单片机机器人设计 第6页
单片机机器人设计 第6页
RCX不仅可以通过红外发射仪与计算机通信，还可以通过红外收发与其它RCX通信，通过互联网通信，配合丰富多彩的乐高积木和乐高传感器或第三方的仪器设备，适合高校组建创新实验室或机器人课程，让学生们动手创造各种大型机电一体化系统，将抽象的理论知识和构思化为具体的模型。计算机高手们则试图用各种官方或非官门的语言控制RCX，如 C、VB、NQC、Java、LegOS、pbForth等。
作为控制模块和微型电脑，RCX可用于机器人系统模型的输入和输出控制。使用ROBOLAB软件在PC机或苹果机上编写程序，通过连接在计算机串口上的红外线发射仪将程序下载到RCX，RCX即可脱离计算机，独立执行程序，控制一系列输入和输出，来响应周围环境并做出正确的动作。
基于计算机的数据采集。RCX不仅是机器人的大脑，还可作为一个微型便携式计算机连接各种工业传感器，可以采集、储存数据，可以实时上传数据至计算机，人们可以在计算机上进行数据采集、分析和显示。
乐高公司提供了多种微型电器如红外发射器,触碰传感器，马达，光电传感器等。
传感器，是机器人的感觉器官，是机器人和现实世界之间的纽带，使机器人能感知周围的环境情况。其主要有：光电传感器、红外传感器、力传感器、超声波传感器、位置和姿态传感器等等。下面我将就几种常用传感器进行介绍：
1、光电传感器：光电传感器的原理是光电效应。其主要用途是颜色识别（机器人就可以沿着地上的线条行进了）和光电编码等。
2、红外传感器：红外传感器是用来测量距离和感知周围情况的。因为发射出去的红外信号在一定距离内遇到物体就会反射回来。通过发送红外线信号，并接收反射回来的信号，机器人就可以感知前方或身体周围的情况，做出相应的调整（如：倒退或绕行等）。
3、力传感器：力传感器是用来检测碰撞或者接触信号的，比如机械手的应用，当你放一个东西到机械手的时候，机械手自动抓住它，它就需要力传感器检测东西抓的紧不紧。典型的力传感器是微动开关和压敏传感器。微动开关其实就是一个小开关，通过调节开关上的杠杆长短，能够调节触动开关的力的大小。用来做碰撞检测这是最好不过了。但是这种传感器必须事先确定好力的阀值，也就是说只能实现硬件控制（开还控制）。而压敏传感器是能根据受力大小，自动调节输出电压或者电流，从而可以实现软件控制（闭环控制）。
4、超声波传感器：超声波传感器是从蝙蝠那里学来的，通过把发射出的信号与接收到的信号进行对比，就可以测定周围是否有障碍物，及障碍物的距离，也属于距离探测传感器，能提供交远的探测范围，而且还能提供在一个范围内的探测而不是一条线的探测。
5、位置和姿态传感器：机器人在移动或者动作的时候必须时时刻刻知道自己的姿态动作，否则就会产生控制中的一个开环问题，没有反馈，无法获知运动是否正确。 位置传感器和姿态传感器就是用来解决这个问题的。常用的有光电编码器，由于机器人的执行机构一般是电机驱动，通过计算电机转的圈数，可以得出电机带动部件的大致位置，编码器就是这样一种传感器，它一般和电机轴或者转动部件直接连接，电机或者转动部件转了多少圈或者角度能够通过编码器读出，控制软件再根据读出数据进行位置估计计算。还有一种是陀螺仪，这是利用陀螺原理制作的传感器，主要可以测得移动机器人的移动加速度，转过的角度等信息。
（三）、机器人的腿——驱动器与驱动轮
驱动器就是驱动机器人的动的部件。最常用的是电机了。当然还有液压，气动等别的驱动方式。一个机器人最主要的控制量就是控制机器人的移动，无论是自身的移动还是手臂等关节的移动，所以机器人驱动器中最根本和本质的问题就是控制电机，控制电机转的圈数，就可以控制机器人移动的距离和方向，机械手臂的弯曲的程度或者移动的距离等。所以，第一个要解决的问题就是如何让电机能根据自己的意图转动。一般来说，有专门的控制卡和控制芯片来进行控制的。有了这些控制卡和芯片，我们所要做的就是把微控制器和这些连接起来，然后就可以用程序来控制电机了。第二个问题是控制电机的速度，在机器人上的实际表现就是机器人或者手臂的实际运动速度了，机器人走的快慢全靠电机的转速，这样，我们就要求控制卡对电机有速度控制。电机目前常用的有两种，步进电机和直流电机。下面我将就这两种电机进行介绍：
