智能巡线机器人设计
××××学院
毕业设计说明书
题目智能巡线机器人设计
学生
系别机电工程系
专业班级机械设计制造及其自动化机电03.3班学号
指导教师
××××学院
毕业设计（论文）任务书
设计（论文）题目：智能巡线机器人设计
系：机电系专业：机械设计制造及其自动化（机电一体化）
班级：学号：
学生：指导教师：
接受任务时间
教研室主任（签名）系主任（签名）
1．毕业设计（论文）的主要内容及基本要求
1.总体方案设计；
2机械整体设计；
3.控制设计；
4编写设计说明书；
2．指定查阅的主要参考文献
1.《机器人控制电子学》
2.《机器人探索》
3.《机器人的创意设计与实践》
4．《MSP430系列——FLASH型超低功耗16位单片机》
（电子和机械方面的书）
近年来机器人的研究和应用已经不仅仅局限于军用领域。许多应用于军用机器人上的成功技术已经在民用机器人中得到了一定的应用。在工业机器人的基础上，运用了传感器技术和单片机智能控制技术，设计出了一种能自动运送货物的职能巡线机器人。
论文首先对智能巡线机器人总体设计方案进行叙述，阐述其各要素的工作原理，然后就整个智能巡线机器人系统划分为五个模块，分章节对各个模块设计制作进行阐述。
机器人机械结构部分，通过分析常用的车轮驱动配置方式，择优选择了前排安装两个万向轮、后排安装两个独立驱动轮的设计方案，充分考虑到了巡线的简易性和稳定性。
机器人传感器接口与驱动电路部分，详细阐述了光电传感器检测信号原理，叙述了设计所采用的光电传感器接口电路详细设计方案，分析了传感器采用该种布局方案的原因。针对机器人的机械特性和速度要求，选用了L298N驱动芯片驱动电机，分析了它的优缺点和可行性。
机器人主控系统硬件部分阐述了主控芯片选型，主控电路设计方案，以及相应的接口说明。软件部分在MSP430平台上实现了快速、稳定、准确的巡线方法。
关键词:机器人；巡线；光电检测；PWM驱动。
In recent years, research and design of robot has not been limited just in military field. Many technologies, which had been used in the military field cuccessfully, have been used in the field of civilian robot. Based on the industrial robot, and by applying sensor interface control and SCM intelligent control, this project has designed one kind of biranpower line walking robot that is able to carry the goods by itself.
In this thesis, the overall design of autonomous line-tracking robot and principle of each essential element have been described. The robot system has been divided into five parts as fellow.
The autonomous line-tracking arithmetic is the key of this project research. The relative position relationship between the robot and the leading line is divided into seven typical states; the adjustment strategy has been described respectively. An implementation principle to enable centerline approaching the leading-line gradually has been described by adjusting continuously chassis posture.
In mechanical structure part, by analyzing the normal wheel drive configurations, it has been choiced that two universal wheels are installed in the front and two independent driving wheels are installed in the rear, which takes fully into account the simplicity and stability of the line-tracking.
In sensor interface and drive circuit part, a detail explanation of photoelectric sensor and interface circuit has been discussed carefully. To adapt the robot mechanical properties and speed requirement, two motor driving circuits based on different principles have been designed and their advantages and feasibility analyied.
In robot control system part, hardware and software have been discussed such as CPU choosing, control circuit designing, and hardware interface assigning, etc. Based on the MSP430, the speed difference from left and right wheel created by the Pulse-Width Modulation adjusts the position of the robot and leading line, which carries out the autonomous runs along with the leading line quickly, stably and accurately.
Keywords: Robot; Line-tracking; Photoelectric Sensor; PWM.
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前言
机电一体化是综合应用机械技术、微电子技术、信息技术、自动控制技术、传感测试技术、电力电子技术、接口技术及软件编程技术等，机器人则是机电一体化的显著代表。机器人根据系统功能目标和优化组织结构目标，以智力、动力、结构、运动和感知组成要素为基础，对各组成要素及其间的信息处理、接口耦合、运动传递、物质运动、能量变换机理进行研究，使得整个系统有机结合与综合集成，并在系统程序和微电子电路的有序信息流控制之下，形成物质和能量的有规则运动，在高功能、高质量、高精度、高可靠性、低能耗意义上实现各种技术功能组合以得到最佳功能价值的系统工程技术。
机器人技术作为20世纪人类最伟大的发明之一，自1960年代初问世以来，经历40年的发展已取得长足的进步。机器人的出现并高速发展是社会和经济发展的必然，是为了提高社会的生产水平和人类的生活质量，让机器人代替人干那些人干不了、干不好的工作。在现实生活中有些工作会对人体造成伤害，比如喷漆、重物搬运等；有些工作要求质量很高，人难以长时间胜任，比如汽车焊接、精密装配等；有些工作人无法身临其境，比如火山探险、深海探密、空间探索等；有些工作不适合人去干，比如一些恶劣的环境、一些枯燥单调的重复性劳作等；这些都是机器人大显身手的地方。服务机器人还可以治病保健、保洁保安；水下机器人可以帮助打捞沉船、铺设电缆；工程机器人可以上山入地、开洞筑路；农业机器人可以耕耘播种、施肥除虫；军用机器人可以冲锋陷阵、排雷排弹……。
可以说，机器人的应用范围非常之广。据国外专家预测，2l世纪将是机器人技术革命的世纪，机器人作为全面延伸和扩展人的体力和智力的手段将实现“当代最高意义上的自动化”。机器人的应用和普及正在改变人类的生产方式、生活方式和作战方式。
编者
2007.5
目录第4页
目录
摘要 (1)
Abstract (2)
前言 (3)
第1章绪论 (1)
1．1 机电一体化技术简介 (1)
1. 2智能巡线机器人的概况 (2)
1. 3 课题的主要内容 (2)
第2章自动巡线机器人总体方案设计 (4)
2．1 机器人要素分析 (4)
2．2 机器人总体分析 (5)
2.2.1 场地分析 (5)
