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1、-学院全日制普通本科生毕业设计 多爪自动搬运机器人MORE CLAWS AUTOMATIC HANDLING ROBOT 学生姓名：学 号：年级专业及班级：指导老师及职称：湖南长沙提交日期：2011 年 5月声明本人郑重声明：所呈交的本科毕业设计是本人在指导老师的指导下，进行研究工作所取得的成果，成果不存在知识产权争议。除文中已经注明引用的内容外，本论文不含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的作品成果。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体在文中均作了明确的说明并表示了谢意。本人完全意识到本声明的法律结果由本人承担。 毕业设计作者签名： 年 月 日目 录摘 要1关键词11前言12总体方案的设计2
2、2.1总体设计图.22.2机器人设计的要求.22.3机器人设计的原则.33机器人机械设计33.1底盘和轮子的选择与设计33.2各轮系的结构和特性63.3升降体设计73.4 传动设计.93.5 滑块设计.93.6 爪子的设计思路.93.7 爪子托盘的设计.103.8摇杆设计.114电子硬件.124.1动力轮电机的选择.124.2电机伺服器控制134.3编码盘采样154.4光电传感器.165机器人主控制板硬件设计.185.1主控板硬件实物图.185.2 AVR电源模块.185.3最小系统.185.4人机交互界面.196总结.24参考文献24致谢25附录26多爪自动搬运机器人学 生：豆志文指导老师：
3、康 江（湖南农业大学东方科技学院，长沙 410128）摘 要：国内外大学生智能机器人是一个多种高新技术的集成体，它融合了机械、电子、传感器、计算机硬件、软件、人工智能等许多学科的知识，涉及到当今许多前沿领域的技术。本文是以第十届亚太机器人大赛为背景而设计的自动机器人，它采用合理的机构，经过巧妙的结合，而达到精确快速完成任务的要求。关键词：机器人；机构；准确；快速More Claws Automatic Handling Robot Student:Dou ZhiwenTutor:KangJiang(Orient Science&Technology College of Hunan Agric
4、ultural University, Changsha 410128, China)Abstract：the college s high-tech intelligent robot is a multi-body integration at home and abroad, which combines knowledge of mechanics, electronics, sensors, computer hardware, software, artificial intelligence and many other disciplines,and involves many
5、 of todays technology in the frontier. This article is based on the Tenth Asia-Pacific Robot Contest ,and designed a automatical robot,the robot use rational structure, by the combination of ingenious,it can complete the task precisely and rapidly.Key words：Robot；Agencies；Accurate；Fast1 前言 “亚太大学生机器人
6、大赛国内选拔活动”是中央电视台负责组织，在全国高校范围内选拔，代表中国参加“亚广联亚太地区机器人大赛”的预选赛。“亚广联亚太地区机器人大赛”是由亚广联节目部发起倡导的，并于1999年在亚广联年会上正式通过了该项目的提案。该项目规模较大，其宗旨是致力于培养各国青少年对于开发、研制高科技产品的兴趣与爱好，提高各参与国的科技水平，为机器人工业的发展发掘培养后备人才。各个亚广联成员机构都有权参加该项目的比赛，但参赛对象只限于各国的大学或工科院校的学生。本届比赛的主办国为泰国，比赛的主题为“水灯节, 点亮幸福与友谊”，比赛的所有参赛队伍都可以竞争，享受比赛。然而，获胜的只有完成最后一个任务即将火焰降落在
