徐志勇 叶庆明

摘 要：针对直流减速电机在工业中的广泛应用，提出了用AT89C51控制四路直流减速电机的方法。并利用Proteus优秀的仿真功能实现了硬件的连接及仿真。结果表明，Proteus仿真结果与硬件电路实现结果基本相同，并成功应用在“轮足复合式机器人”中。为“轮足复合式机器人”的进一步研究奠定了基础。

关键词：轮足复合；直流减速电机；L298；Proteus

1 引言

机器人技术集机械、电子、计算机、仿生学、自动控制、多传感器及人工智能等多门学科于一体[1]。由于机器人动作的复杂性，在机器人的制作中，机器人的不同动作往往是由各种各样的电动机来完成。电动机种类繁多，其中，直流减速电机使用简单、价格便宜、动力较大[2]，非常适合作为轮式机器人的驱动电机。本文采用传统的四轮机器人为研究对象，机器人底盘结构如图1：

为提高机器人对复杂环境的适应能力及动力提供系统，该机器人采用四轮驱动的方式完成启动、停止、转弯等动作。

2 轮足复合式机器人

轮组复合式机器人（图2）以煤矿灾后救援为背景，以提高在灾后恶劣地形条件下对环境信息的快速探测能力为目标。通过对煤矿井下恶劣环境的分析和模拟，设计出能够根据不同地形条件变换运动模式，实现快速移动和越障等的机器人。该机器人以四轮形式的小车底盘为底板，四角分布四足，以实现轮式运动、足式运动、轮足结合运动等。

3 方案设计

设计方案主要包括三个模块（图3）：控制模块、驱动模块、执行模块。设计电路原理图如图4。

3.1 控制模块

该模块采用AT89C51作为主控器，实现对轮足复合式机器人核心控制器命令的接收、分析和执行。该模块采用AT89C51的P1、P2准双向I/O口作为控制端口，P3口作为与核心控制器进行数据交换的接口。

3.2 驱动模块

驱动模块采用L298N（图5），L298N是SGS公司的产品，内部包含四通道逻辑驱动电路。是一种两相和四相电机的专用驱动器，即内含二个H桥的高电压大电流双全桥式驱动器，接收标准TTL逻辑电平信号。可驱动46V、2A以下的电机。L298N逻辑功能如表1

3.3 执行模块

执行模块采用四路12V直流减速电机驱动四轮实现轮式运动的不同形式：四轮同时正转，前进；四轮同时反转，后退；左侧两轮正转，右侧两轮反转，右转弯；右侧两轮正转，左侧两轮反转，左转弯。

4 Proteus软件介绍及仿真

4.1 proteus软件仿真

Proteus组合了高级原理布图、混合模式SPICE仿真[3]，PCB设计以及自动布线来实现一个完整的电子设计系统。Proteus产品系列也包含了我们革命性的VSM技术，用户可以对基于微控制器的设计连同所有的周围电子器件一起仿真[4]。

通过对电路的分析、设计原理图，在Proteus上搭建原理图。利用Keil uVision软件编写程序，生成*.hex文件。将其下载到AT89C51中进行调试仿真，部分仿真结果如图6

4.2 仿真结果分析

4.2.1 利用Proteus的仿真功能对四路直流减速电机的控制系统进行了初步的仿真，验证了系统设计方案的可行性，为硬件系统的正确搭建做了准备。

4.2.2 基于软件的仿真系统与硬件实物的系统相比，在实时性、快速性上有所下降，但是，仿真精度误差极小，可以忽略。

4.2.3 在仿真设计中，没有考虑机器人自身的重量以及直流减速电机输出轴的阻力矩。因而，硬件系统中，机器人在启动、停止过程中存在着一定的延时和误差。

4.2.4 相对于Matlab等仿真软件而言，该软件仿真在精度、数据处理方面有所欠缺，但是，该软件仿真结果形象，便于结果的分析、观察。

5 结束语

本设计以AT89C51为控制器，设计过程利用了Proteus的高效仿真功能，使得设计更方便、更快捷，节省了大量的时间和成本，并成功模拟实现了轮足复合式机器人四路直流减速电机的控制实验，之后，再将仿真系统移植到相应的硬件电路，减少了系统开发周期，具有一定的推广价值。此外，该系统对四路直流减速电机的控制方法对其他类的机器人的控制提供了一种借鉴方法。

参考文献

[1]吴俊.双足步行机器人.机器人.

[2]周海.机器人用直流减速电机的选用.

[3]马潮.AVR单片机嵌入式系统原理与应用实践[M].北京：北京航空航天大学出版社.

[4]孙丽晶.基于ICC AVR和Proteus软件平台的AVR单片机设计开发流程.