2.2.2 机械结构分析 (5)
2.2.2控制系统框架设计 (5)
2.2.4运动姿态分析 (5)
第3章机械结构设计 (7)
3．1 移动机器人的车轮驱动配置 (7)
3.1.1 机器人常用车轮驱动配置介绍 (7)
3.1.2 本系统所采用的车轮驱动方式配置 (10)
3．2 机器人机械尺寸设计 (11)
第4章传感器接口电路设计 (13)
4．1 机器人对巡线传感器的要求 (13)
4．2 超声波传感器 (13)
4.2.1超声波传感器的原理 (13)
4.2.2 超声波的发射与接受电路 (15)
4．3 红外光电反射式传感器 (15)
4.3.1 红外光电反射式传感器原理 (16)
4.3.2 基于反射光强度测量的红外光电反射式传感器电路 (17)
4．4 红外光电反射式传感器布局 (19)
第5章电机驱动电路设计 (21)
5．1 驱动电机的选用 (21)
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5.1.1电机减速器的选择 (22)
5.1.2 所选电机性能校核 (23)
5．2 直流电机的转动控制 (24)
5．3 直流电机的速度控制 (26)
5．4基于L298的驱动电路 (28)
第6章智能巡线机器人之态调整方法 (31)
6．1 总体分析 (31)
6．2 姿态分析 (32)
第7章主控系统的设计 (36)
7．1 主控制芯片的选型 (36)
7.1.1 MSP430系列与89C51系列单片机 (36)
7.1.2 选用的MSP430F449的原因 (38)
7.1.3 MSP430F449的引脚 (39)
7．2 主控单元电路设计 (39)
7．3 MSP430实现巡线算法 (43)
7. 4巡线改进方法的实现 (46)
7. 5转弯分析 (51)
总结与展望 (56)
致谢 (57)
参考文献 (58)
附件一：程序 (60)
附件二：元件 (76)
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第1章绪论
本章首先从机器人的发展历程引出机器人研究的发展趋势，再具体到本次设计针对的任务要求，明确了设计任务的主要内容。
1．1 机电一体化技术简介
“机电一体化”源于“Mechatronic”,是一个新兴的边缘学科，国内外都处于发展阶段，她代表着机械工业技术革命的前沿方向。她是当代科学技术发展最为活跃的领域之一。机电一体化是综合应用机械技术、微电子技术、信息技术、自动控制技术、传感测试技术、电力电子技术、接口技术及软件编程技术等，根据系统功能目标和优化组织结构目标，以智力、动力、结构、运动、和感知组成要素为基础，对各组成要素及其间的信息处理、接口耦合、运动传递、物质运动、能量变换机理进行研究，使得整个系统有机结合与综合集成，并在系统程序和微电子电路有序信息流控制之下，形成物质和能量的有规则运动，在高功能、高精度、高可靠性、低能耗意义上实现各种技术功能组合以得到最佳功能价值的系统工程技术。机电一体化技术的产生与发展的根本原因在于社会的发展和科学技术的进步，系统工程、控制工程和信息论是机电一体化的理论基础，是机电一体化技术的方法论。半导体大规模集成电路制造技术的进步则为机电一体化奠定了物质基础，机电一体化技术的研究与应用融合于学科交叉。机电一体化依赖于相关技术的发展，同时也促进了相关技术的发展。
目前世界上普遍认为机电一体化可以分为两大类：生产过程机电一体化和机电产品一体化。机电产品的机电一体化是机电一体化的核心，是生产过程机电一体化的物质基础。传统的产品加上微机控制即可转变为新一代的产品，而新产品较之旧产品具有功能强、性能好、密度高、体积小、重量轻、更可靠、更方便、经济效益显著等优点。机电一体化产品小到儿童玩具、家用电器、办公设备，大到数控机床、机器人、自动化生产线、航空航天器，因此，可以说机电一体化技术几乎涉及到社会的各个方面。其中，生产过程的机电一体化包括产品设计、加工、装配、检测的自动化，生产过程自动化，经营管理自动化等。
当传统机电产品引入电子技术、计算机技术和自动控制技术时，就形成所谓的新一代机电一体化产品。典型的机电一体化产品体现了机械技术、电子技术、计算机技术等的有机结合，几种多种高新技术，并把多种功能集成在一起，在市场上具有极强的竞争能力。机电一体化是机械、微电子、控制、计算机、信息处理等多学科的交叉融合，起发展和进步有赖于相关技术的进步与发展。其主要发展方向为数字化、智能化、模块化、
第1章绪论第2页
网络化、人性化、微型化、集成化、带源化和绿色化。机电产品高性能一般包含高速、高精度、高效率和高可靠性，人工智能在机电一体化技术中的研究日益得到重视，机器人与数控机床的智能化就是机电一体化技术的重要应用。
1.2智能巡线机器人的概况
智能巡线机器人的产生已有20多年的历史，它被人们关注于机器人赛事。现在各种机器人赛事，范围普及世界。截止到2000年共有20余项公认的机器人赛事，如机器人足球世界杯比赛、微机器人世界杯锦标赛、日本相扑机器人大赛、机器鼠比赛等。这些机器人赛事有些就是巡线机器人。把比赛的寻线机器人和玩具机器人进行一定的改进，使它具有一定的承载能力，能够被运用于工业的机器人。
1.3 课题的主要内容
针对机器人的巡线特征，设计出能够自动巡线的智能巡线机器人，内容包括机器人机械外形的设计、传感器设计、驱动电路设计、智能巡线的控制设计。
具体工作是：
1、根据一定要求设计出机器人的机械结构。该机器人可以用于不同场合的循迹，但是必须是引导线的颜色与地面的颜色成鲜明对比。由于考虑到传感器的使用比较多，所以该次设计的机器人主要是用于10cm～50cm宽的引导线循迹。
2、选择辨色传感器，必须可靠地识别出浅色引导线和深色地板。传感器是机器人的眼睛，需要选择几种效果很好的传感器，通过比较，择优选择当前条件下最好的传感器，才能给机器人一双明亮的眼睛。辨色传感器需要识别浅色引导线和深色地板，能够很好将检测到的高低电平传送给控制系统。
3、传感器的布局策略制定。在布置传感器的过程中，需要考虑到机器人底盘的外形和驱动方法，充分考虑到机器人在行进时可能遇到的各种情况，在调整过程中是否可能会让所有传感器偏离出检测物体，使得巡线失败。要考虑机器人直走和转弯等状态可能产生的各种情况。
4、选择合适的电机。由于是载重机器人，电机不仅要有足够大的力矩驱动机器人动作，速度也要快。
5、选择驱动芯片。芯片要求能够同时驱动两台电机，且能够实现速度控制。
6、选择适合本次设计的单片机型号，设计制作性能良好的主控制板。选型是根据单片机输入量的个数和输出量的个数，还要合理留出备用端口方便扩展使用。输入量除了用于巡线的光电传感器信号以外，还包括用超声波传感器检测有无障碍物和是否到达
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目的地；输出量主要是所有电机需要提供的控制信号的个数。除了端口选择的要求外，还应该满足单片机的运行速度较高，处理信息及时稳定，友好的开发环境，易于在市场上购得等条件。采用主--从式控制或是单--单片机控制都需要在试验中验证可靠性和简易性。
7、设计稳定准确快速的巡线方法。这是本设计的关键技术问题，在传感器检测机器人所在位置的基础上，制定稳定、快速的行进方法。
第2章智能巡线机器人总体方案设计第4页第2章智能巡线机器人总体方案设计
完整的机器人系统就是一个移动的测控系统，包括检测部分、控制部分以及相应的驱动部分。这几个部分是彼此相互关联的，检测部分根据机械结构选择合理的检测手段，驱动部分根据任务要求和机械结构设计相应的驱动电路，控制部分则需从机械结构、检测手段、驱动方法综合考虑。
2．1 机器人要素分析
智能巡线机器人装备包含以下几个要素：机械机构、动力与驱动单元、执行机构、传感测试单元以及信息处理与控制单元五个部分。
这五个基本组成要素可以与人体的五大要素进行对比，如图2-1所示。
图2-1 机器人设备与人体五大要素比较图
机械机构的作用类似于人体的骨骼。包括工作模块以及装备所有功能元素的机械支持结构以及机身、框架、连接等。机械机构要在结构、材料、加工工艺性以及几何尺寸等方面可靠、小型、轻量、美观等要求。
传感与测试单元的作用相当于人体的五官，对装备本身和外界环境的各种参数及状态进行检测，并将其变换成可识别信号，传输到信息处理单元。它由各种类型的传感器和信号处理电路或测试仪表构成。传感器与测试单元的主要问题在于提高可靠性、灵敏度和精密度。而提高可靠性的关键在于提高抗干扰能力。传感器包括光电传感器（巡线和计数）、超声波传感器（检测是否到达目标和有无障碍物）。
执行机构相当于人体的手和足。它根据控制单元的指令，快速高精度地完成要求的动作。目前常用的执行机构是电磁式、液压式和气动式机构。此外，还有一些新型的执行机构如超声波驱动器、形状记忆合金驱动器等。执行机构需要根据机器人装备的匹配
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性要求，考虑改善性能，如何提高精度和快速性，减轻重量，实现组件化、标准化和系列化，提高系统整体的可靠性。
