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清障机器人设计及制作(五)-控制系统构建

原创 重庆电子工程职业学院 2022-11-10 作者:赵鹏举、陈如晗、张平 审核专家:王正勇

完成机器人机械结构设计与制作后,即可搭建机器人的控制系统,类似于组成机器人的大脑与神经系统,让机器人能够按照设计需求实现控制与感知。

1. 控制系统总体结构

图1 硬件系统结构框图

如上图所示,机器人控制系统通过使用SBUS遥控器与机器人接收器取得连接,接收器接收到来自SBUS遥控器上的信息通过取反电路进行取反,对取反之后的信息进行解析并转化为十六进制的数字,之后将转换后的十六进制信息再转化为十进制,解析完的数据调整为-100到100的数值,最后将这些数值带入PWM来控制电机的电压,电磁阀则选择通入12V电压方式控制其开关闭合进而控制活塞的运动。

系统采用中断方式进行串口通信,读取遥控接收端里面的数据,取出需要的部分,映射对应的器件,从而控制各个电机,即实现对机器人的多项控制。

(1)取反电路

使用三极管对输出的信号进行取反,把高电平变为低电平,低电平变为高电平。取反电路硬件电路如下图所示。

图2 取反电路图

2.主要控制对象

(1)行走电机

可变调节方式通常用于并联直流电机中实现电压调节控制:将并联磁场连接到固定的励磁电压,同时为电枢提供不同的电压(也称为多电压控制)改变提供给电枢的电压。在这种方法中,将外部电阻添加到电枢电路中。励磁绕组直接与电源相连。因此,励磁电流将保持不变。而且,如果外部电阻变化,通量将保持不变。

根据速度方程,电枢电流与电动机速度成正比。如果外部电阻值增加,则电枢电流减小,从而实现速度降低。

(2)电磁阀

抛射机构以及上台阶辅助机构通过电磁阀实现气路的方向转换调节,根据抛射机器人的工作需求选用二位三通阀实现功能。如下图所示,二位三通电磁阀的工作原理是通过给线圈通电控制弹簧位移,在机械结构的辅助下实现管道的通断和切换。

图3 二位三通电磁阀原理图

选择相对的电磁阀进行连接,最后对其通入相应的电压控制电磁阀通断与切换,电磁阀连接至气缸控制抛射系统,接电后开关打开气流进入气缸,气缸活塞杆被推出带动推板将障碍物推出。为保证机构运动稳定性,采用每个动作两个并联气缸的布局方式,其中两个气缸负责将机器人的推杆系统抬起,推杆系统两侧的气缸则负责将物体推出推杆系统。

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