阶梯攀爬机器人

变形程序 void deform(){ int m; for(m=0;m<26;m++) { PWMDTY2=deform_table[m]; Delay(); if(PWMDTY2==25) break ; } }
恢复程序
void regain(){ int m,n; for(n=0;n<26;n++){ PWMDTY2= regain_table[n]; Delay(); if (PWMDTY2=0) break; } }
PWMCAE_CAE5=0; //左对齐输出 PWMPER5=3;//输出周期20kHZ=SA/1 PWMDTY5=0;//电机静止占空比为0 PWMCNT5=0;//计数器清零 PWME_PWME5=1;//通道5使能void DCMotor(int c,int d ) //电机控制 (3,0)反转,(0,3)正转 { PWMDTY4=c; PWMDTY5=d; }
电机驱动实物图
电机驱动原理图
4、超声波模块
HC-SR04超声波测距模块可提供2cm-400cm的 非接触式距离感测功能，测距精度可达高到3mm； 模块包括超声波发射器、接收器与控制电路。
HC-SR04实物图
HC-SR04原理图
5、稳压模块
LM2596开关电压调节器是降压型电源管理单片集成电路，能够 输出3A的驱动电流，同时具有很好的线性和负载调节特性。在特 定的输入电压和输出负载的条件下，输出电压的误差可以保证在 ±4%的范围内，振荡频率误差在±15%的范围内。
稳压模块实物图
稳压模块原理图
6、舵机控制电路
舵机常用的控制信号是一个周期为20毫秒左右，宽度为1毫秒到2毫秒 的脉冲信号。当舵机收到该信号后，会马上激发出一个与之相同的，宽度 为1.5毫秒的负向标准的中位脉冲。之后二个脉冲在一个加法器中进行相加 得到了所谓的差值脉冲。输入信号脉冲如果宽于负向的标准脉冲，得到的 就是正的差值脉冲。如果输入脉冲比标准脉冲窄，相加后得到的肯定是负 的脉冲。此差值脉冲放大后就是驱动舵机正反转动的动力信号。舵机电机 的转动，通过齿轮组减速后，同时驱动转盘和标准脉冲宽度调节电位器转 动。直到标准脉冲与输入脉冲宽度完全相同时，差值脉冲消失时才会停止 转动。
差速器三维效果图
6、底盘
底盘作用是支承、安装汽车发动机及其各部件、总成， 形成汽车的整体造型，并接受发动机的动力，使汽车产生 运动，保证正常行驶
底盘三维效果图
三、电路部分
1、特色创新设计-控制系统方案原理图
2、主控芯片
MC9S12XS128是16位单片机，由 16位中央处理单元（CPU12X）、 128KB程序Flash(P-lash)、8KB RAM、 8KB数据Flash(D-lash)组成片内存储器。 主要功能模包括：内部存储器、 内部PLL锁相环模块、2个异步串口通 讯SCI 、1个串行外设接口SPI 、 MSCAN 模块、1个8通道输入/输出比 较定时器模块TIM 、周期中断定时器 模块PIT、 16通道A/D转换模块ADC 、 1个8通道脉冲宽度调制模块PWM 、 输入/输出数字I/O口
超声波时序图
2、超声波测距程序
PORTA_PA0 = 1;//给控制端高电平 delay(10); //高电平保持10us PORTA_PA0 = 0;//控制端拉低 while(1) { if(PORTA_PA1 == 1) break; //等待 if(PORTA_PA1 == 0) Count1++; if(Count1 >= 400){Error_Flag1 = 1;return 0;} } Time1 = 0; PITCFLMT_PITE=1; //定时器使能 PITCE_PCE0=1; //定时器0使能 PITINTE_PINTE0=1; //定时器中断0使 能 EnableInterrupts //开中断 while(1) { if(PORTA_PA1 == 0) break; // 等待 if(Time1 >= 5000) {Error_Flag1 = 1;return 0;} //超时 } DisableInterrupts //关中断
正常状态
变形状态
2、 变形轮变形机构
安装在内盘上的舵机通过控制转动 轴，将舵机转过的角度值传递给变形轮的 轮毂，以实现用单片机控制舵机角度来控 制变形轮的变形与恢复。
变形机构原理图
变形机构三维图
变形轮实物
3、特色创新设计-重心调节机构
重心调节机构是一个多杆机构，单片机通过控制 舵机的转动带动连杆摆动，以实现重心调节机构调 节整车的重心位置，从而达到机器人在攀爬阶梯的 时候重心靠前。
5、电机与舵机控制程序
电机控制程序
PWMCTL_CON45=0;//45不级联 //通道4初始化 PWMCLK_PCLK4=1;//选择时钟SA PWMPOL_PPOL4=1;//初始电平为高 PWMCAE_CAE4=0; //左对齐输出 PWMPER4=3;//输出周期20kHZ=SA/1 PWMDTY4=0;// PWMCNT4=0;//计数器清零 PWME_PWME4=1;//通道4使能 /**********************/ //通道5初始化 PWMCLK_PCLK5=1;//选择时钟A PWMPOL_PPOL5=1;//初始电平为高