动力和驱动单元相当于人体的内脏或肌肉。它在控制单元作用下，提供动力驱动和各种执行机构完成要求的动作和功能。机器人装备一方面要求驱动的高效率和快速反应特性，同时要求对水、油、温度、尘埃等外部环境的适应性和可靠性。智能巡线机器人的动力单元包括步进和直流电机。
信息处理与控制单元相当于人体中的头脑。将来自传感器与测试单元的检测信息和外部输入命令进行集中、存贮、分析、加工，根据信息处理结果和预设的控制算法，发出相应的指令控制整个系统有目的地运行。一般由计算机、可编程控制器（PLC）和计算机外部设备等组成。机器人系统对控制和信息处理单元的基本要求是：提高信息处理速度，提高可靠性，增强抗干扰能力以及完善系统自我诊断功能，实现信息处理智能化和小型、轻量、标准化等。
2．2 机器人总体分析
2．2．1 场地分析
智能巡线机器人是在针对特定的场地，找到适合自身机械特点的定位方法，通过不断调整到达目标，最终完成设定的任务。如何采用简洁、快速、稳定的控制方法和检测设备是机器人的关键。它是在深色地板上放置白色引导线，特点是地面必须与引导线呈鲜明对比。机器人通过传感器循迹，实时反映巡线信息直到CPU发出中断请求停止循迹。一般的工厂不可能绝对无障碍物，为了避免机器人碰撞损伤，机器人需具有蔽障能力和终点停止的功能。
2．2．2 机械结构分析
智能巡线机器人是用于运送货物，它的承载能力为150kg。将机器人设计为小车形式，这样运送货物就更加的方便。为满足运动的准确性，避免在转弯的时候因惯性而偏出路线导致巡线失败，所以机器人的自身重量<=50kg。装货箱的尺寸和形状可以根据实际情况来定，这样既能充分的满足设计的要求，又能使控制的原理更加的简单可靠。底盘是设计的关键，因为底盘车轮配置方式决定着巡线算法的简易程度和可靠程度。2．2．3 控制系统框架设计
对于控制系统模块，光电传感器获取机器人位置姿态信息，超声波传感器判断是否到达目的地和前面是否有障碍物。机器人行走或做其它运动都需要电机将电能转化为机
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械能。
如图2-2所示，CPU根据传感器检测发送的信号，控制电机转动，便可调整机器人运动。由此构成了机器人测控系统。
图2-2 控制系统框架图
2．2．4 运动姿态分析
机器人的性能好与坏，通常都是指它能不能快捷的完成指定的任务，智能巡线机器人则是要求它能够准确的按照指定的路线行走，不会现出相晃动或偏移。分析它在运行的过程可能出现的状态，设计出相应的策略，就可以解决这些问题。
第3章机械结构设计
机械部分是机器人运行的载体，设计性能良好的机械结构，将有利于简化机器人控制算法的设计，并且机构在执行过程中可以很好的实现控制精度。在这一章里，将分别论述了车轮配置方式、底盘和尺寸。
3．1 智能机器人的车轮驱动配置]1[
机器人的运动方式有轮式、履带式和步行方式。轮式和履带式机器人适合于条件较好的路面，而步行机器人则适合条件较差的路面。为了适应各种路面的情况，可采用轮、腿、履带并用。在本节中主要讨论各种方式的车轮驱动配置类别的特点，并且根据本课题的需要选择恰当的驱动配置方式。
3．1．1 机器人常用车轮驱动配置介绍
1、独轮驱动配置方式
其原理上不仅可以在平地行走，也可以在不平整的地面和倾斜的地面上行走。车体的转弯可以利用伴随陀螺仪加速、减速的反力矩。由于其在稳定性方面的弊病，将独轮机构应用于机器人上面基本没有实用性。
2、两轮驱动配置方式
两轮驱动配置的简图如下图3-1所示：
图3-1 两轮车简图
将自行车或摩托车用于机器人的试验很早就有人进行了。主要依靠手的操作和体重的移动力求稳定行走，这种陀螺两轮车，把车体倾斜成比例的力矩作用在轴系上，利用陀螺效果使车体稳定。但是这种结构的机器人的速度、倾斜等物理量检测、控制精度很难提高。另外在这种机器人上使用相对简单，可靠性高的传感器也很难，而且制动或者
低速时的稳定性极难保证，所以目前的研究基本上提留在提高稳定性能力的试验上面。
3、三轮配置的驱动方式
从理论上讲，三点决定一个平面，因此轮式移动载体的平稳运动至少需要3个轮子支撑，所以3轮配置的驱动方式是轮式机器人的基本移动机构。三轮配置驱动主要方式如下图3-2所示：
图3-2 三轮移动配置方式
典型三轮移动机器人通常采用1个中心轮和2个后轮的车轮布置，要解决的主要问题是移动方向和速度的控制。3个车轮配置与功能的不同组合又可以将3轮机器人分为图3-2所示的若干类型。
图3-2(a)所示为双轮驱动移动机器人，其组合是前轮 1 为可以任意方向滚动的小脚轮，小脚轮的作用是使车体稳定，但会给车体带来力学上的干扰冲突，后轮 2 和后轮 3 为独立驱动轮，利用它们的转速差实现转向。这种组合的特点是机构组合容易，而且当两个驱动轮以相同速度、相反方向转动时车体能绕两个驱动轮连线的中点自转，但自转中心与车体中心不一致。
图3-2(b)的组合是操舵机构和驱动机构集中在前轮 1 上，2个后轮只起支撑从动的作用。与图 3-2(a)相比，该机构也能绕 2个后轮连线的中点自转，但其前轮驱动集中，结构比较复杂。
图3-2(c)的车轮配置组合是前轮 1操舵轮，后轮 2 和后轮 3 中一个为驱动轮，另一个为从动轮。这种车轮机构的特点是结构简单，组成容易，但单边驱动的驱动性差，稳定性不好，不能自转。
图3-2(d)的车轮组合将图3-2(c)的单轮驱动改为双后轮差动驱动，提高了驱动性，但加了一个差动齿轮装置，使结构更复杂，也增加了质量。
三轮结构比较简单，能够满足一般的需要，应用也比较广泛。其转向装置的结构通常有两种方式：（1）铰轴转向式：转向轮装在转向铰轴上，转向电机通过减速器和机械连杆机构控制铰轴从而控制转向轮的转向。（2）差速转向式：在移动装置的左右轮上分别装上两个独立的驱动电机，通过控制左右轮的速度比来实现车体的转向。在这种情况下，非驱动轮应为自由轮。
4、四轮配置的驱动方式
四轮移动机构的典型配置形式如下图3-3所示。
图3-3 四轮移动机构的典型配置
图3-3(a)的组合是前后轮均为万向脚轮或球形轮，左右两轮为独立的驱动轮。与图3-2(a)的三轮车体相比，其自转中心与车体中心重合，当两个驱动轮以相反速度方向转动时，车体能绕自身的中心自转，所以便于在狭长的场所改变方向，这种车轮布置方式在灵活性和稳定性上都是比较好的，但它的缺点是前后辅助脚轮有时不能同时着地支撑，在高速启动和刹车时车体会产生俯仰和前冲。
图3-3(b)是常见的汽车车轮配置方式。它与图3-2(d)
所示的三轮车驱动方式类似，
只是将前面一个操舵机改为两个轮子，提高了车体的稳定性。两个操舵轮需要同一个操舵机构来协调转向，此外为了减少后轮的摩擦损耗，配备了差动齿轮装置，增加了机构的复杂性。
四轮配置方式的转向方式和三轮配置方式的方法基本相同。
3．1．2 本系统所采用的车轮驱动方式配置
在参考常用车轮驱动方式配置的基础上，结合具体系统的实际情况做出适合本系统的最佳选择，当然这种选择不是一个方面的最优，但是它必须是在考虑到各种实际情况（如机器人车体的载重、材质、控制方法以及加工手段）之后的一个最优方案。在本设计中，机器人在搬运物块过程中的稳定性是我们要考虑的另外一个最为重要的因素。
从以上分析的关于机器人车体设计的两个关键问题着手，我们知道三轮移动机构配置的方式虽然简单而且在实际应用中比较多，但是结合本课题的具体实际情况，由于机器人的总重量比较大、重心较高，如果采取三轮移动机构配置的方式，前面只有一个万向轮，而万向轮将和后面的驱动轮共同承担机器人本身的重量，这将导致在转向的过程中前面的万向轮因为承重的原因摩擦力过大而不能灵活的完成转向。而且从稳定性的角度考虑，虽然三点可以决定一个平面，但是如果采用三轮的移动机构配置方式，机器人在巡线时不断调整车身以及转弯时车体摆动是很大的，难免将机器人的重心改变到前轮和其中一个驱动轮中心的连线以外，这样很容易造成机器人的侧翻。综合上面的考虑，在本系统中我们采用了四轮移动机构的配置方式。考虑图3-3(a)所示，如果采用这种移动机构配置方式，它的灵活性和稳定性都是相当好的，而且能够使机器人在比较狭长的空间内实现转向。综合图3-3所示的两幅四轮驱动配置图，我们可以利用它们的优点，去除它们的缺点，最终我们设计的机器人四轮移动机构配置如下图3-4所示。
图3-4 本系统所用的四轮移动配置方式
本次机器人使用如上图3-4所示的四轮移动配置方式，它充分综合了图3-2和图3-3所示的四轮移动配置方式的优点，既避免了使作用力过多的作用在一个轮子上，又有效防止了三个轮子配置所带来的侧翻问题，而且使生产加工更为方便，从多个方面解决了我们前面提到的要使机器人系统有很好的承重性能和稳定性的问题。
3．2 机器人机械尺寸设计
1、设计要求：
底盘是安装轮子和上层机构的重要联机部件，要求其十分牢固，与轮子和上层机构可以紧密配合
2、结构：
采用两层机构:：第一层底盘装万向轮和驱动轮电机等；第二层底盘用于连接上层机构。两层之间用角铝连接，采用了在同一连接处紧固两个螺钉的方法来加强强度。结构如图3-5和图3-6所示：
图3-5 两层底盘
图3-6 万向轮和驱动轮的安装图
3、尺寸及分析：
第一层底盘的尺寸为：700mm×850mm
第二层底盘的尺寸为：680cm×750mm
两层底盘间间距为：100mm.
