基于五自由度机械手的遥控智能车Word格式.docx
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单片机；
视频实时；
智能车
ABSTRACT
Inthispaper,basedonfive-DOFmanipulatorremoteintelligentvehiclecarriedtheoveralldesignandanalysis,includingoveralldesign,roboticpartsandcarchassispartsselectionandanalysis,manipulatorjointdriveservoselection,cargearboxanddrivemotorselection,fivedegreesoffreedommanipulatordesignsimulation,remotecontrolofthecircuitandthereceivercircuitdesign,remotecontrolandthereceiverprogramdesign.
Thisdesignisalsomadein-kind,toachieveflexiblewirelesscontrolcarforwardandback,Turnleftandturnright;
synchronizationcontrolcarradiobysimulatingfivedegreesoffreedomroboticmanipulatorgrabobjectsandmovingobjects;
trolleyambientvideowirelessreal-timemonitoring;
remoteendofakeyswitchcameras;
openingandclosingakeycontrolnightlights;
akeyswitchmanualremotecontrolcarandtrolleyautonomousdriving.Thewirelesscarwithamechanicalhand,canbeusedforremotemobilepatrolswhereneeded,canalsobeusedinhazardousareassuchaschemicalplantspatrol,handlingsmallobjects;
anothercombinationofmechanicalandelectronicmulti-courseanumberofimportantknowledgeandgoodtogether,idealforclassroomteachingphysicalsite.
Keyword：
robot，radio，MCU，videoinrealtime，smartcar
目录
摘要II
ABSTRACTIII
1绪论1
1.1课题背景，国内外现状和意义1
1.1.1课题背景1
1.1.2国内外现状1
1.1.3设计意义2
1.2设计目标，总体设计和控制途径3
1.2.1设计目标3
1.2.2总体设计3
1.2.3控制途径4
2机械部分结构设计与零件选用5
2.1模拟机械臂5
2.2车载端五自由度机械臂6
2.3二自由度摄像头云台9
2.4小车底盘选择9
2.5减速齿轮箱10
2.6小车驱动电机11
2.7机械臂关节驱动12
3遥控端电路原理及设计13
3.1单片机的选择与分析13
3.2小车遥控电路设计14
3.3模拟机械臂电路设计15
4车载端电路原理及设计16
4.1小车接收电路设计16
4.2车载五自由度机械手电路设计16
4.3小车电机驱动电路17
4.4小车超声波避碍模块18
5无线视频实时传输19
5.1无线视频方案选择与分析19
5.2视频发送模块19
5.3视频接收模块20
5.4液晶显示21
6程序设计22
6.1遥控小车程序22
6.2模拟机械臂程序22
6.3小车接收端程序22
6.4五自由度机械臂程序22
7结论与展望24
7.1结论24
7.2展望24
参考文献25
附录一26
致谢28
1绪论
1.1课题背景，国内外现状和意义
1.1.1课题背景
随着时代和高新技术的发展，机器人技术的应用领域不断扩大，工业机器人、特种作业机器人、服务机器人、微小型机器人等已经在各个方面得到广泛的应用和发展。
机器人技术是集机械、电子、控制和计算机技术的一项综合技术。
从某些意义上来说，机器人的技术水平的高与低反映了这个国家的综合技术实力。
基于五自由度机械手的遥控智能车和排险排爆机器人类似。
它是针对公安、核工业、军事、化工等危险、恶劣、有害环境下应用的特种作业机器人，它不受任何外界电磁干扰，可以代替人在危险、恶劣、有害环境中进行观察、检查、搬运、清理、操作及安放特殊装置，代替现场安检人员实地勘察，实时传输现场图像；
用以保证人员的安全、健康，避免不必要的人员伤亡。
1.1.2国内外现状
在西方国家中，恐怖活动始终是个令当局头疼的问题。
英国由于民族矛盾，饱受爆炸物的威胁，因而英国在60年代就研制成功排爆机器人。
