【導(dǎo)讀】本設(shè)計(jì)主要研究基于WIFI網(wǎng)絡(luò)的可視化無線遙控搬運(yùn)機(jī)器人，利用WIFI網(wǎng)絡(luò)高速傳輸實(shí)時(shí)視頻圖像采集，通過機(jī)器人安裝的傳感器實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)采集。采用WIFI網(wǎng)絡(luò)通訊使得控制端多樣化，可用手機(jī)，電腦等具備WIFI功能的設(shè)備進(jìn)行控制。
此外，還可將機(jī)器人接入Internet實(shí)現(xiàn)更遠(yuǎn)距離的控制。本設(shè)計(jì)在S3C6410平臺上移植了Linux操作系統(tǒng)用于接收命令并對硬件設(shè)備進(jìn)行控制，其中移植了MJPGstreamer作為視頻服務(wù)器，移植了BOA服務(wù)器作為WEB服務(wù)器。本文將從硬件設(shè)計(jì)，驅(qū)動(dòng)程序編寫，服務(wù)器移植，服務(wù)程序編寫，Android應(yīng)用程序編寫，Web應(yīng)用程序編寫等方面來講述本設(shè)計(jì)的功能實(shí)現(xiàn)。
隨著科學(xué)技術(shù)的快速發(fā)展，機(jī)器人已經(jīng)漸漸的步入人們的實(shí)際生活之中。本設(shè)計(jì)所研究的遙控搬運(yùn)機(jī)器人只是眾多機(jī)器人中的一種。搬運(yùn)機(jī)器人主要代替人完成物體的夾取，運(yùn)輸，擺放工作。搬運(yùn)機(jī)器人可工作于人類無法進(jìn)入或?qū)θ梭w有害的工作環(huán)境。傳統(tǒng)搬運(yùn)機(jī)器人多采用無線電以及紅外的方式來進(jìn)行遙控，這種機(jī)器人操控范圍較小，并且需要特定的控制器。本設(shè)計(jì)主要研究基于WIFI網(wǎng)絡(luò)的無線遙控搬運(yùn)機(jī)器人，利用WIFI網(wǎng)絡(luò)高速傳輸可以實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)視頻圖像采集，以及機(jī)器人上傳感器數(shù)據(jù)采集。采用WIFI網(wǎng)絡(luò)通訊使得控制端多樣化，可用手機(jī)，電腦等具備WIFI功能的設(shè)備進(jìn)行控制。此外，還可將機(jī)器人接入Internet來實(shí)現(xiàn)更遠(yuǎn)距離的控制。
1 總體設(shè)計(jì)
1.1 功能框圖
圖1-1 功能框圖
1.2 總體設(shè)計(jì)介紹
如圖1-1所示，本設(shè)計(jì)服務(wù)器端采用移植了Linux操作系統(tǒng)的S3C6410，通過完成底層驅(qū)動(dòng)的移植和編寫實(shí)現(xiàn)對硬件的控制，其次移植了MJPGstreamer服務(wù)器和BOA服務(wù)器等實(shí)現(xiàn)圖像數(shù)據(jù)，控制信息傳輸。客戶端方面分別編寫了WEB版和Android版應(yīng)用程序。
2 硬件設(shè)計(jì)
2.1 硬件選型
2.1.1 MCU
本設(shè)計(jì)的主控器采用友善之臂公司所生產(chǎn)的一款核心板。其主芯片S3C6410是三星公司基于ARM1176JZF-S核設(shè)計(jì)的一款嵌入式處理器。該核心板配置了256M DDR RAM，并且主頻為533MHz，最高主頻可以達(dá)到667MHz。通過將Linux操作系統(tǒng)移植到該核心板上完成對硬件的管理與客戶端提供數(shù)據(jù)交換，響應(yīng)客戶端的命令控制。
2.1.2 伺服電機(jī)
本設(shè)計(jì)所采用的伺服電機(jī)為微型伺服馬達(dá)，也稱作舵機(jī)。其主要應(yīng)用于模型的動(dòng)作控制。通過脈寬調(diào)制可以對其進(jìn)行較精確的控制。本設(shè)計(jì)采用TOROBOT公司生產(chǎn)的TR213舵機(jī)。TR213全金屬齒輪其動(dòng)態(tài)扭矩可以達(dá)到13kg.cm，轉(zhuǎn)角范圍180°，控制精度達(dá)到0.5°，工作電壓為4.8-7.2V。其性能能夠滿足本設(shè)計(jì)的基本的要求。所以選用兩個(gè)兩個(gè)TR213配合夾持器完成物體的夾持工作。
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2.1.3 直流電機(jī)
