作者：張愛麗

    單兵作戰(zhàn)用機器人體積小，方便單兵野外作戰(zhàn)時攜帶,，可完成偵察,、作戰(zhàn)、排爆等任務,。機器人能夠代替人類到達不方便到達或危險的環(huán)境,，確保了士兵的安全。車體是履帶式設計,，行動平穩(wěn),。

1 單兵作戰(zhàn)用機器人控制系統(tǒng)硬件設計

    為了實現士兵對機器人的實時控制，需要配合使用遙操控終端,。機器人與遙操控終端的工作原理如圖1所示,。



    遙操控終端通過按鈕,、開關、搖桿采集工作人員的操控指令,，將操控指令轉換成數據,，按照規(guī)定的格式通過串口發(fā)給無線電臺，無線電臺將該數據發(fā)送出去,；機器人控制系統(tǒng)的無線電臺接收到來自操控終端的控制指令后,，按照操控指令控制機器人運動、武器擊發(fā),，同時機器人控制系統(tǒng)采集機器人的GPS位置,、電池電量、超聲波避障信息等,，把機器人信息打包后通過機器人上的無線電臺發(fā)送給遙操控終端的電臺,，遙操控終端接收到機器人信息后，將其顯示在人機界面上,，以備士兵隨時掌握機器人的實時信息,。

    單兵作戰(zhàn)用機器人控制系統(tǒng)是基于DSP芯片及與其外圍電路、電源電路組成,。DSP芯片選用TMS320F2812,。TMS320F2812是美國TI公司推出的C2000平臺上的定點32位DSP芯片，主頻150 MHz,、處理性能可達150 MIPS,，每條指令周期6．67 ns。

TMS320F2812包括4M可尋址程序空間和4M可尋址數據空間,。同時片內具有128×16位的FLASH存儲器和18K×16位的SRAM,。TMS320F2812采用3_3 V和1．8 V供電，功耗低,。TMS320F28 12的外部接口非常豐富,，16路12位的ADC采集通道，SPI,、SCI通信模塊，多達56個復用I／O引腳,。



    單兵作戰(zhàn)用機器人控制系統(tǒng)組成如圖2所示,。

1．1 I／O端口

    TMS320F2812的GPIOA0-GPIOA3口設置成基本輸入輸出端口，端口配置及屬性如表1所示,。



    超聲波避障信號用于探測機器人前方0．5 m內是否有障礙物,，如遇到障礙物，機器人可自動轉彎避開,。武器擊發(fā)開關用于機器人上武器的擊發(fā)控制,，手電開關用于機器人上手電的開關控制,，攝像頭廣窄角選擇用于機器人上攝像頭的廣角與窄角的切換。

1．2 A／D端口

    TMS320F2812的A／D轉換器模塊共有16個通道,，模擬電壓的輸入范圍是0～3 V,。這里用了其中的2個通道，分別用來測量機器人上的2塊24 V鋰電池的電量,。圖3中電量測量電路分為3個部分：差分比例1：10電路,，把24 V電壓轉換到0～2．4 V區(qū)間；隔離比例1：1電路,，能有效的隔離輸入電壓與DSP的前端接口,；電壓鉗位電路，將輸入到DSP端口的電壓鉗位在3.3 V以內,，防止電源電壓意外浪涌時損壞DSP的A／D轉換端口,。2路24 V電池電壓分別經過2路電量測量電路后，輸入到DSP的ADCINA0,、ADCINA2兩個端口,，根據采集到的電壓值，可計算當前電池的電壓,，從而確定電池電量,。



1．3 串 口

    TMS320F2812的GPIOF4、GPIOF5配置成串口1,，GPIOG4,、GPIOG5配置成串口2。串口1接收GPS的信息,，用來確定當前機器人的位置信息,；串口2連接機器人電臺，實現與遙操控終端電臺的無線傳輸,。機器人電臺連接攝像頭和麥克之后,，能夠把影音信息傳送到遙操控終端的電臺，遙操控終端的工作人員即可接收到機器人附近的視頻,、音頻信息,。

1．4 電機控制

    機器人的前進、后退,、左轉,、右轉由左履帶電機和右履帶電機控制。機器人上的武器通過做上下,、左右調節(jié)來瞄準目標,。

    DSP的XINTF是其外部接口，這里使用了XD0-XD11共12根數據線,，經過電平轉換為5 V電平后,，連接到D／A轉換芯片,。D／A轉換芯片選用了12位的AD664，可輸出4路0～5V模擬電壓,，4路模擬電壓作為控制電壓輸入到電機控制器,，分別控制機器人左履帶電機、右履帶電機,、武器上下調節(jié)電機,、武器左右調節(jié)電機。
    當電壓為2．5 V時,，電機停轉,；電壓小于2．5 V時，電機反轉,；電壓大于2．5 V時,，電機正轉。對于左履帶和右履帶,，通過輸出的控制電壓,，可實現車體前進、后退的無級變速,，以及左,、右轉彎的運動控制。

1．5 電源供電電路

    鋰電池具有體積小,、重量輕,、容量大的特點。機器人內置2組24 V供電電池,。第1組24 V電池為左履帶電機,、右履帶電機、武器上下調節(jié)電機,、武器左右調節(jié)電機供電,。第2組24 V電池經過DC／DC模塊．轉換成12 V電壓和5 V電壓。12 V電壓用來給機器人上的無線電臺供電,。5 V電壓為控制電路供電,，同時經過電源轉換電路，轉換成3．3 V和1．8 V電壓為DSP供電,。為了監(jiān)測DSP芯片供電電壓是否正常,，增加了電壓監(jiān)控電路，當DSP芯片供電不正常時,，可將此故障報送到電臺發(fā)送到遙操控終端。



2 單兵作戰(zhàn)用機器人控制系統(tǒng)軟件設計

    單兵作戰(zhàn)用機器人控制系統(tǒng)軟件分為主程序和中斷服務程序兩部分,。主程序實現的流程如圖5所示,，上電初始化處理器的I／O端口,、A ／D端口、串口等資源,，初始化完畢開始與遙操控終端軟件進行通信,，握手成功后，開啟軟件定時器,、中斷,，定時采集機器人信息，包括超聲波避障,、電量測量值,、GPS信息。



當串口2即機器人無線電臺出現接收數據中斷時,，表明接受到來自遙操控終端的控制數據,，此時處理器進入中斷服務程序，如圖6所示,。中斷程序首先將串口2接收到的數據保存到寄存器,，然后將最新采集的機器人信息按照預定格式發(fā)送到串口2，通過機器人無線電臺發(fā)送給遙操控終端,。程序還需要根據串口2所接到的數據,，按照預定的格式分配到處理器的各個端口，實現遙操控終端的控制指令,，包括武器擊發(fā)開關,、手電開關、攝像頭廣角窄角切換,、左履帶電機轉動方向和速度,、右履帶電機轉動方向和速度、武器高低轉動方向和速度,、武器左右轉動方向和速度,。



3 結束語

    單兵作戰(zhàn)用機器人便于攜帶、操控簡單,、可廣泛應用于軍隊,、武警部隊。文中所設計的單兵作戰(zhàn)用機器人控制系統(tǒng)實時性高,、設計合理,，理論試驗驗證可行，在實際應用中得到了用戶的認可,。