电路征集:【大赛作品】激光测距机器人设计全部资料包括论文 电路方案

1 云台方案 测量云台部分要求稳定,能够精确控制转角,故采用42步进电机作为云台中轴,能够实现360度无死角的精确转向与速度控制,上端采用高精度舵机带动激光探头调整测量方向,舵机和步进电机的机械组合能够完成超270度球面范围内的高精度定位与测量。云台最上端为激光探头,始终与云台上表面平行,能够调整到指定的角度,并通过算法完成测量的工作。 2 测距方案 测距采用激光测距,通过对激光束进行幅度调制并测定调制光往返测线一次所产生的相位延迟,再根据调制光的波长,换算此相位延迟所代表的距离,测量距离是超声波与红外线的10倍以上,测量精度远超超声波与红外线,最高能达到1mm的精确度。 3 步进电机驱动电路 步进电机驱动电路选用A4988驱动芯片,它是一款完全的微步电动机驱动器,带有内置转换器,易于操作。可在全、半、1/4、1/8 及 1/16 步进模式时操作双极步进电动机,输出驱动性能可达 35 V及 ±2A。A4988 包括一个固定关断时间电流稳压器,该稳压器可在慢或混合衰减模式下工作。要求步进电机的高精度工作,故选用1/16的工作模式,使得转角更为平滑,且完全满足选用的型号为17HS5413(42BYGH)两相四线步进电机的工作需求,能够自由控制转角、方向及工作状态,步进电机驱动电路如图所示。 4 相位测距法 激光测距按实现机理可分为脉冲式和连续波相位式。 脉冲式的优势在于测试距离远,信号处理简单,被测目标可以是非合作的。但其测量精度并不太高,现在广泛使用的手持式和便携式测距仪大多采用这种原理,作用距离为数百米至数十千米,测量精度为五米左右。 连续波相位式激光测距仪是用无线电波段的频率,对激光束进行幅度调制并测定调制光往返测线一次所产生的相位延迟,再根据调制光的波长,换算此相位延迟所代表的距离。连续波相位式的优势是测距精度高,相对误差可保持在百万分之一以内,但被测目标必须是合作的。原理如下图所示,为了提高测量精准度,采用相位式激光测距。 若调制光角频率为ω,在待测量距离D上往返一次产生的相位延迟为φ,则对应时间t 可表示为:t=φ/ω,代入公式距离D可表示为 D=1/2 ct=1/2 c•φ/ω=c/(4πf) (Nπ+Δφ)=c/4f (N+ΔN)=U(N+) 式中: φ——信号往返测线一次产生的总的相位延迟。 ω——调制信号的角频率,ω=2πf。 U——单位长度,数值等于1/4调制波长 N——测线所包含调制半波长个数。 Δφ——信号往返测线一次产生相位延迟不足π部分。 ΔN——测线所包含调制波不足半波长的小数部分。 ΔN=φ/ω 在给定调制和标准大气条件下,频率c/(4πf)是一个常数,此时距离的测量变成了测线所包含半波长个数的测量和不足半波长的小数部分的测量即测N或φ,由于近代精密机械加工技术和无线电测相技术的发展,已使φ的测量达到很高的精度。 为了测得不足π的相角φ,可以通过不同的方法来进行测量,通常应用最多的是延迟测相和数字测相,测距采用数字测相,使用连续发射带调制信号的激光束,采用数字测相脉冲展宽细分技术,无需合作目标即可达到毫米级精度,测程已经超过100m,最终快速准确地直接显示距离。 5 原作品的视频 四驱主要能够实现广角激光测距、超声波避障、蓝牙控制。 6 附件截图: