會(huì)追光的機(jī)器人蘇州職業(yè)

蘇州市職業(yè)大學(xué)實(shí)訓(xùn)報(bào)告名稱 機(jī)器人技術(shù)及應(yīng)用 項(xiàng)目 會(huì)追光的機(jī)器人 2012年12月24日至2012年12月28日共一周院系電子信息工程系班級(jí) 姓名 學(xué)號(hào) 系主任 張紅兵 教研室主任 鄧建平指導(dǎo)教師 孫洪目錄TOC\o"1-5"\h\z\o"CurrentDocument"第一章緒論 1\o"CurrentDocument"1.1概述 1\o"CurrentDocument"1.2機(jī)器人的技術(shù)組成 1\o"CurrentDocument"1.3課程設(shè)計(jì)的目的和要求 1\o"CurrentDocument"目的 1\o"CurrentDocument"要求 1\o"CurrentDocument"第二章方案和規(guī)劃. 2\o"CurrentDocument"2.1設(shè)計(jì)方案 2\o"CurrentDocument"2.1.1傳感器系統(tǒng) 2\o"CurrentDocument"2.1.2控制系統(tǒng)和推進(jìn)系統(tǒng) 2\o"CurrentDocument"2.1.3機(jī)器人結(jié)構(gòu) 2\o"CurrentDocument"2.1.4控制方法 2\o"CurrentDocument"2.2任務(wù)規(guī)劃 3\o"CurrentDocument"第三章搭建機(jī)器 3\o"CurrentDocument"2.1結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 3\o"CurrentDocument"2.2驅(qū)動(dòng)方案 4\o"CurrentDocument"2.3傳感器 52.3.1光強(qiáng)傳感器 6\o"CurrentDocument"第四章軟件設(shè)計(jì) 8\o"CurrentDocument"3.1控制算法流程 8\o"CurrentDocument"3.2程序編寫 9\o"CurrentDocument"第五章結(jié)論 9\o"CurrentDocument"參考文獻(xiàn). 10第一章緒論1.1概述人形機(jī)器人是機(jī)器人研究中的重要分支，它涉及到機(jī)器人制造中的各個(gè)領(lǐng)域，如自主行為控制、人工智能、動(dòng)態(tài)管理、機(jī)械設(shè)計(jì)等，在一定程度上代表著機(jī)器人研究的尖端水平，與其它機(jī)器人(工業(yè)機(jī)器人、蛇形機(jī)器人、輪式移動(dòng)機(jī)器人等)相比，具有三個(gè)基本特征：(1)能在人們所處的現(xiàn)實(shí)環(huán)境中工作；(2)能使用人們所用的工具；(3)具有人的形狀。此外，還有攝像處理、語音處理以及一系列傳感器信號(hào)的處理，可見，人形機(jī)器人對(duì)各項(xiàng)技術(shù)領(lǐng)域提出了更高的要求。1.2機(jī)器人的技術(shù)組成機(jī)器人由機(jī)械部分、傳感部分、控制部分三大部分組成.這三大部分可分成驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)、機(jī)械結(jié)構(gòu)系統(tǒng)、感受系統(tǒng)、機(jī)器人一環(huán)境交互系統(tǒng)、人機(jī)交互系統(tǒng)、控制系統(tǒng)六個(gè)子系統(tǒng)。1.3課程設(shè)計(jì)的目的和要求1.3.1目的進(jìn)一步了解“創(chuàng)意之星”標(biāo)準(zhǔn)版套件；初步學(xué)習(xí)人形機(jī)器人的步態(tài)規(guī)劃；深入學(xué)習(xí)AVR控制器的使用方法；深入學(xué)習(xí)模擬量傳感器的使用方法。