1、智能小車的設計摘要：隨著工業(yè)機械化和自動化的開展以及工業(yè)智能化的優(yōu)點，智能小車在工業(yè)智能化上得到廣泛的應用。本文就智能小車的設計構造以及機械智能化未來的應用與開展前景。關鍵詞：智能小車/設計構造/應用與開展1 智能小車的設計構造智能小車是集理論力學、機械構造、數(shù)字電路、模擬電路、傳感器、單片機、控制理論和算法等多門學科為一體的綜合系統(tǒng)。其內容涵蓋機械、電子、自動控制原理、計算機、傳感技術等多個學科和領域。該小車的車體由基于VB和串口無線通信的直流電機控制模塊、L298N電機驅動模塊、C8051F單片機控制模塊以及車載機械手組成。可用于無人駕駛、自動抓取物體等人工智能領域。 基于VB和串口無線通

2、信的直流電機控制模塊利用語言編程實現(xiàn)對機器人上直流伺服電機的控制，從而實現(xiàn)機器人的加速和恒速運行。分別將兩塊接口為標準的RS-232接口、型號為ZT-TR43C的無線數(shù)傳模塊，接到發(fā)、收的兩臺PC機上，并利用VB通信控件MSCommon實現(xiàn)串口無線通信，從而實現(xiàn)機器人的遠程無線控制。近年來，在機器人與外部的通信方式選擇上，由于機器人具有廣闊運動空間，因而無線通信成為其所必須具備的通信方式之一。本文以一種輪簡單的四輪智能小車作為研究對象，通過VB編程和無線模塊通信實現(xiàn)遠程控制；通過對智能小車后輪的兩個驅動電機速度控制，使智能小車完成直線運行、轉彎運行等動作。目前，直流伺服電機有著很廣泛的應用前景

3、，如在印刷機械、造紙機械、紡織機械、工業(yè)機器人、高速電梯、數(shù)控機床等重要行業(yè)中，均得到了普遍的應用。本文提到的智能小車本身對位置伺服要求比擬高，對速度也有一定的控制要求，而對小車的控制可以說最根本的就是對電機進展控制。VB是一種易學習、功能強、效率高的可視化編程語言，用它來做可視化人機界面有著很好的應用前景。利用面向對象的可視化VB語言對其進展編程控制，防止VC、C語言編程的繁瑣與難閱讀性。另外，利用 版本的可實現(xiàn)串行通信的MSCommon控件，實現(xiàn)了串口通信；通過無線傳輸模塊實現(xiàn)了兩臺PC機之間的通信，為對小車進展遠程控制搭建了很好的實驗平臺。同時，利用VB的Timer 控件對程序進展觸發(fā)，

4、使控制電機能夠緩慢加減速；通過改變加速度的大小，使電機運轉平穩(wěn)，防止了PWM控制的不穩(wěn)定。通過PC機的RS-232串行接口與外部設備進展通信，是許多控制系統(tǒng)中常用的一種通信解決方案。在本小車控制中，通信采用的都是RS-232通信方式。VB提供的串行通信控件為MSCommon控件，此控件用于支持VB對串行口的訪問。在串口通信過程中當發(fā)送數(shù)據(jù)、接收數(shù)據(jù)或者發(fā)生通信錯誤時，均觸發(fā)該控件的OnComm事件，進展相應的數(shù)據(jù)處理。MSCommon 控件相應的屬性為:CommPort屬性，設置并返回通信端口號；Settings屬性，以字符串的形式設置并返回波特率、奇偶校驗、數(shù)據(jù)位、停頓位；PortOpen屬

5、性，設置并返回通信端口的狀態(tài)，也可以翻開和關閉端口；InputLen屬性，說明Input屬性從接收緩沖區(qū)中讀取的字符數(shù)；MSCommon控件的PortOpen屬性決定了通信開場和完畢。1.2 L298N電機驅動模塊1. L298N與電機驅動模塊電機驅動模塊主要采用L298N，L298N可直接的對電機進展控制，無須隔離電路。通過單片機的I/O輸入改變芯片控制端的電平，即可以對電機進展正反轉，停頓的操作，非常方便，亦能滿足直流減速電機的大電流要求。L298N是專用驅動集成電路，屬于H橋集成電路，與L293D的差異是其輸出電流增大，功率增強。其輸出電流為2A，最高電流4A，最高工作電壓50V，可以驅

