智能機(jī)器人的設(shè)計(jì)與制作

1、智能機(jī)器人的設(shè)計(jì)與制作引言近幾年機(jī)器人已成為高技術(shù)領(lǐng)域內(nèi)具有代表性的戰(zhàn)略目標(biāo)。機(jī)器人技術(shù)的出現(xiàn)和進(jìn)展，不但使傳統(tǒng)的工業(yè)生產(chǎn)面貌發(fā)生全然性變化，而且將對(duì)人類社會(huì)產(chǎn)生深遠(yuǎn)的阻礙。隨著社會(huì)生產(chǎn)技術(shù)的飛速進(jìn)展， 機(jī)器人 的應(yīng)用領(lǐng)域不斷擴(kuò)展。從自動(dòng)化生產(chǎn)線到海洋資源的探究， 乃至 太空作業(yè)等領(lǐng)域，機(jī)器人可謂是無處不在。目前機(jī)器差不多走進(jìn) 人們的生活與工作，機(jī)器人差不多在專門多的領(lǐng)域代替著人類的 勞動(dòng)，發(fā)揮著越來越重要的作用，人們差不多越來越離不開機(jī)器 人關(guān)心。機(jī)器人工程是一門復(fù)雜的學(xué)科，它集工程力學(xué)、機(jī)械制 造、電子技術(shù)、技術(shù)科學(xué)、自動(dòng)操縱等為一體。目前對(duì)機(jī)器人的 研究差不多呈現(xiàn)出專業(yè)化和系統(tǒng)化，一些信

2、息學(xué)、電子學(xué)方面的 先進(jìn)技術(shù)正越來越多地應(yīng)用于機(jī)器人領(lǐng)域。目前機(jī)器人行業(yè)的進(jìn)展與30年前的電腦行業(yè)極為相似。今天在汽車裝配線上忙碌的 一線機(jī)器人，正是當(dāng)年大型計(jì)算機(jī)的翻版。 而機(jī)器人行業(yè)的利基 產(chǎn)品也同樣種類繁多，比如協(xié)助大夫進(jìn)行外科手術(shù)的機(jī)械臂、在 伊拉克和阿富汗戰(zhàn)場上負(fù)責(zé)排除路邊炸彈的偵察機(jī)器人、以及負(fù)責(zé)清掃地板的家用機(jī)器人，還有許多參照人、狗、恐龍的模樣制造機(jī)器人玩具。舞蹈機(jī)器人具有人類外觀特征、可愛的外貌、又兼有技術(shù)含量，極受青青年的喜愛。我從前年開始機(jī)器人方面的 研究，在這過程中嘗試過專門多次的失敗， 也感受到了無比的樂趣。圖1.1、機(jī)器人1緒論機(jī)器人技術(shù)作為20世紀(jì)人類最偉大的發(fā)明

3、之一，自 20世紀(jì)60年代初問世以來，經(jīng)歷40余年的進(jìn)展已取得長足的進(jìn)步。以后的機(jī)器人是一種能夠代替人類在非結(jié)構(gòu)化環(huán)境下從事危險(xiǎn)、復(fù)雜勞動(dòng)的自動(dòng)化機(jī)器，是集機(jī)械學(xué)、力學(xué)、電子學(xué)、生物學(xué)、操縱論、計(jì)算機(jī)、人工智能和系統(tǒng)工程等多學(xué)科知識(shí)于一身的高新技術(shù)綜合體。 走向 成熟的工業(yè)機(jī)器人，各種用途的特種機(jī)器人的多用化，昭示著機(jī) 器人技術(shù)燦爛的改日。1.1 國內(nèi)外機(jī)器人技術(shù)進(jìn)展的現(xiàn)狀為了使機(jī)器人能更好的應(yīng)用于工業(yè)， 各工業(yè)發(fā)達(dá)國家的大學(xué)、 研 究機(jī)構(gòu)和大工業(yè)企業(yè)對(duì)機(jī)器人系統(tǒng)開發(fā)投入了大量的人力財(cái)力。在美國和加拿大，各要緊大學(xué)都設(shè)有機(jī)器人研究室，麻省理工學(xué)院側(cè)重于制造過程機(jī)器人系統(tǒng)的研究，卡耐基一梅隆機(jī)器

4、人研究 所側(cè)重于挖掘機(jī)器人系統(tǒng)的研究，而斯坦福大學(xué)則著重于系統(tǒng)應(yīng) 用軟件的開發(fā)。德國正研究開發(fā)“ MOVEKNDPLAY機(jī)器人系統(tǒng)， 使機(jī)器人操作就像人們操作錄像機(jī)、開汽車一樣。從六十年代開 始日本政府實(shí)施一系列扶植政策， 使日本機(jī)器人產(chǎn)業(yè)迅速進(jìn)展起 來，通過短短的十幾年。到80年代中期，已一躍而為“機(jī)器人 王國”。具機(jī)器人的產(chǎn)量和安裝的臺(tái)數(shù)在國際上躍居首位。按照 日本產(chǎn)業(yè)機(jī)器人工業(yè)會(huì)常務(wù)理事米本完二的講法：“日本機(jī)器人的進(jìn)展通過了 60年代的搖籃期。70年代的有用期。到80年代 進(jìn)人普及提高期?！辈⒄桨?980年定為產(chǎn)業(yè)機(jī)器人的普及元年”。開始在各個(gè)領(lǐng)域內(nèi)廣泛推廣使用機(jī)器人。中國機(jī)器人的進(jìn)