7、蜡烛的顶端才能胜出，其中突出的是比赛设计，以便团队的机器人能够在动态环境中运作。2 总体方案的设计2.1 总体设计图图1 机器人控制流程图Fig.1 Robot Control Flow Chart单片机驱动器电机机器人动作编码盘检测开始是否达到要求继续运行NOYES2.2 机器人设计的要求机器人的机械驱动器，驱动设备，检测设备及控制系统的构成要素。 机器人本体，手臂一般采用空间开链连杆机构，在其中的运动副（移动副或转动副）通常被称为关节，关节数通常是机器人多少的自由度。据协调联合配置类型和不同形式的运动，机器人可分为长方形器型，圆柱型，极坐标的联合协调型等几种类型。 驱动设备是由机构根据发出
8、的信号控制系统，由机器人操作的动态组件的手段，指令。这是一个信号的输入，输出是线性的，角位移。驱动机器人主要集中在电力设备中使用，如步进电机，伺服电机等也有液压和气动执行机构。 实时检测装置的作用是探测机器人的运动和工作，根据需要反馈给控制系统，比对执行机构设置信息进行调整，以保证机器人的行动，以达到预期的要求。 控制系统有两种方式，一个是集中控制，即机器人全部由微机控制来完成。另一种是分散控制，即由多台计算机控制的机器人，如在使用上下级共同完成机器人的控制电脑，经常为系统管理，通讯，运动学和动力学计算中使用的主机共享，发送到较低级别的计算机信息命令;作为从机，联合对应一个CPU初中，插值和伺
9、服控制处理行动，以实现特定的运动，反馈信息给主机。构成机器人的要素有机械执行机构、驱动设备、检测装置和控制系统等。2.3 机器人设计的原则最小运动惯量原则：由于机器人运动部件多，运动状态经常改变，必然产生冲击和振动，采用最小运动惯量原则，可增加机器人运动平稳性，提高机器人动力学特性。为此，在设计时应该注意在满足强度的前提下，尽量减小运动不讲的质量，并注意运动部件对转轴的质心装配。尺度规划优化远侧：当设计要求满足一定工作空间要求时，通过尺度优化以选定最小臂杆尺寸，这将有利于机器人刚度的提高，使运动惯量进一步降低。高强度材料选用原则：由于操作机从手腕、小臂、大臂到机座是依次作为负载起作用的，选用高
10、强度材料以减轻零部件的质量是十分必要的。刚度设计的远侧：机器人设计中刚度是比强度更重要的问题，要使刚度最大，必须恰当地选择杆件剖面形状和尺寸，提高支撑刚度和接触刚度，合理地安排作用在杆臂上的力和力矩，尽量减少杆件的弯曲变形。可靠性原则：机器人因机构复杂、环节较多，可靠性问题显得尤为重要。一般来说，元器件的可靠性应高于部件的可靠性，而部件的可靠性应高于整机的可靠性。工艺性原则：机器人是一种高精度、高集成度得自动机械系统，良好的加工和装配工艺性是设计时要体现的重要原则之一。仅有合理地机构设计而无良好的工艺性，必然导致机器人性能的降低和成本的提高。3 机器人机械设计3.1底盘和轮子的选择与设计为了让
11、机器人能够快速的定位，那么它需要有足够的灵活性，当使用全向轮作为动力轮时我们就就得考虑底盘形状了。底盘整体可分为四边形底盘和三角形底盘，它们的作用和功能特性也有很多不同。四边形底盘：动力轮分布在底盘的四个方向（如下图所示），轮心到底盘重心O的距离等于a，假设四个轮子与地面的滚动摩擦力分别为f1、f2、f3、f4,按照运动力学公式推导如下：图2 四边形底盘分析Fig.2 Chassis Of QuadrilateralFx = f1 + f3Fy = f2 + f4Mo = (f1 * a) + (f2 * a) + (f3 * a) + (f14 * a)（1） 当f1 = f3 ；f1与f3
12、方向相同 f2 = f4 = 0 此时机器人向X方向运动（2） 当f2 = f4 ；f2与f4方向相同 f1 = f2 = 0 此时机器人向Y方向运动（3） f1 = f2 = f3 = f4；f1与f3 方向相反f2与f4 方向相反时 此时机器人原地旋转（4） f1 = f3 = F1,f2 = f4 = F2； F1方向与F2相反 此时机器人向F1与F2的合力方向移动。三角形底盘：等边三角形底盘，动力轮分布在三条垂直平分轴线上，且到重心距离相等如下图所示。假设每个轮子能提供的反向摩擦力分别为f1、f2、f3,按照力学公式推导如下： 图3 三角型底盘分析Fig.3 Analysis Of T
