本實用新型涉及機器人，具體說是一種競賽用搬運機器人的控制系統(tǒng)。

背景技術：

機器人技術是一個國家科技水平的重要標志和體現，它在社會生產的許多方面都得到了廣泛的應用。近年來，隨著計算機的廣泛普及，機器人逐漸由工業(yè)生產走向了人們的生活，如此廣泛的應用使得提高全體國民對機器人的理解顯得尤為重要，普及機器人教育勢在必行。為了普及機器人科學技術，培養(yǎng)學生創(chuàng)新能力，促進機器人技術的發(fā)展，國內外相繼出現了一系列的機器人競賽，機器人競賽是一種高技術對抗活動，它涉及人工智能、智能控制、機器人、通信、傳感器等多個領域的前沿研究和技術融合，集高技術、娛樂和比賽于一體，引起了社會的廣泛關注和極大興趣。機器人競賽和機器人教育對高科技社會的巨大影響已經引起了美國、歐洲、日本等發(fā)達國家和亞洲各國的高度重視，也得到了我國教育界的極大關注，機器人賽事不斷。目前，全球每年有一百多項機器人競賽，參加人員從小學生、中學生到大學生。

國內的機器人賽事中，“中國機器人大賽暨RoboCup公開賽”是國內影響力最大的機器人大賽，由中國自動化學會機器人競賽工作委員會、RoboCup中國委員會、科技部高技術研究發(fā)展中心聯合舉辦，比賽項目包括RoboCup仿真組、小型組、中型組、標準平臺組、類人組、救援機器人組。在“2011機器人創(chuàng)新教育高峰論壇”上，決定從2011年起，每年在中國機器人大賽上新增智能搬運機器人項目，并成立了“中國智能搬運機器人競賽工作委員會”。智能搬運機器人模擬實際自動化工廠中的AGV自主小車搬運功能和機器人自動分揀功能。競賽貼近生活和工作現場實際，比賽場地不大，實驗條件要求不高，發(fā)揮空間大。

然而，針對機器人搬運比賽項目，目前還沒有一個公共的硬件平臺，而且廠家生產的競賽用搬運機器人成本也較高、搬運速度比較慢。

技術實現要素：

針對上述技術問題，本實用新型提供一種能夠滿足比賽要求的、低成本的、可用于教學的且搬運速度較快的機器人。

本實用新型解決上述技術問題的具體方案如下：一種競賽用搬運機器人的控制系統(tǒng)，包括帶動機器人行走輪轉動的直流電機和驅動機器人機械手動作的舵機，還包括單片機微控制器、物料探測傳感器和物料顏色傳感器，所述物料探測傳感器和物料顏色傳感器將感應的物料及其顏色信號傳送至所述單片機微控制器，單片機微控制器根據信號控制舵機電路驅動所述舵機工作。

作為優(yōu)選，還包括灰度傳感器，灰度傳感器將比賽場地灰度數據傳送至所述單片機微控制器，單片機微控制器根據灰度數據控制電機驅動模塊驅動所述直流電機工作。

作為優(yōu)選，所述直流電機包括左輪直流電機和右輪直流電機，所述電機驅動模塊通過驅動左輪直流電機和右輪直流電機分別帶動機器人左輪和右輪轉動。

作為優(yōu)選，還包括7.4V電源，該7.4V電源為所述直流電機和電機驅動模塊供電。

作為優(yōu)選，還包括5V電源，該5V電源通過穩(wěn)壓電路為所述單片機微控制器、灰度傳感器、物料探測傳感器和物料顏色傳感器供電。

作為優(yōu)選，所述5V電源為所述舵機電路供電。

作為優(yōu)選，所述單片機微控制器采用AT89S52芯片。

作為優(yōu)選，所述物料顏色傳感器采用TCS3200D傳感器。

作為優(yōu)選，所述單片機微控制器設有人機交互接口。

從以上技術方案可知，本實用新型通過單片機微控制器、物料探測傳感器和物料顏色傳感器可控制舵機電路驅動舵機工作，使舵機帶動機械手動作，完成對物料的夾持和放置；并通過使用灰度傳感器對比賽場地灰度數據進行采集，從而通過單片機微控制器使機器人按照規(guī)劃的路徑運動。本實用新型不僅結構簡單，成本較低，而且搬運速度快。