1、直流电机：这是最最普通的电机了。直流电机最大的问题是你没法精确控制电机转的圈数，也就前面所说的位置控制。你必须加上一个编码盘，来进行反馈，来获得实际转的圈数。但是直流电机的速度控制相对就比较简单，用一种叫PWM（脉宽调速）的调速方法可以很轻松的调节电机速度。现在也有很多控制芯片带调速功能的。选购时要考虑的参数是电机的输出力矩，电机的功率，电机的最高转速。
2、步进电机：看名字就知道了，它是一步一步前进的。也就是说，它可以一个角度一个角度旋转，不象直流电机，你可以很轻松的调节步进电机的转角位置，如果你发一个转10圈的指令，步进电机就不会转11圈，但是如果是直流电机，由于惯性作用，它可能转11圈半。步进电机的调速是通过控制电机的频率来获得的。一般控制信号频率越高，电机转的越快，频率越低，转的越慢。选购时要考虑的参数是电机的输出力矩，电机的功率，每个脉冲电机的最小转角。
还有就是关于输出的动力，要说明一下：一般情况下，电机都没法直接带动轮子或者手臂，因为速度过高力矩不够大，所以我们需要加上一个减速箱来增加电机的输出力矩，但是代价是电机速度的减小，比如一个1：250的齿轮箱，会让你电机的输出力矩增大250倍，但是速度只有原来的1/250了。首先计算出机器人所需要的速度与力矩大小，然后根据速度与力矩去选择电机与减速器。
机械传动专制就是，由电机驱动的一些杆件和机构（如：凸轮机构、螺杆机构等），用以实现机械手臂的上升、下降、伸缩、弯曲等动作。通常运用的机构有四杆机构、凸轮机构、螺杆机构、摇臂等。
电池为机器人的控制系统与驱动系统提供能源供应。主要有：电瓶及可充电电池、电池。
前面介绍了机器人的一些基本知识，但这是远远不够的。机器人学科，是在多学科基础上发展起来的综合性技术。机器人技术涉及机械、电子、计算机、语言学和人工智能等许多学科。现在机器人已经应用在人类社会生活的各个领域，发挥着越来越重要的影响。
我利用暑假的时间设计了一个六足爬虫机器人，用日立（HITACHI）的录像机遥控器来对它进行控制。基本原理是：遥控器发出红外学号，机器人通过红外接收器接收倒红外信号后，对信号进行解码，并以存储的代码进行比较，确定指令的含义，后可以实现前进、后退、左转、右转及发声等功能。控制系统我使用的是AT89S51单片机，编程语言使用的是汇编语言，动力系统使用的是微型伺服马达，能源系统使用的是9V电池。下面我将就具体设计进行介绍。
一、AT89S51单片机简介
AT89S51 为 ATMEL 所生产的可电气烧录清洗的 8051 相容单芯片，其内部程序代码容量为4KB
（一）、AT89S51主要功能列举如下：
1、为一般控制应用的 8 位单芯片
2、晶片内部具时钟振荡器（传统最高工作频率可至 12MHz）
3、内部程式存储器（ROM）为 4KB
4、内部数据存储器（RAM）为 128B
5、外部程序存储器可扩充至 64KB
6、外部数据存储器可扩充至 64KB
7、32 条双向输入输出线，且每条均可以单独做 I/O 的控制
8、5 个中断向量源
9、2 组独立的 16 位定时器
10、1 个全多工串行通信端口
11、8751 及 8752 单芯片具有数据保密的功能
12、单芯片提供位逻辑运算指令
（二）、AT89S51各引脚功能介绍：
AT89S51 电源正端输入，接+5V。
VSS：
电源地端。
XTAL1：
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