机器人三维效果图
机器人实物图
一、机械部分
1、特色创新设计-变形轮 楼梯攀爬智能机器人的主要创新机构是变形轮的设计，当车体在 平地运行时，车轮为圆形轮毂式，通过电动机驱动使机器人前进或停 止或后退，当超声波模块检测到到达阶梯时，机器人停止前进，单片 机控制舵机使变形轮变形为三角形，接着机器人开始攀爬楼梯。通过 实验计算，在此形状运行下车轮攀爬效果明显，所需要的驱动力小。
重心调节机构三维效果图
重心调节机构实物图
4、转向机构设计
安装在底盘上的舵机与连杆相连，控制 平行四边形转向机构实现转向，单片机控 制舵机逆时针转动时，转向机构向右转， 舵机顺时针转动时，转向机图
转向机构实物图
5、传动系统
直流减速电机经过一级减速箱双向输出给 传动轴，前后两根传动轴将动力传送给前后桥 差速器，差速器经减速后输出给轮子上的输出 轴以驱动轮子转动。创新点：通过电磁离合器 的作用实现传动两驱变四驱。
阶梯攀爬智能机器人简介
一、阶梯攀爬机器人简介
阶梯攀爬智能机器人是一种 可以在陆地和阶梯间任意前行 的机器人。攀爬机器人主要由 主控电路板、电机驱动板、超 声波测距模块、变形轮、转向 机构、底板以及重心转移机构 组成。在平路上变形轮以不变 形的状态像汽车一样可以在平 路上以一定速度前行，在前行 的过程中四个超声波传感器检 测障碍物，四个传感器测得的 距离经程序处理后来控制机器 人该执行相应的程序。在遇到 障碍物的时候，由舵机控制转 向机构或者变形轮上的舵机动 作，以实现机器人绕过障碍物 或者是越过障碍物。 主要创新点：变形轮的设计。
舵机原理图
SR-811舵机
四、软件部分
1、超声波测距时序图
(1)采用IO口TRIG触发测距，给最少10us的高电平信呈。 (2) 模块自动发送8个40khz的方波，自动检测是否有信号返回； (3)有信号 返回，通过IO口ECHO输出一个高电平，高电平持续的时间就是超声波从 发射到返回的时间。测试距离=(高电平时间*声速(340M/S))/2。
/************************************/ //通道1初始化 PWMCLK_PCLK1=1;//选择时钟SA PWMPOL_PPOL1=1;//初始电平为高 PWMCAE_CAE1=0; //左对齐输出 PWMPER1=200;//输出周期50HZ=SA/200 PWMDTY1=14;//舵机静止占空比为 7.5%=15/200 PWMCNT1=0;//计数器清零 PWME_PWME1=1;//通道1使能 /************************************/
传动系统三维效果图
5、1一级减速箱
直流减速电机经过减速比2.8的减速箱减速后双 向输出给前后两个传动轴。
一级减速箱三维效果图
一级减速箱实物图
5.2前后桥差速器
汽车在拐弯时车轮的轨线是圆弧，如果汽车向左转弯，圆弧的中 心点在左侧，在相同的时间里，右侧轮子走的弧线比左侧轮子长，为 了平衡这个差异，就要左边轮子慢一点，右边轮子快一点，用不同的 转速来弥补距离的差异。 减速电机的转速经前传动轴传送扫差速器的输入轴，经伞齿和行 星轮系减速后输出到输出轴。
3、PWM初始化流程图
4、PWM初始化程序
void PWM_Init(void) { PWME=0x00;//禁止通道 PWMPRCLK=0x33;//A=B=24/8=3MHZ PWMSCLA=150;//SA=A/2/150=10kHZ PWMSCLB=150;//SB=B/2/150=10kHZ /********************************/ PWMCTL_CON01=0;//01不级联 //通道0初始化 PWMCLK_PCLK0=1;//选择时钟SA PWMPOL_PPOL0=1;//初始电平为高 PWMCAE_CAE0=0; //左对齐输出 PWMPER0=200;//输出周期 50HZ=SA/200 PWMDTY0=12;//舵机静止占空比 7.5%=15/200 PWMCNT0=0;//计数器清零 PWME_PWME0=1;//通道0使能 /********************************/
阶梯攀爬智能机器人
---自动控制电路设计
指导教师：杨 萍 李翠明 许军山
主 讲：梁俊峰 成 员：常 明 黄志发 苏军昌
2013年6月
设计内容
一、阶梯攀爬机器人简介 二、机械部分介绍 变形轮、转向机构、传动系统、 重心调节机构、 底盘。 三、机器人电路硬件设计 控制系统方案设计、主控芯片、电机驱动、 电源、舵机。 四、机器人软件设计 超声波测距程序、系统初始化程序、 电机舵机控制程序。