选择两层底盘间距离为100mm，主要是为了有足够的空间安装轮子，电路板布线和电机，防止两者产生干扰。这样，也使上层构建更牢固。
宽度方向上选择为750mm，在保证运行稳定的情况下，为了减小体积和重量。
智能化机器人设计说明书
机械装备设计制造综合技能大赛 设 计 说 明 书 姓名：孙小平洪耀林徐海昌 指导老师：黄伟玲 2014年9月17日 江西·赣州
摘要 随着计算机技术，人工智能技术的迅速发展以及智能采集器的不断改进和推陈出新，智能信息采集装置已经取得了很大进展。但是对于应用比较复杂通用性较高的全自动信息采集车还没有突破性的进展。智能数据信息采集车的研究将会告别信息相互孤立缺乏联动性的现象，是一个复杂的，面向智能化的，不断发现的过程。近年来，很多关于信息采集的研究和设计，尤其是智能数据信息采集车更是吸引了很多人的眼球。对于智能信息采集车来说，不但要有环境信息获取功能，还要有对信息理解和信息处理的功能。对自动信息采集车的研究是针对环境空间的识别，然后建立相应数据通道，通过雷达和无线装置把获取的数据传送到终端。 智能信息采集车采用了应用范围广，性价比高的基于单片机的多数据通道采集系统，将来自传感器的信号通过转换器转换为数字信号后由单片机采集然后利用SPI通信将数据送到主机进行数据的存储后期处理与显示实现数据处理功能强大的智能化高端信息采集设备。 智能数据信息采集车是一个集自动驾驶、环境感知、规划决策等功能于一体的综合系统。它集中的运用了人工智能、导航、传感器及自动控制等技术；应用了计算机、信息传递、通信交流等现代装备，是典型的高新技术综合体。 关键词：智能信息采集车、智能化、传感器、数据通道、现代装备
第一章绪论 (1) 1.1 信息采集的现状及发展概述 (1) 1.2信息采集车国内外研究现状 (2) 1.3智能信息采集车的背景意义 (4) 1.4 设计要求及内容 (6) 第二章智能信息采集车的结构与工作原理 (6) 2.1 数据获取装置的设计 (6) 2.2 行走方案选择 (7) 2.3基本结构 (9) 2.4工作原理 (11) 第三章智能信息采集车的功能与特点 (12) 3.1 智能信息采集车的功能 (12) 3.2智能信息采集车的特点 (13) 第四章智能信息采集车的设计思路 (15) 4.1 基本工作思路 (15) 4.2动力选择思路 (15) 4.3设计后的调整 (16) 第五章总结与展望 (17) 参考文献 (18)
一种智能机器人系统设计和实现.
一种智能机器人系统设计和实现 我们从广泛意义上理解所谓的智能机器人，它给人的最深刻的印象是一个独特的进行自我控制的"活物".其实，这个自控"活物"的主要器官并没有像真正的人那样微妙而复杂。智能机器人具备形形色色的内部信息传感器和外部信息传感器，如视觉、听觉、触觉、嗅觉。除具有感受器外，它还有效应器，作为作用于周围环境的手段。这就是筋肉，或称自整步电动机，它们使手、脚、长鼻子、触角等动起来。我们称这种机器人为自控机器人，以便使它同前面谈到的机器人区分开来。它是控制论产生的结果，控制论主张这样的事实：生命和非生命有目的的行为在很多方面是一致的。正像一个智能机器人制造者所说的，机器人是一种系统的功能描述，这种系统过去只能从生命细胞生长的结果中得到，现在它们已经成了我们自己能够制造的东西了 嵌入式是一种专用的计算机系统，作为装置或设备的一部分。通常，嵌入式系统是一个控制程序存储在ROM中的嵌入式处理器控制板。事实上，所有带有数字接口的设备，如手表、微波炉、录像机、汽车等，都使用嵌入式系统，有些嵌入式系统还包含操作系统，但大多数嵌入式系统都是是由单个程序实现整个控制逻辑。嵌入式技术近年来得到了飞速的发展，但是嵌入式产业涉及的领域非常广泛，彼此之间的特点也相当明显。例如很多行业：手机、PDA、车载导航、工控、军工、多媒体终端、网关、数字电视…… 1 智能机器人系统机械平台的搭建 智能机器人需要有一个无轨道型的移动机构，以适应诸如平地、台阶、墙壁、楼梯、坡道等不同的地理环境。它们的功能可以借助轮子、履带、支脚、吸盘、气垫等移动机构来完成。在运动过程中要对移动机构进行实时控制，这种控制不仅要包括有位置控制，而且还要有力度控制、位置与力度混合控制、伸缩率控制等。智能机器人的思考要素是三个要素中的关键，也是人们要赋予机器人必备的要素。思考要素包括有判断、逻辑分析、理解等方面的智力活动。这些智力活动实质上是一个信息处理过程，而计算机则是完成这个处理过程的主要手段。 机器人前部为一四杆机构，使前轮能够在一定范围内调节其高度，主要功能是在机器人前部遇障碍时，前向连杆机构随车轮上抬，而遇到下凹障碍时前车轮先下降着地，以减小震动，提高整机平稳性。在主体的左右两侧，分别配置了平行四边形侧向被动适应机构，该平行四边形机构与主体之间通过铰链与其相连接，是小车行进的主要动力来源。利用两侧平行四边形可任意角度变形的特点，实现自适应各种障碍路面的效果。改变平行四边形机构的角度，可使左右两侧车轮充分与地面接触，使机器人的6个轮子受力尽量均匀，加强机器人对不同路面的适应能力，更加平稳地越过障碍，并且更好地保证整车的平衡性。主体机构主要起到支撑与连接机器人各个部分的作用，同时，整个机器人
巡检机器人的调研报告
上海电力学院 关于巡检机器人的调研报告 院（系部）自动化工程学院 专业名称: 电机与电器 学生姓名: 杨雪莹 导师: 薛阳 2013 年 12 月
目录 1 巡检机器人的发展状况........................... 错误!未定义书签。 2 巡检机器人的应用............................... 错误!未定义书签。 高压线路巡检机器人.......................... 错误!未定义书签。 机器人仿真.............................. 错误!未定义书签。 巡检机器人越障.......................... 错误!未定义书签。 变电站巡检机器人............................ 错误!未定义书签。 校园巡逻机器人.............................. 错误!未定义书签。 3 总结 .......................................... 错误!未定义书签。参考文献 ........................................ 错误!未定义书签。
1 巡检机器人的发展状况 目前巡检机器人已在多个领域中应用，它的智能化推动着它在应用领域的市场前景将是越来越广，尤其是在电力行业。它在多种场合发挥着作用，如变电站，高压线路中等等。 2013年12月9号中山供电局经过三个多月的试运行，该局将“智能巡检机器人”正式投入到500千伏桂山巡维中心使用，开创南方电网公司首例无轨化设备巡视工作。传统的机器人需要铺设类似于火车轨道那样的磁轨，机器人就只能沿着磁轨作运动。而最新投入使用的机器人实现了无轨化运作，不需要铺设任何轨道，也无需进行任何基建工程，机器人就可以直接在日常的路面上运作，既省下基建施工的时间，又节约了投入成本。凭靠机器人配备的四驱越野底盘，还可以爬上30度的陡坡。该机器人上配备了激光扫描设备，可将站内的设备位置，道路扫描为地图，我们在后台为它规划好巡视路径后，它就可以按照指示去工作了。 机器人巡线最大的优点则是，无论白天黑夜还是刮风下雨，它都可以在没有人看管的情况下能自动自觉并出色完成一般日常巡视所包含的工作内容。这样一来，机器人不但减轻了工作量，而且在遇到严重故障或者恶劣天气时，它还可以降低工作人员的安全风险。 智能机器人还具有自动续航功能，当蓄电池电量低于设定值时，它将自动驶入存放室进行充电。据悉，中山供电局通过对智能巡检机器人进行了三个月的试用，已经收到不错的成效。此次正式投入使用，在南方电网公司尚属首例。 2013年11月11日上午，在国家知识产权局与世界知识产权组织举办的第十五届中国专利奖颁奖大会上，由国网山东电力科学研究院申报的外观专利“变电站巡检机器人”荣获外观专利金奖，成为5个金奖之一。这是国家电网公司历史上获得的第一个中国外观专利金奖，也是中国电力行业惟一当选的金奖。 变电站巡检机器人能够全天候全方位全自主对变电站设备进行无人值守巡检,从而代替繁重的变电站设备人工巡检,提高了变电站巡检的自动化、智能化水平,确保了智能电网的安全可靠运行。 该变电站巡检机器人产品外壳采用无污染、抗冲击、高绝缘的ABS树脂材料，具有较好的环保性和安全性；产品外观采用了“仿人”化创新性设计，整体颜色融合变电站“环境”因素，同时配以红色的机器人颈部绕圈与多色的告警指示灯
智能消防机器人
智能消防机器人 目录 第一章引言 (2) 1.1课题背景 (2) 1.2 Intelligent Design and manufacture of electric cars Fire..2 1.3 实现功能 (3) 1.4 模拟房子介绍 (3) 第二章系统整体方案设计 (4) 2.1系统硬件设计 (4) 2.2系统软件设计 (4) 第三章硬件设计 (5) 3.1 电源管理模块 (5) 3.11稳压芯片LM7805、7806CV (5) 3.12电源模块电路原理图 (5) 3.2 电机驱动芯BTS7960 (6) 3.21 BTS7960的逻辑功能 (6) 3.22 外形及封装 (6) 3.23BTS7960电路原理图 (7) 3.3地面灰度检测传感器 ST188 (7) 3.3.1 ST188特点 (7) 3.3.2 检测原理 (7) 3.3.3 应用范围 (7) 3.3.4 外形尺寸（单位mm） (7) 3.3.5 ST188原理图 (8) 3.4火焰传感器 (8) 3.4.1火焰传感器使用 (8) 3.5报警电路 (8) 第四章软件设计 (9) 4.1 灭火机器人行进路线分析 (9) 4.2 软件流程图 (11) 4.3软件开发平台介绍 (11) 第五章调试记录及实验心得 (12) 5.1 调试记录 (12) 参考文献 (13) 附录: 程序清单 (13)
