基于VC++.NET 的串行通信的機器人控制系統設計

發(fā)布時(shí)間:2010-8-10 14:36    發(fā)布者:lavida
關(guān)鍵詞: 串行通信 , 機器人
1.前言(Introdution)  

隨著(zhù)當今科技的不斷發(fā)展,機器人應用領(lǐng)域的不斷擴展,人們對機器人的控制越來(lái)越想方便、快捷;赑C 的機器人控制系統極大的促進(jìn)了機器人的遙操作技術(shù);赩C++.NET的機器人控制平臺的設計,提高了系統的人機交互性和可擴展性。  

本文將 PC 機與單片機結合,綜合應用了兩者的優(yōu)勢,互補了彼此的缺陷,設計了一套機器人控制系統。上位機(PC 機)主要采用VC++.NET 設計了可視化的機器人控制平臺,簡(jiǎn)潔明了,控制快捷;下位機(單片機控制系統)主要采用PIC 單片機和PSC(Parallax ServoController)電機控制器,采用模塊化遞階控制技術(shù)融合傳感器技術(shù),運用匯編語(yǔ)言,通過(guò)鍵盤(pán)控制,完成了機器人的各種行走功能,同時(shí)還通過(guò)液晶顯示芯片1602 來(lái)顯示機器人當前的工作狀態(tài);本研究采用的試驗移動(dòng)機器人是德普施科技有限公司的DRROB 系列高級機器人產(chǎn)品——六足機器人。  

2.系統硬件設計(The design of system hardware)  

2.1 系統硬件的總體設計:  

基于前言部分所描述機器人控制系統功能,初步分析該系統由以下幾個(gè)模塊組成:?jiǎn)纹瑱C最小系統模塊(PIC 單片機為核心,擴展了一片EEPROM 芯片24LC16B),串行通信模塊,直流伺服電機驅動(dòng)模塊,鍵盤(pán)控制模塊,液晶顯示模塊及傳感器檢測模塊等。列出部分主要模塊電路圖。其控制系統總體框圖如圖1 所示。  



圖1 控制系統總體結構  

2.2 通信電路模塊:  

采用 MAX232 實(shí)現電平轉換,其連接采用簡(jiǎn)單的零調制三線(xiàn)經(jīng)濟型。其電路如圖2 所示。  



圖2 通信電路  

2.3 電機驅動(dòng)電路模塊:  

采用 PSC 電機控制器作為電機驅動(dòng)模塊的硬件基礎,此控制器采用數據分配器芯片一個(gè)、信號接收端口一個(gè)、復位按鈕一個(gè)、單刀雙擲開(kāi)關(guān)一個(gè),+5V 伺服電源入口一個(gè)。PSC電機控制器是一個(gè)1/16 線(xiàn)的數據分配器,通過(guò)串口通信將接收來(lái)的控制信息分成16 路,經(jīng)譯碼后可發(fā)送給16 個(gè)電機驅動(dòng)器芯片,在這里我們使用其中12 個(gè)端口。六足機器人的基本動(dòng)作是由12 個(gè)直流伺服電機協(xié)同動(dòng)作完成,伺服電機采用減速裝置,旋轉電位計和H 橋實(shí)現精確的位置半閉環(huán)控制。Serial(信息接收端口)與PIC 微控制器的P15 端口相連,接受控制信號。其電路如圖3 所示。  



圖 3 電機驅動(dòng)模塊  

2.4 機器人紅外避障模塊:  

采用了一個(gè)簡(jiǎn)單但應用普遍的電路。在該電路中采用了常用的紅外發(fā)射管D1 和接收管Q1,通過(guò)改變電阻R1 可以調節發(fā)射管的功率,通過(guò)測量D1 的電壓可以計算出機器人距離目標或者障礙物的距離。其電路圖略。  

2.5 液晶顯示模塊:  

采用 1602 液晶顯示模塊,該模塊內部的字符發(fā)生存儲器(CGROM)已經(jīng)存儲了160 個(gè)不同的點(diǎn)陣字符圖形,這些字符有:阿拉伯數字、英文字母的大小寫(xiě)、常用的符號、和日文假名等,每一個(gè)字符都有一個(gè)固定的代碼,它的讀寫(xiě)操作、屏幕和光標的操作都是通過(guò)指令編程來(lái)實(shí)現的。此模塊的作用是可以顯示當前的狀態(tài),實(shí)現機器人的人機交互顯示功能。其電路略。  

