編碼器在圖書館機器人行走裝置中的應用

北京聯合大學 楊偉堃 楊志成 陳惠榮

編碼器在圖書館機器人行走裝置中的應用

北京聯合大學 楊偉堃 楊志成 陳惠榮

圖書館機器人設計成功為圖書借閱自動化打下了良好的基礎，編碼器在轉速、角度控制中有著非常重要的地位，通過對圖書館機器人的現狀分析、認為機器人的站姿對圖書上下架有很大的影響。編碼器將在圖書館機器人行走裝置中發揮作用，本文在控制方案、編碼器模塊、驅動模塊進行了論述。

編碼器；計數器；圖書館機器人；角度控制

1.引言

圖書館做為公共資源在世界廣泛認可，圖書館自動化程度的高低也是考量一個單位社會文明程度的尺碼。我國對高等教育事業的重視，圖書館得到蓬勃發展，但是大量的人工操作，與現代高速發展的科技不相匹配，特別是需要保密的資料室。

隨著我國改革的深入與發展，特別是城市化程度的提高，生活文明化、圖書重復利用化增大，圖書位置與圖書館機器人姿態的研究，為圖書館機器人實用的普及應用有著現實意義。設計的圖書館機器人以上位機結合PLC控制器為控制核心。以采集光電編碼器反饋機器人關節位置，結合控制伺服電動機旋轉運動、氣缸作直線運動實現了對圖書上下架的控制功能。

圖1 六連桿四輪驅動底盤

圖2 控制系統總體

圖3 譯碼、編碼電路

2.圖書館機器人現狀與分析

現開發圖書館機器人多是廂儲式機器人，容量小，存儲空間固定，存貨位置占用設備資源大，自動化水平較高，不是嚴格意義上的機器人，例如，首都圖書館北門的自動圖書館，香港科技大學的自動圖書館。

3.圖書館機器人行走機構的設計

圖書館機器人采用六連桿四輪驅動底盤設計如圖1所示，可以360度原地轉身，轉身半徑為軀體二分之一；圖書館機器人采用六連桿四輪驅動底盤設計為可異構體，理論上可以360度方向前進，倒退，方便調整自身姿態，方便機器手存取圖書。

3.1 控制系統總體方案

圖4 編碼器測量加速度流程圖

圖書館機器人的控制系統總體框圖如圖2所示．控制系統由控制器、電源模塊、電機驅動模塊和各種傳感器模塊等幾個模塊組成．機器人自帶能源為控制器和電機供電，各種傳感器模塊包括對外界觀察的攝像頭、判別形狀位置的編碼器、判別路況和自身角度的傳感器陀螺儀、加速度傳感器等?？刂破鞲鶕鞲衅鬏斎氲男盘杻热菘刂齐姍C驅動模塊，進而控制機器人的運動。機器人采用四電機驅動，控制器由一個低功耗的單片機來實現．下面分別介紹控制系統各個模塊的設計。

3.2 光電編碼器模塊

光電編碼器模塊由發射、接收和編碼、譯碼兩個部分組成。發射部分包括對射管、碼盤、光電轉換放大器、解調、解碼電路組成；編碼、譯碼包括三個74ls193電路，一個D觸發器電路和與門電路。電路如圖3所示，專門用來檢測兩個角度電機的正反轉角度的電路。

4.軟件設計

單片機可以用C語言編寫程序；控制程序主要由初始化模塊和功能模塊組成；流程圖如圖4所示。初始化模塊主要包括中斷、定時、端口設置等功能。功能模塊可以增加相應功能，圖4主要是測量圖書館行走裝置行走控制流程圖。

5.結果

本文設計有如下優點：結構簡單、部件銜接緊湊，便于安裝，質量可靠。通過實驗，執行機構采用伺服電機實現，具有控制速度快、控制準確，控制精度在兩度以內，性能達到預定設計要求。

楊偉堃，男，大學本科，現就讀于北京聯合大學，參與多項市級學生項目并多次獲獎，研究方向：機械電子控制。

楊志成，男，工程碩士，北京聯合大學高級實驗師，高級考評員，儀表維修技師，研究方向：機械電子控制。