13、riangular ChassisFy = f2*cos30+ f3*cos30Fx = f3*sin30+ f2*sin30+f1Mo = (f1 * a) + (f2 * a) + (f3 * a)(1) 当f1 = 0,f2 = f3 ；f2和f3的方向如图示方向时机器人向Y方向运动(2) 当f1 = 2*f2 = 2*f3 ；f2与f3方向如图所示；或 f2 = f3 = 0 此时机器人向x方向移动。(3) f1 = f2 = f3 ；f3方向与图示相反f1和f2方向与图示一致时 此时机器人原地旋转(4) 此时，如果依照四边形底盘第4种情况分析不能得到，能产生一个朝向任意方向的合力 但
14、无法使Mo = 0 这样机器人就会走出一个弧线。当合力方向在大约35时Mo = 0，也就是三角形底盘只能朝与水平线相差35的斜线方向直线移动综上分析两种底盘都可以实现平移和走某一方向斜线均可以满足设计需求。但是两者均有利弊：底盘类型弊端优势三角底盘35斜线不能向任意角度平移运动。设计简便 能保证3个轮子在同一平面内，能灵活转向。四边形底盘由于4点确定一平面属于过定位很难保证平面度。可以向任意方向平移结论：由于搬运机器人搬运的是花瓣盆是在一定的高度的。所以要求爪子必须是在固定的高度，要求相当好的平稳性，三点确定一面，所以选择三角底盘。3.2 各轮系的结构和特性假设在一个理想的状态，用硬质外壳的移
15、动机器人，车轮，局限在水平面运动。则机器人在水平面上的运动可以由图2 表示. 平面坐标系定义xoy ,点P 是在机器人本体上的参考点,车体坐标系为X PY ,则机器人的位置和姿态可以由= ( x , y ,) T 表示, 其中( x , y) 为点P 在平面世界坐标系中的位置,为世界坐标系x 轴到机器人坐标系X 轴的角度, 其逆时针为正. 用点P 作为质点来代表机器人,若能在平面世界坐标系下实现( x , y , ) 三个自由度的运动,则把它称为全方位移动机器人.图4移动机器人在世界坐标系中的位置Fig.4 Mobile Robot In The World Coordinate System
16、 Location将轮子划分为传统轮系,包括固定方向轮( fixed wheel ) 、同心方向轮( centered orientablewheel) 和偏心方向轮(off2centered orientable wheel) ,和自由方向轮系,如Swedish 轮、球轮等. Swedish 轮也称Mecanum 轮,由轮辐和固定在外周的许多小滚子构成,轮子和滚子之间的夹角为,通常夹角为90,如下图所示，每个轮子具有三个自由度, 一个是绕轮子轴心转动,第二个是绕滚子轴心转动,第三个是绕轮子和地面的接触点转动. 轮子由电机驱动,其余两个自由度自由运动. 由三个或以上的Swedish 轮子可以构
17、成全方位移动机器人。综上分析传统轮系和自由方向轮系两种轮系都能实现机器人移动与定位的设计需求。但是两者均有利弊： 轮系类型弊端优势传统轮系要改变运动方向只能在平面内转向、转向半径大制造简单、价格便宜，自由方向轮系制造困难、价格较昂贵可以实现方向平移、改变运动方向基本无须转向上述表格我们可以看出自由方向轮系在平面移动运动方向改变上有巨大的优势。所以我选择自由轮系的设计思路，有利于机器人的快速转向运动与定位。3.3 升降体设计起重机构需要不断提升的稳定和效率可以选择螺杆，导轨，滑块和其他机构，但是必须适应比赛过程中升降快的优势，下面是选择形式的分析。 1 采用直线导轨运动：往复运动的场合，具有比直
