基于at89c52单片机的机器人关节控制系统设计

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摘要：多关节机器人是很常见的一种机器人类型，通常采用舵机作为关节连接件。文章提出了一种基于
' j+ _. w: L. @; |  B6 M& d% n5 lAT89C52单片机的通用的多关节机器人控制系统，并提出了一种新的通过排序过程并行输出控制信号的舵机控制
# ]+ q! e) ?" z8 ]  X9 c6 l+ r( s算法，可同时控制多达24路舵机，以及利用积分方式对舵机进行调速控制方法，实现关节平滑运动。
+ k0 h) i0 s+ _6 N1 c在多关节的双足或者多足机器人设计中，通常采用舵机作
+ j( Y/ I3 L7 A: |/ D) \: B为连接关节。舵机是一种位置伺服驱动器，通过接收PWM信号
0 T- @8 |3 B. s7 B8 A7 I* j; B1 v输出一定的转角，定位精度较高，可以实现多关节机器入对位置
的控制要求。在多关节机器人中，要求能同时并行控制多个关节
, V) P! ]1 b: U8 G$ _6 Z点，传统的并行控制方式多采用cpld／FPGA等分立元件¨J，或
9 h- ~2 Y( b  y& x" t/ r! y者通过单片机以串行方式输出控制信号【2 J，或利用舵机周期时
  ?( U: g& j% x8 r( N; @, S间长的特点采用时间片的方式【31。在此，我们提出了一种基于
7 @" G' e! p6 N& Xat89c52单片机的多舵机并行积分控制系统，通过排序的方式，并
& C8 w/ P9 c- |  a" P5 Q& ^行输出多路控制信号，并通过循环调用方式，可同时控制8—24
0 c6 _9 j" a0 O8 @8 c" o7 ?路舵机，实现机器人关节的同步控制。
1舵机的控制原理
舵机通过接收周期为20ms的PWM方波来作为定位信号，
/ p! I9 \$ @( k8 ~. `% P) J, w方波中高电平持续时间对应为舵机的转角。舵机的转角与高电
平持续时间的关系见图1，舵机控制波形见图2。
! n, C$ v. h* g0 M/ ~4 z在不考虑舵机的非线性误差的情况下，转角与脉宽有如下
1 \6 {, ]1 j3 U1 W6 k* p关系：0=90t一45。
5 f  a# ^' h1 D3 b, A: f; c& z- A随着机器人技术的发展。现在用于机器人上的舵机多已突
破传统的20ms的周期限制。我们采用了一款国产的机器人专用
* _+ l( K0 p( T, D( ^9 N舵机作为研究平台，该舵机PWM周期4～25ms，且可以实现位
% H4 w5 F! F. ]* |* Y置自锁，位置跟踪，不用随时接收指令，转速约30。／ms。
2控制系统设计
. f6 h* k4 Y6 x  I( j% Y( u. ~我们采用atmel公司的at89c52单片机作为主控制器。该型
& G* q& n8 {& x! h9 _: B$ k号片内EPROM达到8k，256B的片内RAM，同时有3个定时器，
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舵机可以作为机器人手指的关节