1.3.2要求設(shè)計(jì)一個(gè)簡單的雙足機(jī)器人系統(tǒng)，該機(jī)器人能夠模仿人類行走方式邁步行進(jìn)，能感知光源，并能轉(zhuǎn)向光源，朝光源前進(jìn)；進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，每個(gè)足要包括腕、膝、胯三個(gè)關(guān)節(jié)，畫出機(jī)器人的機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)簡圖；進(jìn)行步態(tài)分析，并編寫前進(jìn)、左轉(zhuǎn)、右轉(zhuǎn)的步態(tài)流程；用NorthStar設(shè)計(jì)完整的雙足機(jī)器人追光程序；第二章方案和規(guī)劃2.1設(shè)計(jì)方案2.1.1傳感器系統(tǒng)我們需要測量機(jī)器人的的姿態(tài)，但不需要像Segawy—樣測量那么多的姿態(tài)信息，只需要獲得機(jī)器人前后俯仰的角度信息即可。獲取機(jī)器人的前后傾斜角度后，可通過可控制電機(jī)的轉(zhuǎn)向，反向補(bǔ)償這個(gè)傾斜角度，合理的補(bǔ)償方式就能夠讓機(jī)器人保持動(dòng)態(tài)平衡。我們需要測量機(jī)器人的傾斜角度，如果能夠直接得到這個(gè)角度，則是最好的；如果不能，則可通過間接的手段來獲得。2.1.2控制系統(tǒng)和推進(jìn)系統(tǒng)控制系統(tǒng)選擇MultiFLEX2-AVR控制器。相對(duì)于MultiFLEX2-PXA270，MultiFLEX2-AVR控制器的編程更簡單，更容易實(shí)現(xiàn)Segawy要求的對(duì)傳感器的高速采集和高速響應(yīng)。CDS55xx舵機(jī)既可以用舵機(jī)模式，也可以要做電機(jī)模式，這里用其作為Segawy的推進(jìn)系統(tǒng)。2.1.3機(jī)器人結(jié)構(gòu)我們需要搭建一個(gè)雙輪機(jī)器人，需要有兩個(gè)懸臂用于安裝紅外測距傳感器機(jī)器人傾斜角度的測量。2.1.4控制方法整個(gè)結(jié)構(gòu)方案、傳感器方案都確定好了，可以得到機(jī)器人的傾斜角度，能夠有效控制機(jī)器人輪子的轉(zhuǎn)動(dòng)了。

2.2任務(wù)規(guī)劃前面已經(jīng)對(duì)自平衡機(jī)器人如何設(shè)計(jì)做了詳細(xì)的介紹。接下來具體實(shí)施環(huán)節(jié)：?搭建出實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，這個(gè)平臺(tái)必須必須符合上述理論分析。?熟悉需要用到的部件，如CDS5500和紅外測距傳感器。?在實(shí)驗(yàn)平臺(tái)上設(shè)計(jì)控制策略進(jìn)行驗(yàn)證。第三章搭建機(jī)器人機(jī)器人的硬件主要包括主控板、電機(jī)以及傳感器。2.1結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)1） MultiFLEX2-AVR控制器，1塊;2） 多功能調(diào)試器和線，1套；3） 光強(qiáng)傳感器，2個(gè)；4） 舵機(jī)，8個(gè)；5） 連接件，若干。舵機(jī)：控制器:

2.2驅(qū)動(dòng)方案驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)是向機(jī)械結(jié)構(gòu)系統(tǒng)提供動(dòng)力的裝置。采用的動(dòng)力源不同，驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的傳動(dòng)方式也就不同。驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的傳動(dòng)方式主要有四種：液壓式、氣壓式、電氣式和機(jī)械式。電力驅(qū)動(dòng)是目前使用最多的一種驅(qū)動(dòng)方式，其特點(diǎn)是電源取用方便，響應(yīng)快，驅(qū)動(dòng)力大，信號(hào)檢測、傳遞、處理方便，并可以采用多種靈活的控制方式，驅(qū)動(dòng)電機(jī)一般采用步進(jìn)電機(jī)或伺服電機(jī)，目前也有采用直接驅(qū)動(dòng)電機(jī)，但是造價(jià)較高，控制也較為復(fù)雜。