喂飯機(jī)器人設(shè)計

PAGEI摘要喂飯機(jī)器人屬于服務(wù)機(jī)器人范疇，它通過模擬正常人進(jìn)食時餐勺的取飯、送飯和喂飯動作，來幫助人就餐。世界上的肢體殘疾人很多，且在這些人中上肢殘疾者占有很大的比重，因此設(shè)計一款簡單實用的喂飯機(jī)器人來幫助殘疾人就很必要。本文主要目的是介紹我組的這階段的工作內(nèi)容以及取得的階段性成果，并且對項目過程中所遇到的問題進(jìn)行總結(jié)分析。我組的主要工作是結(jié)合國內(nèi)外喂飯機(jī)器人的研究現(xiàn)狀，在分析現(xiàn)有喂飯機(jī)器人的優(yōu)缺點后，自主設(shè)計一款四自由度喂飯機(jī)器人，包括機(jī)器人的總體方案以及整體的控制方案。首先經(jīng)過小組討論確定了項目題目--喂飯機(jī)器人，并且在機(jī)電一體化討論課上進(jìn)行了匯報，通過分析驗證確定了喂飯機(jī)器人的總體方案，通過solidworks軟件對喂飯機(jī)器人進(jìn)行了三維建模及仿真，確定了機(jī)器人各部分的尺寸，同時對重要受力部分進(jìn)行了受力分析，并且運用Ca'x'a對機(jī)器人主要零件進(jìn)行了詳盡的二維圖設(shè)計；利用機(jī)器人學(xué)的方法以及Matlab軟件進(jìn)行了運動的正逆分析以及軌跡規(guī)劃，為編寫控制程序確定基礎(chǔ)；利用接口技術(shù)、微機(jī)原理、單片機(jī)等學(xué)科知識進(jìn)行電路的搭接以及軟件的編寫，通過STM32芯片控制喂飯機(jī)器人各關(guān)節(jié)的運動。通過小組各成員的共同努力，我們完成了主要的工作，包括三維建模，二維圖繪制以及STM32芯片的控制程序，經(jīng)過不斷的調(diào)試，雖然最后系統(tǒng)不是很穩(wěn)定，但是也可以實現(xiàn)了喂飯動作，我們會在今后進(jìn)行更深入的研究。關(guān)鍵詞：STM32PWM控制舵機(jī)串口喂飯機(jī)器人PAGEIII目錄TOC\o"1-3"\h\u5697第一章設(shè)計綜述 1315361.1智能機(jī)器人系統(tǒng)國內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀 1225581.1.1我國智能服務(wù)機(jī)器人發(fā)展?fàn)顩r分析 1302991.1.2國外智能服務(wù)機(jī)器人發(fā)展?fàn)顩r分析 2133101.1.3喂飯機(jī)器人發(fā)展?fàn)顩r分析 3193801.2智能機(jī)器人系統(tǒng)設(shè)計任務(wù)概述 414421.3課程設(shè)計主要內(nèi)容 515320第二章方案設(shè)計 6306302.1機(jī)械結(jié)構(gòu)方案設(shè)計 6188432.2驅(qū)動方案選擇 685922.3功能模塊的選擇 7221172.4結(jié)構(gòu)的合理性及參數(shù)的合理性 920279第三章機(jī)械系統(tǒng)設(shè)計 12303313.1機(jī)械系統(tǒng)總體方案 1211383.2關(guān)鍵尺寸設(shè)計 13257143.3關(guān)鍵零部件結(jié)構(gòu)設(shè)計 13100343.4驅(qū)動關(guān)節(jié)運動軌跡規(guī)劃 1730051第四章控制系統(tǒng)設(shè)計 21193134.1控制系統(tǒng)總體方案 21152554.2運動控制器選型 22132564.3舵機(jī)控制設(shè)計 24116384.4電源供電電路設(shè)計 2587874.5傳感檢測外圍電路設(shè)計 257874第五章軟件系統(tǒng)設(shè)計 26111515.1軟件系統(tǒng)總體方案 262645.1.1STM32固件庫簡介 26180305.1.2軟件總體設(shè)計 26144575.1.3子程序設(shè)計 2783405.2位姿控制方案與流程 29242585.3速度控制方案與流程 30279445.4軌跡控制方案與流程 308665第六章裝配與調(diào)試 31297066.1機(jī)器人系統(tǒng)整體裝配 31155736.2系統(tǒng)調(diào)試流程與狀況 31132606.2.1系統(tǒng)調(diào)試流程 31277906.2.2調(diào)試出現(xiàn)狀況及解決方法 32297676.3設(shè)計創(chuàng)新點 32187326.4系統(tǒng)缺陷與改進(jìn) 327127第七章市場應(yīng)用前景分析 3316957.1應(yīng)用前景分析 33172407.2目標(biāo)人群 33260297.3營銷策略 3317951項目心得 347077參考文獻(xiàn) 353826附錄一成本分析 364129附錄二系統(tǒng)數(shù)學(xué)建模與軌跡規(guī)劃 375952（1）運動學(xué)正解 3719979（2）運動學(xué)反解 4016548（3）雅可比矩陣 4229089（4）軌跡規(guī)劃 436975附錄三程序源代碼 4491751.主程序（main.c） 4420922.定時器驅(qū)動代碼（timer.c） 56300853.串口（usart.c） 60PAGE64第一章設(shè)計綜述智能機(jī)器人系統(tǒng)國內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀信息技術(shù)革新催生新型智能終端的興起。相較工業(yè)機(jī)器人而言，在非結(jié)構(gòu)化環(huán)境工作，智能\o"祈飛智能服務(wù)機(jī)器人"服務(wù)機(jī)器人具有更為靈活的智能化特征和服務(wù)特性，能夠?qū)崿F(xiàn)感知、決策、執(zhí)行的系列功能，是一種新型的智能終端設(shè)備。智能終端經(jīng)歷了以PC為代表的個人計算機(jī)時代和以智能手機(jī)、平板電腦為代表的移動智能設(shè)備時代。隨著機(jī)器人制造水平的不斷提高，以及傳感技術(shù)、智能技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)和云計算技術(shù)的持續(xù)突破，以智能服務(wù)機(jī)器人等為代表的新型智能終端逐漸興起，在應(yīng)用場景、應(yīng)用模式方面更為多元便捷，成為互聯(lián)網(wǎng)時代的發(fā)展新藍(lán)海，是下一代連接人類與互聯(lián)網(wǎng)的終端設(shè)備。應(yīng)用升級推動“互聯(lián)網(wǎng)+機(jī)器人”步入家庭。隨著城鄉(xiāng)居民消費結(jié)構(gòu)的持續(xù)升級，以及信息消費、寬帶中國、智慧城市、智慧家庭戰(zhàn)略的不斷推進(jìn)，以智能服務(wù)機(jī)器人為代表的智能服務(wù)產(chǎn)品對提高生活品質(zhì)、促進(jìn)生活方式智慧化的作用日益凸顯。智能服務(wù)機(jī)器人在養(yǎng)老看護(hù)、醫(yī)療保健、情感關(guān)愛方面具有獨特的應(yīng)用優(yōu)勢，其與互聯(lián)網(wǎng)的融合創(chuàng)新，將推動智能服務(wù)機(jī)器人步入家庭，解決居民實際的生活需求。我國智能服務(wù)機(jī)器人發(fā)展?fàn)顩r分析智能服務(wù)機(jī)器人成為互聯(lián)網(wǎng)巨頭競逐的新焦點。當(dāng)前，智能服務(wù)機(jī)器人正處于產(chǎn)業(yè)發(fā)展初期，廣闊的市場前+景致使科技巨頭和各大互聯(lián)網(wǎng)公司競相布局，搶占戰(zhàn)略制高點。谷歌相繼收購Schaft、RedwoodRobotics、IndustrialPerception等9家機(jī)器人公司，在類人型機(jī)器人制造、人工智能、機(jī)器人協(xié)同等方面布局。不僅如此，谷歌還積極研發(fā)超快“量子計算機(jī)芯片”，使用亞原子粒子編碼數(shù)據(jù)，顯著提升計算速度，為機(jī)器人提供“智慧大腦”。百度成立的深度學(xué)習(xí)研究院，在語音識別、文字識別、人臉識別、異構(gòu)計算、圖像搜索等方面達(dá)到了世界領(lǐng)先水平。Facebook與紐約大學(xué)數(shù)據(jù)科學(xué)中心合作，共同探究數(shù)據(jù)科學(xué)、機(jī)器學(xué)習(xí)和人工智能等領(lǐng)域，并且成立了新的人工智能實驗室。

