基于手机Android操作系统自动控制一种移动机器人.pdf

1、 精密制造与自动化 2016 年第 4 期 45 基于手机 Android 操作系统自动控制 一种移动机器人*蒯苏苏1 景 龙1 张文刚2 赵建忠1（1.江苏大学 机械工程学院 江苏镇江 212013；2.江苏大学 电气信息工程学院 江苏镇江 212013）摘 要 以 ARM 7LPC2138 主控板、默认 4 路传感器端口、6 路舵机端口，支持蓝牙配对，支持 C 语言编程为依据，设计了一种移动机器人。根据 TRIZ 理论功能分解树和发明原理序号为“1、17、23、13”，进行了移动机器人的结构设计和创新设计，提出了一种避障中分线快速检测算法，分析了 TTL 信号传感器接收端在前方 5cm 以

2、内有障碍物时触发，可用于绕障、穿越障碍等。在机器人控制中，以 ARM7 主控板 C 语言环境，编程和烧写文件。而 Android 手机操作系统，编写蓝牙中断函数到机器人 ARM7 主控板，由手机执行对机械手的控制操作。舵机控制采用指令模式，通过 ARM 7 调用库函数以控制机器人的各个舵机，使机器人按照相应的策略运动，设计方法具有广阔的应用前景和创新价值。关键词 移动机器人 ARM7 TRIZ 理论 传感器 蓝牙配对 手机 国内外学者一直在研究移动机器人。由于移动机器人的物理特性不同，控制需要调整路径和移动方向，使机器人按照相应的策略运动，在避开障碍物时，文献1提出的迷你型概念车以计算机为基础

3、，采用顺序的程序流程控制，编写碰撞转向和红外避障程序实现智能控制；文献2提出了机器人控制系统的硬件，采用了协调级与执行级的二级结构。本文设计了一种移动“搬运机器人”，采用手机Android 操作系统控制嵌入式 ARM7 硬件和软件，在 ARM7 主控板 C 语言环境中编程和烧写文件，舵机端口根据程序命令输出特定的 PWM 信号，驱动机器人的各个舵机运动，手机 Android 操作系统的蓝牙设备将命令发送到 ARM7 中，由安卓手机执行对机械手的控制3，比较探索者机器人的 AVR 手柄控制精度更高。1 1 系统总体方案系统总体方案 1.11.1 功能设计功能设计 移动机器人应具备识别物体并准确定

4、位功能，同时根据目标位置，选择合适的路径避开障碍物 4,5，将物体搬运到指定位置，为此确定方案时考虑了 *基金项目：江苏大学第 14 批大学生科研立项项目 多种因素：（1）移动机器人能搬足够重量的物体；（2）运动时候能避障自如；（3）避免运动过程中因摩擦过大而造成舵机损坏。根据功能要求确定移动搬运机器人的 TRIZ 分解功能树如图 1 所示。图图 1 TRIZ 分解功能树分解功能树 其中主功能为搬运物体。辅助功能为分功能 21搬物体、分功能 22 传递运动。其中传递运动又可分为分功能 221 转向、前进和后退；分功能 222 避障、制动。有害功能可分为分功能 31 碰撞、分功能 32损失。损失

5、状况又可分为分功能 321 跌损、分功能322 磨损。新设计的任务是实现一种新的总功能，根据 TRIZ 分解功能树规划的机器人总体构造框图如图 2 所示，由舵机（动力系统）、机器人（三轮车结构及机械手执行机构）和电气设备（控制系统）三部分组成。万方数据 精密制造与自动化 2016 年第 4 期 46 图图 2 移动机器人系统框图移动机器人系统框图 1.2 1.2 移动机器人创新设计移动机器人创新设计 创新设计是增加辅助功能，不产生有害功能，不影响有用功能。本方案增加的辅助功能是分功能21 搬运物体，为此创新设计了移动搬运机器人结构图，如图 3 所示。图 3（b）中该机械手臂结构模型的 2 个关

6、节均为转动关节，其中标准舵机 1 驱动手臂的升高和降低，标准舵机 2 驱动一对直齿轮传动带动手爪张开和闭合6、7，使机器人实现抓、放物体的功能。（a）移动机器人结构图 (b)机器人执行机构简图 图图 3 移动机器人移动机器人 1.2.1 建立问题模型 为实现总功能，需增强分功能 222 避障动作，消除有害功能中分功能 31 碰撞。将现实问题转化为TRIZ 标准问题，需对实际问题的描述转化为 39 个通用工程参数中的 2 项，再确定工程参数之间的技术矛盾。问题描述：若手臂设计成位于三轮车前端，移动机器人较长，在碰撞中有一个大的变形空间，可以吸收能量，缓解交通事故对机器人的冲击力，但此种机器人体积较大，造成避障困难。若手臂设计成位于三轮车后端，机器人较短，不具备变形缓冲功能。系统存在的技术矛盾是移动机器人长度短与在搬运中防撞性能降低的矛盾。1.2.2 解决方案 根据分析得到的工程参数，通过查询 TRIZ 技术矛盾的冲突矩阵，找到 2 个工程参数对应的行与列的交叉处确定矩阵元素，得到该元素中推荐的发明原理序号见表 1。表表 1 移动机器人冲突矩阵移动机器人冲突矩阵 改善的参数 恶化的参数 N