编码器在图书馆机器人行走装置中的应用

【摘要】图书馆机器人设计成功为图书借阅自动化打下了良好的基础，编码器在转速、角度控制中有着非常重要的地位，通过对图书馆机器人的现状分析、认为机器人的站姿对图书上下架有很大的影响。编码器将在图书馆机器人行走装置中发挥作用，本文在控制方案、编码器模块、驱动模块进行了论述。

【关键词】编码器；计数器；图书馆机器人；角度控制

1.引言

图书馆做为公共资源在世界广泛认可，图书馆自动化程度的高低也是考量一个单位社会文明程度的尺码。我国对高等教育事业的重视，图书馆得到蓬勃发展，但是大量的人工操作，与现代高速发展的科技不相匹配，特别是需要保密的资料室。

随着我国改革的深入与发展，特别是城市化程度的提高，生活文明化、图书重复利用化增大，图书位置与图书馆机器人姿态的研究，为图书馆机器人实用的普及应用有着现实意义。设计的图书馆机器人以上位机结合PLC控制器为控制核心。以采集光电编码器反馈机器人关节位置，结合控制伺服电动机旋转运动、气缸作直线运动实现了对图书上下架的控制功能。

2.图书馆机器人现状与分析

现开发图书馆机器人多是厢储式机器人，容量小，存储空间固定，存货位置占用设备资源大，自动化水平较高，不是严格意义上的机器人，例如，首都图书馆北门的自动图书馆，香港科技大学的自动图书馆。

3.图书馆机器人行走机构的设计

图书馆机器人采用六连杆四轮驱动底盘设计如图1所示，可以360度原地转身，转身半径为躯体二分之一；图书馆机器人采用六连杆四轮驱动底盘设计为可异构体，理论上可以360度方向前进，倒退，方便调整自身姿态，方便机器手存取图书。

3.1 控制系统总体方案

图书馆机器人的控制系统总体框图如图2所示.控制系统由控制器、电源模块、电机驱动模块和各种传感器模块等几个模块组成.机器人自带能源为控制器和电机供电，各种传感器模块包括对外界观察的摄像头、判别形状位置的编码器、判别路况和自身角度的传感器陀螺仪、加速度传感器等。控制器根据传感器输入的信号内容控制电机驱动模块，进而控制机器人的运动。机器人采用四电机驱动，控制器由一个低功耗的单片机来实现.下面分别介绍控制系统各个模块的设计。

3.2 光电编码器模块

光电编码器模块由发射、接收和编码、译码两个部分组成。发射部分包括对射管、码盘、光电转换放大器、解调、解码电路组成；编码、译码包括三个74ls193电路，一个D触发器电路和与门电路。电路如图3所示，专门用来检测两个角度电机的正反转角度的电路。

4.软件设计

单片机可以用C语言编写程序；控制程序主要由初始化模块和功能模块组成；流程图如图4所示。初始化模块主要包括中断、定时、端口设置等功能。功能模块可以增加相应功能，图4主要是测量图书馆行走装置行走控制流程图。

5.结果

本文设计有如下优点：结构简单、部件衔接紧凑，便于安装，质量可靠。通过实验，执行机构采用伺服电机实现，具有控制速度快、控制准确，控制精度在两度以内，性能达到预定设计要求。