電動(dòng)機(jī)也稱電機(jī)（俗稱馬達(dá)），在電路中用字母瀏”（舊標(biāo)準(zhǔn)用“D”）表示。它的主要作用是產(chǎn)生驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)矩，作為用電器或各種機(jī)械的動(dòng)力源。電動(dòng)機(jī)按結(jié)構(gòu)及工作原理可分為直流電動(dòng)機(jī)，異步電動(dòng)機(jī)和同步電動(dòng)機(jī)。同步電動(dòng)機(jī)還可分為永磁同步電動(dòng)機(jī)、磁阻同步電動(dòng)機(jī)和磁滯同布電動(dòng)機(jī)。異步電動(dòng)機(jī)可分為感應(yīng)電動(dòng)機(jī)和交流換向器電動(dòng)機(jī)。直流電動(dòng)機(jī)按結(jié)構(gòu)及工作原理可分為無刷直流電動(dòng)機(jī)和有刷直流電動(dòng)機(jī)。舵機(jī)是遙控模型控制動(dòng)作的動(dòng)力來源，不同類型的遙控模型所需的舵機(jī)種類也隨之不同。舵機(jī)主要是由外殼、電路板、無核心馬達(dá)、齒輪與位置檢測器所構(gòu)成。其工作原理是由接收機(jī)發(fā)出訊號(hào)給舵機(jī)，經(jīng)由電路板上的IC判斷轉(zhuǎn)動(dòng)方向，再驅(qū)動(dòng)無核心馬達(dá)開始轉(zhuǎn)動(dòng)，透過減速齒輪將動(dòng)力傳至擺臂，同時(shí)由位置檢測器送回訊號(hào)，判斷是否已經(jīng)到達(dá)定位。位置檢測器其實(shí)就是可變電阻，當(dāng)舵機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)電阻值也會(huì)隨之改變，藉由檢測電阻值便可知轉(zhuǎn)動(dòng)的角度。一般的伺服馬達(dá)是將細(xì)銅線纏繞在三極轉(zhuǎn)子上，當(dāng)電流流經(jīng)線圈時(shí)便會(huì)產(chǎn)生磁場，與轉(zhuǎn)子外圍的磁鐵產(chǎn)生排斥作用，進(jìn)而產(chǎn)生轉(zhuǎn)動(dòng)的作用力。伺服電動(dòng)機(jī)又稱執(zhí)行電動(dòng)機(jī)，在自動(dòng)控制系統(tǒng)中，用作執(zhí)行元件，把所收到的電信號(hào)轉(zhuǎn)換成電動(dòng)機(jī)軸上的角位移或角速度輸出。分為直流和交流伺服電動(dòng)機(jī)兩大類，其主要特點(diǎn)是，當(dāng)信號(hào)電壓為零時(shí)無自轉(zhuǎn)現(xiàn)象，轉(zhuǎn)速隨著轉(zhuǎn)矩的增加而勻速下降，伺服電機(jī)內(nèi)部的轉(zhuǎn)子是永磁鐵，驅(qū)動(dòng)器控制的U/V/W三相電形成電磁場，轉(zhuǎn)子在此磁場的作用下轉(zhuǎn)動(dòng)，同時(shí)電機(jī)自帶的編碼器反饋信號(hào)給驅(qū)動(dòng)器，驅(qū)動(dòng)器根據(jù)反饋值與目標(biāo)值進(jìn)行比較，調(diào)整轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)的角度。伺服電機(jī)的精度決定于編碼器的精度（線數(shù)）。2.3傳感器傳感器是自動(dòng)化系統(tǒng)和機(jī)器人技術(shù)中的關(guān)鍵部件，作為系統(tǒng)中的一個(gè)結(jié)構(gòu)組成，其重要性變得越來越明顯。傳感器技術(shù)它綜合了多方面的知識(shí)，在近幾年體現(xiàn)尤為突出。人類具有五種感覺（視覺、聽覺、觸覺、嗅覺、味覺。機(jī)器人需要通過傳感器得到這些感覺信息。目前機(jī)器人只具有視覺、聽覺和觸覺，這些感覺是通過相應(yīng)傳感器得到的。機(jī)器人傳感器根據(jù)檢測對(duì)象的不同可分為內(nèi)部傳感器和外部傳感器。內(nèi)部傳感器：用來檢測機(jī)器人本身狀態(tài)（如手臂間角度）的傳感器。多為檢測位置和角度的傳感器。外部傳感器：用來檢測機(jī)器人所處環(huán)境（如是什么物體，離物體的距離有多遠(yuǎn)等）及狀況（如抓取的物體是否滑落）的傳感器。