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  • 小型舞蹈機器人的驅動電路設計

    2016-07-01 15:39

      機器人舞蹈比賽是一項具有極強觀賞性和趣味性的比賽。比賽規則要求參賽機器人在有限的場地和時間內,配合音樂完成動作。由于要求機器人既要充分利用場地,又不能超時和越界,因此,舞蹈機器人集成了多學科前沿技術,它的設計涉及了機電一體化技術、檢測和傳感技術、精密機械加工和精密機械傳動技術、現代化控制技術和管理技術、計算機程序控制技術等多個方面。

      系統中,直流電機共有四路,分別用于機器人底盤、頭部的轉動以及身體的升降,舵機有兩路,用于花瓣打開。本設計從實際出發對不同電機采取了不同的驅動方式。舵機驅動電流僅十幾微安,可以直接使用單片機端口進行驅動,而直流電機工作電流較大,瞬態電流接近1A,因此需要采用專用電機驅動芯片。此外由于采用了3V與7V兩種規格的直流電機,其中7V直流電機驅動信號直接采用驅動芯片輸出,3V直流電機則需對驅動芯片輸出作降壓處理,因此,控制芯片選用了Atmel公司的AT89C52單片機。

      驅動模塊電路設計

      本系統有四路直流電機和兩路舵機,由于兩者的工作電流相差較大,故在硬件上將兩者獨立d3dc789c0d861847ee76f8190d4f9d0c

      由于舵機自身帶電源和地引腳,對其驅動只需給出控制信號即可,故可直接用單片機的端口作控制信號線,因而硬件十分簡單,設計時只要通過接口用光耦隔離輸出便可直接控制兩路舵機,圖中即用于實現這部分功能。本系統共有四路直流電機,其中三路采用7V供電,一路采用3V供電,因而工作電流較大,瞬時值可達1A以上,為此,設計中選用了L298系列芯片來完成驅動。圖是兩路電機的驅動電路,為了節約單片機的端口資源,每路直流電機的正/反轉信號控制線均通過一個反相器共用一條單片機口線。

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      由于本系統中3V直流電機的工作電流約為800mA,為了簡化設計,降低成本,可以考慮直接使用L298N來驅動,而輸出電壓約6V,因此必須將其降至3V才能直接驅動3V直流電機。本系統僅要求此直流電機單向轉動,故可采用穩壓二極管進行穩壓處理。利用穩壓二極管進行穩壓時,多采用并聯型穩壓方式。

      本系統是專為某型舞蹈機器人設計的,因此,軟件的工作大部分是通過發送各種指令來驅動相應的電機以使其轉動,從而實現預定編排的舞蹈動作。直流電機、舵機的控制均采用PWM方式,軟件設計本文不作詳解。系統在實際應用中具有可靠性高、控制到位、抗干擾性強的特點,由其構成的舞蹈機器人曾在全國舞蹈機器人大賽中一舉奪冠。


    小型舞蹈機器人相關電路圖

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