18、线轴承负荷较高的评价，并能承受高负载条件下的扭矩实现高精度直线运动一些。 直线运动的指导作用是用来支持和引导运动部件，根据给定的往复直线运动的方向。由摩擦性质的决心，直线运动导轨可分为滑动摩擦，滚动摩擦铁路，钢轨的弹性摩擦，铁路和其他类型的流体摩擦。 2 直线轴承解除用途：旅行的无限直线运动系统的低生产成本的同时与气缸轴线。由于携带与轴，所以负载使用小球点接触。旋转的摩擦阻力最小，可以得到高精度的平稳运动钢珠。直线轴承是用于与淬火结合。对于无限直线运动系统。负荷滚珠和淬火传动轴因为是点接触，更小的负荷，但直线运动，最小的摩擦，精度高，速度快的议案。 3 传动带的使用：时间就是强大的钢丝或玻璃纤
19、维层的聚氨酯或氯丁橡胶与橡胶环带覆盖，齿形带的一周内提出，从事与齿滑轮。皮带传动，传动比准确，对轴力小，结构紧凑，油，耐磨损，耐老化性能，需要同步传输，也可用于低速传输。同步带是由一根内齿面与等距圆带，并与相应的圆组成是一致的。它结合了皮带传动，链传动和齿轮传动自己的优势。通过与牙齿与牙槽骨轮啮合旋转，通过权力。传动皮带传动具有准确的传动比，无滑，恒可用率，传动平稳，吸收振动，噪音，传动比范围内，通常可达1:10。允许线速度可达50米/秒，传输功率从几瓦到一百千瓦。传动效率高，一般可达98，紧凑，多适用于轴传动，无润滑，无任何污染，所以不能让更多的污染，在正常的工作场所和工作条件差。 4，动力
20、传动螺丝：螺丝是变为直线运动，旋转运动或直线运动，旋转运动传递到结构。一个由螺杆，螺母和滚珠丝杆组成的典型。其作用是变为直线运动，旋转运动的滚珠丝杆是进一步延伸和发展，这种发展的意义是从行动滑动轴承的滚动动作。有了小摩擦，螺丝被广泛应用于各种工业设备和精密仪器。 上述分析可以达到几吊装任务要求，进行机构的效率和质量的优劣分析可以知道： 升降式的优点缺点 直线轴承是在圆形轨道的要求，在该部队的细节铁路太小，太厚更加繁琐。简单，成本低 线性滑轨式的昂贵，更重。精度高，可制成。 综上分析几种升降机构都可以实现任务要求，进行就效率和质量优劣分析可知道：升降类型弊端优势直线轴承式需要圆形的导轨，导轨过细
21、则受力太小，过粗则较笨重。简单，成本低廉直线滑轨式价格昂贵，重量较重。精度高，可自制。动力传输类型弊端优势丝杆传动缓慢，需要软件算法提高精度简单，成本低廉，传动力大同步带价格昂贵，需要定制精度高，有瞬时传动比质量轻由于比赛要求我们能够短期内完成的升降运动，动作精度高，而机器人的重量要求，选择直线滑轨式和同步带转动升降更占优势。3.4 传动设计整个上升结构的重量约5KG，即整个的重力约为50N。搬运物体的重量约4KG，即重量约40N。所购买的同步带资料：L型 节距9.525 齿高1.91 带厚3.6 角度40温度-2080，V50M/S，P300KW我们这次比赛机器人的上升速度约为3M/S,承载
22、物所需理论用功为：P=F*VP=（50+40）N*3M=270W 270W 90KW电机的功率90KW 远远小于同步带所承载的功率 所以所选同步带适合我们这次机器人上的传动。有经验和实验室做实验可知，此同步带满足要求。3.5 滑块设计铝合金型材为30X30，深沟球轴承：内径6 外径15 宽度5.由于轴承式用来做上升滑块滚子的，所以设计中不需要过于考虑其受压情况，只有转速要求，此类轴承的脂润滑转速(R/MIN)为32000.而我们机器人的上升结构所需的转速为：线速度等于角速度乘以圆周半径即：V=W*RW=V/R =3/(0.0075)=400R/S约24000R/MIN 32000所以是此轴承是
23、合适可用的。3.6爪子的设计思路夹取的爪子本身需要保持足够的强度，稳定性和效率，可以选择联动，铰链，凸轮等机构，但比赛必须满足快速采取行动，锁定，重量轻，操作方便等，分析如下:1，联动：联动元件在各种形式的运动，如要实现旋转，摇摆，平面或空间的运动和运动的复杂性，可用于实现已知运动轨迹。此外，低副连杆使表面接触结构具有以下优点：运动副减少对单位面积的压力，表面接触，以便润滑，从而降低损耗;更方便获得高准确度;两个组件之间的接触本身的几何封闭维护，有时不喜欢凸轮被封闭，弹簧力保持联系。平面连杆机构的缺点是：在正常情况下，只能近似的运动轨迹或给予运动规律的实现，这种设计也比较复杂，当比赛要求所需元