產(chǎn)品功能持續(xù)升級，應(yīng)用范圍逐步擴(kuò)大。以家庭智能服務(wù)機(jī)器人為例，按功能可分為居家養(yǎng)老類、社區(qū)服務(wù)類、家政清潔類和教育娛樂類。其中，中國科學(xué)院深圳先進(jìn)技術(shù)研究院的老人助行機(jī)器人、上海弗徠威的社區(qū)監(jiān)控管理機(jī)器人、蘇州科沃斯/深圳銀星科技的掃地機(jī)器人、北京紫光優(yōu)藍(lán)機(jī)器人都是其典型代表。按形態(tài)可分為硬件型和軟件型，其中軟件型機(jī)器人的代表是上海小i機(jī)器人，在語義理解、人工智能方面擁有多年技術(shù)積累，其智能客服、智能知識庫、智能搜索產(chǎn)品得到廣泛應(yīng)用。當(dāng)前，家庭智能服務(wù)機(jī)器人在掃地機(jī)器人、擦窗機(jī)器人等領(lǐng)域發(fā)展較早，基礎(chǔ)較好，全球領(lǐng)先的機(jī)器人解決方案公司iRobot主打掃地機(jī)器人產(chǎn)品，2015年第四季度營收2.06億美元，同比增長29.6%。世界機(jī)器人協(xié)會IFR預(yù)測，2013-2016年全球家庭智能服務(wù)機(jī)器人銷量將達(dá)到1500萬臺，世界服務(wù)機(jī)器人2018年市場規(guī)模是2014年的五倍。

產(chǎn)業(yè)鏈日益完善，國內(nèi)外仍有一定差距。智能服務(wù)機(jī)器人產(chǎn)業(yè)鏈可分為硬件設(shè)備層、平臺支撐層、人工智能層和應(yīng)用服務(wù)層。其中，硬件設(shè)備層包括控制系統(tǒng)、感知系統(tǒng)和移動系統(tǒng)，平臺支撐層包括應(yīng)用軟件、操作系統(tǒng)和云計算/大數(shù)據(jù)，人工智能層涉及語音識別、語義識別和機(jī)器視覺，應(yīng)用服務(wù)層包括居家養(yǎng)老服務(wù)、社區(qū)服務(wù)、家政服務(wù)和教育娛樂服務(wù)等。

目前，智能服務(wù)機(jī)器人產(chǎn)業(yè)正處于培育期，產(chǎn)業(yè)成熟度有待提高。智能終端和工業(yè)機(jī)器人起步較早，硬件設(shè)備層的控制系統(tǒng)和移動系統(tǒng)發(fā)展基礎(chǔ)較好，但在人工智能方面仍有較大的提升空間。我國智能服務(wù)機(jī)器人與發(fā)達(dá)國家仍有一定差距，特別在伺服電機(jī)、人機(jī)交互、智能決策等方面技術(shù)對外依存度高。在我國智能服務(wù)機(jī)器人以科研院所為主導(dǎo)的研究體系中，產(chǎn)業(yè)化進(jìn)程較為緩慢，產(chǎn)學(xué)研協(xié)同創(chuàng)新能力和產(chǎn)業(yè)鏈管控能力有待提升。

政府高度重視，多項政策相繼出臺。智能服務(wù)機(jī)器人是產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)型升級的重要前沿方向，受到企業(yè)和政府的高度重視。科技部印發(fā)《服務(wù)機(jī)器人科技發(fā)展“十二五”專項規(guī)劃》，明確了要著力突破制約我國服務(wù)機(jī)器人技術(shù)和產(chǎn)業(yè)發(fā)展的關(guān)鍵技術(shù)，不斷推出更具應(yīng)用價值和市場前景的產(chǎn)品，積極探索新的投融資模式和商業(yè)模式，努力打造若干龍頭企業(yè)，把服務(wù)機(jī)器人產(chǎn)業(yè)培育成我國未來戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)。深圳、上海、北京等地高度重視智能服務(wù)機(jī)器人等智能服務(wù)產(chǎn)品的發(fā)展，將其作為重點培育的新經(jīng)濟(jì)增長點。國外智能服務(wù)機(jī)器人發(fā)展?fàn)顩r分析美、歐、日是工業(yè)機(jī)器人主要生產(chǎn)國家和地區(qū)，掌握著大多數(shù)的核心技術(shù)，美、德、日、韓等國家都已形成了各具特色的發(fā)展模式。美國模式的特點是整體研發(fā)設(shè)計與對外采購機(jī)器人本體相結(jié)合，重在系統(tǒng)開發(fā)與應(yīng)用。德國模式的特點是一攬子“交鑰匙工程”，即機(jī)器人本體的生產(chǎn)和用戶所需要的系統(tǒng)設(shè)計制造全由一家機(jī)器人廠商完成。日本模式的特點是產(chǎn)業(yè)鏈整體推進(jìn)。韓國模式是采購與成套設(shè)計、集成相結(jié)合，機(jī)器人企業(yè)通常通過進(jìn)口關(guān)鍵零部件，自行設(shè)計、制造配套的外圍設(shè)備。美國：占領(lǐng)軍用產(chǎn)品前瞻高端市場，軍民轉(zhuǎn)化帶動整體發(fā)展。美國是機(jī)器人的誕生地，在機(jī)器人高端技術(shù)領(lǐng)域擁有絕對的優(yōu)勢，特別是美國國防先進(jìn)計劃局（DARPA）在服務(wù)機(jī)器人領(lǐng)域的技術(shù)遙遙領(lǐng)先，占據(jù)軍用服務(wù)機(jī)器人產(chǎn)品的前瞻市場，2013年，世界銷售的15000臺軍用機(jī)器人之中，有63%來自美國。美國信息、材料、制造、生物等各方面技術(shù)基礎(chǔ)雄厚，借助先進(jìn)的軍用服務(wù)機(jī)器人發(fā)展契機(jī)，大力發(fā)展服務(wù)機(jī)器人產(chǎn)業(yè)，特別是高端擬人服務(wù)機(jī)器人。隨著美國制造業(yè)轉(zhuǎn)型和回歸，美國工業(yè)機(jī)器人市場增長速度迅猛，工業(yè)機(jī)器人使用量和市場規(guī)模僅次于日本。日本：保持工業(yè)機(jī)器人領(lǐng)先優(yōu)勢的前提下，大力發(fā)展服務(wù)機(jī)器人應(yīng)對老齡化社會。日本是工業(yè)機(jī)器人使用量最大的國家，工業(yè)機(jī)器人產(chǎn)業(yè)發(fā)展最具競爭力。世界前10位工業(yè)機(jī)器人生產(chǎn)商占據(jù)了全球工業(yè)機(jī)器人生產(chǎn)總量的8%，其中4個在日本。日本工業(yè)機(jī)器人產(chǎn)量占世界總產(chǎn)量的70%以上，特別是工業(yè)機(jī)器人減速機(jī)，占據(jù)超過85%的世界市場，工業(yè)機(jī)器人成為日本的支柱性產(chǎn)業(yè)。2010年以后，隨著日本老齡化社會加劇，日本將發(fā)展服務(wù)機(jī)器人作為重大國策予以全面推進(jìn)。歐洲：以“工業(yè)4.0計劃”創(chuàng)造巨大市場需求，標(biāo)準(zhǔn)化、模塊化帶動機(jī)器人產(chǎn)業(yè)整體發(fā)展。歐洲將機(jī)器人的概念進(jìn)一步延伸，標(biāo)準(zhǔn)化、模塊化、智能化、網(wǎng)絡(luò)化成為歐洲機(jī)器人發(fā)展的重要方向。工業(yè)4.0計劃、智能工廠等創(chuàng)造了機(jī)器人技術(shù)和零部件的巨大需求市場，機(jī)器人和傳統(tǒng)機(jī)器的結(jié)合、機(jī)器通過網(wǎng)絡(luò)和人的結(jié)合等，使得工業(yè)機(jī)器人、服務(wù)機(jī)器人之間概念開始模糊，機(jī)器人技術(shù)和產(chǎn)品開始向傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)滲透。俄羅斯：注重軍用機(jī)器人技術(shù)，重大科考類服務(wù)機(jī)器人技術(shù)領(lǐng)先。前蘇聯(lián)早在第九個五年計劃（1970年一1975年）開始時，就把發(fā)展機(jī)器人列入國家科學(xué)技術(shù)發(fā)展綱領(lǐng)之中。經(jīng)過30多年的努力，俄羅斯機(jī)器人在數(shù)量、質(zhì)量水平上均處于世界前列地位。特別是俄羅斯輪式、多足軍用機(jī)器人技術(shù)、水下服務(wù)機(jī)器人、航天服務(wù)機(jī)器人等，可以和美國競爭。喂飯機(jī)器人發(fā)展?fàn)顩r分析隨著社會的發(fā)展和進(jìn)步，喂飯機(jī)器人越來越引起人們重視。喂飯機(jī)器人涉及了許多技術(shù)并已經(jīng)成為服務(wù)機(jī)器人領(lǐng)域的研究熱點之一。助餐機(jī)器人的研究源于歐美。80年代初，荷蘭，法國分別開發(fā)了機(jī)械手RSI及MANUS服務(wù)機(jī)器人，雖然這兩款機(jī)器人不是專門應(yīng)用于喂飯，但揭開了全球喂飯機(jī)器人研究的序幕。之后歐、美、日、加、澳等發(fā)達(dá)國家出現(xiàn)了一系列喂飯機(jī)器人，較成功的有英國的Handy1，日本的MySpoon，德國的FRIENDII，美國的ISAChumanoidrobot等喂飯機(jī)器人。