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利用單片機MSP430作為控制核心實現(xiàn)六自由度自動尋跡機械人的設計
2022-06-20

本系統(tǒng)為單片機的尋跡機器人系統(tǒng)，主要應用單片機MSP430作為控制核心，直流電機、舵機、一體紅外接收頭等相結(jié)合的系統(tǒng)。這個系統(tǒng)軟硬件設計簡單，易于開發(fā)，嚴格控制各種元件的采購成本，所以價格低廉，安全可靠，操作方便。 1 系統(tǒng)原理 1.1 自動尋跡模塊的系統(tǒng)原理 本設計中自動尋跡模塊主要由單片機及其外同電路、紅外尋跡電路、直流電機控制電路等組成。正常工作時，單片機循環(huán)檢測紅外尋跡電路輸出信號，據(jù)此產(chǎn)生直流電機控制信號，當系統(tǒng)檢測到工作方式發(fā)生改變時，系統(tǒng)進入相應方式。其原理框圖如圖1、圖2所示。 圖1 自動尋跡模塊原理框圖 圖2 自動尋跡模塊原理框圖 1.2 六自由度機械手模塊的系統(tǒng)原理 系統(tǒng)的設計采用模塊化的方法，將機械于劃分為基座、手臂、手腕、手部4部分。控制器以MSP430單片機為主控制器，具體控制部分框圖見圖3。 圖3 六自由度模塊的原理框圖 2 系統(tǒng)設計 2.1 自動尋跡模塊硬件設計 1）基本單片機系統(tǒng) 尋跡機器人系統(tǒng)的控制核心，一般情況下以MSP430單片機片內(nèi)的基本硬件資源為主，有必要時再擴展部分外部器件。在本設計中需要完成的控制比較簡單，以單片機片內(nèi)的基本硬件資源完全可以實現(xiàn)，因此不需擴展。 2）放大信號電路 采用LM324控制，LM324是四運放集成電路，它采用14腳雙列直插塑料封裝，內(nèi)部包含四組形式完全相同的運算放大器，除電源共用外，四組運放相互獨立。 3）電動機驅(qū)動電路 所選用的電動機為普通的直流電機，在MSP430單片機的控制下，可接一個電機驅(qū)動芯片或者通過其他的一些原件可使電機轉(zhuǎn)動。本系統(tǒng)為了設計簡單，采用其他方式代替了電路驅(qū)動芯片。 2.2 六自由度機械手模塊硬件設計 六自由度機械手是由6個伺服電機驅(qū)動的機器手臂。除了構(gòu)成手臂的4個關(guān)節(jié)、手腕1個關(guān)節(jié)外，再加上手部的夾持，實現(xiàn)了1個機械手的機械結(jié)構(gòu)。 該控制模塊采用5 V直流電源分別為單片機和機械手臂的電機供電，電路包括手動復位電路、晶振電路、矩陣鍵盤、用以控制單片機轉(zhuǎn)角的控制的獨立鍵盤、伺服電機接入口，并可通過顯示屏顯示被選電機標識號和該電機轉(zhuǎn)動的角度。 3 軟件設計 本系統(tǒng)的軟件設計面向硬件，選用C語言編程。最主要部分是單片機控制電機轉(zhuǎn)動（包括正轉(zhuǎn)反轉(zhuǎn)）、時間的延遲和PID算法，具體的設計流程圖見圖4和圖5。 圖4 自動尋跡模塊控制流程圖 圖5 六自由度模塊流程圖 4 系統(tǒng)調(diào)試 1）程序編完后，對代碼仔細逐行檢查。檢查代碼的錯誤，建立自己的代碼檢查表，對經(jīng)常易錯的地方進行檢查。檢查代碼是否符合編程規(guī)范。 2）調(diào)試程序看是否能仿真，如果運行正常再將在編譯器中調(diào)試好的程序燒寫至單片機。 3）在接上電源時，觀察整體電路是否按照預計設計的運作，電機是否正轉(zhuǎn)，電機是否反轉(zhuǎn)等。可根據(jù)電路的運行情況推測出程序出錯的部分，修改程序后再經(jīng)過編譯器調(diào)試后燒到單片機，反復檢測直到能工作完全正常。

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