吸塵機器人控制系統(tǒng)電路設(shè)計 —電路圖天天讀（48）

　　清潔機器人是服務(wù)機器人的一種，可以代替人進行清掃房間、車間、墻壁等。提出一種應(yīng)用于室內(nèi)的移動清潔機器人的設(shè)計方案。其具有實用價值。室內(nèi)清潔機器人的主要任務(wù)是能夠代替人進行清掃工作，因此需要有一定的智能。清潔機器人應(yīng)該具備以下能力：能夠自我導航，檢測出墻壁，房間內(nèi)的障礙物并且能夠避開；能夠走遍房間的大部分空間，可以檢測出電池的電量并且能夠自主返回充電，同時要求外形比較緊湊，運行穩(wěn)定，噪音??；要具有人性化的接口，便于操作和控制。結(jié)合清潔機器人主要功能探討其控制系統(tǒng)的硬件設(shè)計。

　　傳統(tǒng)的微處理器如51系列雖然開發(fā)周期短，成本低，但其實時性不好，難以實現(xiàn)復雜的控制算法；另外，增加的外圍電路數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換速度慢，使機器人的性能得不到充分的發(fā)揮。高速DSP的出現(xiàn)雖然使得系統(tǒng)模塊化和全數(shù)字化，但其開發(fā)成本高。與DSP具有同等性能的ARM微處理器資源豐富，具有很好的通用性，其主要技術(shù)優(yōu)點是高性能，低價格，低功耗，廣泛地應(yīng)用于各個領(lǐng)域，因此將ARM應(yīng)用于機器人控制系統(tǒng)不失為一種好的策略。LPC2210是飛利浦帶有一個支持實時仿真和跟蹤的ARM7TDMI-S微處理器，其采用3級流水線技術(shù)，能夠并行處理指令。由于具有非常小的尺寸和極低的功耗，多個32位定時器、PWM輸出和32個GPIO使它特別適用于工業(yè)控制和小型機器人系統(tǒng)，滿足了機器人對控制器運算速度的要求。以LPC2210為核心。設(shè)計結(jié)構(gòu)簡單，性能穩(wěn)定的清潔機器人車體系統(tǒng)。

　　紅外接近傳感器電路設(shè)計

　　反射式光電開關(guān)是由紅外LED光源和光敏二極管或光敏晶體管等光敏元件組成，當有障礙物阻攔時光線能夠反射回來，輸出為低電平信號；當沒有障礙物阻攔時，光線不能反射回來，輸出為高電平信號。吸塵機器人的近距離紅外接近傳感器由兩組相同的紅外發(fā)射、接收電路組成。每一組電路可分為高頻脈沖信號產(chǎn)生、紅外發(fā)射調(diào)節(jié)與控制、紅外發(fā)射驅(qū)動、紅外接收等幾個部分。通過38kHz晶振和非門電路得到一個38kHz的調(diào)制脈沖信號；利用三極管驅(qū)動紅外發(fā)射管（TSAL6200）的發(fā)射。發(fā)射管發(fā)出的紅外光經(jīng)物體反射后被紅外接收模塊接收。通過接收頭（HS0038B）內(nèi)部自帶的集成電路處理后返回一個數(shù)字信號，輸入到微控制器的I／O口，如圖3所示。接收頭如果接收到38kHz的紅外脈沖就會返回輸出低電平，否則就會輸出高電平。通過對I／0口的檢測，便可以判斷物體的有無。

　　兩種電機控制系統(tǒng)電路設(shè)計

　　在小功率系統(tǒng)中，直流電機線性特性良好，控制性能優(yōu)越，適合于點位和速度控制。為了實現(xiàn)直流電機的正反轉(zhuǎn)運行，只需要改變電機電源電壓的極性。電壓極性的變化和運行時間的長短可以由處理器實現(xiàn)，而提供直流電機正常運行的電流則需要驅(qū)動電路。

　　H橋式驅(qū)動電路是比較常用的驅(qū)動電路。該設(shè)計兩個行走驅(qū)動電機采用分立器件功率場效應(yīng)管和續(xù)流二極管搭建，成本低，便于散熱，如圖所示。

　　用ARM7的P0．8和P0．9來控制電機，這兩個管腳都是PWM輸出管腳，可以控制電機的速度。該部分主要保證機器人能夠在平面內(nèi)移動，同時輪上帶有編碼器，可以對行走的路程進行檢測。通過航位推算可以實現(xiàn)機器人的轉(zhuǎn)彎，假設(shè)機器人光電碼盤的分度數(shù)為N；控制器收到的脈沖數(shù)為m；輪子的直徑為D；兩個輪子之間的間距為W，則輪子前進的距離即可算得。

電子發(fā)燒友網(wǎng)技術(shù)編輯點評分析：

　　清潔機器人作為服務(wù)機器人的一種，有著巨大的市場潛力和廣闊的應(yīng)用前景。隨著傳感技術(shù)的發(fā)展和微處理器的不斷進步，價格也在不斷下降。在此研究和設(shè)計一個基于ARM7微處理器的清潔機器人控制系統(tǒng)，不僅滿足了實用性的要求，而且在不增加成本的基礎(chǔ)上為軟件提供了良好的硬件支持，為更好的算法和軟件升級提供良好的技術(shù)支持。若讀者對機器人技術(shù)感興趣，不妨多探討一下未來發(fā)展趨勢以及最新革新技術(shù)走勢等等。
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