我國早在十一五期間，國家科技部組織863計劃課題組先進(jìn)制造與自動化技術(shù)領(lǐng)域和國家自然科學(xué)基金會信息科學(xué)領(lǐng)域?qū)＜遥?lián)合召開了智能服務(wù)機(jī)器人發(fā)展戰(zhàn)略研討會，國內(nèi)外相關(guān)領(lǐng)域的專家重點圍繞世界及我國服務(wù)機(jī)器人的發(fā)展動態(tài)、方向及機(jī)器人技術(shù)的發(fā)展重點等問題進(jìn)行深入研討。中國殘聯(lián)近年成立了直屬的中國殘聯(lián)康復(fù)部，地方各級殘聯(lián)成立了各級康復(fù)機(jī)構(gòu)，從此我國康復(fù)服務(wù)機(jī)器人有了技術(shù)、市場和國家宏觀政策的大力支持，步入高速發(fā)展的快車道，各種康復(fù)、服務(wù)、護(hù)理輔具及機(jī)器人產(chǎn)品相繼問世，逐漸改善著殘疾人群的日常生活質(zhì)量。隨著我國社會主義和諧社會的建立，人們對康復(fù)助殘，敬老扶弱等社會服務(wù)問題越來越關(guān)注。愛老，助殘成為我國社會發(fā)展的一大主題。近年來，手殘患者的飲食護(hù)理問題逐漸引起政府，社會和商家的關(guān)注。個人家庭，養(yǎng)老機(jī)構(gòu)，大中型醫(yī)院，社區(qū)服務(wù)中心，康復(fù)中心等逐漸引進(jìn)了一些喂飯機(jī)器人產(chǎn)品。在國際市場上，殘疾人助餐服務(wù)類機(jī)器人產(chǎn)品已經(jīng)成為一顆新星。有些喂飯機(jī)器技術(shù)已經(jīng)產(chǎn)品化，走進(jìn)了殘疾患者的飲食護(hù)理生活。目前我國喂飯機(jī)器人產(chǎn)品全部依賴進(jìn)口，這就給我國具有自主知識產(chǎn)權(quán)和高性能價格比的喂飯機(jī)器人提出了迫切的需求。我國對喂飯機(jī)器人研究較晚，隨著需求的牽引和對服務(wù)機(jī)器人發(fā)展的重視，國內(nèi)相繼涌現(xiàn)出一些喂飯裝置和設(shè)備。2006年全國大學(xué)生機(jī)械設(shè)計創(chuàng)新大賽主題為“康復(fù)與愛心”，期間涌現(xiàn)出了一批喂飯機(jī)器人科技創(chuàng)新作品，拉開了我國喂飯機(jī)器人的研究序幕。廣東工業(yè)大學(xué)開發(fā)的助餐作品，該喂飯機(jī)器人雖然具有幫助殘疾患者進(jìn)餐和翻書的雙重功能，但是該作品無任何電機(jī)驅(qū)動，所以機(jī)器人的功能實現(xiàn)全靠患者腳部運動，因此該作品還停留在學(xué)生科技創(chuàng)新作品的初級階段。2006年全國機(jī)械設(shè)計創(chuàng)新大賽中，海軍工程大學(xué)研制的喂飯機(jī)器人僅采用了一個動力源就實現(xiàn)了取餐動作，餐桌具有旋轉(zhuǎn)功能，三個餐盤可輪流出現(xiàn)在正前方的取餐位置，在一定程度上彌補(bǔ)了取反機(jī)械臂無空間旋轉(zhuǎn)自由度的缺點，使機(jī)械臂能取到所有餐盤中的食物。然而由于機(jī)器人只有一個自由度，餐勺在餐盤中的取餐位置比較固定不利于使用。哈爾濱工程大學(xué)開發(fā)的早期MYTABLE系列助餐機(jī)器人，為國內(nèi)較成熟的助餐機(jī)器人作品，包括桌面旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)，機(jī)械手旋轉(zhuǎn)、升降機(jī)構(gòu)和取餐機(jī)構(gòu)。加入旋轉(zhuǎn)餐桌結(jié)構(gòu)后，減少了機(jī)械臂的自由度，機(jī)器人的人機(jī)交互方式為腳踏開關(guān)輸入。殘疾人能夠像常人就餐一樣坐于餐桌前，分別腳踏“供電”、“選餐”、“進(jìn)餐”三個開關(guān)即可實現(xiàn)自主進(jìn)餐。其應(yīng)用基理是通過患者身體方便的部位來控制機(jī)器按鈕，來幫助殘疾人飲食。智能機(jī)器人系統(tǒng)設(shè)計任務(wù)概述在課程研究項目的基礎(chǔ)上，自主設(shè)計一機(jī)械臂，進(jìn)行機(jī)器人運動控制規(guī)劃，完成如下具體功能：(1)按動開關(guān)，啟動喂飯機(jī)器人；(2)實現(xiàn)定點取飯喂飯功能。機(jī)器人將完成一系列復(fù)雜的動作，進(jìn)行協(xié)同作業(yè)。自主設(shè)計加工喂飯機(jī)器人的機(jī)械系統(tǒng)，并完成喂飯機(jī)器人系統(tǒng)的裝配與調(diào)試。課程設(shè)計主要內(nèi)容（1）資料分析：查閱相關(guān)文獻(xiàn)資料，對資料進(jìn)行分析總結(jié)。（2）機(jī)器人總體設(shè)計：確定機(jī)器人的具體任務(wù)要求，根據(jù)任務(wù)初步擬定機(jī)器人的技術(shù)參數(shù)、運動形式、機(jī)械結(jié)構(gòu)、驅(qū)動方案、傳動方案、控制方案等。（3）機(jī)器人機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計：將機(jī)器人分解為底盤、旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)、執(zhí)行機(jī)構(gòu)等若干部分，分別對各個結(jié)構(gòu)的關(guān)鍵部件進(jìn)行詳細(xì)設(shè)計并校核，繪制機(jī)器人總裝圖和關(guān)鍵零部件圖。（4）信息檢測及信息傳輸：根據(jù)任務(wù)要求，完成相關(guān)信息檢測、處理，并完成信息的正確傳輸。（5）運動控制方案設(shè)計；基于位置信息，通過MATLAB反解角度，通過STM32完成機(jī)器人控制系統(tǒng)硬件和軟件的設(shè)計和系統(tǒng)調(diào)試。（6）編制課程設(shè)計說明書。第二章方案設(shè)計2.1機(jī)械結(jié)構(gòu)方案設(shè)計我組設(shè)計的喂飯機(jī)器人要能夠?qū)崿F(xiàn)從餐盒中取餐，并且對人喂飯，機(jī)器人要能夠放在餐桌上，結(jié)構(gòu)簡單輕便，設(shè)計負(fù)載重量為0.2Kg。通過查閱諸多資料，發(fā)現(xiàn)喂飯機(jī)器人基本上都是由機(jī)械臂、執(zhí)行機(jī)構(gòu)、餐盤等部分組成。取飯裝置有夾持方式和模擬人取食的“勺子運動取食”方式。采用夾持方式的機(jī)器人自由度較少，但只能取部分食物，對于湯等食物無法盛??；勺子運動取食由于需要依靠勺子模擬人類取食時勺子的運動軌跡取食，需要勺子能夠有更多的自由度才能夠?qū)崿F(xiàn)多位置的取餐。因為初始階段預(yù)定待取食物為米飯，為簡化設(shè)計，采用勺子運動取食的方式。為了完成喂飯功能，討論出以下幾種結(jié)構(gòu)方案。方案一：五自由度機(jī)械臂，本方案自由度較多，控制系統(tǒng)較復(fù)雜，機(jī)械精度等各方面要求較高；方案二：三自由度機(jī)械臂，本方案系統(tǒng)體積較大，機(jī)器人不便于使用也不人性化；方案三：四自由度機(jī)械臂，本方案控制系統(tǒng)較五自由度系統(tǒng)簡單，且較三自有系統(tǒng)輕便，因此采用方案三，圖2.1為其機(jī)構(gòu)簡圖。喂飯機(jī)器人由底盤、連接臂、執(zhí)行臂、執(zhí)行機(jī)構(gòu)組成，通過底盤回轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)、肩關(guān)節(jié)、肘關(guān)節(jié)、腕關(guān)節(jié)串聯(lián)組成。圖2.1喂飯機(jī)器人機(jī)構(gòu)示意圖2.2驅(qū)動方案選擇電機(jī)是機(jī)器人所有運動的原動力，所以電機(jī)的性能好壞直接決定了整個機(jī)器人系統(tǒng)性能的優(yōu)劣，減速器的作用是將電機(jī)輸出的速度降低得到更高的輸出力矩，電機(jī)的種類很多，有直流電機(jī)，交流電機(jī)，直流電機(jī)又有有刷電機(jī)和無刷電機(jī)等，為了提高機(jī)器人的穩(wěn)定性和可靠性，機(jī)器人機(jī)械臂的慣量和質(zhì)量越小越好，所以在選擇電機(jī)時應(yīng)在滿足要求的前提下盡量選擇體積小，質(zhì)量輕的電機(jī)。下面是幾種不同種類的電機(jī)。一是伺服電機(jī)，主要用于比較精準(zhǔn)的位置、速度或力矩輸出。準(zhǔn)確講，伺服電機(jī)不是一個電機(jī)，而是一個系統(tǒng)。伺服電機(jī)是一個電機(jī)系統(tǒng)，包含有電機(jī)、傳感器和控制器；二是舵機(jī)，舵機(jī)是一個低端的伺服電機(jī)系統(tǒng)。它將PWM信號與滑動變阻器的電壓相比較，通過硬件電路實現(xiàn)固定控制增益的位置控制，價格低廉，結(jié)構(gòu)緊湊，但精度低，位置鎮(zhèn)定能力較差，能夠滿足低端要求；三是步進(jìn)電機(jī)，主要是依靠定子線圈序列通電，順次在不同的角度形成磁場，推拉定子旋轉(zhuǎn)。步進(jìn)電機(jī)的好處是可以省去用于測量電機(jī)轉(zhuǎn)角的傳感器，因此在結(jié)構(gòu)和價格上較伺服電機(jī)有一定優(yōu)勢。而且其位置和速度控制相對簡單，其缺點是，第一，與同等功率的電機(jī)相比載荷比較小，沒有角度傳感器的情況下不能輸出大力矩。第二，功耗相對較大，要么全開，要么全關(guān)。所以要么接近滿功耗，要么就不能出力。步進(jìn)電機(jī)一般只用于載荷較小且十分確定，位置精度要求不高，對體積敏感或在較低價格想要做到較高可靠性的場合?？紤]到創(chuàng)新基地所具有的環(huán)境，以及從成本，控制成本等方面考慮，驅(qū)動方案采用舵機(jī)驅(qū)動。喂飯機(jī)器人用到兩種舵機(jī)，分別為MG995舵機(jī)和舵機(jī)SM-S8166M。圖2.2.1為MG995舵機(jī)參數(shù)，表2.2.1為SM-S8166M舵機(jī)參數(shù)。表2.2.1SM-S8166M舵機(jī)參數(shù)。2.3功能模塊的選擇1.降壓模塊LM2596數(shù)顯可調(diào)降壓模塊

