基于单片机的六足机器人控制软件设计--毕业论文

基于单片机的六足机器人控制软件设计--毕业论文内容摘要：

增强：单片机的处理性能取决于其内部 数据总线宽度、指令执行速度、片内存储器容量等指标。 近几年发展起来的 16 位和 32位单片机就体现了这个发展趋势。 2增强功能：未来单片机的增强功能主要在网络功能。 A/D 和 D/A 功能、ISP 功能、 DMA 功能、显示器驱动等方面 另外为了能有效地保护嵌入式系统的知识产权 ，对单片机内部软件的加密是必要的，单片机的内部的程序代码存储器带有加密特性是单片机的一种增强功能。 3高集成度：随着集成电路技术的和工艺的不断提高，单片机技术的发展及 其应用领域不断拓展提高单片机的集成度，增加片内功能器件，减少外围器件的扩展，实现真正的“单片”系统已成为发展趋势集成更多的 I/O端口和特殊接口，直接驱动 LED、 VFD、 LCD 等显示器，带有直接中断方式键盘端口等。 近年来，单片机结合专用集成电路（ Application Specific Integrated Circuit, ASIC）和精简指令集计算机（ Reduced Instruction Set Computer, RISC）技术，发展为嵌入式处理器（ Embedded Processor），适用于数据 与数值分析、信号处理、智能机器人及图像处理等高技术领域。 毕业设计论文 6 AT89S51 单片机特点 由于我做的小实验用的是 AT89S51 单片机所以下面我就详细介绍 AT89S51通过它来反映单片机的开发应用过程。 我们知道 Atmel 公司的单片机主要为 89C5 89C5 89C205 89C55WD 等 以及高性能的 AT89LV5 AT89C405 AT89S5 AT89S52 AT89S53 等 我所用的 AT89S51 是 一个 低 功 耗， 高 性能 的 8 位 单 片机 片 内含 有8KISPD(insystem programmable Downloadable)串行编程可反复擦写 1000 次的Flash 只读程序存储器器件采用 ATMEI 公司的高密度、非易失性存储技术制造，兼容标准的 MCS51 指令系统及 80C51 引脚的结构，芯片内集成了通用 8位中央处理器和 ISP Flash 存储单元， AT89S51 具有以下特性： 兼容 MCS51 指令系统， 32 个双向 I/O口， 2 个 16 位可编程定时 /计数器、全双工 UART 串行中断口线、两个外部中断源、中断唤醒省电模式、看门狗 (WDT)电路、灵 活的 ISP 字节和分页编程、 4KB可反复擦写 ISP Flash ROM、 — 工作电压、时钟频率 0— 3MHZ、 128*8bit 内部 RAM、低功耗空闲和省电模式、三级加密位、软件空闲和省电功能、双数据寄存器指针。 功能强大的 AT89S51 可为许多嵌入式应用式控制性应用系统提供高性价比的解决方案。 毕业设计论文 7 AT89S51 管脚介绍： •EA/VPP：访问外部程序存储器控制信号 /编程电源 •ALE/PROG：低 8位地址锁存信号 /编程脉 GND：地线。 VCC： +5 V 电源。 RST/VPD：复位 、 备用 电 源 RXD：串行通信收 接口 (SCI) TXD：串行通信发 接口 (SCI) INT0 外部中断 0 INT1 外部中断 1 T0定时器 0 TXAL2 接外部晶振 T1定时器 1 TXAL1 接外部晶振 ～ ： P0 口 8位双向口线。 ～ ： P1口 8位双向口线。 ～ ： P2口 8位双向口线。 ～ ： P3口 8位双向口线。 毕业设计论文 8 三 、 六足 机器人 简介 仿生六足机器人的原理 六足仿生机器人采用六足昆虫的行走步态 , 步行时把 6 条足分为两组 , 以一边的前足后足与另一边的中足为一组 ,形成一个三角架支撑机体。 