附圖說明

圖1是本實用新型的結構框圖。

圖2是本實用新型中穩(wěn)壓電路的電路圖

圖3是本實用新型中電機驅動模塊的電路圖。

圖4是本實用新型中灰度傳感器的檢測電路圖。

圖5是本實用新型中物料探測傳感器的物料探測電路圖。

圖6是本實用新型中物料顏色傳感器的檢測電路圖。

圖7是本實用新型中舵機電路的電路圖。

圖8是本實用新型中搬運機器人行走算法流程圖。

具體實施方式

下面結合附圖詳細介紹本實用新型：

如圖1，競賽用搬運機器人的控制系統(tǒng)包括帶動機器人行走輪轉動的直流電機和驅動機器人機械手動作的舵機1，還包括單片機微控制器2、物料探測傳感器3和物料顏色傳感器4，所述物料探測傳感器和物料顏色傳感器將感應的物料及其顏色信號傳送至所述單片機微控制器，單片機微控制器根據信號控制舵機電路5驅動所述舵機工作，從而使舵機帶動搬運機械手完成對物料的夾持和放置；本實用新型還包括灰度傳感器6，灰度傳感器將比賽場地灰度數據傳送至所述單片機微控制器，單片機微控制器根據灰度數據控制電機驅動模塊7驅動所述直流電機工作，從而使直流電機帶動機器人行走輪按照規(guī)劃的路徑運動。

本實用新型的單片機微控制器采用AT89S52芯片，它是一種低功耗、高性能CMOS8位微控制器，擁有8位CPU 和8K在系統(tǒng)可編程Flash存儲器，內置256字節(jié)RAM，32位I/O口線，看門狗定時器，2個數據指針，三個16位定時器/計數器，一個6向量2級中斷結構，全雙工串行口，片內晶振及時鐘電路。另外，AT89S52可降至0Hz靜態(tài)邏輯操作，支持2種軟件可選擇節(jié)電模式?？臻e模式下，CPU停止工作，允許RAM、定時器/計數器、串口、中斷繼續(xù)工作。單片機微控制器還設有人機交互接口8，實現人機對話，進一步提高機器人的智能化程度。

本實用新型的，直流電機包括左輪直流電機10和右輪直流電機11，所述電機驅動模塊通過驅動左輪直流電機和右輪直流電機分別帶動機器人左輪和右輪轉動，這樣為機器人提供足夠的動力，即使其中一個電機出現故障，另一電機也可驅動機器人行走。

本實用新型采用7.4V電源12，該7.4V電源為所述直流電機和電機驅動模塊供電；同時采用5V電源13，該5V電源通過穩(wěn)壓電路9為所述單片機微控制器、灰度傳感器、物料探測傳感器和物料顏色傳感器供電，5V電源也為所述舵機電路供電。穩(wěn)壓電路如圖2所示。穩(wěn)壓電路采用LM2576穩(wěn)壓芯片，它內部集成了1.2V基準穩(wěn)壓電路、熱開斷電路、電流限制電路、放大器、比較器及內部穩(wěn)壓電路等，具有一定的電路保護作用。

搬運機器人的直流電機采用的是直流減速電機，需要電機驅動模塊對輸出電壓的大小和極性進行控制。機驅動模塊采用L298N專用芯片進行驅動。L298N采用功率管和H橋型電機驅動電路，并利用PWM波來實現對輸出電壓的有效值大小和極性進行控制，具有調速范圍廣、過載能力大，能承受頻繁的負載沖擊，能耗小等優(yōu)點，但是更穩(wěn)定，且編程較為簡單。另外L298N內部集成了兩個H橋，能同時驅動兩個電機，該電路可以簡單方便地實現對直流減速電機的控制，簡化了硬件電路的結構。L298N可以直接用單片機的 I/O 口提供控制信號。IN1、IN2 和 IN3、IN4 引腳分別輸入兩組控制信號，控制電機的正反轉；OUT1、OUT2 和 OUT3、OUT4之間分別接電機；ENA、ENB 為控制使能端，控制電機的停轉，可以用AT89S52自帶的 PWM 模塊來控制ENA、ENB的占空比，從而控制電機的轉速。電機驅動模塊電路如圖3所示。