是直流降壓穩(wěn)壓模塊，帶有電壓顯示功能，按鍵可切換輸入或輸出電壓測量；具有輸入反接保護(hù)，輸出短路保護(hù)，過流過熱保護(hù)等措施；模塊全部采用優(yōu)質(zhì)元器件，用料講究，布局合理，外觀精美，性能穩(wěn)定可靠。帶電壓表顯示，電壓表量程0～40V，誤差±0.1V；輕觸按鍵（短按）即可切換測量輸入或輸出電壓，并有指示燈顯示正在測量的是哪路電壓；；特有的輸入和輸出自動轉(zhuǎn)換顯示功能，可實時監(jiān)控電壓；帶電源指示燈，可指示是否有電源輸入；帶反接保護(hù)，反接不會損壞模塊；帶接線端子，方便使用。圖2.2.1MG995舵機(jī)參數(shù)超聲波模塊DYP-ME007超聲波測距模塊可提供3cm--3.5m的非接觸式距離感測功能，圖1為DYP-ME007外觀，包括超聲波發(fā)射器、接收器與控制電路。其基本工作原理為給予此超聲波測距模塊一觸發(fā)信號后發(fā)射超聲波，當(dāng)超聲波投射到物體而反射回來時，模塊輸出一回響信號，以觸發(fā)信號和回響信號間的時間差，來判定物體的距離。3.藍(lán)牙模塊HC05無線藍(lán)牙串口透傳模塊引出接口包括VCC,GND,TXD,RXD,預(yù)留LED狀態(tài)輸出腳，單片機(jī)可通過該腳狀態(tài)判斷藍(lán)牙是否已經(jīng)連接，KEY引腳對從機(jī)無效。底板3.3VLDO，輸入電壓3.6~6V，未配對時電流約30mA，配對后約10mA，輸入電壓禁止超過7V。空曠地有效距離10米，超過10米也是可能的，但不對此距離的連接質(zhì)量做保證。配對以后當(dāng)全雙工串口使用，無需了解任何藍(lán)牙協(xié)議，但僅支持8位數(shù)據(jù)位、1位停止位、無奇偶校驗的通信格式，這也是最常用的通信格式，不支持其他格式。在上述功能模塊中，降壓模塊為系統(tǒng)必須的功能模塊，而超聲波模塊和藍(lán)牙模塊將在后續(xù)設(shè)計中完善。2.4結(jié)構(gòu)的合理性及參數(shù)的合理性為驗證結(jié)構(gòu)的合理性，進(jìn)行有限元分析有限元分析（FEA，F(xiàn)initeElementAnalysis）針對分析的真實物理系統(tǒng)使用數(shù)學(xué)近似的方法進(jìn)行模擬。即利用單元（簡單又相互作用的元素）去模擬真實的系統(tǒng)，這樣就可以用有限數(shù)量的未知量去逼近擁有無限未知量的真實系統(tǒng)。有限元分析是一種簡化分析方法，它使用較簡單的問題替代復(fù)雜問題，然后對簡單的問題進(jìn)行求解并將其近似地認(rèn)為是復(fù)雜問題的解。它把求解域看成是有許多稱為有限元的小的而且在節(jié)點處相互連接的單元組成，根據(jù)其模型給出基本方程的單元近似解，然后推導(dǎo)求解這個域總的滿足條件，從而得到分析對象的解。然而這個解并不是實際問題的實際解，而是近似解，因為分析時用了比較簡單的問題去替代實際的分析對象。工程實踐中，許多真實系統(tǒng)想要求得準(zhǔn)確解釋非常困難的，雖然有限元法分析出來的是近似解，但是使用計算機(jī)輔助手段進(jìn)行分析后精度很高，而且能夠適用在各種復(fù)雜系統(tǒng)當(dāng)中，因而成為行之有效的工程分析手段。有限元法是用于求解工程中各類問題的數(shù)值方法。固體力學(xué)中的強(qiáng)度、穩(wěn)定性、震動和瞬態(tài)問題；傳熱問題；電磁場問題；流體力學(xué)線性問題或者非線性問題都可以用有限元法來進(jìn)行分析和研究。雖然不同的系統(tǒng)其物理性質(zhì)和數(shù)學(xué)模型不一定相同，但其通過有限元法求解的基本過程是相同的，只是推導(dǎo)公式的具體過程和對方程進(jìn)行求解過程不同。用有限元求分析系統(tǒng)的基本步驟通常由前處理、求解、后處理組成，具體細(xì)分可分為以下六步，第一步：對求解問題的求解域定義；第二步：對第一步中的求解域進(jìn)行離散化；第三步：確定系統(tǒng)的狀態(tài)變量及邊界控制方法；第四步：對系統(tǒng)的單元進(jìn)行推導(dǎo)；第五步：對單元方程進(jìn)行求解；第六步：聯(lián)立方程組求解和結(jié)果分析。目前有限元分析軟件很多，如ANSYS、ABAQUS、ADMINA等，同時現(xiàn)在基本上所有的三維CAD軟件都集成了有限元分析功能，由于采用的是SolidWorks軟件對機(jī)器人各部分零件進(jìn)行建模的，為了減少模型在格式轉(zhuǎn)換過程中出現(xiàn)的錯誤和誤差，采用SolidWorks自帶的有限元模塊對機(jī)器人的關(guān)鍵零部件進(jìn)行靜力學(xué)分析。由于底盤是整個機(jī)器人的基礎(chǔ)，而且采用的是ABS材料，所以必須通過有限元分析底盤能否滿足要求。材料選擇底盤材料選擇ABS材料，螺栓為標(biāo)準(zhǔn)件，材料定義如表2.4所示。材料的安全系數(shù)都采用材料的屈服強(qiáng)度。約束定力及載荷施加為了減少計算機(jī)的運算量，將底盤裝配中沒有必要的零件去掉，由于機(jī)器人所有重量是通過舵機(jī)搖臂將力傳遞到底盤上。所以分析時部件只包含底盤、舵機(jī)。名稱材料常規(guī)質(zhì)量密度屈服強(qiáng)度40.33MPa極限拉伸強(qiáng)度40MPa應(yīng)力楊氏模量2.89GPa泊松比0.38ul切變模量1.0471GPa表2.4底盤應(yīng)力分析主要材料特性根據(jù)上述分析，底盤受力是從舵機(jī)上傳遞過來的，所以在圖2.4.1中給出了機(jī)器人所受的驅(qū)動的力為豎直向下的力，由SolidWorks軟件測得機(jī)器人除去底盤的重量2kg，由于機(jī)器人還有慣性力以及工作時的阻力等，取底盤受力為50N，圖2.4.2為固定約束。分析類型為靜力學(xué)分析。圖2.4.1受力圖圖2.4.2固定約束網(wǎng)格劃分網(wǎng)格劃分是有限元過程中極其重要的一步，特別是對于幾何形狀比較復(fù)雜的模型，網(wǎng)格劃分的好壞直接影響到求解精度和求解時間，有時不合理的網(wǎng)格可能會導(dǎo)致求解過程的中斷或者失敗，網(wǎng)格劃分精度越高，求解精度越高，分析結(jié)果也就會越精確，但是計算時間會越長，由于底盤結(jié)構(gòu)不是很復(fù)雜，所以在進(jìn)行劃分時不需要進(jìn)行局部細(xì)化等操作。圖2.4.3為網(wǎng)格劃分圖。接觸定力由于本分析是對裝配圖進(jìn)行應(yīng)力分析，所以分析時需要指定接觸類型。如圖2.4.3所示，底盤和舵機(jī)采用滑動/不分離的接觸方式，所以選用粘合方式。圖2.4.3網(wǎng)格劃分當(dāng)上述所有的前處理工作已經(jīng)做完后，點擊SolidWorks應(yīng)力分析模塊中的運行此算例按鈕SolidWorks會根據(jù)上述定義的接觸、載荷、網(wǎng)格情況等自動對底盤的受力情況進(jìn)行計算。計算完后點擊應(yīng)力分析報告，會輸出應(yīng)力分析文檔報告，從中可以獲取所需要的信息。圖2.4.4為應(yīng)力彩圖，圖2.4.5為位移彩圖。由圖可知，整個底盤部件都在應(yīng)力允許范圍內(nèi)。圖2.4.4應(yīng)力彩圖圖2.4.5位移彩圖綜合上述分析可知底盤能夠滿足使用要求。采用同樣的方法對其他重要零部件，如連接臂、執(zhí)行臂等進(jìn)行靜力學(xué)分析后都能夠滿足要求。機(jī)械系統(tǒng)設(shè)計3.1機(jī)械系統(tǒng)總體方案經(jīng)過第二章中對喂飯機(jī)器人的結(jié)構(gòu)方案設(shè)計選擇，驅(qū)動方案的選擇，以及SolidWorks中的simulation仿真分析，確定了機(jī)械系統(tǒng)的總體方案。