引言
挖掘機的呈現使人類從沉重的體力勞動中擺脫出來，然而傳統的挖掘機操縱龐大，對操作者的妙技要求很下。人們始終鉆營更省力、更高效率跟更能實現正確軌跡的發掘功課形式。跟著微電子技巧的進一步開展，集成電路的集成度跟機能進步、價格下降，以微處理器為根底，實現挖掘機的電機一體化、機器人化、智能化歷程，曾經成為工程項目施工經管的一個緊張研究課題與開展標的目的。本文以發掘機器人為例，計劃一種基于AVR單片機的發掘機器人控制系統。
1總體方案計劃
發掘機器人由發掘機器人本體機械系統、紅外傳感器構成的傳感器體系、直流電機驅動體系、以AVR單片機為焦點的控制系統等四部門構成，其根本布局如圖1所示。
圖1發掘機器人的根本布局
發掘機器人的事情進程次要以下：傳感體系采取紅外線距離傳感器，去實現對周圍環境中障礙物的及時檢測，丈量旌旗燈號送入以AVR單片機為焦點的控制系統，單片機依據丈量環境正在外部停止決議計劃，輸出節制旌旗燈號經由過程驅動系統控制伺服電動機，動員發掘機器人各個樞紐運動實現直行、前進、左轉、右轉、自立發掘等功用。
2控制系統的硬件計劃
本計劃以ATMEL公司的ATmega128微控制器為焦點，經由過程紅外線距離傳感器收羅內部數據，經由過程功率驅動動員機電實現自動控制。傳感器經由過程后向反應通道將信息不休傳送給微控制器，微控制器經由過程前向節制通道及時調劑小車的行車形態，從而組成閉環控制體系，如圖2所示。
圖2發掘機器人控制系統硬件計劃框圖
依據控制系統硬件框圖，聯合自身的特色，硬件平臺的計劃包羅主控制器的計劃、傳感器的計劃、直流電機驅動電路的計劃。
2.1主控制器的計劃
2.2傳感器電路的計劃
發掘機器人控制系統采取了紅外發射管D1跟一只紅外吸收模塊U1組成紅外線距離傳感器體系，此中紅外吸收模塊采取韓國Kodenshi公司的KSM-603LM，其外部集成了紅外吸收管，前置縮小管，限幅縮小管，帶通濾波器峰值檢波器，整流電路跟輸出縮小電路，靈敏度很下，如圖3所示。它的功用是次要用來檢測后方、左側、右邊的障礙物。紅外線距離傳感器的測距基本原理為發光管收回紅外光，光敏吸收管吸收后方物體反射光，據此斷定后方是不是有障礙物。依據發射光的強弱可以斷定物體的實際距離，它的原理是吸收管吸收的光強隨反射物體的距離而變更的，距離近則反射光強，距離遠則反射光強。
圖3紅外線傳感器體系原理圖
2.3直流電機驅動電路的計劃
驅動電路的取舍也是十分緊張的，平常選用的驅動電路是由晶體管節制繼電器去轉變機電的轉向跟進退。這類方式合用于大功率機電的驅動，但關于中小功率的機電則極沒有經濟，由于每一個繼電器要耗損20～100mA的電流。借可以利用組合三極管/MOSFET管的方式，但比力貧苦，電路也比較復雜，本計劃采取集成電路的驅動方式，極大加強了電路可靠性跟簡明性。選用SGS公司的恒壓恒流橋式驅動芯片L293，其外部包括4通道邏輯驅動電路，額外事情電流為1A，最大可達1.5A，Vss為集成芯片工作電壓，電壓最小為4.5V，Vs為輸出給機電的電壓，最大可達36V，Vs電壓必需比Vss電壓下。由L293組成的機電驅動電路如圖4所示。
直流電機轉速采取ATmega128兩路PWM節制輸出電壓，經由過程編程使占空比以1/16的最小距離正在1/16－14/16間變更，以實現速率的調節。
圖4L293機電驅動電路
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快遞分揀機器人是哪里生產的控制系統軟件與硬件電路緊密結合配合實現對發掘機器人的節制，根本計劃思惟是發掘機器人正在舉措進程中，由自身的紅外檢測安裝即時從外界收羅旌旗燈號。此中，紅外線距離傳感器離別裝置正在傳感器體系的后方、左側、右邊。當按下發掘機器人啟動按鈕時，發掘機器人進入初始化的形態，然后發掘機器人向前前進。當紅外線距離傳感器檢測到后方有障礙物時，將旌旗燈號傳給控制系統，當控制系統剖斷后方有障礙物，發掘機器人做發掘的舉措而且向左扭轉90度，然后繼續前進。反之，發掘機器人繼續前進；當傳感器檢測到左邊地位有障礙物時，發掘機器人的機器臂向左扭轉90度后返回初始地位，然后繼續前進，反之發掘機器人繼續前進；當傳感器檢測到右側有障礙物，發掘機器人的機器臂向左扭轉90度后返回初始地位，然后繼續前進，反之發掘機器人繼續前進。發掘機器人的運動節制流程圖如圖5所示。
圖3紅外線傳感器體系原理圖
2.3直流電機驅動電路的計劃
驅動電路的取舍也是十分緊張的，平常選用的驅動電路是由晶體管節制繼電器去轉變機電的轉向跟進退。這類方式合用于大功率機電的驅動，但關于中小功率的機電則極沒有經濟，由于每一個繼電器要耗損20～100mA的電流。借可以利用組合三極管/MOSFET管的方式，但比力貧苦，電路也比較復雜，本計劃采取集成電路的驅動方式，極大加強了電路可靠性跟簡明性。選用SGS公司的恒壓恒流橋式驅動芯片L293，其外部包括4通道邏輯驅動電路，額外事情電流為1A，最大可達1.5A，Vss為集成芯片工作電壓，電壓最小為4.5V，Vs為輸出給機電的電壓，最大可達36V，Vs電壓必需比Vss電壓下。由L293組成的機電驅動電路如圖4所示。
直流電機轉速采取ATmega128兩路PWM節制輸出電壓，經由過程編程使占空比以1/16的最小距離正在1/16－14/16間變更，以實現速率的調節。
圖4L293機電驅動電路
3控制系統的軟件設計
控制系統軟件與硬件電路緊密結合配合實現對發掘機器人的節制，根本計劃思惟是發掘機器人正在舉措進程中，由自身的紅外檢測安裝即時從外界收羅旌旗燈號。此中，紅外線距離傳感器離別裝置正在傳感器體系的后方、左側、右邊。當按下發掘機器人啟動按鈕時，發掘機器人進入初始化的形態，然后發掘機器人向前前進。當紅外線距離傳感器檢測到后方有障礙物時，將旌旗燈號傳給控制系統，當控制系統剖斷后方有障礙物，發掘機器人做發掘的舉措而且向左扭轉90度，然后繼續前進。反之，發掘機器人繼續前進；當傳感器檢測到左邊地位有障礙物時，發掘機器人的機器臂向左扭轉90度后返回初始地位，然后繼續前進，反之發掘機器人繼續前進；當傳感器檢測到右側有障礙物，發掘機器人的機器臂向左扭轉90度后返回初始地位，然后繼續前進，反之發掘機器人繼續前進。發掘機器人的運動節制流程圖如圖5所示。
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