24、件运动副数往往更复杂的结构，使机体，降低了效率，不仅增加了自锁的可能性发生，并且机体运动的制造干涉，难以平衡。这将导致更多的振动和动载荷，它通常用于的场合下联动的速度。 2，铰链：是用来连接两个固体，并允许设备之间的机械做旋转。铰链可能由可移动的组件，或折叠的物质组成，结构简单。 3，凸轮机构一般是由凸轮，从动件和机架三个构件组成的高副机构。凸轮通常是连续旋转不变，跟随根据设计要求，它得到一些经常锻炼。凸轮机构来实现复杂的运动要求，通常通过移动两部分组成，即分凸轮和从动轮，都固定在机座上。凸轮是相当多的变化，所以几乎所有的任何一个机构，其中可以产生行动。可作为凸轮表面或沟槽的往复运动的定义，其
25、摆动或旋转使用。从机内的子限制最多的路径，滑道去盖运动。在往复运动的时候，有时依靠自身的重量，但一些机构为了获取准确的动作，往往作为弹簧的功率响应，而有些事使用的导槽，那是对一个特定的运动路径。 综上分析三种家去机构都能实现夹取、平稳性的设计需求。但是三者均有利弊：夹取机构类型弊端优势连杆机构设计复杂，准确性不高、工作效率不高方便、底磨损、易自锁铰链无法自锁结构简单。凸轮机构质量过大结构紧凑、设计方便由于比赛要求我们的夹取机构质量轻则不能选择凸轮机构，就平稳性和效率性来说其它两机构都可以完成比赛任务，但就设计简洁来说铰链拥有更大的优势，而铰链无法自锁的弊端，在我们的夹取动力机构舵机上可以实现自
26、锁，且操作非常方便。选择舵机作为夹取装置的动力机构是因为：舵机质量轻、能自锁、控制简单行程可控等优点。3.7爪子托盘的设计准备材料有：有机玻璃（待加工），10 x 10 铝合金型材 20 x 20铝合金型材图5 托盘结构Figure.5 tray structure由于此托盘所承载的比赛要求的搬运物最重约为4kg ，而铝合金的承载能力是上百千克的 ，因此所选的材料可用。3.8摇杆设计 构思图为：图6 摇杆结构Figure.6 rocker structure搬运物总重约4kg，铝合金承载杆约800mm，摇杆600mm。F=4kg x 10= 40 NM = 40N x 600/2 x 0.00
27、1 =12N*m4 电子硬件的选择4.1 力轮电机的选择方案1：采用直流减速电机。上电即转动，掉电后惯性较大，停机时还会转动一定的角度后才会停下来；转矩小，无抱死功能，如要求准确停在一个位置，其闭环算法复杂。方案2：采用步进电机控制，步进电机是实现数字化操纵的重要器件，是控制脉冲信号达到控制步进电机的步距角和速度的开环控制元件，在速度、定位等控制领域应用广泛。具有精确度高、转矩大、步进角度小，没有积累误差等特点。上电后自锁能力强，外表在80至90摄氏度下可以正常工作。其最大的优点是以开环的形式实现闭环的控制，性价比很高。方案3：采用伺服电机，在高起动转矩、大转矩、低惯量的系统中经常使用。本题的
28、特点是需要根据键盘输入的数据来确定电机的转动速度，机器人按要求轨迹运动，行动距离也比较远，更要实现精确控制。综上所述，我们采用方案3来实现。所用电机实物图如下：型号：36SYK 功率90W 24V 转速300rpm/min 厂家：宁兴电机图7 直流空心杯电机Fig.7 DC Coreless Motor4.2 电机伺服器控制 在这次的设计中，采用了DCS810全数字直流伺服驱动器采用专用运动控制DSP 和高效MOSFET等先进技术。控制指令信号与步进驱动器兼容，用户不用更换控制器，就可将所用的步进驱动升级为全数字直流伺服驱动。由DCS810 组成的小功率运动控制系统在速度、精度、噪声和低速平稳
29、性等方面达到甚至超越数字式交流伺服系统，而系统成本远低于交流伺服。其体积小巧、安装方便、可靠性高、调试简单。用户可通过雷赛Pro Tuner调试软件、文本显示器或STU伺服调试器轻松实现系统参数整定和保存。接口定义图8 端口定义Fig.8 Port DefinitionVDD 驱动器电源(1238V) 输入 电源 VSS 驱动器电源地 输入 MOT+ 电机驱动信号正 输出 电机 MOT- 电机驱动信号负 输出 GND 控制信号地 输入 RS232 TX RS-232发送端 输出 RX RS-232接收端 输入 AIN+ 模拟输入信号正 输入 控制信号 AIN- 模拟输入信号负 输入 EN 外部