下圖3.1.1和圖3.1.2為喂飯機(jī)器人系統(tǒng)的總裝圖，圖3.1.3-3.1.6為各部件的裝配圖：圖3.1.3為底盤裝配圖，圖3.1.4為旋轉(zhuǎn)底座裝配圖，圖3.1.5為連接臂裝配圖，圖3.1.6為末端執(zhí)行器裝配圖。圖3.1.1總裝圖圖3.1.2總裝圖圖3.1.3底盤裝配圖圖3.1.4旋轉(zhuǎn)底座裝配圖圖3.1.5連接臂裝配圖圖3.1.2末端執(zhí)行器裝配圖3.2關(guān)鍵尺寸設(shè)計通過SolidWorks測量各部件的距離，得出下列尺寸：連接臂總長：275mm執(zhí)行臂總長：155mm末端執(zhí)行器總長：57mm旋轉(zhuǎn)底座中心距離：114.27mm底盤長144mm高54mm勺子長154mm裝配關(guān)系有MG995舵機(jī)與舵機(jī)蓋的裝配關(guān)系為，舵機(jī)蓋與底盤裝配關(guān)系為，舵機(jī)MG995與執(zhí)行臂裝配關(guān)系為，第四關(guān)節(jié)1與第四關(guān)節(jié)2的裝配關(guān)系為，勺子與第四關(guān)節(jié)2的裝配關(guān)系為。其他詳細(xì)尺寸見二維圖紙。3.3關(guān)鍵零部件結(jié)構(gòu)設(shè)計關(guān)鍵零部件的結(jié)構(gòu)設(shè)計采用SolidWorks軟件建模，并且考慮到應(yīng)力集中，加工以及裝配等因素的影響，設(shè)計了如圖3.3.1-圖3.3.18所示的零部件。圖3.3.1底盤圖3.3.2底盤蓋圖3.3.3第四關(guān)節(jié)1圖3.3.4第四關(guān)節(jié)2圖3.3.5MG995舵機(jī)圖3.3.6SM-S8166M舵機(jī)圖3.3.7舵機(jī)蓋圖3.3.8舵機(jī)搖臂1圖3.3.9舵機(jī)搖臂2圖3.3.10舵機(jī)搖臂3圖3.3.11飯盒圖3.3.12勺子圖3.3.13連接臂1圖3.3.14連接臂2圖3.3.15旋轉(zhuǎn)底座1圖3.3.16旋轉(zhuǎn)底座2圖3.3.17執(zhí)行臂圖3.3.18底板3.4驅(qū)動關(guān)節(jié)運動軌跡規(guī)劃機(jī)器人軌跡規(guī)劃通常有兩種描述方法：關(guān)節(jié)空間描述法和直角坐標(biāo)空間描述法；關(guān)節(jié)空間法首先需要在空間中找到期望的路徑點，通過逆運動學(xué)方程計算得到期望的關(guān)節(jié)位置，然后在工作空間內(nèi)，針對各個關(guān)節(jié)找到一個經(jīng)過中間點到達(dá)目標(biāo)終點的光滑函數(shù)，同時必須保證每個關(guān)節(jié)在起點、經(jīng)過中間點、到達(dá)終點的時間為同一時間，這樣便可保證機(jī)械手末端能夠到達(dá)工作空間中期望的位姿。各個關(guān)節(jié)的光滑函數(shù)之間相互獨立，只需要保證在關(guān)節(jié)點位置的時間一樣即可。該方法有一個缺點就是在中間位置機(jī)器人的姿態(tài)是不可知的；其優(yōu)點是計算量較小，不會出現(xiàn)奇異點。直角坐標(biāo)空間描述法進(jìn)行軌跡規(guī)劃時需要反復(fù)求解逆運動學(xué)方程來求解機(jī)器人各個關(guān)節(jié)的角度，即關(guān)節(jié)空間軌跡規(guī)劃方程求解出的是關(guān)節(jié)的關(guān)節(jié)角度值，直角坐標(biāo)空間描述法軌跡規(guī)劃方程求解出的值是機(jī)械手的末端位姿，然后需要通過計算逆運動學(xué)方程得到關(guān)節(jié)角度值。直角坐標(biāo)空間描述法首先將起點到終點的軌跡分成若干段，使機(jī)器人在運動時經(jīng)過這些分段軌跡的端點，并且在這些端點上計算機(jī)器人各個關(guān)節(jié)的關(guān)節(jié)變量。該方法的優(yōu)點是路徑可知其可控，但是其計算量大，容易出現(xiàn)奇異點。由于機(jī)器人在取餐時對勺子的姿態(tài)有要求且對運動過程中的路徑也有要求，所以采用直角坐標(biāo)空間來進(jìn)行軌跡規(guī)劃。在進(jìn)行軌跡規(guī)劃可以采用直線插補(bǔ)、圓弧插補(bǔ)、橢圓插補(bǔ)、樣條曲線插補(bǔ)等等。在工業(yè)應(yīng)用中，最實用的軌跡是點到點之間的直線運動，但也經(jīng)常碰到多目標(biāo)點(例如有中間點)間需要平滑過渡的情況。為了減少計算量我們采用直線插補(bǔ)，機(jī)器人在進(jìn)行直線插補(bǔ)過程中，對機(jī)器人勺子關(guān)節(jié)的姿態(tài)有要求，具體規(guī)劃步驟如下：（1）將時間增加一個增量t=t+△；（2）根據(jù)勺子末端運動軌跡的函數(shù)計算出勺子的位置和姿態(tài)；（3）根據(jù)機(jī)械手逆運動學(xué)方程求解得到對應(yīng)于該位姿的各個關(guān)節(jié)角度；（4）將各個關(guān)節(jié)變量輸送到機(jī)器人控制器。為了保證勺子的軌跡為直線，需要求解起點與終點位姿之間的變換，并將其劃分為許多段。至少有以下三種不同方法可用來將該總變換化為許多的小段變換。保證在起點與終點之間有平滑的線性變換，因此需要大量很小的分段，從而產(chǎn)生了大量的微分運動。利用微分運動方程，可將末端手坐標(biāo)系在每個新段的位姿與微分運動、雅可比矩陣及關(guān)節(jié)速度通過下列方程聯(lián)系在一起。該方法需要進(jìn)行大量的計算，并且僅當(dāng)雅可比矩陣逆存在時才有效。（2）在起點和終點之間的變換分解為一個平移和兩個旋轉(zhuǎn)。平移是將坐標(biāo)原點從起點移動到終點，第一個旋轉(zhuǎn)是將末端手坐標(biāo)系與期望姿態(tài)對準(zhǔn)，而第二個旋轉(zhuǎn)是手坐標(biāo)系繞其自身周轉(zhuǎn)到最終的姿態(tài)。所有這3個變換同時進(jìn)行。（3）在起點和終點之間的變換R分解為一個平移和一個K軸的旋轉(zhuǎn)。平移仍是將坐標(biāo)原點從起點移動到終點，而旋轉(zhuǎn)則是將手臂坐標(biāo)系與最終的期望姿態(tài)對準(zhǔn)。兩個變換同時進(jìn)行。機(jī)器人操作手插補(bǔ)運動方程的求解：由于只考慮在X-Z平面的運動，可以設(shè)起始點為速度為末端點為速度為，則通過機(jī)器人逆運動學(xué)即可求出各個關(guān)節(jié)分別在起點和末端點的角度，設(shè)第i各關(guān)節(jié)的運動方程為，則用三次函數(shù)表示為：（3-1）根據(jù)初始條件和末端條件：（3-2）對式（3-1）求導(dǎo)后得到（3-3）聯(lián)合求解即可求出各個關(guān)節(jié)的運動方程為：（3-4）機(jī)器人運動從初始位置P1點開始運動到P2點從P1到P2點的運動為第一段運動軌跡，為一條直線，且是在X-Z面，所以y坐標(biāo)為0，且運動軌跡為由于該條軌跡只需要知道起點和終點的位姿，即PTP方式，因此采用關(guān)節(jié)空間法進(jìn)行軌跡規(guī)劃：首先將運動直線分為n段來運行，通過逆運動學(xué)解出在點及處各個關(guān)節(jié)的角度。然后根據(jù)實際要求給定的各個關(guān)節(jié)在起點和終點的角加速度即可求出各個關(guān)節(jié)的運動方程，在此過程中，各關(guān)節(jié)運動終點的時間必須相等。第二段運動軌跡：機(jī)器人從點開始以圓弧運動，其中圓弧半徑為R，圓心坐標(biāo)為O2，終點為，在此過程中軌跡函數(shù)見式（3-5）（3-5）由于在這個過程中對機(jī)器人的路徑有要求，所以采用直角坐標(biāo)系空間法進(jìn)行軌跡規(guī)劃，設(shè)機(jī)器人通過n步從起點運動到終點。則對應(yīng)于第i步有：（3-6）o與z夾角為（3-7）所以（3-8）通過逆運動學(xué)解出各關(guān)節(jié)角度及根據(jù)要求給定的角加速度后，按直線插補(bǔ)方式進(jìn)行插補(bǔ)。只要在硬件條件滿足的前提下，n越大，步數(shù)越多，精度越高。第三段軌跡：當(dāng)機(jī)器走到圓弧終點后沿直線運動到點，取餐過程結(jié)束。由于機(jī)器人已經(jīng)取完了食物，所以機(jī)器末端必須時刻保持水平狀態(tài)，即有姿態(tài)要求：（3-9）所以采用直角坐標(biāo)系空間法來進(jìn)行軌跡規(guī)劃，設(shè)機(jī)器人通過n步從起點運動到終點。則對應(yīng)于第i步有：x4（3-10）（3-11）o與z的夾角為度，即：（3-12）通過逆運動學(xué)解出各關(guān)節(jié)角度后再根據(jù)給定的角加速度可解出各關(guān)節(jié)運動學(xué)方程。第四段軌跡：機(jī)器人喂食路徑為末端從點沿直線運動到點。軌跡規(guī)劃方法同第三段。