具體有物體識(shí)別傳感器、物體探傷傳感器、接近覺傳感器、距離傳感器、力覺傳感器，聽覺傳感器等。2.3.1光強(qiáng)傳感器光強(qiáng)傳感器是一種感應(yīng)光的強(qiáng)弱并進(jìn)行顯示、處理的測量裝置。使它可以完成多種光學(xué)實(shí)驗(yàn)，諸如比較光強(qiáng)和距離的關(guān)系；研究光的干涉、衍射、偏振；在不同光源下測量光的相對(duì)強(qiáng)弱；研究不同光源的明、暗變化等。常用于生物、化學(xué)實(shí)驗(yàn)中。光強(qiáng)傳感器結(jié)構(gòu)光強(qiáng)傳感器結(jié)構(gòu)圖如下：為降低光敏元件的工作環(huán)境溫度而在傳感器外殼上裝有兩個(gè)引入冷卻水的導(dǎo)管。壓蓋是壓緊透光的石英玻璃窗，防止漏氣，并與外殼相連，密封冷卻水。銅套筒的作用是密封水，以免冷卻水進(jìn)入光敏元件與石英玻璃組成的空間。圖上的軟套管能是光敏元件在軸向固定，不因振動(dòng)而變化，套筒作安裝光敏元件之用。此外，圖上的光電池，絕緣薄膜，內(nèi)套筒可用光敏二極管代替。這種結(jié)構(gòu)的有點(diǎn)是拆卸方便。

1—套管戈一引出導(dǎo)線4於卻水導(dǎo)管4-〃卜殼5—套筒」6--內(nèi)套筒7—光電池8--薄銅片9—壓蓋10—石英玻璃心1-11-峠冋套筒12-電緣薄膜墊片卩光強(qiáng)傳感器原理利用光敏元件可將光信號(hào)的特點(diǎn)，將柴油機(jī)燃燒室內(nèi)著火燃燒時(shí)火焰光輻射信號(hào)轉(zhuǎn)換為電信號(hào)而反映出柴油機(jī)的燃燒情況。下圖為光強(qiáng)傳感器的原理圖。國1光甥傳航出訊理圉(a)光電范疋庖抹換片輕2)覽誡二扱返弐電抄幌原理光強(qiáng)傳感器應(yīng)用在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、氣象環(huán)保等工作中，光照強(qiáng)度是環(huán)境監(jiān)測中的重要參數(shù)。尤其是在溫室大棚中，光強(qiáng)對(duì)作物有著決定性的作用。所以光強(qiáng)傳感器應(yīng)用于室內(nèi)光照度的測定，光源強(qiáng)度與距離間關(guān)系的研究。第四章軟件設(shè)計(jì)3.1控制算法流程模仿人類的行走方式，兩條腿交替前進(jìn)；利用傳感器感知光源，并能轉(zhuǎn)向光源，朝光源前進(jìn)，根據(jù)光強(qiáng)傳感器接受到的信號(hào)進(jìn)行控制：1） 當(dāng)兩邊都有信號(hào)時(shí)，機(jī)器人按照設(shè)置的步伐前進(jìn)。2） 當(dāng)左邊沒有信號(hào)時(shí)，機(jī)器人的右腳做出左轉(zhuǎn)的動(dòng)作。3） 當(dāng)右邊沒有信號(hào)時(shí)，機(jī)器人的右腳做出右轉(zhuǎn)的動(dòng)作。機(jī)器人追光程序的流程圖3.2程序編寫第五章結(jié)論隨著科技的發(fā)展，機(jī)器人的應(yīng)用也越來越普遍了。所以在當(dāng)今對(duì)機(jī)器人的了解也是必須的。在沒接觸這門課的時(shí)候，我對(duì)機(jī)器人并不是很了解，慢慢的接觸之后，我明白了機(jī)器人是自動(dòng)執(zhí)行工作的機(jī)器裝置。它既可以接受人類指揮，又可以運(yùn)行預(yù)先編排的程序，也可以根據(jù)以人工智能技術(shù)制定的原則綱領(lǐng)行動(dòng)。它的任務(wù)是協(xié)助或取代人類工作的。在整個(gè)設(shè)計(jì)過程中，從組裝到調(diào)試我們都花了很長的時(shí)間，特別是組裝。在組裝之前必須得想好先裝哪個(gè)部件，如果安裝的順序錯(cuò)了。那后面的就進(jìn)行不下去了。至于編程，因?yàn)橐郧拔覀冏鲞^類似的機(jī)器人，所以下手比較容易，只要對(duì)幾個(gè)舵機(jī)進(jìn)行正確的調(diào)試就可以了。機(jī)器人需要靈活掌握，靈活運(yùn)用，需要嚴(yán)謹(jǐn)?shù)倪壿嬕约翱b密的編程，這次設(shè)計(jì)讓我受益匪。參考文獻(xiàn)1、 吳毅君，