基于AT89C52单片机的搬运机器人控制系统设计.pdf

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.,。。.鬻舞型薏主慧兰箸#海阂酱蛊叭镪偻基于テ陌嵩嘶魅丝刂葡低成杓龙晓莉槐笫,,广州葜菅г旱缱有畔⒂氲缙こ萄г海愣ɑ葜随着社会进入人工智能化时代,越来越多的机器人替代工人完成工作,将人工流水线工作转化为全自动化工作,在一定程度上提高工业领域的经济效益⋯。传统的搬运机器人通过蓝牙接收控制中心传输的控制命令,并调用机器人自身的结构,完成命令控制,此传输途径会损耗机器人的供电电源,并且蓝牙指令传输存在发送时延,导致机器人在搬运过程中由于信号接收延迟,出现与障碍物碰撞的事故,不能很好地保证搬运机器人和货物的完整性。。为了提高搬运机器人的工作效率,减轻工作人员的人工压力,使搬运机器人在工作过程中保护搬运物品,本文突破传统的系统设计,提出基于テ陌嵩嘶器人控制系统的设计。从搬运机器人控制系统硬件区域和软件区域两方面出发,硬件区域设计控制器、驱动机、显隧戛潮女强懑磷曩俜摘要:针对传统搬运机器人控制系统搬运路径准确性较差,控制耗时较长的问题,基于テ杓屏艘恢中碌陌运机器人控制系统;系统硬件主要由驱动模块、控制模块、显示模块和地面勘测模块组成,驱动模块具有很强的信息驱动能力,能确保机器人在运动过程得到充足的电量支持,显示模块及时进行信息显示,同时配合控制模块实现实时控制,地面勘测模块确保机器人在工作过程中对地面状况进行分析处理,从而得到更优的搬运路径;软件部分设计了搬运机器人最佳的分组搬运策略,基于テò嵩酥噶畲渲涟嵩嘶魅丝刂扑惴ǎ焖倬勒魅说拇砦笮形#够魅顺晒ν瓿砂嵩巳挝瘢皇笛结果表明,该搬运机器人控制系统能够有效缩短控制时间,提高控制精度,具有良好的系统规划、优化能力及智能化高。关键词:テ话嵩嘶魅耍豢刂葡低常豢刂品治琗,收稿日期:一—;修回日期:一—。基金项目:教育部年第一批产学合作协同育人项目。作者简介:龙晓莉,女,重庆人,硕士研究生,高级实验师,主要从事计算机应用技术方向的研究。通讯作者:谢斌盛,女,湖南新化人,硕士研究生,实验师,主要从事电子信息技术方向,实验中心、网络与现代教育技术中心方向的研究。引用格式:龙晓莉,谢斌盛,陈新兵,,,投稿网址:甹·文章编号:—一一/甤.—/...中图分类号:文献标识码:;.,,,甋,,——,一琣瑃甤·:琣甌.,瑂—.瓸瑆.,,,—.:籬籧;】一
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基于テ陌嵩嘶魅丝刂葡低秤件设计龙晓莉,等:基于テ陌嵩嘶魅丝刂葡低成杓示器、地面勘测器,为系统软件区域提高较高的运行基础,在软件设计中提出调控机器人行为波动程度和运行速度的控制算法,并简述与本文设计的搬运机器人控制系统相对应的单片机功能,最终完成基于テ陌嵩嘶器人控制系统的设计。通过设计的实验测试,证明了本文设计的系统可以保证搬运物品的完整性,使搬运机器人的控制效果得到提高,实现机器人搬运动作的平滑性。