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基于A(yíng)RM的自主式移動(dòng)機器人設計
作者：
時(shí)間：2013-10-21
來(lái)源：網(wǎng)絡(luò )
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自主式移動(dòng)機器人系統是指根據指令任務(wù)及環(huán)境信息進(jìn)行自主路徑規劃，并且在任務(wù)執行過(guò)程中不斷采集局部環(huán)境信息，做出決策，從而實(shí)現安全行駛并準確到達目標地點(diǎn)的智能系統。本文以L(fǎng)PC2119為控制核心，介紹了一種輪式移動(dòng)機器人的設計方案。該機器人系統應用超聲傳感器、光敏傳感器、碰撞傳感器采集外部環(huán)境信息，采用PTR2000實(shí)現移動(dòng)機器人與計算機通信，從而實(shí)現現場(chǎng)信息的反饋和計算機控制命令的發(fā)送。
LPC2119是Philips公司推出的支持實(shí)時(shí)仿真和跟蹤的ARM7TDMI-S微處理器，嵌入128KB高速Flash存儲器。它采用3級流水線(xiàn)技術(shù)，取指、譯碼和執行同時(shí)進(jìn)行，能夠并行處理指令，提高CPU運行速度。由于其具有非常小的尺寸和極低的功耗，非常適合小型化應用。片內多達64KB的SRAM，具有較大的緩沖區規模和強大的處理能力。LPC2119內部集成2個(gè)CAN控制器、2個(gè)32位定時(shí)計數器和4個(gè)ADC單元電路。
1 硬件結構
控制器LPC2119主要用來(lái)產(chǎn)生2路PWM信號以及處理傳感器信息，實(shí)現對小車(chē)的智能控制。本系統采用IR2110作為H橋電路驅動(dòng)芯片，用4片STP60NE06搭接H橋電路驅動(dòng)直流電機，并利用光電編碼器檢測電機轉速；采用16路超聲傳感器系統作為系統的避碰和簡(jiǎn)單測距；采用光敏傳感器實(shí)現機器人對光源的感知和尋找；采用碰撞傳感器感知碰撞，使機器人能做出急時(shí)處理；采用無(wú)線(xiàn)通信芯片PTR2000實(shí)現機器人與計算機的無(wú)線(xiàn)通信。
1.1 電機的PWM控制
IR2110是美國IR(International Rectifier)公司推出的一種雙通道、高壓、高速的功率器件柵極驅動(dòng)的單片式集成驅動(dòng)器。它把驅動(dòng)高壓側和低壓側MOSFET或IGBT所需的絕大部分功能集成在一個(gè)高性能的封裝內，外接很少的分立元件即能提供極快的開(kāi)關(guān)速度和極低的功耗。其特點(diǎn)在于：將輸入邏輯信號轉換成同相位低阻抗輸出驅動(dòng)信號，可驅動(dòng)同一橋臂上的2路輸出，驅動(dòng)能力強，響應速度快；工作電壓較高，可達600V；內設欠壓封鎖；成本低、易于調試；電路芯片體積小，為DIP14封裝。高壓側驅動(dòng)采用外部自舉電容上電，與其他IC驅動(dòng)電路相比，在設計上大大減少了驅動(dòng)變壓器和電容的數目，降低了產(chǎn)品成本，減小了體積，提高了系統的可靠性。這種適用于驅動(dòng)功率MOSFET和IGBT的自舉式集成電路，在電源變換、電機調速等功率驅動(dòng)領(lǐng)域中獲得了廣泛的應用。
LPC2119單片機的PWM功能建立在標準定時(shí)器上，它具有32位的定時(shí)控制器及預分頻控制器、7個(gè)匹配控制器，可實(shí)現6個(gè)單邊PWM或3個(gè)雙邊PWM輸出，也可以使用這兩種類(lèi)型的混合輸出。此系統使用端口PWM0和PWM1輸出兩路PWM信號，分別控制移動(dòng)機器人的2個(gè)驅動(dòng)電機。PWM信號經(jīng)過(guò)光電耦合器形成兩路相位相差180°的信號加到IR2110的HIN和LIN引腳上，實(shí)現對同一橋臂上的兩個(gè)MOSFET開(kāi)關(guān)的控制，原理如圖1所示。
HIN為高電平期間，Q1、Q4導通，在直流電機上加正向工作電壓；HIN為低電平期間，LIN端輸入高電平，Q2、Q3導通，在直流電機上加反向工作電壓。因此電樞上的工作電壓是雙極性矩形脈沖波形。由于機械慣性的作用，矩形脈沖電壓的平均值決定電動(dòng)機的轉向和轉速。
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