第一章引言 1.1课题背景 如今国内外对消防设备的研究越来越重视，投入也越来越多。慢慢趋向于自动化、智能化。实现灭火、火场侦查、危险物品泄露探测、破拆等功能。本文设计主要完成的功能是扑火救人。 本设计是基于STC89C52单片机对电动车进行控制的自动控制系统，研究的内容有：主要方案论证、硬件设计、软件设计、系统实物调试。硬件设计主要有电机驱动电路、热光源采集电路、声音采集电路、电风扇驱动电路、停车信号采集电路、LCD显示电路、电源电路及单片机最小系统。本系统以STC89C52单片机作为控制核心，通过接受到热光源采集电路传送的信号和声音采集电路传送的信号，对电动车电机进行控制，从而实现对电动车的转向控制。当两处着火，一处是物品，另一处是人着火；电动车通过声音识别，优先将人身上的火扑灭。其所实现的功能相当于简易消防机器人。 【关键词】消防车热光源 STM32单片机 LM298 ST178 1.2Intelligent Design and manufacture of electric cars Fire Abstract Today, fire-fighting equipment at home and abroad more and more emphasis on the study, input more and more. Slowly tends to automation and intelligence. To achieve fire fighting, fire detection, hazardous materials leak detection, ripper and other functions. This function is primarily designed to complete fire fighting to save people. The design is based STC89C52 microcontroller to control for electric vehicle control system to study the contents of the following: the main program feasibility studies, hardware design, software design, system debugging in kind. Hardware design, main motor drive circuit, thermal light source acquisition circuit, the sound collection circuit, fan drive circuit, stopping the signal acquisition circuit, LCD display circuit, power circuit and microcontroller minimum system. The system STC89C52 microcomputer as the control core, through the acquisition circuit receives light transmitted thermal signal and voice signal acquisition circuit transmission of electric vehicle motors to be controlled in order to achieve steering control for electric vehicles. When the two fire, one is the items, another is a human on fire; electric vehicle through voice recognition, give priority to the human body fire. They achieve the functional equivalent of simple fire-fighting robot. 【Key words】：fire engine 、hot light、STM32 MCU 、LM298ST178
工业机器人课程设计
河南机电高等专科学校《机器人应用技术》课程作品 设计说明书 作品名称：多功能机械手 专业：机电一体化技术 班级：机电124班 扣号： 姓名：流星 2014 年 10 月 1 日
目录 一课题概述 (2) 1、选题背景 (2) 2、发展现状和趋势 (3) 3、研究调研 (4) 二机械手组成及工作过程 (6) 1、整体结构分析 (6) 2、所需器材 (6) 3、底座部分 (8) 4、躯干部分 (9) 5、上臂部分 (10) 6、手爪部分 (11) 7、机械手系统的总调试 (12) 三软件部分 (13) 1、机械手软件编制流程图 (13) 2、机械手运行控制程序图 (14) 四设计体会 (15) 一课题概述 1、选题背景 随着我国经济的高速发展，各种电子产品和各种创新机械结构的出现，工业机器人的作用在装配制造业产业中的地位更加重要了。另一方面随着人们生活水平的提高传统制造产业劳动力生产成本进一
步提高，这也使企业意识到用高速准确的机械自动化生产代替传统人工操作的重要性。其中机械手是其发展过程中的重要产物之一，它不仅提高了劳动生产的效率，还能代替人类完成高强度、危险、重复枯燥的工作，减轻人类劳动强度，可以说是一举两得。在机械行业中，机械手越来越广泛的得到应用，它可用于零部件的组装，加工工件的搬运、装卸，特别是在自动化数控机床、组合机床上使用更为普遍。目前，机械手已发展成为柔性制造系统FMS和柔性制造单元FMC中一个重要组成部分。把机床设备和机械手共同构成一个柔性加工系统或柔性制造单元，可以节省庞大的工件输送装置，结构紧凑，而且适应性很强。但目前我国的工业机械手技术及其工程应用的水平和国外比还有一定的距离，应用规模和产业化水平低，机械手的研究和开发直接影响到我国机械行业自动化生产水平的提高，从经济上、技术上考虑都是十分必要的。因此，进行机械手的研究设计具有重要意义。 在这样一个大的背景下结合自己的专业机电一体化，我们选择多功能机械手来作为我们的设计题目。结合专业特点使用德国慧鱼机器人教学模型作为我们实现这一课题的元件。利用慧鱼模型的各种机械结构组装出机械手的机械部分，用pc编程实现对机械手的自动控制，利用限位开关来保护电机和控制机械手位置的准停。 这个课题可以充分的体现机电一体化的由程序自动控制机械结构的运动，对自己以前的所学的课程也是一种巩固。另一方面这个机械手可以实现一定的搬运功能具有很强的实用性能。 2、发展现状和趋势
智能机器人创新设计
智能机器人创新设计 This model paper was revised by the Standardization Office on December 10, 2020
智能机器人创新设计 第一阶段 智能机器人作品创新设计 智能机器人创新设计评选的目的是为了激发青少年的创新意识，鼓励机器人爱好者在机器人开发和使用中自主创新，以创新为主题，设计制作各种新颖的机器人项目，实现机器人的机械、电子、气动、软件以及传感器等方面的扩展应用，从而推动机器人应用的不断发展。 一.创新设计选题 智能机器人创新设计第一步是选题，选题应该遵循以下基本原则。 1.题目来源于生活，服务于生活 2.科学性、新颖性、展示性。 3.根据自身能力判断可行性。 二.创新设计途径 1.模仿：在已有成果的基础上，充分利用智能机器人技术，模仿其结构和控制原理。在过程中实践，在实践中应用。 2.改进：在参考原有功能和设计结构的基础上，进一步丰富和完善智能系统，使之功能更全面，更高效。 3.发明创造：历史上没有的。 三.评选原则 1.可行性原则：所设计的机器人应具备良好的可操作性和安全性。作品完成后还应充分考虑到其他人员在使用时是否能顺利启动，或者使其经过一定的努力也可以完成某一项功能或任务。鼓励设计者利用现有资源，整合费旧材料以最少的资本投入完成相关活动，显现出环保节能意识。 2.创新性原则：创新是技术活动的本质所在，在设计机器人作品时，师生应根据日常生活经验，展开丰富、科学的联想，并积极附注于实践。创造新方法、新成果、新价值。 3.智能性原则：机器人创新设计不同于一般的科技发明，其核心重在体现作品自身的智能化（如感知、规划、动作和协同等能力）。设计好的机器人创新作品可按照周围环境所提供的信息，利用各种传感器和动力装置进行信息的获取和输出，并能按照预设的程序指令决定自己的行动，要有一定的自主能力。这也正是机器人创新设计的魅力所在。
智能机器人设计报告