英国研制的履带式“手推车”及“超级手推车”排爆机器人（如图1.1.a），已向50多个国家的军警机构售出了800台以上。
美国Remotec公司的Andros系列机器人受到各国军警部门的欢迎，白宫及国会大厦的警察局都购买了这种机器人（如图1.1.b）。
Andros机器人可用于小型随机爆炸物的处理，它是美国空军客机及客车上使用的唯一的机器人。
海湾战争后，美国海军也曾用这种机器人在沙特阿拉伯和科威特的空军基地清理地雷及未爆炸的弹药。
美国空军还派出5台Andros机器人前往科索沃，用于爆炸物及子炮弹的清理。
空军每个现役排爆小队及航空救援中心都装备有一台AndrosVI（引用自XX网页）。
a 英国机器人 b 美国国机器人
图1.1欧美机器人
与国外相比，中国的排爆机器人起步较晚。
但是随着这些年中国经济和科技的不断崛起和创新，我国也有了自己的排险排爆机器人。
Raptor-eod机器人是北京博创集团开发的一款中型特种排爆排险机器人，用于处置各种突发涉爆、涉险使用排爆机器人事件。
代替以往人工排出可疑爆炸物及在危险品搬运过程中对操作者带来的危险，如图1.1.c（引自XX网页）；
“雪豹－10”由中国航天科工集团公司自主研制，车体可进行前后摆臂，并根据地形，改变履带形状，从而完成不同地形的行走命令，如平地行走、跨越沟壑、上下楼梯等，如图1.1.d（引自XX网页）。
C北京博创Raptor-eod机器人d中国航天科工“雪豹－10”
图1.1中国机器人
1.1.3设计意义
目前，排险排爆机器人价格昂贵，一般机构或学校很少购买，学生难以接触到实际的排险排爆机器人，学习相关的机械电子知识。
另外目前的排险排爆机器人操作箱操作复杂，遥控机械手时不像真的开车那样灵活自如，多采用按键式一个一个调节各个机械关节臂的角度，操作人员需要经过相关的操作培训后才能较好地控制机械手抓取，搬运物体。
本设计基于五自由度机械手的遥控智能车将重点突破这些弊端，以较低的设计成本投入以及切实可执行的设计，做出一辆带机械手的远程智能小车，用于需要远程移动巡逻的地方，也可用于化工厂等危险区域巡逻，搬运物体。
将书本理论知识应用实际，综合机械和电子多门课程知识，可直接作为高等创新教育的典范科技类作品，激发学生的创新思维和创新意识，加强学生的专业知识和技能教育，培养学生的创新能力。
1.2设计目标，总体设计和控制途径
1.2.1设计目标
（1）无线灵活控制小车运动；
（2）机械手抓取物体和搬运物体；
（3）视频无线实时传输监控；
（4）小车自主避障。
1.2.2总体设计
基于五自由度机械手遥控智能车分为遥控部分和小车及机械手部分。
遥控部分：
以STC12C5A60S2单片机为主芯片，加NRF24L01无线芯片；
实现无线控制小车前进，后退，左转，右转运动；
7寸液晶无线实时显示小车终端图像；
加上五自由度模拟机械臂，直接控制小车端五自由度机械手抓取，搬运物体；
操作人员根据液晶图像，操作模拟机械臂和按键，即可无线控制远距离小车及小车端五自由度机械臂。
小车及机械手部分：
以STC12C5A60S2单片机为主芯片，加NRF24L01无线芯片，接收处理遥控端发来的命令。
小车端带有减速齿轮履带式底盘，动力强劲，运动平稳；
车上装有五自由度机械手，接收遥控端发送的指令，实现空间任意角度抓取物体；
机械手上和小车二自由度云台配有摄像头，把小车周围的图像无线发回遥控端液晶显示（小车总体完成效果图如1.2）。
图1.2小车总体效果图
1.2.3控制途径
1.无线灵活控制小车运动
利用STC12C5A60S2单片机和NRF24L01无线芯片,按键，数码管，和其他外围电路设计成电路控制板；
按键控制小车加减档和前进，后退，左转，右转，停止，摄像头切换，开关夜灯，手动控制和超声波自动驾驶切换；
数码管显示当前档位。
2.机械手抓取物体和搬运物体
遥控端用铝合金和电位器做成一个小型模拟五自由度机械臂，加上STC12C5A60S2单片机和NRF24L01无线芯片，把模拟机械臂的模拟信号转换成数字信号，无线发送给小车端，实现小车端机械臂做和模拟机械臂相同的动作。
3．视频无线实时传输
采用2.4GHZ无线视频传输模块，发射模块TX6722采集模拟摄像头的信号，加载高频，调制后通过天线发送出去；
接收模块RX6788接收到无线视频信号，进行解调；
视频信号进入液晶驱动板，液晶驱动板通过解码把视频信号传给7寸液晶屏，实现图像显示。
4．小车自主避障
采用HY_SRF05超声波模块，当小车遥控端通过按键切换为超声波自动驾驶后，小车接收端单片机启动自动行驶模式，控制超声波模块发送超声波，根据小车周围的障碍物回应回来的超声波信号，进行调速，前进，转弯等功能；
实现小车自动避障行驶。
2机械部分结构设计与零件选用
2.1模拟机械臂
采用旋钮电位器，铝合金机械臂支架，螺母，摩擦片等做成。
采用简单的L支架，一字支架，一字薄木板，带手指孔的长铝片做成五自由度机械臂，支架连接处采用旋钮电位器转轴连接，连接轴中间加上摩擦片，是为了使模拟机械臂在操作后能自锁在原来的位置；
实物图如图2.1.a所示,运动示意图如2.1.e
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