6、動感性負載，如大功率直流電機，步進電機，減速電機，伺服電機，等，特別是其輸入端可以與單片機直接相聯(lián)，從而很方便地受單片機控制。當驅動直流電機時，可直接控制步進電機，并可以實現(xiàn)電機正轉與反轉，實現(xiàn)此功能只需改變輸入端的邏輯電平。1. L298N型驅動器的原理及應用 L298N是SGS公司生產(chǎn)的一種高電壓、大電流電機驅動芯片，內部包含4通道邏輯驅動電路，是一種二相和四相電機的專用驅動器。該芯片采用15腳封裝。主要特點是：工作電壓高，最高工作電壓可達46V；輸出電流大，瞬間峰值電流可達3A，持續(xù)工作電流為2A；額定功率25W。內含兩個H橋的高電壓大電流全橋式驅動器，可以用來驅動直流電動機和步進電動機

7、、繼電器線圈等感性負載；采用標準邏輯電平信號控制；具有兩個使能控制端，在不受輸入信號影響的情況下允許或制止器件工作有一個邏輯電源輸入端，使內部邏輯電路局部在低電壓下工作；可以外接檢測電阻，將變化量反應給控制電路。使用L298N芯片驅動電機，該芯片可以驅動一臺兩相步進電機或四相步進電機，也可以驅動兩臺直流電機。1.3 C8051單片機控制模塊Cygnal公司的C8051單片機使用Cygnal的專利CIP-51微控制器內核。以下介紹C8051單片機的一些重要技術以及在本系統(tǒng)中的應用。C8051單片機使用Cygnal的專利CIP-51微控制囂內核，采用流水線指令構造；70指令的執(zhí)行時間為1個或2個系

8、統(tǒng)時鐘周期；速度可達25 MIPS(時鐘頻率為25 MHz時)。這樣就可以應用復雜的控制算法提高控制精度。C8051單片機內部有4個通用16位計數(shù)器定時器和專用的看門狗定時器(WDT)，這樣就不再需要附加外部計數(shù)器件和外部看門狗電路。本系統(tǒng)中定時器0和定時器2用作小車左右輪反應脈沖計數(shù)，定時器1配置成自動重裝載的8位計數(shù)器定時器。用于波特率發(fā)生器。C8051單片機引入r數(shù)字穿插開關，允許將內部數(shù)字系統(tǒng)資源分配給端口IO引腳。通過設置優(yōu)先權穿插開關控制存放器，將片內的計數(shù)器定時器、串行總線、硬件中斷、ADC轉換啟動輸入、比擬器輸出以及微控制器內部的其他數(shù)字信號配置為出現(xiàn)在端口IO引腳。C805l

9、單片機內部有一個可編程計數(shù)器陣列(PCA)，由一個專用的16位計數(shù)器定時器和5個16位捕捉比擬模塊組成。通過設置特殊功能存放器PCA0CPM將捕捉比擬模塊0和1(CEX0和CEXl)設置成8位脈沖寬度調制器(PWM)驅動左右輪電機轉動。C805l單片機內部有12位逐次逼近型ADC，可以在不增加外圍電路的前提下方便地檢測模擬信號。本系統(tǒng)從電機電樞回路中引出電流信號送入單片機，實現(xiàn)電流環(huán)控制。C805l單片機具有片內JTAG和調試電路，通過4腳JTAG接口并使用安裝在最終應用系統(tǒng)中的器件就可以進展全速、非侵入式的在系統(tǒng)調試而且支持斷點、單步、觀察點、堆棧監(jiān)視器，支持觀察修改存儲器和存放器。由以上介

10、紹可以看出，在小車子系統(tǒng)中選用C8051單片機是非常適宜的，由于可以硬件生成PWM，占用CPU資源很少；高性能的指令系統(tǒng)以及和VB語言之間進展穿插匯編，為設計各種控制算法提供了廣闊的空間。1.4 車載機械手1.4.1 機械手的簡單介紹機械手是典型的機電一體化裝置，它綜合運用了機械與精細機械、微電子與計算機、自動控制與驅動、傳感器與信息處理以及人工智能等多學科的最新研究成果，隨著經(jīng)濟的開展和各行各業(yè)對自動化程度要求的提高，機器人技術得到了迅速開展，出現(xiàn)了各種各樣的機械手產(chǎn)品。手爪的應用環(huán)境干差萬別，抓取可靠、環(huán)境適應性好、控制簡單、自適應性強、自主能力高是衡量機器人手爪設計水平的重要標志。性能優(yōu)