智能机器人设计报告 参赛者：庆东肖荣于腾飞 班级：级应用电子技术 指导老师：远明 日期：年月日 一、元器件清单： ，，，，，，，蜂鸣器，光敏电阻，光敏三极管，电阻、电容若干，超亮及普通发光管。二、主要功能： 本设计按要求制作了一个简易智能电动车，它能实现的功能是：从起跑线出发，沿引导线到达点。在此期间检测到铺设在白纸下的薄铁片，并实时存储、显示在“直道区”检测到的薄铁片数目。电动车到达点以后进入“弯道区”，沿圆弧引导线到达点继续行驶，在光源的引导下，利用轻触开关传来的电信号通过障碍区进入停车区并到达车库，完成上述任务后能够立即停车，全程行驶时间越少越好。 本寻迹小车是以有机玻璃为车架，单片机为控制核心，加以减速电机、光电传感器、光敏三极管、轻触开关和电源电路以及其他电路构成。系统由通过口控制小车的前进后退以及转向。寻迹由超亮发光二极管及光敏电阻完成，避障由轻触开关完成，寻光由光敏三极管完成。 并附加其他功能： ．声控启动 ．数码显示 ．声光报警 三、主体设计 车体设计 左右两轮分别驱动，后万向轮转向的方案。为了防止小车重心的偏移，后万向轮起支撑作用。对于车架材料的选择，我们经过比较选择了有机玻璃。用有机玻璃做的车架比塑料车架更加牢固，比铁制小车更轻便，美观。而且裁减比较方便！ 电机的固定采用的是铝薄片加螺丝固定，非常牢固，且比较美观。 轮子方案 在选定电机后，我们做了一个万向轮，万向轮的高度减去电机的半径就是驱动轮的半径。轮子用有机玻璃裁出来打磨光华的，上面在套上自行车里胎，以防止打滑。 万向轮 当小车前进时，左右两驱动轮与后万向轮形成了三点结构，这种结构使得小车在前进时比较平稳。
智能巡线机器人设计
××××学院 毕业设计说明书 题目智能巡线机器人设计 学生 系别机电工程系 专业班级机械设计制造及其自动化机电03.3班学号 指导教师
××××学院 毕业设计（论文）任务书 设计（论文）题目：智能巡线机器人设计 系：机电系专业：机械设计制造及其自动化（机电一体化） 班级：学号： 学生：指导教师： 接受任务时间 教研室主任（签名）系主任（签名） 1．毕业设计（论文）的主要内容及基本要求 1.总体方案设计； 2机械整体设计； 3.控制设计； 4编写设计说明书； 2．指定查阅的主要参考文献 1.《机器人控制电子学》 2.《机器人探索》 3.《机器人的创意设计与实践》 4．《MSP430系列——FLASH型超低功耗16位单片机》 （电子和机械方面的书）
近年来机器人的研究和应用已经不仅仅局限于军用领域。许多应用于军用机器人上的成功技术已经在民用机器人中得到了一定的应用。在工业机器人的基础上，运用了传感器技术和单片机智能控制技术，设计出了一种能自动运送货物的职能巡线机器人。 论文首先对智能巡线机器人总体设计方案进行叙述，阐述其各要素的工作原理，然后就整个智能巡线机器人系统划分为五个模块，分章节对各个模块设计制作进行阐述。 机器人机械结构部分，通过分析常用的车轮驱动配置方式，择优选择了前排安装两个万向轮、后排安装两个独立驱动轮的设计方案，充分考虑到了巡线的简易性和稳定性。 机器人传感器接口与驱动电路部分，详细阐述了光电传感器检测信号原理，叙述了设计所采用的光电传感器接口电路详细设计方案，分析了传感器采用该种布局方案的原因。针对机器人的机械特性和速度要求，选用了L298N驱动芯片驱动电机，分析了它的优缺点和可行性。 机器人主控系统硬件部分阐述了主控芯片选型，主控电路设计方案，以及相应的接口说明。软件部分在MSP430平台上实现了快速、稳定、准确的巡线方法。 关键词:机器人；巡线；光电检测；PWM驱动。
智能灭火机器人的设计与实现
第１８卷第３期电子设计工程２０１０年３月Ｖ０１．１８Ｎｏ．３ＥｌｅｃｔｒｏｎｉｃＤｅｓｉｇｎＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇＭａｒ．２０１０ 智能灭火机器人的设计与实现 李小燕，陈帝伊，马孝义 （西北农林科技大学水利与建筑工程学院电气系，陕西杨凌７１２１００） 摘要：根据国际灭火机器人的比赛规则，给出灭火机器人的软硬件设计。该系统硬件设计是以嵌入式ＡＲＭ９６６Ｅ．Ｓ为核心，科学布置６个红外测距传感器，实现远红外火焰传感器组．能够快速精确检测环境。并采用双电源供电，直流电机驱动。而系统软件设计采用优化的避障、灭火算法。实验证明．该设计大大提高系统的实时性、快速性和可靠性。机器人搜寻４个房间并完成灭火用时８Ｓ左右．达到国际先进水平。 关键词：机器人；嵌入式系统；传感器；灭火机器人 中图分类号：ＴＰ３１ｌ文献标识码：Ａ文章编号：１６７４－６２３６（２０１０）０３—００５ｌ—０４ Ｄｅｓｉｇｎａｎｄｉｍｐｌｅｍｅｎｔａｔｉｏｎｏｆｉｎｔｅｌｌｉｇｅｎｔｆｉｒｅ－ｎｇｈｔｉｎｇｒｏｂｏｔ ＬＩＸｉａｏ－ｙａｎ。ＣＨＥＮＤｉ－ｙｉ，ＭＡＸｉａｏ－ｙｉ （ＥｌｅｃｔｒｉｃＤｅｐａｒｔｍｅｎｔｏｆＣｏｌｌｅｇｅｏｆＷａｔｅｒＲｅｓｏｕｒｃｅｓａｎｄＡｒｃｈｉｔｅｃｔｕｒａｌＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，ＮｏｒｔｈＷｅｓｔＡ＆ＦＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ， Ｙａｎｓｔｉｎｇ７１２１００，Ｃｈｉｎａ） Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ａｃｃｏｒｄｉｎｇｔｏｔｈｅｒｕｌｅｏｆｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌｆｉｒｅ—ｆｉｇｈｔｉｎｇｒｏｂｏｔｒａｃｅ．ｔｈｅｈａ”ｄｗ呲ａｎｄｓｏｆｔｗａｒｅ ｄｅｓｉｇｎｏｆｔｈｅｆｉｒｅ－ｆｉｇｈｔ－ ｉｎｇｒｏｂｏｔａ地ｐｒｅｓｅｎｔｅｄ．’ｎｌｅｈｌＬｒｄｗａｌ陀ｓｔｒｕｃｔｕｒｅｉｓｂａｓｅｄｏｎｅｍｂｅｄｄｅｄＡＲＭ９６６Ｅ－Ｓ．Ｓｉｘｉｎｆｒａｒｅｄｄｉｓｔａｎｃｅｓｅｎ￥ｏｌ暗ａ弛ｄｉｓ—ｔｒｉｂｕｔｅｄｓｃｉｅｎｔｉｆｉｃａｌｌｙａｎｄｔｈｅｓｅｃｔｉＯＨｏｆｆａｒ－ｉｎｆｒａｒｅｄｆｌａｍｅｓｅｎｓｏｌｔ篙ｉｓｄｅｓｉｇｎｅｄｃｒｅａｔｉｖｅｌｙ，ｗｈｉｃｈｒｅａｌｉｚｅｓｔｈｅｆｕｎｃｔｉｏｎｏｆｄｅ－ｔｅｅｔｉｎｇｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔｑｕｉｃｋｌｙａｎｄａｃｃｕｒａｔｅｌｙ．Ｄｕａｌｐｏｗｅｒｓｕｐｐｌｙｓｏｌｕｔｉｏｎｉｓａｄｏｐｔｅｄ，ａｎｄＤＣｍｏｔｏｒｉｓｔａｋｅｎｆｉｔｓｄｒｉｖｅｒ．Ｔｈｅ ｏｐｔｉｍｉｚｅｄａｌｇｏｒｉｔｈｍｓｆｏｒｏｂｓｔａｃｌｅ－ａｖｏｉｄａｎｃｅａｎｄｆｉｒｅ?ｅｘｔｉｎｇｕｉｓｈｉｎｇ ａｒｅｉｎｔｒｏｄｕｃｅｄｉｎ ｓｏｆｔｗａｒｅｄｅｓｉｇｎ．Ｔｈｅｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔｓｓｈｏｗ ｔｈａｔｔｈｅｒｅａｌ－ｔｉｍｅｃａｐａｂｉｌｉｔｙ，ｒａｐｉｄｉｔｙａｎｄｒｅｌｉａｂｉｈｔｙｏｆｔｈｅｓｙｓｔｅｍａｒｅｌａｒｇｅｌｙｉｍｐｒｏｖｅｄｂｙｔｈｉｓｄｅｓｉｇｎ．Ｔｈｅｒｏｂｏｔｔａｋｅｓｅｉｇｈｔｓｅｃｏｎｄｓｔｏｓｅａｒｃｈｆｏｒｆｏｕｒｒｏｏｎｌｆｌａｎｄｆｉｎｉｓｈｅｓｆｉｒｅ．ｆｉｇｈｔｉｎｇ．ｗｈｉｃｈｒｅａｃｈｅｓｔｈｅｉｎｔｅｍａｔｉｏｎａｌａｄｖａｎｃｅｄｌｅｖｅｌ． Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ：ｒｏｂｏｔ；ｅｍｂｅｄｄｅｄｓｙｓｔｅｍ；ｓｅｎｓｏｒ；ｆｉｒｅ－ｆｉｇｈｔｉｎｇｒｏｂｏｔ 近年来。随着科技的迅速发展．智能机器人的研究在实 际应用中具有很大发展空间。机器人技术涉及人工智能、计 算机视觉、自动控制、精密仪器、传感和信息技术等领域，是 一门综合性很强的学科。代表一个国家的高科技发展水平【－１。 智能机器人是各国科学研究的重要方向删。机器人灭火比赛 是近几年国内外广泛开展的一项机器人竞赛。本文针对基于 嵌入式ＡＲＭ９内核的智能灭火机器人系统进行优化设计。 １系统硬件设计 机器人灭火比赛的目的是在图ｌ（尺寸单位：ｒａｍ）所示的 平面结构房子模型里。将蜡烛代替的火源随机地放于其中一 间．要求机器人快速无碰撞找到火源并将其熄灭。 为满足比赛的功能要求，本设计的灭火机器人硬件结构 由控制器、传感器模块、电源模块、驱动模块、灭火装置以及 声音模块等组成．其总体结构如图２所示。 １．１嵌入式系统 由于该系统设计所用传感器较多，传感器系统在整个灭火过程中不断采集环境信息，故要求控制器的核心必须对实收稿日期：２００９＿０７—２４稿件编号：２００９０ｒ７０８３ 基金项目：国家“８６３”计划（２００６ＡＡｌ００２０９） 图１比赛场地平面图 时任务具有很强的支持能力。因此。选用以嵌入式ＣＰＵＡＲＭ９６６Ｅ—Ｓ为核心的ＳＴＲ９１ｌＦＡＭ４４控制器．该器件具有３２位高端ＡＲＭ９处理器。实时处理信息的能力强，处理速度为１．１ＭＩＰＳ／ＭＨｚ，达到２倍以上ＡＲＭ７处理器的处理能力嘲。为 作者简介：李小燕（１９８５一），女，四川成都人。研究方向：智能机器人。 一５ｌ一
迎宾机器人设计
