基于航跡推算的移動(dòng)式機(jī)器人定位系統(tǒng)設(shè)計(jì)
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2．2 光電編碼器電路
光電編碼器是一種通過(guò)光電轉(zhuǎn)換將輸出軸上的機(jī)械幾何位移量轉(zhuǎn)換成脈沖或數(shù)字量的傳感器，由光柵盤和光電檢測(cè)裝置組成。光柵盤是在一定直徑的圓板上等分的開通若干個(gè)長(zhǎng)方形孔，開孔的數(shù)量決定了控制的精度。機(jī)器人運(yùn)動(dòng)時(shí)，光柵盤隨電機(jī)旋轉(zhuǎn)，經(jīng)發(fā)光二極管等電子元件組成的檢測(cè)裝置檢測(cè)并輸出若干脈沖信號(hào)，通過(guò)采集脈沖個(gè)數(shù)后運(yùn)算即可得出機(jī)器人運(yùn)動(dòng)路徑長(zhǎng)度。本文引用地址：http://www.ex-cimer.com/article/160341.htm
如圖4所示為光電編碼器的外圍采樣電路，主要是通過(guò)一個(gè)與門和一個(gè)D觸發(fā)器來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)脈沖信號(hào)的采集。一般的光電編碼器是由A、B、Z三路信號(hào)組成，A和B是兩個(gè)前后相位差為90°的脈沖信號(hào)，根據(jù)光柵盤的旋轉(zhuǎn)方向，相位差的超前與滯后各不同，因此利用與門將A、B信號(hào)整合成一個(gè)脈沖信號(hào)再利用D觸發(fā)器判斷A、B兩者相位差關(guān)系。當(dāng)光柵盤正轉(zhuǎn)時(shí)，A超前B 90°，D2發(fā)光，同時(shí)在DirB處檢測(cè)到高電平。當(dāng)光柵盤反轉(zhuǎn)時(shí)，A滯后B90°，D1發(fā)光，且在DirA處檢測(cè)到低電平，再通過(guò)單片機(jī)的處理就能準(zhǔn)確判斷光柵盤所轉(zhuǎn)過(guò)的柵格數(shù)，從而計(jì)算出機(jī)器人運(yùn)動(dòng)路徑的長(zhǎng)度。
式中，P1表示正轉(zhuǎn)PWM脈沖個(gè)數(shù)，P2表示反轉(zhuǎn)PWM脈沖個(gè)數(shù)，n表示編碼盤柵格數(shù)，r表示機(jī)器人動(dòng)力輪半徑。
2．3 陀螺儀硬件電路
設(shè)計(jì)中采用三軸陀螺儀對(duì)加速度進(jìn)行測(cè)量，積分后即可得到所需的角度偏移量，如圖5所示為陀螺儀硬件原理圖。其工作原理為中央處理單元發(fā)送通信數(shù)據(jù)給陀螺儀使之工作，陀螺儀在機(jī)器人發(fā)生角度偏移時(shí)測(cè)量實(shí)際偏移量和理論偏移量的差值，將該值傳送給中央處理單元，由中央處理單元計(jì)算出補(bǔ)償值后發(fā)指令給伺服器，使電機(jī)進(jìn)行誤差補(bǔ)償。
圖5中L3G4200D是一個(gè)三軸陀螺儀，可以對(duì)x、y、z三個(gè)方向的角度進(jìn)行檢測(cè)，檢測(cè)后的數(shù)據(jù)通過(guò)ISP通信傳送將端口SCL、SDA角度信號(hào)傳輸給中央處理單元。MMA8451Q是一個(gè)速度計(jì)，可以實(shí)時(shí)檢測(cè)機(jī)器人的運(yùn)行速度，并用相同方式將運(yùn)行速度信號(hào)傳輸給中央處理單元。之所以在此安裝速度計(jì)，是為了降低中央處理單元中CPU的計(jì)算量，讓CPU有更多的空間去處理速度與路徑的關(guān)系。TPS62112是低噪音的同步降壓DC—DC轉(zhuǎn)換器，其內(nèi)部集成了N型和P型MOSFET，可進(jìn)行同步整流，為陀螺儀芯片提供良好的電源環(huán)境。
評(píng)論