第五段軌跡：機(jī)器人第五段軌跡為從點運動到，軌跡規(guī)劃與第一段相同。控制系統(tǒng)設(shè)計4.1控制系統(tǒng)總體方案機(jī)器人的控制系統(tǒng)用于驅(qū)動器的驅(qū)動控制、路徑控制、插補(bǔ)和坐標(biāo)變換、周邊裝置控制等功能?？刂葡到y(tǒng)涉及到了傳感技術(shù)、驅(qū)動技術(shù)、控制理論和控制算法等相關(guān)理論和技術(shù)，機(jī)器人控制系統(tǒng)的優(yōu)劣直接影響到整個機(jī)器人系統(tǒng)的性能，在機(jī)器人系統(tǒng)中有重要的作用?？刂葡到y(tǒng)能準(zhǔn)確無誤地控制機(jī)器人的運動，該控制系統(tǒng)能夠?qū)?4V的開關(guān)電源轉(zhuǎn)換為能夠供各部分使用的電源。由于機(jī)器人的工作對象為人，所以機(jī)器人控制系統(tǒng)必須能夠保證機(jī)器人人機(jī)交互的安全。從而機(jī)器人必須滿足以下要求：取飯要求：機(jī)器人能完成所有功能第一步是機(jī)器人必須能夠取到食物，機(jī)器人在取餐時不能夠?qū)⑹澄锱霾捅P，也不能對機(jī)器人本體造成傷害。喂飯要求：機(jī)器人取完食物后，需要將食物送到人能夠吃的位置，必須保證機(jī)器人在將食物從餐盤里送到喂食位置這段過程中運動平穩(wěn)安全要求：機(jī)器人必須保證在各種突發(fā)情況不會對人或者機(jī)器人本身造成傷害。機(jī)器人的運動會受到程序錯誤、控制電路出現(xiàn)故障、外界干擾、人類運動不確定性等因素的影響，所以機(jī)器人控制系統(tǒng)必須包含嚴(yán)格的安全保護(hù)系統(tǒng)。根據(jù)控制系統(tǒng)的要求建立如圖4.1.1所示的機(jī)器人功能框圖。圖4.1.1機(jī)器人功能框圖圖4.1.2為喂飯機(jī)器人電路圖圖4.1.2喂飯機(jī)器人系統(tǒng)電路圖4.2運動控制器選型運動控制器采用STM32芯片控制，作為喂飯機(jī)器人上的主控制器，需要處理的數(shù)據(jù)和事件比較多，因此需要一款功能強(qiáng)大的處理器——STM32這款32位的微處理器正是最佳的選擇。下面將著重介紹STM32的強(qiáng)大的功能。STM32的突出的功能包括以下幾點：1．性能強(qiáng)勁。在相同的主頻下能做處理更多的任務(wù)，全力支持勁爆的程序設(shè)計。2．功耗低。延長了電池的壽命——這簡直就是便攜式設(shè)備的命門（如無線網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用）。3．實時性好。采用了很前衛(wèi)甚至革命性的設(shè)計理念，使它能極速地響應(yīng)中斷，而且響應(yīng)中斷所需的周期數(shù)是確定的。4．代碼密度得到很大改善。一方面力挺大型應(yīng)用程序，另一方面為低成本設(shè)計而省吃儉用。5．使用更方便?，F(xiàn)在從8位/16位處理器轉(zhuǎn)到32位處理器之風(fēng)刮得越來越猛，更簡單的編程模型和更透徹的調(diào)試系統(tǒng)，為與時俱進(jìn)的人們大大減負(fù)。6．低成本的整體解決方案。讓32位系統(tǒng)比和8位/16位的還便宜，低端的Cortex‐M3單片機(jī)甚至還賣不到1美元。7．遍地開花的優(yōu)秀開發(fā)工具。免費的，便宜的，全能的，要什么有什么。正是基于以上這么多的優(yōu)點，使得STM32成為本設(shè)計中喂飯機(jī)器人上的主處理器的最佳選擇。下圖4.2.1為STM32的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖。圖4.2.1STM32的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖高級控制定時器由一個16位的自動裝載計數(shù)器組成，它由一個可編程預(yù)分頻器驅(qū)動。它適合多種用途，包含測量輸入信號的脈沖寬度(輸入捕獲)，或者產(chǎn)生輸出波形(輸出比較，PWM，嵌入死區(qū)時間的互補(bǔ)PWM……)。使用定時器預(yù)分頻器和RCC時鐘控制預(yù)分頻器，可以實現(xiàn)脈沖寬度和波形周期從幾個微秒到幾個毫秒的調(diào)節(jié)。高級控制(TIM1)和通用(TIMx)定時器是完全獨立的，它們不共享任何資源TIM1定時器的功能包括：1.16位上，下，上/下自動裝載計數(shù)器2.16位可編程預(yù)分頻器，計數(shù)器時鐘頻率的分頻系數(shù)為1～65535之間的任意數(shù)值3.4個獨立通道：輸入捕獲，輸出比較，PWM生成(邊緣或中間對齊模式)，單脈沖模式輸出，死區(qū)時間可編程的互補(bǔ)輸出4.使用外部信號控制定時器和定時器互連的同步電路5.在指定數(shù)目的計數(shù)器周期之后更新定時器寄存器6.剎車輸入信號可以將定時器輸出信號置于復(fù)位狀態(tài)或者一個已知狀態(tài)7.如下事件發(fā)生時產(chǎn)生中斷/DMA：（1）更新：計數(shù)器向上溢出/向下溢出，計數(shù)器初始化(通過軟件或者內(nèi)部/外部觸發(fā))（2）觸發(fā)事件(計數(shù)器啟動，停止，初始化或者由內(nèi)部/外部觸發(fā)計數(shù))（3）輸入捕獲─輸出比較─剎車信號輸入4.3舵機(jī)控制設(shè)計舵機(jī)是一種位置（角度）伺服的驅(qū)動器，適用于那些需要角度不斷變化并可以保持的控制系統(tǒng)

。

舵機(jī)都有外接三根線，分別用棕、紅、橙三種顏色進(jìn)行區(qū)分，棕色為接地線，紅色為電源正極線，橙色為信號線。電源線和地線用于提供舵機(jī)內(nèi)部的直流電機(jī)和控制線路所需的能源．電壓通常介于4～6V，一般取5V。圖4.3舵機(jī)接線圖其工作原理是：控制信號由接收機(jī)的通道進(jìn)入信號調(diào)制芯片，獲得直流偏置電壓。它內(nèi)部有一個基準(zhǔn)電路，產(chǎn)生周期為20ms，寬度為1.5ms的基準(zhǔn)信號，將獲得的直流偏置電壓與電位器的電壓比較，獲得電壓差輸出。最后，電壓差的正負(fù)輸出到電機(jī)驅(qū)動芯片決定電機(jī)的正反轉(zhuǎn)。當(dāng)電機(jī)轉(zhuǎn)速一定時，通過級聯(lián)減速齒輪帶動電位器旋轉(zhuǎn)，使得電壓差為0，電機(jī)停止轉(zhuǎn)動。舵機(jī)的控制一般需要一個20ms左右的時基脈沖，該脈沖的高電平部分一般為0.5ms~2.5ms范圍內(nèi)的角度控制脈沖部分。以180度角度伺服為例，那么對應(yīng)的控制關(guān)系是這樣的：

0.5ms—90度；

1.0ms—45度；

1.5ms0度；

2.0ms45度；

2.5ms90度；舵機(jī)的轉(zhuǎn)動的角度是通過調(diào)節(jié)PWM（脈沖寬度調(diào)制）信號的占空比來實現(xiàn)的，標(biāo)準(zhǔn)PWM（脈沖寬度調(diào)制）信號的周期固定為20ms（50Hz），理論上脈寬分布應(yīng)在1ms到2ms之間，但是，事實上脈寬可由0.5ms到2.5ms之間，脈寬和舵機(jī)的轉(zhuǎn)角0°～180°相對應(yīng)。有一點值得注意的地方，由于舵機(jī)牌子不同，對于同一信號，不同牌子的舵機(jī)旋轉(zhuǎn)的角度也會有所不同?？刂普f明：舵機(jī)的響應(yīng)時間對于控制非常重要，一方面可以通過修改PWM周期獲得。另一方面也可以通過機(jī)械方式，利用舵機(jī)的輸出轉(zhuǎn)距余量，將角度進(jìn)行放大，加快舵機(jī)響應(yīng)速度。4.4電源供電電路設(shè)計圖4.4供電電路圖4.5傳感檢測外圍電路設(shè)計圖4.5.1超聲波模塊圖4.5.2無線模塊軟件系統(tǒng)設(shè)計5.1軟件系統(tǒng)總體方案5.1.1STM32固件庫簡介STM32的函數(shù)庫是一個固件函數(shù)包，它由程序、數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)和宏組成，包括了微控制器所有外設(shè)的性能特征。該函數(shù)庫還包括每一個外設(shè)的驅(qū)動描述和應(yīng)用實例。通過使用本固件函數(shù)庫，無需深入掌握細(xì)節(jié)，用戶也可以輕松應(yīng)用每一個外設(shè)。因此，使用本固態(tài)函數(shù)庫可以大大減少用戶的程序編寫時間，進(jìn)而降低開發(fā)成本。每個外設(shè)驅(qū)動都由一組函數(shù)組成，這組函數(shù)覆蓋了該外設(shè)所有功能。每個器件的開發(fā)都由一個通用API(applicationprogramminginterface應(yīng)用編程界面)驅(qū)動，API對該驅(qū)動程序的結(jié)構(gòu)，函數(shù)和參數(shù)名稱都進(jìn)行了標(biāo)準(zhǔn)化。