本文设计的基于テ陌嵩嘶魅丝刂葡统硬件主要由驱动器、控制器、显示器和地面勘测器分组成,系统的硬件结构如图尽驱动机设计驱动机在搬运机器人控制系统硬件区域的工作是驱动硬件区域内的全部硬件设备,使得系统与机器人之间建立驱动连接,为了提高驱动搬运机器人控制系统的调用速度,本文采用一系列的驱动机。驱动器结构如图尽观察图芍#饲鞑捎盟蚯J剑ぷ鞯流为,工作电压为魃杓圃谙低车淖笄域,方便检修,驱动机内置酒说缁酒计了丝凇端口、、,两个端口、鼋涌冢ぷ魇保丝诘氖涑鲋当匦胪!或者裨蚯荒苷9ぷ鳌G个接口,需要控制驱动机器人输出行为,接人相对应控制指令的接口,接口驱动为。状态时,结束控制。驱动器的脉冲为具有自动降噪功能,提高驱动信号传输可靠性口“G电路图如图尽控制器控制器是搬运机器人控制系统硬件区域的主要工作器件,为了使系统的功能达到本文设计的预期目标,硬件区域采用狣刂破“4丝刂破鞑捎美胱拥池式的绯兀瓤梢匝映た刂破鞯牡ゴ沃芷谑褂檬间,电池的续航时间也可以满足系统的工作需求,此电池的优点是如果电池剩余电能不足,会提出预警,然后自动调节J剑谐中┑纾换嵊跋煜低车墓作凹‘啊?刂破鞯墓ぷ鞯缌魑ぷ鞯缪褂行Х段ぷ髀隹砦。控制器工作原理如图尽观察图芍#A吮Vた刂破鞯目刂菩Ч柚没器人行为控制精度为,控制器对于机器人手和脚的工作都存在相对于的控制接口,控制器依次调用各个行为接口,完成机器人连接的动作控制”显示器设计搬运机器人控制系统内显示器的作用是辅助机器人完成货物和机器人之间的识别,本文采用允酒鳎骷分为两部分,一部分显示监控机器人所处的环境,另一部分记录机器人所行走的路线。显示器由/第基于テ陌嵩嘶魅丝刂葡低秤布峁图鞯缏坟图刂破鞴ぷ髟图图鹘峁,投稿网址:甹甤·
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厂一%笋其中:硎景嵩嘶魅说男凶叻龋皇北硎净魅说贏单片机的搬运机器人控制系统软件设计计算机测量与控制接口构成,工作电阻为纺罚允酒鞯纳忌柚梦P于腎,保证机器人搬运状态实时的传输。显示器接口如图尽显示器的功耗为袼匚,外置模式的科达白卡,显示器的存储内存为,在一定周期内会清理显示器内的数据,保证系统运行速度。地面勘测器设计地面勘测器的设计目的是辅助系统完成搬运机器人搬运路线和行为方案的制定,本文选择采用亚超声模块结构的孛婵辈馄鳌4似骷肟刂葡低惩瓿尚藕糯涞男议是协议,勘测器的工作电压为孛嫔描频率为,内置芯片可以保证仪器差分定位的准确性“。地面勘测器电路图如图尽地面勘测器的采用精度为的双轴补偿器,为了保证控制系统内部信号传输的稳定性,地面勘测器设计了专有的通道。单片机是一个集成电路芯片,对比普通的芯片,其优点在于可以将中央处理器⒋娲⑵鳌⒆;黄鳌⒆;坏缏返具有相关的相应功能同时集成在一个计算机芯片内部,在保证了各个器件功能的同时,节省系统设备的占用空间,被广泛的应用到计算机设备中。本文根据搬运机器人控制系统的功能需求,采用セ瓿上低车纳杓疲セ用串联的连接方式与其他器件相互连接,セ搬运机器人控制系统内的工作原理是赋予电路芯片结构内的电路口不同的控制任务,保证控制系统内各个指令的可靠性。テ耐ㄐ爬眯藕抛;煌ǖ劳瓿桑免单片机的传输信号与其他硬件设备的传输信号相互碰撞,终止系统的运行。为了保证搬运机器人控制指令和控制行为的高度匹配,本文设计了テ陌嵩嘶魅丝刂扑惴ǎ惴分别控制搬运机器人的行为波动程度和搬运速度两部分。