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智能灭火机器人硬件电路的设计 - 机器人技术电路设计图集锦

接线图 2023年02月01日 21:10 312 admin

  TOP3 智能灭火机器人硬件电路的设计

  为实现机器人高速精确地按照规定路径行走,要求机器人的CPU能够实时迅速地读取多个传感器端口数值,并在较短的时间内完成对各端口数值的存储、运算和输出等多种任务。由于嵌入式微处理器对实时任务具有很强的支持能力,能够完成多任务并且具有较短的中断响应,因此在设计过程中选用以嵌入式微处理器ARM9为核心的控制器,其内部采用哈佛结构,每秒可执行一亿一千万条机器指令。本设计还设置了 4路PWM控制信号输出端口,用以驱动4路大功率直流电机,实现对转速的精确调节;此外,还设置了7路Do数字输出端口,用以驱动伺服电机、蜂鸣器、继电器、发光二极管等。为了给庞大和复杂的程序提供更多的执行空间,本设计附加设置了100 KB的数据存储器(RAM)和512 KB的程序存储器(Flash ROM),用以存储更多的数据和命令。

  电源是保证机器人稳定、可靠运行的关键部件,它直接影响着机器人性能的好坏。由于本机器人电机驱动和控制器采用两种不同等级电压的电源,为避免2个电源相互干扰,本机器人采用双电源供电系统:电机电源采用高放电倍率聚合物锂电池,容量为2 500 MAH,工作电压为24 V,能提供40 A的稳定供电电流,是普通电池的10倍;控制器电源采用8.4 V锂电池,并提供电压采样端口,以供电池检测,电路图如图2所示。

  智能灭火机器人硬件电路的设计 - 机器人技术电路设计图集锦  第1张

  为获得CPU各端口电路所需要的不同等级的电压,本设计采用 1个LM317T三端稳压器和2个AMS1117低压差线性电压调整器,并通过其附属电路,得到精确稳定的5 V、3.3 V、1.8 V 三种电压;采用1个发光二极管LD1和限流电阻R5作为电源指示灯,以显示电源开关的状态;为实时采样电源电压,防止锂电池过放或过充,设计中通过R1、 R2分压,引出AD19端口作为电源采样端口。

  直流电机驱动电路设计

  由于电机功率较大,并要求能实现双向、可调速运行,本文设计了半桥式电力MOSFET管,成功实现了对电机的控制。如图3所示,2路PWM信号通过 IR2104半桥驱动器(half-bridge driver)和相应保护电路连接至型号为IRF2807 的MOSFET管,控制电源与电动机连接线路的通与断,达到控制电机速度的目的。当PWM信号占空比较大时,线路导通时间长,电机速度大;相反,当PWM 占空比较小时,线路导通时间短,电机速度小。4个MOSFET管在不同时刻导通组合,实现控制电机转动方向:当MSFET管1和4导通时,电机端口1为正、2为负,电机正转;当MOSFET管2和3导通时,电机端口2为正、1为负,电机反转。

  智能灭火机器人硬件电路的设计 - 机器人技术电路设计图集锦  第2张

  远红外火焰传感器组电路设计

  为能完成灭火任务,机器人必须能确定火焰的大致位置,并能对火焰是否被扑灭做出判断。本文设计了由28个红外接收管组成的2个远红外火焰传感器组,前后每个方位各有14个红外接收管组成,每2个并联并指相同一个方向,2个传感器组共指向14个方向,可以覆盖360°范围。如图所示,14个端口通过 CD4051八路转换开关连接至ATMEGA8—16PC单片机,其中 SCK、MISO、MOSI为位选择端口。此外,本设计还可以通过对14路读取数据进行比较,从而确定其最大最小值及相应端口值,方便火源方位的确定。

  智能灭火机器人硬件电路的设计 - 机器人技术电路设计图集锦  第3张

  通过对远红外传感器组的不同端口值的比较,还可以确定机器人和火源的相对位置,以判断前进方向,完成趋光动作。当机器人与火源相对位置如图5(b)所示时,可以读取端口2和端口4的值,并进行作差,端口2的值大于端口4(说明2更靠近火源),则执行左拐命令,使其差值在一定范围内,然后执行直行命令趋近火源。

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标签: 智能硬件 机器人技术 传感器

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