3.系統軟件設計(The design of system software)  

該系統的軟件設計分為兩個(gè)部分:上位機軟件和下位機軟件。上位機采用高級語(yǔ)言VC++.NET 來(lái)實(shí)現,而下位機采用匯編語(yǔ)言來(lái)實(shí)現。  

3.1 上位機軟件實(shí)現  

在 WINDOWS 環(huán)境下,用戶(hù)不能直接對PC 的串行端口進(jìn)行操作。Visual C++.NET 中,通過(guò)使用微軟公司提供的Microsoft Comm Control 控件(簡(jiǎn)稱(chēng)MSComm),可以方便地實(shí)現PC 與外部設備之間的串行通信,編程工作量相對較少。串行通信控件MSComm 有二種處理通信的工作方式:事件驅動(dòng)方式和查詢(xún)工作方式。事件驅動(dòng)方式是指:當串行端口接收或發(fā)送完指定數量數據以及發(fā)生通信錯誤等情況時(shí),MSComm 控件觸發(fā)OnComm 事件,作出相應處理。查詢(xún)工作方式是指:通過(guò)查詢(xún)控件的某些屬性值(如InBufferCount 屬性)來(lái)作出進(jìn)一步的處理。本設計實(shí)現采用事件驅動(dòng)方式來(lái)發(fā)送接收數據。上位機程序主要包括初始化程序,控制代碼發(fā)送程序,機器人各種動(dòng)作控制程序等。(代碼略)  

3.2 下位機軟件實(shí)現  

下位機程序主要由:主程序,機器人各動(dòng)作的子程序,數據(控制字)傳送子程序,來(lái)自上位機的信號接受程序,延時(shí)程序等。其中最重要的就是機器人的各動(dòng)作子程序(六足機器人涉及到12 個(gè)電機):使用PIC 單片機的擴展芯片EEPROM 數據存儲區存儲機器人每個(gè)動(dòng)作對應的各電機的輸入脈沖寬,建立一個(gè)數據指針ptrEEPROM,采用查表方式讀取,然后通過(guò)串行通信寫(xiě)入PSC 電機控制器?刂葡到y主程序流程圖如圖4 所示。  


圖 4 系統主程序流程圖  

4.系統試驗機器人樣機及最終硬件實(shí)物圖(The robot’s sketch map for test and the final systemhardware photo)  

該系統采用的機器人結構:以一曲柄搖桿機構和連桿機構作為腿部和六足,以12 個(gè)直流伺服電機作為驅動(dòng)元件。利用德普施科技有限公司的六足機器人包搭接出的機器人。機器人機構示意圖及設計最終的下位機硬件圖如圖5 所示。  


a.六足機器人機構示意圖 b.系統下位機的硬件圖  

圖5 機器人最初和最終狀態(tài)圖  

系統上位機控制界面如圖6 所示(通過(guò)鍵盤(pán)發(fā)送相應控制狀態(tài)或點(diǎn)擊機器人動(dòng)作演示中相應的動(dòng)作按鈕,使機器人動(dòng)作,同時(shí)在接受數據窗口可以顯示出當前機器人的運動(dòng)狀態(tài))。  


圖 6 系統上位機控制界面  

5.結論(Conclusion)  

本文完成所有的軟、硬件設計并對機器人樣機進(jìn)行調試后,能夠使機器人很好地完成各種預設的動(dòng)作,運動(dòng)靈活、可靠。  

由論文工作可得:控制系統的電機驅動(dòng)電路采用一片數據分配器芯片,提高了控制的精確性;運用PIC 單片機技術(shù),并綜合紅外傳感技術(shù),增強了機器人研究領(lǐng)域的環(huán)境感知和人機交互功能;采用新型的VC++.NET 平臺編寫(xiě)程序,突出了機器人研究領(lǐng)域的通信技術(shù)功能,相對VC++.6.0 更加提高了控制系統的擴展性,同時(shí)也更好地提高了工業(yè)控制的自動(dòng)化水平。有很好的推廣價(jià)值。  

本文作者創(chuàng )新點(diǎn):控制系統的電機驅動(dòng)電路采用一片數據分配器芯片,提高了控制的精確性;采用新型的VC++.NET 平臺編寫(xiě)程序,相對VC++.6.0 更加提高了控制系統的擴展性,同時(shí)也更好地提高了工業(yè)控制的自動(dòng)化水平。有很好的推廣價(jià)值。
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