5、展起步較晚，1972年 我國開始研制自己的工業(yè)機(jī)器人。"七五"期間，國家投入資金， 對(duì)工業(yè)機(jī)器人及其零部件進(jìn)行攻關(guān)， 完成了示教再現(xiàn)式工業(yè)機(jī)器 人成套技術(shù)的開發(fā)，研制出了噴涂、點(diǎn)焊、弧焊和搬運(yùn)機(jī)器人。1986年國家高技術(shù)研究進(jìn)展打算（863打算）開始實(shí)施，智能機(jī) 器人主題跟蹤世界機(jī)器人技術(shù)的前沿，通過幾年的研究，取得了一大批科研成果，成功地研制出了一批特種機(jī)器人。20世紀(jì)90年代，我國的工業(yè)機(jī)器人又在實(shí)踐中邁進(jìn)一大步，先后研制出了點(diǎn)焊、裝配、噴漆、切割、搬運(yùn)等各種用途的工業(yè)機(jī)器人，并實(shí) 施了 一批機(jī)器人應(yīng)用工程， 形成了 一批機(jī)器人產(chǎn)業(yè)化基地，為我國機(jī)器人產(chǎn)業(yè)的騰飛奠定了基

6、礎(chǔ)。1.2 機(jī)器人技術(shù)的市場應(yīng)用機(jī)器人融入我們?nèi)粘Ｉ畹牟椒ビ卸嗫?？?jù)國際機(jī)器人聯(lián)盟調(diào)查，2004年，全球個(gè)人機(jī)器人約有200萬臺(tái)，到2008年，還將有700萬臺(tái)機(jī)器人投入運(yùn)行。按照韓國信息通信部的打算，到2013年，韓國每個(gè)家庭都能擁有一臺(tái)機(jī)器人；而日本機(jī)器人協(xié)會(huì)預(yù)測，到2025年，全球機(jī)器人產(chǎn)業(yè)的“蛋糕”將達(dá)到每年 500 億美元的規(guī)模（現(xiàn)在僅有50億美元）。與20世紀(jì)70年代PC行業(yè) 的情況相仿，我們不可能準(zhǔn)確預(yù)測出究竟哪些用途將推動(dòng)那個(gè)新4 / 51興行業(yè)進(jìn)入臨界狀態(tài)。只是看起來，機(jī)器人專門可能在護(hù)理和陪 伴老年人的工作上大展宏圖，或許還能夠關(guān)心殘疾人四處走走， 并增強(qiáng)士兵、建筑工人和

7、醫(yī)護(hù)人員的體力與耐力。目前，我國從 事機(jī)器人研發(fā)和應(yīng)用工程的單位 200多家，擁有量為3500臺(tái)左右，其中國產(chǎn)占20%,其余差不多上從日本、美國、瑞典等40多 個(gè)國家引進(jìn)的。2000年已生產(chǎn)各種類型工業(yè)機(jī)器人和系統(tǒng)300臺(tái)套，機(jī)器人銷售額6.74億元,機(jī)器人產(chǎn)業(yè)對(duì)國民經(jīng)濟(jì)的年收益額為 47億元，我國對(duì)工業(yè)機(jī)器人的需求量和品種將逐年大幅度增加。1.3機(jī)器人技術(shù)的前景展 望機(jī)器人是人類的得力助手，能友好相處的可靠朋友，今后我們會(huì)看到人和機(jī)器人會(huì)存在一個(gè)空間里邊，成為一個(gè)互相的助手和朋友。機(jī)器人會(huì)可不能產(chǎn)生飯碗的問題。我們相信可不能出現(xiàn)“機(jī) 器人上崗，工人下崗”的局面，因?yàn)槿藗冸S著社會(huì)的進(jìn)展，實(shí)際

8、上把人們從繁重的體力和危險(xiǎn)的環(huán)境中解放出來，使人們有更好的崗位去工作，去制造更好的精神財(cái)寶和文化財(cái)寶，機(jī)器人來做這些危險(xiǎn)環(huán)境的工作，展望21世紀(jì)機(jī)器人將是一個(gè)與20世紀(jì)計(jì) 算機(jī)的普及一樣，會(huì)深入地應(yīng)用到各個(gè)領(lǐng)域， 因此專門多專家預(yù)測，在21世紀(jì)的前20年是機(jī)器人從制造業(yè)走向非制造業(yè)的進(jìn)展一個(gè)重要時(shí)期，也是智能機(jī)器人進(jìn)展的一個(gè)關(guān)鍵時(shí)期，目前國際5 / 51上專門多國家，也對(duì)機(jī)器人對(duì)人類社會(huì)的阻礙的可能提出了新的認(rèn)識(shí)，同時(shí)，我們也能夠看到機(jī)器人技術(shù)，涉及到多個(gè)學(xué)科，機(jī) 械、電工、自動(dòng)操縱、計(jì)算機(jī)測量、人工智能、傳感技術(shù)等等， 它是一個(gè)國家高技術(shù)實(shí)力的一個(gè)重要標(biāo)準(zhǔn)。 語音識(shí)不處理是語音 功能的一個(gè)重