1引言 1.1设计目的 机器人可以干人不愿意干的事，把人从有毒的、有害的、高温的或危险的，这样的环境中解放出来，同时机器人可以干不好干的活，比方说在汽车生产线上我们看到工人天天拿着一百多公斤的焊钳,一天焊几千个点，就重复性的劳动，一方面他很累，但是产品的质量仍然很低；另一方面机器人干人干不了的活，这也是非常重要的机器人发展的一个理由，比方说人们对太空的认识，人上不去的时候，叫机器人上天，上月球，以及到海洋，进入到人体的小机器人，以及在微观环境下，对原子分子进行搬迁的机器人，都是人们不可达的工作。 机器人是一个具有有类人的功能，比如说作业功能；感知功能；行走功能；还能完成各种动作，还有一个特点是根据人的编程能自动的工作，这里一个显著的特点，就是可以编程，改变工作、动作、工作的对象和工作的一些要求。是人造的机器或机械电子装置，所以这种机器人仍然是个机器。但是目前还没有一个统一的有关机器人定义，一般来说认为机器人是计算机控制的可以编程的目前能够完成某种工作或可以移动的自动化机械，这是美国工程师协会定的一个定义，但日本和其他国家也对机器人有不同的看法，从完整的更为深远的机器人定义来看，应该更强调机器人智能，所以又提出来机器人的定义是能够感知环境，能够有学习、情感和对外界一种逻辑判断思维的这种机器。那么这给机器人提出来更高层次的要求，所以要求设计出机器人。 1.2设计背景 首先我介绍一下机器人产生的背景，机器人技术的发展，它应该说是一个科学技术发展共同的一个综合性的结果，也同时，为社会经济发展产生了一个重大影响的一门科学技术，它的发展归功于在第二次世界大战中，各国加强了经济的投入，就加强了本国的经济的发展。 另一方面它也是生产力发展的需求的必然结果，也是人类自身发展的必然结果，那么人类的发展随着人们这种社会发展的情况，人们越来越不断探讨自然过程中，在改造自然过程中，认识自然过程中，实现人们对不可达世界的认识和改造，这也是人们在科技发展过程中的一个客观需要。 “迎宾机器人”是一个机电结合的制作。在现实当中，当客人来到门口时，会向客人热情的说一句“欢迎光临”，同时记下进入人数，同样当有客人从门口离
精品-智能机器人设计与制作word
智能机器人的设计与制作WORD版本可编辑
智能机器人的设计与制作 引言 近几年机器人已成为高技术领域内具有代表性的战略目标。机器人技术的出现和发展，不但使传统的工业生产面貌发生根本性变化，而且将对人类社会产生深远的影响。随着社会生产技术的飞速发展，机器人的应用领域不断扩展。从自动化生产线到海洋资源的探索，乃至太空作业等领域，机器人可谓是无处不在。目前机器已经走进人们的生活与工作，机器人已经在很多的领域代替着人类的劳动，发挥着越来越重要的作用，人们已经越来越离不开机器人帮助。机器人工程是一门复杂的学科，它集工程力学、机械制造、电子技术、技术科学、自动控制等为一体。目前对机器人的研究已经呈现出专业化和系统化，一些信息学、电子学方面的先进技术正越来越多地应用于机器人领域。目前机器人行业的发展与30 年前的电脑行业极为相似。今天在汽车装配线上忙碌的一线机器人，正是当年大型计算机的翻版。而机器人行业的利基产品也同样种类繁多，比如协助医生进行外科手术的机械臂、在伊拉克和阿富汗战场上负责排除路边炸弹的侦察机器人、以及负责清扫地板的家用机器人，还有不少参照人、狗、恐龙的样子制造机器人玩具。舞蹈机器人具有人类外观特征、可爱的外貌、又兼有技术含量，极受青少年的喜爱。我从前年开始机器人方面的研究，在这过程中尝试过很多次的失败，也感受到了无比的乐趣。 图1.1、机器人 1 绪论
机器人技术作为20 世纪人类最伟大的发明之一，自20 世纪60 年代初问世以来，经历40 余年的发展已取得长足的进步。未来的机器人是一种能够代替人类在非结构化环境下从事危险、复杂劳动的自动化机器，是集机械学、力学、电子学、生物学、控制论、计算机、人工智能和系统工程等多学科知识于一身的高新技术综合体。走向成熟的工业机器人，各种用途的特种机器人的多用化，昭示着机器人技术灿烂的明天。 1.1 国内外机器人技术发展的现状 为了使机器人能更好的应用于工业，各工业发达国家的大学、研究机构和大工业企业对机器人系统开发投入了大量的人力财力。在美国和加拿大，各主要大学都设有机器人研究室，麻省理工学院侧重于制造过程机器人系统的研究，卡耐基—梅隆机器人研究所侧重于挖掘机器人系统的研究，而斯坦福大学则着重于系统应用软件的开发。德国正研究开发“MOVE AND PLAY”机器人系统，使机器人操作就像人们操作录像机、开汽车一样。从六十年代开始日本政府实施一系列扶植政策，使日本机器人产业迅速发展起来，经过短短的十几年。到80 年代中期，已一跃而为“机器人王国”。其机器人的产量和安装的台数在国际上跃居首位。按照日本产业机器人工业会常务理事米本完二的说法：“日本机器人的发展经过了60 年代的摇篮期。70 年代的实用期。到80 年代进人普及提高期。” 并正式把1980 年定为产业机器人的普及元年”。开始在各个领域内广泛推广使用机器人。中国机器人的发展起步较晚，1972 年我国开始研制自己的工业机器人。"七五"期间，国家投入资金，对工业机器人及其零部件进行攻关，完成了示教再现式工业机器人成套技术的开发，研制出了喷涂、点焊、弧焊和搬运机器人。1986 年国家高技术研究发展计划(863 计划)开始实施，智能机器人主题跟踪世界机器人技术的前沿，经过几年的研究，取得了一大批科研成果，成功地研制出了一批特种机器人。20 世纪90 年代，我国的工业机器人又在实践中迈进一大步，先后研制出了点焊、装配、喷漆、切割、搬运等各种用途的工业机器人，并实施了一批机器人应用工程，形成了一批机器人产业化基地，为我国机器人产业的腾飞奠定了基础。 1.2 机器人技术的市场应用 机器人融入我们日常生活的步伐有多快？据国际机器人联盟调查，2004 年，全球个人机器人约有200 万台，到2008 年，还将有700 万台机器人投入运行。按照韩国信息通信部的计划，到2013 年，韩国每个家庭都能拥有一台机器人；而日本机器人协会预测，到2025 年，全球机器人产业的“蛋糕”将达到每年500 亿美元的规模(现在仅有50亿美元)。与20 世纪70 年代PC 行业的情况相仿，我们不可能准确预测出究竟哪些用途将推动这个新兴行业进入临界状态。不过看起来，机器人很可能在护理和陪伴老年人的工作上大展宏图，或许还可以帮助残疾人四处走走，并增强士兵、建筑工人和医护人员的体力与耐力。目前，我国从事机器人研发和应用工程的单位200 多家，拥有量为3500 台左右，其中国产占20％，其余都是从日本、美国、瑞典等40 多个国家引进的。2000 年已生产 各种类型工业机器人和系统300 台套，机器人销售额6.74 亿元，机器人产业对国民经济的年收益额为47 亿元，我国对工业机器人的需求量和品种将逐年大幅度增加。1.3 机器人技术的前景展望机器人是人类的得力助手，能友好相处的可靠朋友，将来我们会看到人和机器人会存在一个空间里边，成为一个互相的助手
巡线机器人中传感器的运用
巡线机器人中传感器的运用 参加Roborave机器人大赛不仅可以锻炼参与者解决问题能力，实践动手能力，还能训练其工程思维能力。我们都知道，在数学上对于一个问题有许多解法，答案不是唯一的。工程上也是如此，解决问题的方法有很多，其中，容错率和效率就是要考虑的重要指标。这里我想讨论一下如何把机器人巡线和在箱子里放固定数量的乒乓球做到又快又好，以下是我在准备参加比赛和在比赛时所用的不同方案，经过学习和比对得出的一些心得。 （图为清华教授姜玉芹、毛勇现场指导照片） 大赛机器人的运行环境是大赛的场地，比赛时场地的情况将非常复杂，因此，机器人必须知道自己当前的位置才能决定要执行怎样的动作，定位是大赛机器人各种性能发挥的基础，也是机器人全场路径自动规划的基础。我们在Roborave 机器人大赛中运用基于巡线技术的定位方案对大赛机器人来讲是一种比较可靠和有针对性的方案。 Roborave对于巡线的要求并不高，用一个巡线传感器和最简单的if语句就可以完成。传感器需要在黑线内，因为它靠识别黑线上的白色来进行巡线的。这个时候你会发现小车虽然可以前进，但是会大幅度的左右摇摆，而且遇到一条以上的黑线比如路口就无法判断方向了，并且小车速度不能过快，因为当速度过快时，它会冲出范围原地快速转圈，而转速很快时，小车没有足够的时间识别并做出反应，导致很难继续巡线，任务必然失败。多加一个传感器就成了一个很好的解决方案。当我们有两个传感器时，可以同时进行巡线，当两个传感器都感应到线的时候可以判定为路口然后停下，随机进入一个再判断是否正确的入口，如果不是则掉头。 当选择用两个传感器时，就可以完成Roborave的巡线要求，并有一定的判断能力，但是在只有两个传感器的情况下，运行速度会受到很大的限制。如果速度过快，小车会冲出跑道，黑线不在两个传感器以内，就无法自主返回。如果使用更多的传感器提高冗余，进一步提高容错率，就可以使小车加速。即使黑线不在车最内侧的传感器范围内，也就是冲出来跑道，依然可以通过外侧的传感器加大小车的转向角度和速度使小车返回原位。通过多次实验，我们用五个传感器完美的实现这个功能，为了使小车在转向时更快，可以在小车的最外侧靠小车中间的地方再加两个传感器，功能是进行直角转弯。 我们在比赛中用于巡线的传感器组合是由多组反射式红外光电传感器组成，组与组之间的工作相互独立。其工作原理是：红外发射管发射一定强度的红外光，接受管用来检测反射光的强度，由于场地的光线和黑色引导线的颜色相差很大，因此，引导线上的反射光强度和场地的反射光强度就会有较大的差别，这些都会影响传感器的测量结果。因此在设计时采用了对对典型值进行实地反复测量的方法。将一个场地的2个典型反射光强度进行反复采样，然后将结果存入控制器的flash中，作为比赛时的典型值，即实现对场地反光强度的记忆。