所有的驅(qū)動源代碼都符合“StrictANSI-C”標(biāo)準(zhǔn)（項目于范例文件符合擴(kuò)充ANSI-C標(biāo)準(zhǔn)）。驅(qū)動源代碼已經(jīng)文檔化，他們同時兼容MISRA-C2004標(biāo)準(zhǔn)（根據(jù)需要，我們可以提供兼容矩陣）。由于整個固態(tài)函數(shù)庫按照“StrictANSI-C”標(biāo)準(zhǔn)編寫，它不受不同開發(fā)環(huán)境的影響。僅對話啟動文件取決于開發(fā)環(huán)境。該固態(tài)函數(shù)庫通過校驗所有庫函數(shù)的輸入值來實現(xiàn)實時錯誤檢測。該動態(tài)校驗提高了軟件的魯棒性。實時檢測適合于用戶應(yīng)用程序的開發(fā)和調(diào)試。但這會增加了成本，可以在最終應(yīng)用程序代碼中移去，以優(yōu)化代碼大小和執(zhí)行速度。因為該固件庫是通用的，并且包括了所有外設(shè)的功能，所以應(yīng)用程序代碼的大小和執(zhí)行速度可能不是最優(yōu)的。對大多數(shù)應(yīng)用程序來說，用戶可以直接使用之，對于那些在代碼大小和執(zhí)行速度方面有嚴(yán)格要求的應(yīng)用程序，該固件庫驅(qū)動程序可以作為如何設(shè)置外設(shè)的一份參考資料，根據(jù)實際需求對其進(jìn)行調(diào)整。本設(shè)計即是利用STM32中的固件庫為基礎(chǔ)而編寫的，直接調(diào)用現(xiàn)成的外設(shè)驅(qū)動函數(shù)使得主程序變的更加簡潔，可讀性比較高。本設(shè)計中用到的固件庫函數(shù)主要有時鐘初始化相關(guān)的固件庫函數(shù)、I/O口初始化相關(guān)的固件庫函數(shù)和SPI總線接口相關(guān)的固件庫函數(shù)。5.1.2軟件總體設(shè)計設(shè)計程序時采用模塊化的思想，將程序劃分為幾塊，這樣做即使得程序結(jié)構(gòu)清晰、增強(qiáng)可讀性，又使得程序在調(diào)試的時候可以單獨對每個子程序分別調(diào)試，減少了程序調(diào)試的時間。本設(shè)計的源程序主要分為以下幾個部分：時鐘初始化子程序，GIPO初始化子程序，嵌套向量中斷控制器(NVIC)初始化子程序，串口初始化，定時器初始化。軟件的總體流程圖如下圖5.1.2所示。圖5.1.2軟件控制流程圖5.1.3子程序設(shè)計時鐘初始化子程序系統(tǒng)時鐘SYSCLK可以選擇三種類型的時鐘提供：HSE、HIS和PLLCLK，其中HSE為外部高速時鐘，可以由外部晶振電路提供，晶振電路分別接到SOC_IN和SOC_OUT即可，而HSI時鐘信號由內(nèi)部8MHz的RC振蕩器產(chǎn)生，可直接作為系統(tǒng)時鐘或在2分頻后作為PLL輸入，由于外部時鐘源工作穩(wěn)定而且時鐘頻率精確，所以本設(shè)計采用外部時鐘源作為系統(tǒng)的時鐘。STM32的系統(tǒng)時鐘可以有內(nèi)部的振蕩器提供，也可以由外部的由晶振構(gòu)成是振蕩電路提供時鐘，本設(shè)計中采用外部振蕩電路為STM32提供穩(wěn)定的時鐘脈沖。由于STM32中的包含的大部分外設(shè)是在連續(xù)的時鐘脈沖下才能正常工作，所以STM32中存在一些分頻器和倍頻器，這些分頻器或倍頻器將系統(tǒng)時鐘進(jìn)行分頻或者倍頻用來為相應(yīng)的外設(shè)提供合適的時鐘信號。本設(shè)計所需的STM32的模塊包括TIM3和GPIOA、B口，串口，所以也要對外設(shè)的時鐘進(jìn)行設(shè)置。由于在APB1和APB2系統(tǒng)總線外設(shè)上，所以要對APB1和APB2總線的時鐘頻率進(jìn)行設(shè)置。經(jīng)過APB1與APB2的分頻，將SYSCLK轉(zhuǎn)換成可以進(jìn)行外設(shè)及TIMX可以接收的系統(tǒng)時鐘。在時鐘初始化子程序中先對系統(tǒng)時鐘的模式進(jìn)行選擇，即將系統(tǒng)時鐘設(shè)置為HSE模式（外部時鐘模式），然后設(shè)置AHB時鐘等于系統(tǒng)時鐘，且設(shè)置了低速或高速AHB，最后使能的時鐘，時鐘初始化子程序的流程圖如下圖5.1.3。圖5.1.3時鐘初始化流程圖I/O口初始化子程序每個GPI/O端口有兩個32位配置寄存器(GPIOx_CRL，GPIOx_CRH)，兩個32位數(shù)據(jù)寄存器(GPIOx_IDR和GPIOx_ODR)，一個32位置位/復(fù)位寄存器(GPIOx_BSRR)，一個16位復(fù)位寄存器(GPIOx_BRR)和一個32位鎖定寄存器(GPIOx_LCKR)。每個I/O端口位可以自由編程，然而I/0端口寄存器必須按32位字被訪問。GPIOx_BSRR和GPIOx_BRR寄存器允許對任何GPIO寄存器的讀/更改的獨立訪問；這樣，在讀和更改訪問之間產(chǎn)生IRQ時不會發(fā)生危險。當(dāng)作為輸出配置時，寫到輸出數(shù)據(jù)寄存器上的值(GPIOx_ODR)輸出到相應(yīng)的I/O引腳?？梢砸酝仆炷Ｊ交蜷_漏模式(當(dāng)輸出0時，只有N-MOS被打開)使用輸出驅(qū)動器。輸入數(shù)據(jù)寄存器(GPIOx_IDR)在每個APB2時鐘周期捕捉I/O引腳上的數(shù)據(jù)。本設(shè)計使用的STM32的TIM_Channel_1234,其接口對應(yīng)的是STM32上的PA6、PA7、PB0、PB1口。設(shè)計中PA6的通訊方式是推挽式輸出方式，設(shè)置的最高輸出速率為50MHz。PWM信號子程序脈沖寬度調(diào)制（PWM）是一種對模擬信號電平進(jìn)行數(shù)字編碼的方法。通過高分辨率計數(shù)器的使用，方波的占空比被調(diào)制用來對一個具體模擬信號的電平進(jìn)行編碼。脈沖寬度調(diào)制模式可以產(chǎn)生一個由TIM3_ARR寄存器確定頻率、由TIM3_CCRx寄存器確定占空比的信號。在TIM3_CCMRx寄存器中的OCxM位寫入’110’，確定PWM模式1，能夠獨立地設(shè)置OC1輸出通道產(chǎn)生一路PWM。通過設(shè)置TIM3_CounterMode設(shè)置其為向上計數(shù)，通過設(shè)置TIM3_CCMRx寄存器的OC1_PE位使能相應(yīng)的預(yù)裝載寄存器，最后還要設(shè)置TIM3_CR1寄存器的ARPE位使能自動重裝載的預(yù)裝載寄存器。因為僅當(dāng)發(fā)生一個更新事件的時候，預(yù)裝載寄存器才能被傳送到影子寄存器，因此在計數(shù)器開始計數(shù)之前，必須通過設(shè)置TIM3_EGR寄存器中的UG位來初始化所有的寄存器。OCx的極性可以通過軟件在TIMx_CCER寄存器中的CCxP位設(shè)置，它可以設(shè)置為高電平有效或低電平有效。OCx的輸出使能通過(TIMx_CCER和TIMx_BDTR寄存器中)CCxE、CCxNE、MOE、OSSI和OSSR位的組合控制。在PWM模式1下，TIMx_CNT和TIMx_CCRx始終在進(jìn)行比較，依據(jù)計數(shù)器的計數(shù)方向以確定是否符合TIMx_CCRx≤TIMx_CNT或者TIMx_CNT≤TIMx_CCRx。根據(jù)TIMx_CR1寄存器中CMS位的狀態(tài)，定時器能夠產(chǎn)生邊沿對齊的PWM信號或中央對齊的PWM信號。5.2位姿控制方案與流程位姿控制是基于Matlab運動學(xué)反解，通過在Matlab程序中輸入位置變量，求解出轉(zhuǎn)角，再通過串口發(fā)送到STM32的控制程序中，控制舵機(jī)轉(zhuǎn)動一定角度，從而到達(dá)設(shè)定的位置。下圖5.2為位姿控制流程圖圖5.2位姿控制流程圖5.3速度控制方案與流程速度控制及控制PWM波發(fā)生后的延時時間，延時時間短，則舵機(jī)轉(zhuǎn)動相應(yīng)轉(zhuǎn)角的速度快，延時時間長，則速度慢。通過控制延時時間就可控制速度的快慢。5.4軌跡控制方案與流程喂飯機(jī)器人軌跡控制主要是基于MATLAB反解程序，根據(jù)給定的空間坐標(biāo)點來反解出轉(zhuǎn)角，再通過串口輸送到STM32程序中，控制舵機(jī)運動。裝配與調(diào)試6.1機(jī)器人系統(tǒng)整體裝配根據(jù)3.2節(jié)中的裝配關(guān)系，使用一系列的五金工具，完成硬件的裝配。通過電路原理圖進(jìn)行電路的搭接。如圖6.1.1為喂飯機(jī)器人整體裝配效果圖。6.2系統(tǒng)調(diào)試流程與狀況6.2.1系統(tǒng)調(diào)試流程系統(tǒng)調(diào)試過程是在機(jī)械系統(tǒng)裝配完成后，將程序下載到STM32芯片，進(jìn)行聯(lián)調(diào)。