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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。 |