30、使能控制（高电平有效）输入 CLK/PWM 控制输入（脉冲 / 脉宽） 输入 DIR 方向控制(只在步进模式有效)输入 ORG 位置清零（低电平有效） 输入 步进控制模式（脉冲方向模式） （a）信号来源：CLK，DIR （b）设置模式：步进控制模式，信号源：SCS3 （c）常用指令： 设置最大速度：SSP 参数 设置最大跟踪误差：SER 参数 设置最大加速度：A 参数 设置步宽：STW 参数 读取步宽值：GSTW 切换到步进模式：S（e）工作原理 在步进模式下，脉冲输入端每接收一个脉冲，电机将运转一个步宽； 这种工作模式能同时实现位置和速度控制。由于允许设置步宽（STW），输入频率和电机转速的
31、比率可以根据需要设置。 转速与脉冲频率之间的关系如下： 转速脉冲频率X步宽（STW）X 60 编码器分辨率（4倍线数） 位置与脉冲个数之间的关系如下： 位置（圈数）脉冲个数X步宽（STW） 编码器分辨率（4倍线数） （f）优点（与步进电机比较） 步宽可编程设定； 没有因齿槽效应而引起的转矩损失； 具有优异的动态特性； 无震动，发热小； 采用闭环控制，不会产生“丢步”现象； 功率随着负载变化动态调节，效率高（步进电机无论有无负载，均按最大功率运行）。4.3 编码盘采样1、编码盘的工作原理编码盘或编码尺是一种按一定的编码形式，如二进制编码，二十进制编码、格莱码或余三码等，将一个圆盘或直尺分成若干等
32、分，并利用电子、光电或电磁器件，把代表被测位移量大小的各等分上的编码转换成便于应用的其他二进制表达方式的测量装置。下面以接触式编码盘为例说明其工作原理。图4-24是一个4位二进制编码盘，图中涂黑部分是绝缘的。码盘的外4圈按导电为“1”、绝缘为“0”组成二进制码。通常，我们把组成编码的各圈称为码道。对应4个码道并排安装有4个电刷，电刷经电阻接到电源正极。编码盘的最里一圈是公用的，与4个码道上的导电部分连在一起，而与绝缘部分断开，该圈接到电源的负极(地)。编码盘的转轴与被测对象连在一起(如机床丝杠)，编码盘的电刷则装在一个不随被测对象一起运动的部件(如机床本体)上。当被测对象带动编码盘一起转动时，
33、根据与电刷串联的电阻上有无电流流过，可用相应的二进制代码表示。如图4-24(b)所示，若编码盘沿顺时针方向转动，就可依次得到0000，0001，0100，1111的二进制输出。图9 编码盘工作原理Fig.9 Encoding Disk Works2、编码盘的运用编码盘随着自身的转动发出一个频率变化的脉冲信号，该信号的频率可以表现此时机体的运动速度，脉冲个数可以变现所走过的距离，这样我们使用CPU采样这些脉冲信号就能对运动状态有一个很好的了解，从而更好的控制机器人的运动与动作。4.4 光电传感器光电传感器是采用光电元件作为检测元件的传感器。它首先把被测量的变化转换成光信号的变化，然后借助光电元件
34、进一步将光信号转换成电信号。光电传感器一般由光源、光学通路和光电元件三部分组成。1、 光电传感器工作原理 不同所制成的光学测控系统是多种多样的,按光电元件(光学测控系统)输出量性质可分二类,即模拟式光电传感器和开关式光电传感器.模拟式光电传感器是将被测量转换 图10 光电传感器Fig.10 Photoelectric Sensor成连续变化的光电流,它与被测量间呈单值关系.模拟式光电传感器按被测量(检测目标物体)方法可分为透射(吸收)式,漫反射式,遮光式(光束阻档)三大类.所谓透射式是指被测物体放在光路中,恒光源发出的光能量穿过被测物,部份被吸收后,透射光投射到光电元件上;所谓漫反射式是指恒光
35、源发出的光投射到被测物上,再从被测物体表面反射后投射到光电元件上;所谓遮光式是指当光源发出的光通量经被测物光遮其中一部份,使投射刭光电元件上的光通量改变,改变的程度与被测物体在光路位置有关.2、 光电传感器的分类漫反射式：它是一种集发射器和接收器于一体的传感器，当有被检测物体经过时，物体将光电开关发射器发射的足够量的光线反射到接收器，于是光电开关就产生了开关信号。当被检测物体的表面光亮或其反光率极高时，漫反射式的光电开关是首选的检测模式。镜反射式：它亦集发射器与接收器于一体，光电开关发射器发出的光线经过反射镜反射回接收器，当被检测物体经过且完全阻断光线时，光电开关就产生了检测开关信号。对射式：