直流電機(jī)用于控制機(jī)器人移動(dòng)，本設(shè)計(jì)采用帶齒輪箱的直流電機(jī)，其減速比為1:120，工作電壓: 3V-12V左右，7.2V電壓下轉(zhuǎn)速達(dá)120轉(zhuǎn)/分，4個(gè)直流電機(jī)配合車體，最大負(fù)載可達(dá)到2KG。
2.1.4 WIFI網(wǎng)卡
無線網(wǎng)卡采用USB接口的必聯(lián)（B-LINK）BL-LW05-AR5無線網(wǎng)卡，其主芯片為RTL8188，并且外置了5DBI的高增益天線，傳輸速度快最高可達(dá)150Mbps，實(shí)際傳輸距離較遠(yuǎn)，并且支持AP模式。本設(shè)計(jì)通過移植該網(wǎng)卡的驅(qū)動(dòng)，Hostapd以及DHCP讓機(jī)器人作為AP熱點(diǎn)供無線設(shè)備進(jìn)行連接控制。
2.1.5 攝像頭
攝像頭采用中星微ZC301P，該攝像頭采用USB接口，像素高達(dá)130W，擁有6mm的五玻鏡頭，62度視角，并且具有自動(dòng)亮度、自動(dòng)白平衡、伽瑪校正功能。本設(shè)計(jì)中使用這款攝像頭來完成機(jī)器人前方視頻數(shù)據(jù)采集。
2.1.6 壓力傳感器
為了采集機(jī)器人夾持器的壓力數(shù)據(jù)，本設(shè)計(jì)采用了FSR402薄膜壓力傳感器。該傳感器受力后會(huì)導(dǎo)致電阻變小，根據(jù)其電阻值得變化可以得到壓力的變化。其允許的壓力范圍為100g~10kg，并且傳感器受力局域的直徑達(dá)1.27cm。
2.1.7 直流電源
為了完成物體的夾持，搬運(yùn)，擺放工作，本機(jī)器人帶有4路直流電機(jī)，2路伺服電機(jī)，耗電量較大，且負(fù)載時(shí)電流較大。為了使其能穩(wěn)定正常工作，本設(shè)計(jì)采用了一款15C的航模電池，其容量為1300mah，標(biāo)稱電壓7.4V，充滿電壓8.4V，最大電流可達(dá)16A。配以LM338穩(wěn)壓器可以穩(wěn)定的提供5A，5V直流電源。
2.2 硬件電路設(shè)計(jì)
2.2.1電源電路
圖2-1 電源電路
電源部分采用可充電的鋰電池進(jìn)行供電，由于需要較大電流來驅(qū)動(dòng)直流電機(jī)與伺服電機(jī)同時(shí)工作，所以采用了15C的航模電池并配以LM338進(jìn)行穩(wěn)壓。圖中R3為電位器，通過調(diào)節(jié)R3使得LM338輸出端輸出5V電壓，用于驅(qū)動(dòng)伺服電機(jī)和控制板。未經(jīng)穩(wěn)壓的7.4V用于驅(qū)動(dòng)4路直流電機(jī)。
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2.2.2 電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路
圖2-12直流電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路
上圖為采用ST公司生產(chǎn)的L298N芯片來實(shí)現(xiàn)的直流電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路，該芯片是一種大電流、高電壓的電機(jī)驅(qū)動(dòng)芯片，其廣泛應(yīng)用于嵌入式系統(tǒng)中直流電機(jī)的控制。
圖2-3 伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路
上圖為伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路，該電路較為簡單，只需要提供電源以及PWM輸入端。
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2.2.3 USB擴(kuò)展電路
圖2-4 USB擴(kuò)展電路
上圖為USB擴(kuò)展電路，由于S3C6410只帶有1路USB HOST，而本設(shè)計(jì)需要2路USB口來連接USB攝像頭和USB網(wǎng)卡，所以使用AU9254A21對USB口進(jìn)行擴(kuò)展。
2.2.4 ADC采集電路
圖2-5 ADC采集電路
采用S3C6410自帶的AD轉(zhuǎn)換器采集壓力傳感器數(shù)據(jù)和電池電量數(shù)據(jù)。上圖為本設(shè)計(jì)中ADC采集電路。