系统在硬件区域设计了器件完成各个行为控制,控制算法只需要在行为控制上,增加一个约束条件,控制搬运机器人行为的波动程度,因为波动等级存在一定的误差,所以本文设计波动变化程度按照百分度计算,机器人程度控制计算公式如下所示:重量;硎净跷锏闹柿浚籵表示环境空间因素;,表示机器人控制程度。在以上搬运机器人动作行为控制基础上,本文借助关系式控制搬运机器人的工作速度,保证搬运机器人的工作效率和安全,公式如下所示:其中:硎景嵩嘶魅说墓ぷ魉俣龋琓。表示地面勘测器溢出的时间;表示预期搬运机器人的搬运时间;仃表示占空比系数。基于テ陌嵩嘶魅丝刂葡低秤布器件基本性能的分析和搬运机器人控制算法的简述,细致地总结出以下搬运机器控制系统的工作流程,如图尽紫劝嵩嘶魅擞肟刂葡低诚嗷チ樱钩梢桓可以数据传输的架构,预处理操作完成后,机器人开始接收搬运任务,接收任务过程中,系统完成资源的更新、初始化以及其他器件的驱动,在全部任务接收后,系统对所有搬运任务进行遍历检索,计算出最佳的分组搬运策略,并将策略传输到控制器内;刂破鹘邮盏饺ú炕魅说陌嵩瞬呗院螅ò嵩策略进行分解,分解为一个个简单的机器人动作,分解成功后,将搬运指令语言利用基于テ陌嵩嘶器人控制算法完成机搬运机器人可读指令的转换;詈蟀嵩嘶魅丝刂葡低车南允酒骱偷孛婵辈馄分别监控搬运机器人的搬运行为,避免突发情况发生,地面勘测器与最初的环境不匹配,立即放缓搬运机器人的控制速度,并重新制定发送控制指令,保证搬运机器人的工第卷图允酒鹘涌图孛婵辈馄鞯缏吠投稿网址:甹甤∽∽口·
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◇⋯⋯⋯⋯蕊⋯⋯翟螽⋯⋯燮礴⋯⋯:::二二二岔受::::::一一一一一一鼢::::::受::::::愆····。·譬双.........阁实验分析龙晓莉,等:基于テ陌嵩嘶魅丝刂葡低成杓作效果和可靠性口”啊在搬运机器人完成搬运过程中,一旦出现外界信号或者其他介质干扰的情况导致机器人的行走步伐和手臂动作出现错乱时,系统立刻调用驱动器,重新传输控制指令,快速纠正机器人的错误行为,使机器人成功完成搬运任务。为了验证本文提出的基于テ陌嵩嘶人控制系统的有效性,与传统的控制系统进行实验研究。测试采用基于蓝牙传输的搬运机器人控制系统和基于六自由度教学的搬运机器人控制系统作为对照系统,共同完成试验,保证试验数据的参照性和可靠性。设定实验参数如表尽为了达到试验效果,在试验测试前准备鱿嗤秃的搬运机器人机器,布置隹占浯笮∠嗤一跷镂恢梅布相同的运货仓,黾扑慊治鲆鞘匝槠鞑模硗馓崆布置好试验测试环境。本文设置的测试环境是在需要搬运货物上贴一个红外反射灯,另外在另一个需要搬运货物前南偏北度的方向设计一个障碍物,采取措施的货物的位置在隹占淠诘南喽晕恢靡O嗤习锏拇笮∠嗤保证试验结果的科学性和对照性。试验前将龌魅朔别连人ḿ扑慊冢个系统全部同时连入一个总的搬运机器人指令发布中心,并对搬运机器人进行简单行为控制,完成机器人与控制系统的初始化。选用的系统分别是基于テ陌嵩嘶魅丝刂葡低场⒒诶堆来输的搬运机器人控制系统和基于六自由度教学的搬运机器人控制系统。