當代科學技術發(fā)展的特點之一就是機械技術，電子技術和信息技術的結(jié)合，機器人就是這種結(jié)合的產(chǎn)物之一?，F(xiàn)代機器人都是由機械發(fā)展而來。與傳統(tǒng)的機器的區(qū)別在于，機器人有計算機控制系統(tǒng)，因而有一定的智能，人類可以編制動作程序，使它們完成各種不同的動作。六自由度自動尋跡搬運機器人就是其中一種，這種搬運機器人不但能夠代替人的某些功能，有時還能超過人的體力能力，可以24小時甚至更長時間連續(xù)重復運轉(zhuǎn)，還可以承受各種惡劣環(huán)境，因此，搬運機器人是人體局部功能的延長和發(fā)展。

本設計主要應用單片機MSP430作為控制核心，直流電機、熱釋電型紅外傳感器等相結(jié)合的系統(tǒng)。它充分發(fā)揮了單片機的性能，其優(yōu)點硬件電路簡單，軟件功能完善，控制系統(tǒng)可靠，性價比較高等特點，具有一定的使用和參考價值。

1 系統(tǒng)原理

1.1 自動尋跡模塊的系統(tǒng)原理

本設計中自動尋跡模塊主要由單片機及其外同電路、紅外尋跡電路、直流電機控制電路等組成。正常工作時，單片機循環(huán)檢測紅外尋跡電路輸出信號，據(jù)此產(chǎn)生直流電機控制信號，當系統(tǒng)檢測到工作方式發(fā)生改變時，系統(tǒng)進入相應方式。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 六自由度機械手模塊的系統(tǒng)原理

系統(tǒng)的設計采用模塊化的方法，將機械于劃分為基座、手臂、手腕、手部4部分。控制器以MSP430單片機為主控制器，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)設計

2.1 自動尋跡模塊硬件設計

1）基本單片機系統(tǒng)

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

2）放大信號電路

采用LM324控制，LM324是四運放集成電路，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算放大器，除電源共用外，四組運放相互獨立。

3）電動機驅(qū)動電路

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

2.2 六自由度機械手模塊硬件設計

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

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

3 軟件設計

本系統(tǒng)的軟件設計面向硬件，選用C語言編程。最主要部分是單片機控制電機轉(zhuǎn)動（包括正轉(zhuǎn)反轉(zhuǎn)）、時間的延遲和PID算法，具體的設計流程圖見圖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，如果運行正常再將在編譯器中調(diào)試好的程序燒寫至單片機。

3）在接上電源時，觀察整體電路是否按照預計設計的運作，電機是否正轉(zhuǎn)，電機是否反轉(zhuǎn)等。可根據(jù)電路的運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，反復檢測直到能工作完全正常。

5 結(jié)束語

本系統(tǒng)為單片機的尋跡機器人系統(tǒng)，主要應用單片機MSP430作為控制核心，直流電機、舵機、一體紅外接收頭等相結(jié)合的系統(tǒng)。這個系統(tǒng)軟硬件設計簡單，易于開發(fā)，嚴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。

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