一种体操机器人控制系统的制作方法

本实用新型涉及机器人领域，具体地说，涉及一种应用于教学、娱乐的一种体操机器人控制系统。

背景技术：

竞技体操机器人是一个高技术的研究平台，通过机械结构设计、控制电路设计、软件设计，实现整个机器人的运动，并完成规定的舞蹈动作。娱乐型竞技体操机器人机械结构设计中借鉴了人类的身体构造，与工业机器人相比，具有更强的娱乐性和灵活性。竞技体操机器人体积小、质量轻，通过简单的机械加工就可完成机械结构的制作，整个机械结构通过舵机连接，具有结构简单，材料、加工成本低，产品附加值高的特点。

通过研究和改进机器人的机械结构，控制电路、控制算法，能够推动仿人型机器人的研究水平。当前，竞技体操机器人在娱乐和青少年科普等领域有着越来越高的应用价值。未来，在家庭应用、寓教于乐等领域，体操机器人的研究成果将具备广泛的应用前景，借助语音识别、图像识别、模式识别等技术，将使得机器人更加智能，能够在更多的领域代替人类。

在控制方面，采用了嵌入式控制系统，可以方便地根据需要对机器人进行编程，从而实现不同的动作。控制器将控制信号输出给舵机，通过舵机实现了各个关节的旋转运动，通过不同舵机间的配合实现整个机器人的协调运动。以往对舵机的控制采用PWM(脉冲宽度调制)，但本实用新型所服务的机器人采用总线舵机，因而需要一种全新的体操机器人控制系统，对总线舵机进行驱动，本实用新型便是一种适用于驱动总线舵机的控制系统。

技术实现要素：

本实用新型的目的在于设计一种体操机器人控制系统。其采用的技术方案如下：一种体操机器人控制系统由UART(通用异步收发传输器)无线通信模块、单片机、电源电路、舵机驱动、舵机接口、LED电路、复位电路以及调试电路组成；UART无线通信模块的串口输入与单片机串口输出相连，UART无线通信模块的串口输出与单片机串口输入相连，实现电脑与单片机进行通信；电源电路的输出与单片机的电源输入及舵机驱动电路的电源输入相连；调试电路与单片机调试接口相连，实现单片机中程序的调试及更新；舵机接口中单总线串口与单片机单总线串口相连，负责将单片机中的控制信号传送给总线舵机；复位电路输出与单片机复位引脚相连，实现单片机的硬复位；LED电路与单片机的普通IO输出接口相连，用以显示控制系统所处状态，如单片机运行情况以及通信状态等；舵机驱动的输出与舵机接口的电源输入相连，舵机驱动采用MOS管驱动舵机；电源电路的电压源采用两节型号为18650的锂电池串联，之后通过7805三端稳压集成电路为单片机电路供电；UART无线通信模块采用ZigBee协议；单片机采用NXP(恩智浦)的KE15Z系列的单片机作为主控芯片；LED电路中的每一颗LED灯珠上串联1k电阻。

通过在体操机器人上安装本实用新型，可以良好的驱动TS-315型的总线舵机，实现机器人关节的转动，进而使机器人的完成各种动作。

本实用新型具有如下优点：

本实用新型相比传统的体操机器人控制系统控制方案，控制电路基于NXP KE15Z设计，并建立完善的KE15Z运行程序库。KE15Z电路板电源兼容DC 5v和3.3v，该器件具有最大256KB的闪存和32KB SRAM，以及可以扩展非常丰富的模拟和数字外设，可以轻松访问MCU I/O引脚。此款MCU产品采用ARM Cortex-M0+内核，运行频率为72MHz，不仅具备更加强大的性能，还拥有更高的存储容量，为机器人的运动控制提供了充分的保障。关节处采用TS-315型总线舵机，采用单总线串口通信的方式控制舵机，相比传统的数字舵机，可以大大减少连线的数量，使机器人外形更佳整洁，减少因线束过多导致动作过程中的约束。

附图说明

图1：本实用新型一种体操机器人控制系统各个电路模块关系框图。

图2：本实用新型一种体操机器人控制系统电源电路原理图。

图3：本实用新型一种体操机器人控制系统LED电路原理图。

图4：本实用新型一种体操机器人控制系统复位电路原理图。

图5：本实用新型一种体操机器人控制系统调试电路原理图。

图6：本实用新型一种体操机器人控制系统控制结构关系框图。

具体实施方式

本实用新型的目的在于设计一种体操机器人控制系统。其具体实施方式如下：一种体操机器人控制系统由UART(通用异步收发传输器)无线通信模块、单片机、电源电路、舵机驱动、舵机接口、LED电路、复位电路以及调试电路组成；

UART无线通信模块的串口输入与单片机串口输出相连，UART无线通信模块的串口输出与单片机串口输入相连，实现电脑与单片机进行通信，用于机器人动作的调试，UART无线通信模块采用ZigBee协议；

电源电路的输出与单片机的电源输入及舵机驱动电路的电源输入相连，电源电路的电压源采用两节型号为18650、电压为3.7-4.2v的锂电池串联，之后通过7805三端稳压集成电路为单片机电路供电，电源输入使用额定电流为500mA的自恢复保险丝(如图2所示)，对单片机电路进行短路保护，采用二极管防止单片机电路对USB接口灌电流，通过LED1显示电源状态；

单片机采用NXP(恩智浦)的KE15Z系列的单片机作为主控芯片，调试电路(如图5所示)与单片机调试接口相连，实现单片机程序的调试及更新，通过JLINK下载器连接调试电路，采用SWD(串行总线调试接口)下载程序；

舵机接口单总线串口与单片机单总线串口相连，采用的舵机为总线舵机，可以多个舵机串联使用，使用一条符合RS232协议的单总线对所有舵机进行控制；

复位电路输出与单片机复位引脚相连；

LED电路与单片机的普通IO输出接口相连，LED电路中的每一颗LED灯珠上串联1k电阻，通过不同的LED闪烁代表不同的单片机运行状态；

舵机驱动的输出与舵机接口的电源输入相连。

将初步完成的程序通过调试接口下载到单片机中(如图6所示)，然后通过动作在线编程软件对机器人动作进行实时调试，动作在线编程软件将控制信号通过符合ZigBee协议的UART无线传输模块发送给KE15Z单片机，单片机进行解码并将控制信号传送给总线舵机，LED电路显示单片机的运行状态，复位电路提供手动复位，最终实现对舵机转动的控制，进而实现机器人动作的调试，最后将调试完成的动作代码在集成开发环境中调试，实现控制机器人动作的舵机流畅，协调运行。