本系統(tǒng)為單片機(jī)的尋跡機(jī)器人系統(tǒng)，主要應(yīng)用單片機(jī)MSP430作為控制核心，直流電機(jī)、舵機(jī)、一體紅外接收頭等相結(jié)合的系統(tǒng)。這個系統(tǒng)軟硬件設(shè)計簡單，易于開發(fā)，嚴(yán)格控制各種元件的采購成本，所以價格低廉，安全可靠，操作方便。

1 系統(tǒng)原理

1.1 自動尋跡模塊的系統(tǒng)原理

本設(shè)計中自動尋跡模塊主要由單片機(jī)及其外同電路、紅外尋跡電路、直流電機(jī)控制電路等組成。正常工作時，單片機(jī)循環(huán)檢測紅外尋跡電路輸出信號，據(jù)此產(chǎn)生直流電機(jī)控制信號，當(dāng)系統(tǒng)檢測到工作方式發(fā)生改變時，系統(tǒng)進(jìn)入相應(yīng)方式。其原理框圖如圖1、圖2所示。

圖1 自動尋跡模塊原理框圖

圖2 自動尋跡模塊原理框圖

1.2 六自由度機(jī)械手模塊的系統(tǒng)原理

系統(tǒng)的設(shè)計采用模塊化的方法，將機(jī)械于劃分為基座、手臂、手腕、手部4部分。控制器以MSP430單片機(jī)為主控制器，具體控制部分框圖見圖3。

圖3 六自由度模塊的原理框圖

2 系統(tǒng)設(shè)計

2.1 自動尋跡模塊硬件設(shè)計

1）基本單片機(jī)系統(tǒng)

尋跡機(jī)器人系統(tǒng)的控制核心，一般情況下以MSP430單片機(jī)片內(nèi)的基本硬件資源為主，有必要時再擴(kuò)展部分外部器件。在本設(shè)計中需要完成的控制比較簡單，以單片機(jī)片內(nèi)的基本硬件資源完全可以實現(xiàn)，因此不需擴(kuò)展。

2）放大信號電路

采用LM324控制，LM324是四運(yùn)放集成電路，它采用14腳雙列直插塑料封裝，內(nèi)部包含四組形式完全相同的運(yùn)算放大器，除電源共用外，四組運(yùn)放相互獨(dú)立。

3）電動機(jī)驅(qū)動電路

所選用的電動機(jī)為普通的直流電機(jī)，在MSP430單片機(jī)的控制下，可接一個電機(jī)驅(qū)動芯片或者通過其他的一些原件可使電機(jī)轉(zhuǎn)動。本系統(tǒng)為了設(shè)計簡單，采用其他方式代替了電路驅(qū)動芯片。

2.2 六自由度機(jī)械手模塊硬件設(shè)計

六自由度機(jī)械手是由6個伺服電機(jī)驅(qū)動的機(jī)器手臂。除了構(gòu)成手臂的4個關(guān)節(jié)、手腕1個關(guān)節(jié)外，再加上手部的夾持，實現(xiàn)了1個機(jī)械手的機(jī)械結(jié)構(gòu)。

該控制模塊采用5 V直流電源分別為單片機(jī)和機(jī)械手臂的電機(jī)供電，電路包括手動復(fù)位電路、晶振電路、矩陣鍵盤、用以控制單片機(jī)轉(zhuǎn)角的控制的獨(dú)立鍵盤、伺服電機(jī)接入口，并可通過顯示屏顯示被選電機(jī)標(biāo)識號和該電機(jī)轉(zhuǎn)動的角度。

3 軟件設(shè)計

本系統(tǒng)的軟件設(shè)計面向硬件，選用C語言編程。最主要部分是單片機(jī)控制電機(jī)轉(zhuǎn)動（包括正轉(zhuǎn)反轉(zhuǎn)）、時間的延遲和PID算法，具體的設(shè)計流程圖見圖4和圖5。

圖4 自動尋跡模塊控制流程圖

圖5 六自由度模塊流程圖

4 系統(tǒng)調(diào)試

1）程序編完后，對代碼仔細(xì)逐行檢查。檢查代碼的錯誤，建立自己的代碼檢查表，對經(jīng)常易錯的地方進(jìn)行檢查。檢查代碼是否符合編程規(guī)范。

2）調(diào)試程序看是否能仿真，如果運(yùn)行正常再將在編譯器中調(diào)試好的程序燒寫至單片機(jī)。

3）在接上電源時，觀察整體電路是否按照預(yù)計設(shè)計的運(yùn)作，電機(jī)是否正轉(zhuǎn)，電機(jī)是否反轉(zhuǎn)等。可根據(jù)電路的運(yùn)行情況推測出程序出錯的部分，修改程序后再經(jīng)過編譯器調(diào)試后燒到單片機(jī)，反復(fù)檢測直到能工作完全正常。