鱿低臣觳槲尬蠛螅皇奔淇J际匝椋馐陨杓频任务是分别将贴有红外灯和设置障碍附属的货物分别搬运到货物货柜和豕瘢嵩嘶魅嗽诎嵩巳务完成后会向控制中心传回完成信号,当龌魅巳ú完成信号的传回,结束试验,整理数据和实验测试场地,得出实验结论。按照以上试验的步骤,得出具体的小结论如图所示。分析上述实验结果可知:钕韧瓿扇挝竦氖潜疚纳杓频陌嵩嘶魅丝刂葡低常最后完成任务的是基于蓝牙传输的搬运机器人控制系统;个系统附属的搬运机器人都将搬运物品正确放置第图贏单片机的搬运机器人控制系统工作流程表笛椴问项目参数工作频率功率消耗电压运输温度范围网络通讯总线图嵩嘶魅丝刂坡废呤笛榻峁图嵩嘶魅丝刂剖奔涫笛榻峁投稿网址:甹/一~℃机器人规定搬运路线基于テ陌嵩嘶魅控制系统机器人规定搬运路线基于蓝牙传输的搬运机器人控制基于六自由度教学的搬运机器人系统机器人规定搬运路线鼍厘留船姑甤∞∞∞∞∞∞∞∞加加●·
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淳凹渺炉渺粤哆渺尊啦守旦骸扪桫诤《叽径咦坏学曲诤蚰窖韭世蛐守丛淖牡守哆孚哆守啦浮哆孛哆社乎哆讯啦孕啦渺孛径咦稷蜷穌啦乎哆守特美沧鹨地冒际氐诤旦鹁伦痦髫枚哓枚呙烀烀结束语计算机测量与控制在规定的存储柜内;诮斜苋迫挝袷保诹杂啥冉萄У陌嵩嘶器人控制系统和本文设计的系统都成功避开障碍物,基于蓝牙传输的搬运机器人控制系统第一次不能避开障碍物,多次完成控制行为才成功绕开;杂谏柚昧撕焱獾幕跷铮贏单片机的搬运机器人控制系统初次就发现了目标,完成任务的时间稳定在诶堆来涞陌嵩嘶魅丝刂葡低撤⑾帜勘并成功搬运花费诹杂啥冉萄У陌嵩嘶魅丝刂系统发现目标并成功搬运花费本次测试试验设计的障碍,可以检测霭嵩嘶魅控制系统的调控是否存在延迟、控制系统发出的控制指令是否正确,如果正确,就会避开障碍物,成功完成需要搬运货物的获取。通过小结论梢灾5溃疚纳杓葡低的调控元传输误差,并且控制调度正确,避开障碍物。另外将货物的放置位置任务设计目的是监测搬运机器人的性能,检验机器人的识别功能。本文设计的基于テ机的搬运机器人控制系统在工作效率和搬运性能方面都达到要求,具有较高的控制力和识别力,所以基于テ机的搬运机器人控制系统具备推广意义。本文以调整搬运机器人的动作为核心,完成基于テ陌嵩嘶魅丝刂葡低车纳杓疲匝测试,验证了本文设计的系统满足预期系统设计的目的。本文将テτ玫桨嵩嘶魅丝刂葡低持校统在搬运机器人在工作状态开启后,可以深层次地提高机器人对于搬运货物的视觉感觉、触碰感觉以及控制程度。相信将本文研究成果作为研究理论,可以促进机器人领域的智能化发展。第卷参考文献:揸趴#贏单片机的智能家居系统设计口缱设计工程,,庞α钕罚趕テ倘辣热剖奔品窒统设计与实现缱由杓乒こ蹋得簦默,任超,⒋砘:—.芗一郏赑乃叫兴谋咝伟嵩嘶魅丝刂葡低成杓远际跤胗τ茫:—.怨穑胤芍郏趕テ囊?匦〕,,:—.诟瓷?呕G浚诘テ刂频牟AЧ馨嵩嘶手设计圃旒际跤牖玻喝穑诘テ兹┘#,.倪瑞,:—.谢永超,—,,:.=。:谭建斌,班群,郑亚,⑿,,—任剑锋,叶春明,:刘今越,李顺达,陈梦倩,:—.孙强,王敬依,张颖,,李潇男,刘勇,:冯钧,孔建寿,:,冯天平,┗—籍伟,俞梦琪,董景明,:—.,,:—.,,:动化,,—,—,,安力瑁,姚爱国,廖鑫,:—.投稿网址:甹用,,:—.,.甤—.—】·