36、它包含了在结构上相互分离且光轴相对放置的发射器和接收器，发射器发出的光线直接进入接收器，当被检测物体经过发射器和接收器之间且阻断光线时，光电开关就产生了开关信号。当检测物体为不透明时，对射式光电开关是最可靠的检测装置。槽式：它通常采用标准的U字型结构，其发射器和接收器分别位于U型槽的两边，并形成一光轴，当被检测物体经过U型槽且阻断光轴时，光电开关就产生了开关量信号。槽式光电开关比较适合检测高速运动的物体，并且它能分辨透明与半透明物体,使用安全可靠。光纤式：它采用塑料或玻璃光纤传感器来引导光线，可以对距离远的被检测物体进行检测。通常光纤传感器分为对射式和漫反射式。它们的工作光线示意图如图所示。图
37、11Fig.11 5 机器人主控制板硬件设计5.1主控板硬件实物图下图为实物图图12控制板实物图Fig.12 Physical Map Panel5.2 AVR电源模块AVR使用的是5V电源，对电源要求很高，过大的电源噪声很容易使得程序跑飞或者芯片烧毁，使用LM117稳压芯片能很好的解决这一问题下图所示是该电源模块的原理图图13 电源模块Fig.13 Power Module5.3 最小系统如图所示是LPC2103的最小工作系统原理图图14 最小系统Fig.14 Minimum System5.4 人机交互界面如图所示为人及交互界面的硬件设计其中包括键盘输入和12864液晶中文显示模块。图15
38、 人机交互Fig.15 HCI液晶中文显示模块12864简介 液晶显示模块是12864点阵的汉字图形型液晶显示模块，可显示汉字及图形，内置8192个中文汉字（16X16点阵）、128个字符（8X16点阵）及64X256点阵显示RAM（GDRAM）。可与CPU直接接口，提供两种界面来连接微处理机：8-位并行及串行两种连接方式。具有多种功能：光标显示、画面移位、睡眠模式等。 液晶中文显示模块12864引脚说明：引脚名称方向说明引脚名称方向说明1VSSGND15PSB0数据模式2VDDVCC(+5V)16NC空3V0背光亮度调整17/RST0复位（低电平有效）4RS0数据指令端口18NC空5R/W0
39、读写命令端口19LEDA背光源负极（GND）6E(SCLK)0使能端口20LEDK背光源正极（+5V）7-14方向1/0数据端口DB0-DB7液晶中文显示模块12864时序图下图为液晶中文显示模块12864的读操作时序和写操作时序，依据这些时序图和指令集可以对液晶中文显示模块12864进行读写操作，从而完成人机交互。 图16 读操作时序Fig.16 Read Timing图17 写操作时序Fig.17 Write Timing液晶中文显示模块12864的指令集 基本指令RSRWDB7DB6DB5DB4DB3BD2BD1BD0清除显示0000000001功能：清除显示屏幕，把DDRAM位址计数器
40、调整为“00H”基本指令RSRWDB7DB6DB5DB4DB3BD2BD1BD0地址归位000000001X功能：把DDRAM位址计数器调整为“00H”，游标回原点，该功能不影响显示DDRAM基本指令RSRWDB7DB6DB5DB4DB3BD2BD1BD0地址归位00000001I/DS功能：把DDRAM位址计数器调整为“00H”，游标回原点，该功能不影响显示DDRAM功能：执行该命令后，所设置的行将显示在屏幕的第一行。显示起始行是由Z地址计数器控制的，该命令自动将A0-A5位地址送入Z地址计数器，起始地址可以是0-63范围内任意一行。Z地址计数器具有循环计数功能，用于显示行扫描同步，当扫描完
41、一行后自动加一。基本指令RSRWDB7DB6DB5DB4DB3BD2BD1BD0显示状态开/关0000001DCB功能： D=1 整体显示ON； C=1 游标ON； B=1 游标位置ON；基本指令RSRWDB7DB6DB5DB4DB3BD2BD1BD0游标显示移位000000S/CR/LXX功能：设定游标的移动与显示的移位控制位：这个指令并不改变DDRAM的内容基本指令RSRWDB7DB6DB5DB4DB3BD2BD1BD0功能设定00001DLXREXX功能：DL=1（必须设为1） RE=1；扩充指令集动作； RE=0：基本指令集动作；基本指令RSRWDB7DB6DB5DB4DB3BD2BD1BD0CGRAM地址设定0001AC5AC4AC3AC2AC1AC0功能：设定CGRAM位址到位址计数器（AC）基本指令RSRWDB7DB6DB5DB4DB3
