发布时间 : 星期四 文章电气工程学院机器人大作业更新完毕开始阅读
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性，会使得问题的求解速度更快、更准确。所以，采用A*算法进行路径搜索。 2)建立机械臂环境模型
利用栅格方法对机械臂在工作空间中进行环境建模时，环境描述一般作为A*算法的最基础问题。栅格数目以及尺寸会对机械臂工作空间中环境信息的存储大小或者规划(time时间产生影响。
图3-21机械臂环境模型
机械臂作业空间如图3-21，空白栅格意味着自由空间，机械臂连杆能够在该区域内自由运动;有阴影的栅格意味着障碍空间。如此一来，机械臂末端执行器在作业空间中的方向以及位置就能够在机械臂的环境图内以某点表示，当然，需要对栅格进行编号。从图3-21可以看出，折线(2,4,17,38,45,44,94,99)代表着某一条机械臂从起点到终点的运动路径。
3.4.3 基于A*算法的避障路径规划实例
如前所述，机械臂的工作空间环境图利用栅格法表示。这里以一个实例进行 避障路径规划说明。
如上图一样，对环境信息进行设置:假设栅格2处为起点，栅格99为目标终 点，空白栅格代表自由区域，机械臂在自由区域可以自由运动，带有蓝色小方框 的阴影栅格代表障碍区域，机械臂在这些地方是不能达到的，如图3-22(a)所示。
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(a) 工作空间环境图
(b) 路径搜索
图3-22机械臂的A*算法路径搜索
如图3-22(b)所示，利用A*算法，在环境图中找到了从起点2(绿色)到终点99(红色)的一条路径，且该路径避开了障碍区域，完成了路径规划研究。
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4 实物机械臂硬件设计
4.1 硬件结构图
本设计主要功能可以人机交互显示，利用按键控制机械手的动作，同时也可以通过串口通讯把必要的信息选择的上传到上位机中。
硬件电路如下图1：
电源电压按键模块显示模块K60单片机串口通信舵机控制 图1硬件结构
4.2 各模块工作原理及设计
本系统采用Kinetis中的K60单片机，K60单片机因其强悍、稳定、安全等优势广泛应用于汽车领域等，其主要性能如下：
一、超低功耗：
1. 10 种带有功率和时脉闸控的低功耗模式，可优化外围设备活动和恢复时间。停止电流 <500 nA，运行电流 <200 uA/MHz，停止模式唤醒时间4μs。
2. 完整内存，模拟运行可降至 1.71V，令电池寿命延长。
3. 低漏电唤醒单元，可带有 8 个内置模块和 16 个引脚，作为低漏电停
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止 (LLS)/超低漏电停止 (VLLS) 模式的唤醒源。
4. 低功耗定时器支持在低功耗状态下系统的持续运行。 二、闪存、SRAM和FlexMemory
5. 256 KB-1 MB闪存。快速接入、高可靠性具备四级安全保护 6. 64 KB-128 KB SRAM
7. FlexMemory：32 字节 - 16 KB 用户可分段的字节写入/清除 EEPROM，适用于数据表/系统数据。 EEPROM 具有超过 10M 的周期和 70 μsec 写入时间的闪存（出现电力故障时不会发生数据丢失或损坏）。没有用户或系统干预便可完成编程和清除功能，完全运行状态下可降至 1.71V。此外，
从 256KB-512KB 的 FlexNVM 还适用于额外编程代码、数据或 EEPROM 备份
三、混合信号功能：
8. 多达四种可配置分辨率的高速16位ADC。可采用单路或差分输出模式改善噪声抑制。可编程延迟块触发功能转换时间可达500 ns
9. 多达两个12位DAC可用于音频应用模拟波形生成
10. 具有 3 个高速比较器，通过将 PWM 保持在安全状态，提供快速准确的电机过电流保护。 11. 多达四个64倍可编程增益放大器用于小型振幅信号转换
12. 模拟基准电压为模拟块、ADC 和 DAC 提供精确的基准值，可以替换外部基准电压，降低系统成本。
四、性能：
13. ARM Cortex-M4 内核 + DSP。100-180MHz、单周期 MAC、单指令多数据 (SIMD) 扩展、可选的单精度浮点单元。
14. 具有 32 通道的 DMA 适用于外围设备和内存，可降低 CPU 负载，实现更快的系统吞吐量。 15. 交叉开关可实现并发多主站总线接入，增加总线带宽。
16. 具有 16 KB 的指令/数据缓存能力可优化总线带宽和闪存执行性能。 17. 独立的闪存库可以执行并发代码，实现固件更新，不会出现性能退化或复杂的编码例程。
其中PTC12~PTC16控制NOKIA5110显示屏的输出显示，PTD4~PTD6控制舵机即机械臂关节处的动作。PTE0~PTE4检测按键，从而使机械臂做出相应的动作。
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