TOP1 危險品處理機器人控制電路設計

　　本文首先簡要介紹了危險品危險品處理機器人的作用，機械手的結構形式，著重從控制系統與硬件設計介紹了危險品處理機器人機械手控制系統的設計與實現。最后給出了測得的機械手的各項技術指標。危險品處理機器人是用于危險彈藥夾持、拔出、搬運和放置作業，并可攜帶和放置的裝置。該項目的完成將解決長期困擾我軍的事故炮彈、戰爭遺留彈等危險彈藥安全處理問題。機械手是危險品處理機器人操作過程中直接與彈藥接觸的重要部件，主要用于執行對危險彈藥的夾持、拆除、搬運和放置作業， 機械手工作的穩定性直接決定著彈藥處理的成功率，因此機械手的設計至關重要。

　　PWM 管腳：DSP 的每個事件管理器都有與比較單元相關的PWM 電路，能夠產生六路帶可編程死區和輸出極性的PWM 輸出，但是都是成對輸出的，對于本控制器需要的獨立的輸出，每個事件管理器只有3 路，一個DSP 有兩個事件管理器，可以獨立的輸出6 路PWM 波。液壓控制器需要6 路PWM 波驅動電業比例閥，而伺服電機控制器需要4 路0-5V 的加速器信號調節電機轉速，在設計電路時將這兩種電路設計在一起，并制成印刷電路板，焊板時按每板的功能焊接即可，液壓控制器需要輸出PWM 波形，芯片用LM393 做比較器，此時電阻R19 和電容C71 不焊即可，但要有R21 上拉電阻，R17 和R18 將2 腳電壓分在1.7V 左右比較合適。伺服控制器需要輸出0-5V 電壓芯片用LM2904 做運放用，焊電阻R19 和電容C17不用MOS 管、R21 和外接電源，也不用焊R17，直接將DSP 輸出0-3.3V 電壓放大到0-5V 輸出。PWM/電壓輸出電路圖見圖1：

　　圖1 PWM/電壓輸出電路

　　IO 口：DSP 的數字I/O 口模塊具有控制專用I/O 和復用引腳的功能，可以輸出輸入高低電平信號，根據其功能將其設計成開關量輸出，輸入，并用其控制繼電器，作為控的開關。開關量輸入只要用電阻分壓即可，開關量輸出使用光耦隔離，本設計用的光耦PC817，比較適合DSP 使用。當DSP 輸出高電平時繼電器吸合，CNETA1 和CNETA2 兩腳導通繼電器電路圖見圖2：

　　圖2 繼電器電路圖

　　QEP 電路：DSP 的每個時間管理器都有一個正交編碼器脈沖（QEP）電路。當QEP電路被使能時可以對CAP1/QEP1 和CAP2/QEP2（對于EVA 模塊）引腳上的正交編碼輸入脈沖進行解碼和計數。正交編碼脈沖電路可用于連接光電編碼器以獲得旋轉機械的位置和速率。伺服電機控制器需要使用QEP 電路，由于一個伺服電機控制器需要控制4 臺伺服電機，所以碼盤信號使用74153 芯片選擇輸入，同時碼盤的每路信號都有正負兩根線通過運放放大后再到74153 選擇后輸入DSP，碼盤選擇電路見圖3：

　　圖3 碼盤選擇電路

　　其中W/R/IOPC0 為使能信號，XINT1/IOPA2 和XINT2/ADCSOC/IOPDO 構成選擇信號，74153 通過選擇信號的選擇碼選擇一對信號從7 腳和9 腳輸出給DSP。其他硬件電路設計包括電源、串口、CAN 總線和DSP 外圍接線等都是典型的設計。整個機器人車設計經過安裝調試，機械手完全符合設計要求，達到如下技術指標：最大作業幅度約2.5m；最大作業深度：地下1m；最大作業幅度下夾持提升力≤80kg；最大夾持彈藥直徑160mm；目前國內還沒有這種專業的處理危險品的機器人批量生產，本產品的成功完成為將來的批量生產奠定了堅實的基礎，市場潛力巨大。

　　接力競賽機器人系統電路設計

　　接力機器人機械部分采用遙控汽車，造型時尚，色彩華麗，車上裝配的火炬有“2008奧運”標志，內部七彩電子火焰舞動閃爍，令人賞心悅目。比賽開始，人工啟動第一輛機器人小車，車上火炬同時點亮，當遇到下一輛機器人小車時，下一輛機器人小車火炬自動點亮并啟動前進。為了渲染效果，在終點，還設計了艷麗鮮花構成的凱旋門，當機器人小車勝利到達終點凱旋門時，電路自動觸發燃放焰火，聲光相伴，具有很強的視覺沖擊力

　　電路原理：一片電機驅動電路L293D、一個紅外光電開關TCRT5000和一個電阻R2四樣東西就構成了具有循跡功能的最簡約的機器人。TCRT5000由一對相 “互隔開的紅外發射和接收二極管構成，TCRT5000朝下安裝在機器人小車底盤上。其中的發射二極管向地面發射紅外線，接收二極管接收從地面反射的紅外線。機器人使用了ATMAGE8單片機內部集成的模數轉換功能，不同顏色的地面反射紅外線的情況不同，因而接收二極管接收到的紅外線信號強度也就不同，通過ATMAGE8單片機進行模數轉換。

　　不同的紅外線信號強度轉換成不同的數值。據此就能識別地面的線跡，程序再通過電機驅動電路L293D控制車輪運動實現自動循跡。干簧管GHG是用來實現接力的，每輛車前端裝磁鐵，尾端裝干簧管，后車靠近前車時，后車前端的磁鐵作用于前車后端的干簧管，就傳遞了接力信號。紅外發射二極管D3和紅外接收二極管D4是用來配合機器人在完成接力后實現停車功能的。每輛車前端安裝紅外接收二極管D4，尾端安裝紅外發射二極管D3。當磁鐵作用于干簧管，傳遞了接力信號后，前車通過后端的紅外發射二極管D3發射紅外線，后車通過前端的紅外接收二極管D4接收到紅外線后就停止前進。

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