9、要方面，目前計(jì)算機(jī)語音識(shí)不處理過程差不多上一 致，是一種基于統(tǒng)計(jì)模式識(shí)不的理論。我國的語音識(shí)不研究起步于五十年代，近年來進(jìn)展專門快，其研究水平差不多與國外同步， 在漢語語音識(shí)不技術(shù)上還有自己的特點(diǎn)和優(yōu)勢。能夠可能，語音技術(shù)的進(jìn)展前景無限。2機(jī)器人設(shè)計(jì)的內(nèi)容和要求2.1 機(jī)器人設(shè)計(jì)的內(nèi)容隨著現(xiàn)代科技的進(jìn)展，機(jī)器人技術(shù)已廣泛應(yīng)用于人類社會(huì)生活的 各個(gè)領(lǐng)域，特不是機(jī)器人具有人類外觀特征、可愛的外貌、又兼 有技術(shù)含量，極受青青年的喜愛。本課題要求設(shè)計(jì)一個(gè)有簡單人 體功能的、模擬舞蹈動(dòng)作的類人型機(jī)器人，完成簡單人的差不多 動(dòng)作：能夠前進(jìn)后退，左右側(cè)行，左右轉(zhuǎn)彎和前后擺動(dòng)手臂，行 走頻率為每秒兩步，舉手投

10、足、轉(zhuǎn)圈、頭部動(dòng)作靈活、并具備的 語音功能。通過語音識(shí)不技術(shù)，能夠?qū)πC(jī)器人進(jìn)行語音操縱， 通過發(fā)出語音命令，操縱機(jī)器人的。機(jī)器人包括底座、頭部、上6 / 51身、下肢、以及電路操縱板，分不操縱手臂、頭部和底盤運(yùn)動(dòng)的 電機(jī)及傳動(dòng)機(jī)構(gòu)等。通過電路操縱和機(jī)械傳動(dòng)，可使機(jī)器人動(dòng)作O知識(shí)范圍涉及機(jī)構(gòu)學(xué)、力學(xué)、電子學(xué)、自動(dòng)操縱、計(jì)算機(jī)、人工智能等。具體給予任務(wù)：1、深入了解類人型機(jī)器人的功能及工作要求，查找與課題有關(guān)的文獻(xiàn)資料及參考書目；2、學(xué)習(xí)掌握機(jī)構(gòu)創(chuàng)新設(shè)計(jì)的差不多知識(shí)和設(shè)計(jì)方法，了解操縱對(duì)象舞蹈機(jī)器人的工作原理、 動(dòng)作過程，進(jìn)行簡單舞蹈動(dòng)作及相應(yīng)機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)；3、依照機(jī)器人構(gòu)成、工作原理、要緊特點(diǎn)和技

11、術(shù)指標(biāo)，分析比較，加以論證，確定機(jī)器人運(yùn)動(dòng)操縱最終方案，完成硬件電路設(shè)計(jì)，單片機(jī)操縱程序設(shè)計(jì)；4、制作舞蹈機(jī)器人模型，完成各種運(yùn)動(dòng)、動(dòng)作模擬，調(diào)試成功。5、規(guī)定的翻譯、論文工作。2.2 舞蹈機(jī)器人設(shè)計(jì)的數(shù)據(jù)和要求1、機(jī)器人身高80120 cm,表演時(shí)機(jī)器人隨音樂翩翩起舞，動(dòng)作協(xié)調(diào)、靈活；2、表演各種的差不多動(dòng)作，具體動(dòng)作可自行設(shè)計(jì)。涵蓋行進(jìn)、轉(zhuǎn)圈、舉手投足、 頭部等動(dòng)作；3、整套動(dòng)作持續(xù)4分鐘左右；4、機(jī)器人結(jié)構(gòu)緊湊、體積小，重量輕；5、靈活的多功能機(jī)器手臂：活動(dòng)空間大，可 360度旋轉(zhuǎn)。6、采納電機(jī)驅(qū)動(dòng)，運(yùn)動(dòng)準(zhǔn)確可靠3方案設(shè)計(jì)及方案論證3.1設(shè)計(jì)制作與調(diào)試流程設(shè)計(jì)確實(shí)是依照題目的要求而對(duì)硬件和軟件進(jìn)行規(guī)劃，并選擇最合適的硬件電路和軟件程序來達(dá)到目的。 硬件設(shè)計(jì)是通過對(duì)設(shè)計(jì)要求的分析，對(duì)各種元器件的了解，而得出分立元件與集成塊的某些