灰度傳感器由白光LED和光敏電阻組成。通過發(fā)光二極管LED照亮地面，地面的反射光線被光敏電阻接收，電阻值會根據反射光線強弱而發(fā)生變化。地面顏色越深，吸收光線的能力越強，則光敏電阻接受到的反射光線越弱，光敏電阻值越大，則地面灰度傳感器的輸出電壓Vout也越大；反之，地面灰度淺，輸出電壓Vout小。搬運機器人底部安裝有八個灰度傳感器，編號為H0、H1、H2、H3、H4、H5、H6、H7，分別與單片機的8個ADC轉換輸入通道：ADC0(P1.0)、ADC1(P1.1)、ADC2(P1.2)、ADC3(P1.3)、ADC4(P0.0)、ADC5(P0.1)、ADC6(P0.2)、ADC7(P0.3)電連接，地面灰度檢測電路如圖4所示。經地面灰度傳感器得到的是模擬信號，然后經過片內ADC轉換得到二進制數轉換結果，地面顏色越深，轉換的數值越大；地面顏色越淺，轉換的數值越小。

如圖5所示，物料探測傳感器采用紅外測距傳感器GP2D12與單片機AT89S52電連接構成。紅外測距傳感器的模擬輸出信號與AT89S52單片機的ADC4（P1.4）直接相連，由單片機將紅外測距傳感器模擬電壓轉換成數字量，根據數字量大小判斷出目標范圍內是否存在物體，與預先設定的閾值進行比較，確定是否物料進入機器人的搬運機械臂范圍。

物料顏色傳感器如圖6所示，圖6中LED為白光光源，TCS3200D的S0、S1 接高電平，選擇一定的輸出比例因子；S2、S3由單片機AT89S52的P2.0、P2.1控制，選擇所需的光電二極管類型；使能端（OE）接低電平；TCS3200D的輸出引腳連接到AT89S52的定時器/計數器1的輸入端(T1)。通過設置AT89S52定時器/計數器0為定時器方式，定時一段時間。用計數器 T1對TCS3200D的輸出脈沖進行計數，從而確定紅（ R）、綠（G）、藍（B）值及顏色。

單片機微控制器的AT89S52的P2.4口與搬運舵機電連接。首先，單片機產生一個周期信號，通過控制高脈沖的寬度就可以實現舵機正反轉的功能，從而帶動搬運機械手抓取或釋放物料。舵機與單片機連接電路如圖7所示。

搬運機器人在運動過程中需要實時通過安裝在其底部的8個灰度傳感器H0、H1、H2、H3、H4、H5、H6、H7檢測地面信息，通過采樣值與黑色閾值進行比較，判別對應灰度傳感器是否處于規(guī)定的黑線或白線上，然后通過結合其它灰度傳感器的檢測信息，從而為搬運機器人的下一步運動做出決策。由于本發(fā)明采用的兩個直流減速電機在性能上不一定絕對一致，因此在搬運機器人運動過程中就要不斷對兩個電機的轉速進行調整，從而對機器人的行走路線進行修正，完成按照規(guī)劃路徑進行運動的功能。搬運機器人行走算法流程圖見圖8所示。

以上對本實用新型實施例所提供的技術方案進行了詳細介紹，本文中應用了具體個例對本實用新型實施例的原理以及實施方式進行了闡述，以上實施例的說明只適用于幫助理解本實用新型實施例的原理；同時，對于本領域的一般技術人員，依據本實用新型實施例，在具體實施方式以及應用范圍上均會有改變之處，綜上所述，本說明書內容不應理解為對本實用新型的限制。