因此在同一时间 ,只有一组的 3 条足起支撑作用 ,前足用爪固定物体后拉动虫体前进 ,中足用以支撑并举起所属一边的身体 ,后足则推动机体前进 ,同时使机体转向。 行走时机体向前 ,并稍向外转 ,3 条足同时行动 , 然后再与另一组 3 条足交替进行 [2 ]。 直线行走时的步态如图 1 所示。 机器人开始运动时左侧的 2 号腿和右侧的 6 号腿抬起 , 准备向前摆动 ,另外 3 条腿 5 处于支撑状态 ,支撑机器人本体确保机器人的原有重心位置处于 3 条支撑腿所构成的三角形内 , 使机器人处于稳定状态不至于摔倒 , 见图 1a。 摆动腿 6 向前跨步 ,见图 1b , 支撑腿 5 一 面支撑机器人本体 ,一面在小型直流驱动电机和皮带传动机构的作用下驱动机器人本体 , 使机器人机体向前运动一个半步长 S ,见图 1c。 在机器人机体移动到位 时 ,摆动腿 6 立即放下 ,呈支撑态。 使机器人的重心位置处于 6 三条支撑腿所构成的三角形稳定区内 ,原来的支撑腿 5 已抬起并准备向前跨步 ,见图 1d 摆动腿 5 向前跨步 ,见图 1e ,支撑腿 6 此时一面支撑机器人本体 ,一面驱动机器人机体使机器人机体向前运动一个步长 S ,见图 1f ,如此不断重复步态 a b c d e f a ,循环往复实现机器人不断向 前运动 图 1 机器人步态示意图 毕业设计论文 9 控制板简介： 除了机器人机体本身以外，还有很重要的一个部 分就是机器人的控制器系统。 汉库生产的控制板具有很好的操作性。 在中国，大学里教授最为广泛的单片机应该就是 MCS51。 我们的控制板采用 STC12T54 单片机，指令周期大大缩减，运行效率大大提高。 这样做是为了我们的机器人能够作出更加完美的动作，或者加入一些新型的传感器，使机器人“感知”这个世界。 控制板的俯视图如下图所示 控制板连线见下图： 此控制板所用主要器件简介 1 关于电平特性 数字电路中只有两种电平：高和低 STC12C5410AD 毕业设计论文 10 单片机为 TTL 电平：高 +5V 低 0V RS232 电平：计算机的串口 高 12V 低 +12V 所以计算机与单片机之间通讯时需要加电平转换芯片 max232。 Max 系统工作如下图所示： 2 STC12C5410AD 芯片机器最小工作系统图： 毕业设计论文 11 舵机 简介 ： 舵机本身是一个位置随动系统。 它是由舵盘、减速齿轮组、位置反馈电位计、直流电机和控制电路组成的。 通过内部的位置反馈，使它的舵盘输出转角正比于给定的控制信号，因此对于它的控制可以使用开环控制方式。 舵机 体积十分小巧。 机器人使用它是非常合适的。 由于六足机器人用到了八位单片机，我们的舵机需 要的是方波信号。 单片机的精度直接影响了舵机的控制精度 ， PWM 信号为脉宽调制信号，其特点在于他的上升沿与下降沿之间的时间宽度 目前，北京汉库科技的 HG14M 舵机可能是这个过渡时期的产物，它采用传统的 PWM 协议，优缺点一目了然。 优点是已经产业化，成本较低，旋转角度大（目前所生产的都可达到 185 度）；缺点是控制比较复杂，毕竟采用 PWM 格式。 但是它是一款数字型的舵机，其对 PWM 信号的要求较低： （ 1） 不用随时接收指令，减少 CPU的疲劳程度； 可以位置自锁、位置跟踪，这方面超越了普通的步进电机 其 PWM 格式注意的几个 要点 ： （ 1） 上升沿最少为 ，为 之间；（对应舵机旋转 0180 度） （ 2） HG14M 数字舵机下降沿时间没要求，目前采用 就行 ；也就是说 PWM波形可以是一个周期 1mS 的标准方波； HG0680 为塑料齿轮模拟舵机，其要求连续供给 PWM 信号；它也可以输入一个周期为 1mS 的标准方波，这时表现出来的跟随性能很好、很紧密 PWM 的控制精度控制 我们采用的是 8 位 STC12C5410ADCPU，其数据分辨率为 256，那么经过舵机极限参数实验，得到应该将其划分为 250 份。