智能化机器人设计毕业设计论文
目录 第1章. 绪论 (4) 1.1智能机器人技术发展的重要意义 (4) 1.2国外机器人的发展史 (5) 1.2.1 国外机器人的发展历史 (5) 1.2.2 国机器人的发展历史 (6) 1.3服务机器人的特点关键技术 (7) 1.4本论文的主要研究容 (8) 1.5本章小结 (8) 第2章.物体检测与报警机器人的总体设计 (9) 2.1概述 (9) 2.2主要组成 (10) 2.2.1 头部旋转机构 (10) 2.2.2 主体部 (11) 2.2.3 电机 (11) 2.3主要技术参数 (11) 2.4.电机的选型 (12) 2.4.1 驱动机构的组成. (12) 2.4.2 步进电机的选型比较 (13)
2.4.3 步进电机的选型计算 (14) 2.5蜗轮蜗杆传动的选型设计 (17) 2.6电机的效核................................................................................ 错误!未定义书签。 2.7轴的较核及联件的选型........................................................... 错误!未定义书签。 2.7.1. 蜗杆轴的较核. .................................................................. 错误!未定义书签。 2.7.2. 蜗杆轴上轴承的选型....................................................... 错误!未定义书签。 2.7. 3. 蜗轮轴的较核. .................................................................. 错误!未定义书签。 2.7.4. 蜗轮轴上轴承的选型....................................................... 错误!未定义书签。 2.7.5. 键的较核 ........................................................................... 错误!未定义书签。 2.7.6. 联轴器的选型................................................................... 错误!未定义书签。 2.8本章小结.................................................................................... 错误!未定义书签。第3章. 驱动机构及其控制方式...................................................... 错误!未定义书签。 3.1.概述 ........................................................................................... 错误!未定义书签。 3.2步进电机及其控制系统........................................................... 错误!未定义书签。 3.2.1 步进电机的工作特性. ....................................................... 错误!未定义书签。 3.2.2 步进电机的开环控制系统 ............................................... 错误!未定义书签。 3.3本章小结.................................................................................... 错误!未定义书签。结束语 ................................................................................................... 错误!未定义书签。致........................................................................................................ 错误!未定义书签。
搬运机器人结构设计与分析设计说明
搬运机器人结构设计与分析 摘要 在当今大规模制造业中，企业为提高生产效率，保障产品质量，工业机器人作为自动化生产线上的重要成员，逐渐被企业所认同并采用。工业机器人的技术水平和应用程度在一定程度上反映了一个国家工业自动化的水平。目前，工业机器人主要承担着焊接、喷涂、搬运以及堆垛等重复性并且劳动强度极大的工作。 本课题主要对搬运机器人的机械部分展开讨论，对原有的机械结构提出了新的改进方法，并把现在的新技术应用到本课题中，从而使得搬运机器人更加适用于现在的工业工作环境。通过详细了解搬运机器人在工业上的应用现状，提出了具体的搬运机器人设计要求，并根据搬运机器人各部分的设计原则，进行了系统总体方案设计以及包括：机器人的手部、腕部、臂部、腰部在的机械结构设计。此搬运机器人的驱动源来自液压系统，执行元件包括：柱塞式液压缸、摆动液压缸、伸缩式液压缸等。通过液压缸的运动来实现搬运机器人的各关节运动，进而实现搬运机器人的实际作业。 关键词：搬运机器人；液压系统；机械结构设计；操作
Abstract In the modern large-scale manufacturing industry,enterprises to improve productivity, and,guarantee product quality, as an important part of the automation production line, industrial robots are gradually approved and adopted by enterprises. Industrial robot technology standards and application level, to a certain extent, reflect a level of national industrial automation. Currently, Industrial robot mainly tasked with welding, spraying, handling and stacking, repetitive and intensity of significant work. The subject of the main part of the handling of their machinery discussions, and on the original mechanical structure proposed for the new improved method, which makes the handling robot is more applicable to the present industrial working environment.Through a detailed understanding of the robot in the industrial application,to propose specific handling robot design requirements,and according to the robot design principles of various parts, for the system as well as including:the robot's hand, wrist, arm, waist, the design of mechanical structures.The transfer robot driven by the source from the hydraulic system, and the implementation of components including:plunger hydraulic cylinders, hydraulic cylinders, swing, telescopic hydraulic cylinders, etc.Through the hydraulic cylinder movements to implement the joint transport robot motion,And realize the operational handling robot. Keywords：Transfer robot；Hydraulic System；Mechanical Design；Operating