4 機(jī)器人的執(zhí)行器

本設(shè)計(jì)的主要執(zhí)行裝置采用的是電機(jī)，根據(jù)不同的控制要求電機(jī)可以分很多種，有直流電機(jī)、步進(jìn)電動機(jī)、舵機(jī)、伺服電動機(jī)等等。各種不同的電機(jī)有各自不同的控制方式，和工作特

性。本設(shè)計(jì)的執(zhí)行器主要包括機(jī)器人的行進(jìn)系統(tǒng)和滅火裝置，底盤驅(qū)動需要控制簡單方便，價(jià)格便宜，對控制精度沒有過高要求，所以可選擇小型直流電動機(jī)，額定電壓DC9V，額定轉(zhuǎn)速200r/min。該滅火機(jī)器人的滅火機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)采用一個(gè)離心水泵，所以同樣選擇一個(gè)直流電動機(jī)即可。

5 機(jī)器人的控制器

控制器是機(jī)器人的“大腦”，是機(jī)器人的核心部分，其主要功能有：①機(jī)器人行動的規(guī)劃，使機(jī)器人有序的工作;②了解工作環(huán)境，采集和存儲工作現(xiàn)場的信息，并進(jìn)行火災(zāi)情況的判斷和分析;③與外界進(jìn)行信息的交互。

針對本設(shè)計(jì)選擇控制器的問題，綜合比較了51單片機(jī)與AVR單片機(jī)，由于AVR單片機(jī)具有編程靈活，使用C語言編程更容易，并自帶PWM功能，支持ISP功能，而且中斷源比較多。相比較而言51單片機(jī)抗干擾性能差，需要外圍電路復(fù)雜，沒有自帶的PWM和AD功能，而且中斷源少。綜合這些特點(diǎn)及本設(shè)計(jì)的控制要求和設(shè)計(jì)思路，最終選擇AVR單片機(jī)ATmega48作為控制器。

5.1 ATmega48單片機(jī)的引腳排列及各管腳功能介紹

5.1.1 信號引腳介紹：

如圖3所示。

★輸入/輸出口線

I/O口線：ATmega48單片機(jī)有3組I/O接口，即PB口、PC口和PD口。其中，PB口(PB0～PB7)和PD口(PD0～PD7)為8位I/O口，PC口(PC0～PC6)為7位I/O口。

★AGND 模擬/數(shù)字轉(zhuǎn)換器的電源地

★AVCC 模擬/數(shù)字轉(zhuǎn)換器的電源

★AREF 模擬/數(shù)字轉(zhuǎn)換器的參考電源輸入端

★VCC 電源

★GND 電源地

5.1.2 編程軟件介紹

ICCAVR 是一種使用符合ANSI 標(biāo)準(zhǔn)的C語言來開發(fā)微控制器MCU程序的一個(gè)工具，它有以下幾個(gè)主要特點(diǎn)：ICCAVR 是一個(gè)綜合了編輯器和工程管理器的集成工作環(huán)境IDE，可在WINDOWS 下工作。

5.2 電機(jī)控制電路設(shè)計(jì)

本設(shè)計(jì)采取PWM調(diào)速控制電動機(jī)轉(zhuǎn)速，采用Mega48的16位定時(shí)計(jì)數(shù)器1來產(chǎn)生PWM波形，相位與頻率修正PWM 模式，可以產(chǎn)生高精度的、相位與頻率都準(zhǔn)確的PWM波形。本電路采用H型驅(qū)動電路改變電機(jī)電樞電壓的極性，實(shí)現(xiàn)電機(jī)的正反轉(zhuǎn)，用單片機(jī)產(chǎn)生的PWM脈沖波形觸發(fā)H橋的功率元件，實(shí)現(xiàn)對電機(jī)的斬波調(diào)速。如圖4所示：A路PWM從PB1輸出接L298的IN1，同時(shí)經(jīng)反向器接IN2;B路從PB2輸出接L298的IN3，同時(shí)經(jīng)反向器接IN4。L298的輸出OUT1、OUT2接一個(gè)電機(jī)，OUT3、OUT4接一個(gè)直流電機(jī)，PWM波經(jīng)L298放大后驅(qū)動電機(jī)進(jìn)行調(diào)速。

圖4 直流電機(jī)驅(qū)動電路

圖5 H橋工作原理圖

L298里面有兩組H橋，可以驅(qū)動兩個(gè)小型直流電動機(jī)。如圖5所示每一組H橋有四個(gè)三極

管，當(dāng)輸入為高電平時(shí)，T1、T4導(dǎo)通，電流流向如圖中實(shí)線所示，假設(shè)電機(jī)為正轉(zhuǎn);當(dāng)輸入為低電平時(shí)，T2、T3導(dǎo)通，電流流向?yàn)樘摼€所示這時(shí)電機(jī)反轉(zhuǎn)。那么在一個(gè)周期內(nèi)的直流平均功率為正，則電機(jī)正轉(zhuǎn)，直流平均功率為負(fù)，則電機(jī)反轉(zhuǎn)。比如說：80%占空比時(shí)，電機(jī)正轉(zhuǎn);20%占空比時(shí)電機(jī)反轉(zhuǎn);50%占空比時(shí)電機(jī)停轉(zhuǎn)。

6 小結(jié)

本設(shè)計(jì)采用性價(jià)比較高的AVR單片機(jī)ATmega48作為控制器，設(shè)計(jì)了一款簡易的滅火機(jī)器人模型。本設(shè)計(jì)的滅火機(jī)器人還存在一定的技術(shù)問題，機(jī)器人的活動范圍受到局限，反應(yīng)不靈敏以及干擾問題。在探測火源以及滅火方式還有很大的完善空間。而且，一種滅火機(jī)器人不可能適用于不同的建筑場合。因此，必須研究不同建筑結(jié)構(gòu)特殊性，有針對性的研制相應(yīng)的滅火機(jī)器人，以使滅火機(jī)器人發(fā)揮最大的作用。