11、良的機器人手爪可以實現(xiàn)可靠、快速和準確地抓取。近年來機器人技術得到大力的開展，手爪的研究也步入一個良好的開展時期，機器人手爪正由簡單開展到復雜，由笨拙開展到靈巧，其中的仿人靈巧手已經(jīng)開展到可以與人手媲美。機械手對目標物體抓取的穩(wěn)定性研究是一個值得長期探討的課題。1. 車載機械手的總體構造體系搭載機械手的移動機器人本體為四輪萬向輪小車，它具備自主導航能力。在遇到物體時，可遠程控制并操作機械手抓取。車載機械手主要由執(zhí)行機構、驅動機構和控制系統(tǒng)3大局部組成。執(zhí)行機構是機械臂、機械手爪與基座的總稱。驅動機構有液壓驅動、氣壓驅動、電氣驅動和機械驅動。目前專用機械手采用電氣驅動方式的較多，而本設計運用的是

12、舵機控制方式的二指機械手。1.4.3 車載機械手的執(zhí)行機構1. 手部手部安裝與手臂前端是用來抓持工件(或工具)的部件，根據(jù)被抓持物件的形狀、尺寸、重量、材料和作業(yè)要求而有多種構造形式，如夾持型、托持型和吸附型等。它模仿人類手指，分為無關節(jié)型，固定關節(jié)型和自由關節(jié)型3種。手指的數(shù)量又可分為二指、三指、四指等，本次設計采用的為二指形手爪。1. 手臂手臂的作用是引導手指準確地抓住目標物體，并運送到所需要的位置上去，故手臂的位置需準確定位。手臂分為有關節(jié)臂和無關節(jié)臂，以前主流設計幾乎都是無關節(jié)手臂。而目前設計多為有關節(jié)手臂，本次設計的小型偵察車車載機械手即為有關節(jié)手臂。手臂由以下幾局部組成：動作元件，

13、帶動手臂運動的動力裝置，在本車載機械手中為兩臺直流無刷伺服電機，驅動手臂運動；導向裝置，保證手臂的正確方向及承受由于目標物體重量所產(chǎn)生的彎曲和扭轉力矩；手臂，承接和承受外力作用的部件，手臂上的零部件都裝在手臂上。1. 關節(jié)與基座關節(jié)局部是非常關鍵，要求其既能保證電機軸固定到連接手臂，又要滿足不同臂長需要，即在一定范圍內可靈活更換臂長，手臂套筒長度可自由調節(jié)。機械手通過基座安裝固定在小型車的儀器艙上，基座是用以承受機械手全部重量的構件，對其構造的要求是剛性好、占地面積小、操作維修方便和造型美觀。2 機械智能化的應用與開展前景隨著現(xiàn)代科學技術的迅速開展，機器智能化技術的應用幾乎擴展到整個工業(yè)領域，

14、并在工業(yè)生產(chǎn)中發(fā)揮了巨大作用。但對于未知或特殊的任務，作為機械智能化的代表-機器人還不能獨立完成，而且缺少必要的柔性。為了提高整個系統(tǒng)的效能，需要研究如何使人與機器人相互配合，共同完成作業(yè)任務。搭載于機器人上的機械手能模仿人手臂的某些動作功能，可以按固定程序抓取、搬運物件或對工具的自動操作，代替人的繁重勞動以實現(xiàn)工作的機械化和自動化，業(yè)已成為機器人系統(tǒng)中非常重要的組成局部。特別是近年來機械手已逐漸應用于易燃易爆品的裝配、拆卸、搬運，以及消防、反恐、防爆等高度危險環(huán)境，代替人類完成力所不及的工作，這類機械手因此也被稱為“專用機械手。世界各國對專用機械手的研究愈加重視，紛紛投入大量的人力、物力加以

15、研究和應用。從目前情況看，我國“專用機械手還處在研究、跟蹤、試驗階段，其主要原因在于這類機械手不僅需要載體平臺的穩(wěn)定移動，而且還要求機械手穩(wěn)定執(zhí)行操作。針對污染與核輻射環(huán)境的應急處理需要，筆者設計出小型3自由度機械手，搭載于已開發(fā)出來的小型移動機器人平臺上。在機器人偵察各種污染和輻射環(huán)境、人員不便進入的情況下，車載機械手的出現(xiàn)，可以代替人員進展手工操作、抓取、采集樣品等，大大改善了工作條件，提高了工作效率，保障了人員平安。參考文獻張曉紅.VB中如何利用MSCommon控件實現(xiàn)串口通信J福建電腦， 20043：37-38.姚軍光.基于VB的電機驅動監(jiān)控系統(tǒng)設計J青島科技大學學報，2004，253

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