǒng)有四路直流電機和兩路舵機，由于兩者的工作電流相差較大，故在硬件上將兩者獨立。

　　由于舵機自身帶電源和地引腳，對其驅(qū)動只需給出控制信號即可，故可直接用單片機的端口作控制信號線，因而硬件十分簡單，設(shè)計時只要通過接口用光耦隔離輸出便可直接控制兩路舵機，圖中即用于實現(xiàn)這部分功能。本系統(tǒng)共有四路直流電機，其中三路采用7V供電，一路采用3V供電，因而工作電流較大，瞬時值可達1A以上，為此，設(shè)計中選用了L298系列芯片來完成驅(qū)動。圖是兩路電機的驅(qū)動電路，為了節(jié)約單片機的端口資源，每路直流電機的正／反轉(zhuǎn)信號控制線均通過一個反相器共用一條單片機口線。

　　由于本系統(tǒng)中3V直流電機的工作電流約為800mA，為了簡化設(shè)計，降低成本，可以考慮直接使用L298N來驅(qū)動，而輸出電壓約6V，因此必須將其降至3V才能直接驅(qū)動3V直流電機。本系統(tǒng)僅要求此直流電機單向轉(zhuǎn)動，故可采用穩(wěn)壓二極管進行穩(wěn)壓處理。利用穩(wěn)壓二極管進行穩(wěn)壓時，多采用并聯(lián)型穩(wěn)壓方式。

　　本系統(tǒng)是專為某型舞蹈機器人設(shè)計的，因此，軟件的工作大部分是通過發(fā)送各種指令來驅(qū)動相應(yīng)的電機以使其轉(zhuǎn)動，從而實現(xiàn)預(yù)定編排的舞蹈動作。直流電機、舵機的控制均采用PWM方式，軟件設(shè)計本文不作詳解。系統(tǒng)在實際應(yīng)用中具有可靠性高、控制到位、抗干擾性強的特點，由其構(gòu)成的舞蹈機器人曾在全國舞蹈機器人大賽中一舉奪冠。