由于STM32的集成度都比較高，所以本設(shè)計所用到的元器件比較少，電路的鏈接也比較簡單。STM32與舵機(jī)之間只有三條連接線，即舵機(jī)的電源線、地線和信號線。硬件部分的調(diào)試系統(tǒng)主要是采用逐塊調(diào)試法。先對整個電路板的STM32處理器進(jìn)行檢測，當(dāng)確信焊接無誤后，在對四個舵機(jī)進(jìn)行測試。當(dāng)這些工作都完畢后，才能開始整機(jī)連調(diào)。圖6.1.1裝配效果圖軟件的調(diào)試和硬件的調(diào)試都是獨立進(jìn)行的，軟件部分包括時鐘初始化子程序、PWM信號子程序。軟件調(diào)試中需要用到的測量信號可以用仿真實驗臺上的電壓信號進(jìn)行模擬，整個測試過程可以通過keiluvision5軟件進(jìn)行模擬仿真調(diào)試。完成程序的設(shè)計和硬件的搭接之后要能確保軟件調(diào)試和硬件調(diào)試各自都正確無誤，接著再對硬、軟件進(jìn)行聯(lián)合調(diào)試。在調(diào)試中繼續(xù)找出單獨調(diào)試中無法顯現(xiàn)的故障，反復(fù)進(jìn)行改進(jìn)軟件、修改硬件設(shè)計的工作，直到所設(shè)計的舵機(jī)控制系統(tǒng)能夠進(jìn)行正確仿真后，才能進(jìn)行最后的軟件固化與整機(jī)的組裝工作。6.2.2調(diào)試出現(xiàn)狀況及解決方法一、180°舵機(jī)剛開始時輸出的PWM波使舵機(jī)角度到達(dá)死區(qū)，導(dǎo)致舵機(jī)不停地旋轉(zhuǎn)解決方法：測試出舵機(jī)死區(qū)角度，再控制舵機(jī)的PWM波避免輸出死區(qū)角度。二、最開始調(diào)試舵機(jī)時，只考慮到單純的軌跡規(guī)劃，沒有考慮到勺子取飯后水平問題解決方法：盛飯后舵機(jī)2、3不能分開運動，必須同時運動相同的角度以保證勺子的水平，以免飯灑出。三、串口接受數(shù)據(jù)的存儲問題開始時，以為是以數(shù)值方式存儲，最后經(jīng)過逐步仿真是以ASCII碼方式存儲。四、舵機(jī)會老發(fā)出吱吱的響聲？原因分析：舵機(jī)老發(fā)出吱吱的來回定位調(diào)整響聲，是由于有的舵機(jī)無滯環(huán)調(diào)節(jié)功能，控制死區(qū)范圍調(diào)得小，只要輸入信號和反饋信號老是波動，它們的差值超出控制死區(qū)，舵機(jī)就發(fā)出信號驅(qū)動電機(jī)。另沒有滯環(huán)調(diào)節(jié)功能，如果舵機(jī)齒輪組機(jī)械精度差，齒虛位大，帶動反饋電位器的旋轉(zhuǎn)步，步范圍就已超出控制死區(qū)范圍，那舵機(jī)必將調(diào)整不停，吱吱不停。6.3設(shè)計創(chuàng)新點結(jié)構(gòu)方面：通體結(jié)構(gòu)自主設(shè)計，并采用時下比較先進(jìn)的3D打印技術(shù)，打印成型。編程方面：采用MATLAB軟件，通過坐標(biāo)位置反解角度，用串口模塊控制機(jī)械臂運動軌跡。6.4系統(tǒng)缺陷與改進(jìn)1.機(jī)械臂運動過程中抖動情況時有發(fā)生，這一情況出現(xiàn)的原因是受舵機(jī)精度、舵機(jī)力矩等影響。改進(jìn)方法是更換高精度舵機(jī)，以及大力矩舵機(jī)，并且改進(jìn)機(jī)械臂結(jié)構(gòu)2.由于旋轉(zhuǎn)底座部件中舵機(jī)重量偏大，會導(dǎo)致底盤部分受力不均，使底盤部分舵機(jī)壽命下降，為改善這一情況，在旋轉(zhuǎn)底座與底盤間加4個表面光滑的小圓柱體，從而使得這一狀況得以改善。3.系統(tǒng)當(dāng)下依靠人工確定喂飯空間點，屬于半智能化，后續(xù)需要加裝諸如攝像頭一類的傳感檢測元件，以實現(xiàn)智能化。4.現(xiàn)階段喂飯機(jī)器人系統(tǒng)過于笨重，并且四自由度機(jī)械臂系統(tǒng)運動不夠靈活，需要進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計。市場應(yīng)用前景分析7.1應(yīng)用前景分析中投顧問在《2016-2020年中國服務(wù)機(jī)器人產(chǎn)業(yè)深度調(diào)研及投資前景預(yù)測報告》中指出，縱觀國內(nèi)外服務(wù)機(jī)器人的發(fā)展，可以發(fā)現(xiàn)服務(wù)機(jī)器人在我國具有廣闊的市場空間。首先是老齡化社會和殘疾人服務(wù)對服務(wù)機(jī)器人的市場需求。目前我國60歲以上人口已超過總?cè)丝诘?5%，預(yù)計到2020年，我國老年人數(shù)量將達(dá)到2.43億，人口的老齡化問題將成為中國面臨的前所未有的新挑戰(zhàn)；此外，我國殘疾人占總?cè)丝诒戎匚痪尤澜巛^高國家之列。可以預(yù)計，在不遠(yuǎn)的將來，老年人和殘疾人的護(hù)理將成為社會的一個重要負(fù)擔(dān)，需要一大批護(hù)理機(jī)器人提供諸如取物、喂飯、翻書等服務(wù)，幫助、照顧老年人和殘疾人的日常生活，提高他們的生活質(zhì)量，從而減少整個社會對護(hù)理人員數(shù)量和質(zhì)量的需求。從預(yù)測報告中可以看出喂飯機(jī)器人在市場上具有很可觀的應(yīng)用前景，并且我國市場上此類型產(chǎn)品較少，發(fā)展空間比較大。7.2目標(biāo)人群（1）主要消費人群年齡集中在30-45歲之間，主要是為孝敬老人以及提高生活水平。思想覺悟水平比較高，密集分布于華東地區(qū)，經(jīng)濟(jì)能力屬于中高等級，接受新鮮事物的能力比較高。（2）年齡在50-65之間，性別上男性居多，屬于老頑童一系，對新鮮事物接受能力比較強(qiáng)（3）一群對自動化控制熱愛/對新鮮事物具有很強(qiáng)的好奇型人群，價值人群年齡：25-40之間，職業(yè)：計算機(jī)領(lǐng)域自動化領(lǐng)域網(wǎng)絡(luò)周邊教育程度：高7.3營銷策略（1）可以搞免費征集試用活動，條件是混跡于論壇流量好且在論壇的威望較高的成員，利用他們的高威望在論壇寫試用帖子做軟宣傳，他們會覺得受到重視有價值而用心寫評測，產(chǎn)品則因此會受到更多人關(guān)注。（2）通過視頻專業(yè)拍攝產(chǎn)品介紹產(chǎn)品評測產(chǎn)品比較來影響受眾人群，視頻背景需要暖色調(diào)，簡潔。將視頻應(yīng)用于各大視頻網(wǎng)站。（3）商家應(yīng)該深度挖掘出用戶對與機(jī)器人的需求；可以在專門的論壇中做廣告投放通過精準(zhǔn)的廣告投放和自發(fā)式影響身邊的人來導(dǎo)入品牌，提高品牌認(rèn)知度。（4）定向廣告投入，垂直媒體（汽車媒體、財經(jīng)媒體、影音媒體等）合作創(chuàng)意活動，或者尋找跨界合作機(jī)會（比如家庭電視劇植入、電影植入或者科技類題材電影貼片）在充分展示功能性強(qiáng)大的同時，更多的是表達(dá)出高科技和酷炫的感覺，讓顧客感受到，擁有這樣一件電器，是件很酷的事。項目心得這次項目我們充分發(fā)揮了團(tuán)隊合作精神，在組長的帶領(lǐng)下，我們分工明確，積極，努力認(rèn)真的完成了此次項目。有苦有累也有歡笑。通過這次課程設(shè)計，我們學(xué)到了很多東西，也加強(qiáng)鍛煉了動手能力。我們體會到了學(xué)以致用是一個過程，這需要不斷地探討、實踐、總結(jié)。在整個過程中，我們遇到了許多困難，有些問題很難查出原因，但是我們堅持了下來，很好的鍛煉了我們的耐心和毅力。在設(shè)計中，考慮問題越全面、分析問題越細(xì)，所做出來的產(chǎn)品的層次才會越高。這次課程設(shè)計也使我們對機(jī)械本體和電子、電氣控制的軟硬件的設(shè)計過程有了較全面的了解，使我們掌握機(jī)電工程設(shè)計的基本方法，提高了分析問題和解決實際工程問題的能力，加強(qiáng)了工程觀念，將整個課程內(nèi)容有機(jī)而系統(tǒng)地結(jié)合起來。同時，這促進(jìn)我們的交流與合作，使我們提高了團(tuán)隊協(xié)作能力，讓我們學(xué)到了很多知識，使我們得到了較全面的發(fā)展。在項目的完成過程中，我們遇到了許多問題，經(jīng)過老師的幫助、各組之間的探究以及同組成員的討論，我們克服了這些困難，最終完成項目任務(wù)。項目充分運用了我們所學(xué)的各項知識，從機(jī)械原理，機(jī)械設(shè)計到本學(xué)期所學(xué)的各科知識，是對我們綜合素質(zhì)的一次考驗，也是一次挑戰(zhàn)。在本次項目過程中，我們大量查閱了各種資料，豐富了我們的知識，開闊了我們的視野，是我們能夠進(jìn)行一次真正的產(chǎn)品設(shè)計，了解到了在設(shè)計產(chǎn)品的過程中所遇到的各項問題，互相幫助，共同完成。此次項目得益于學(xué)院的對我們機(jī)電系的大力支持，感謝所有老師對我們的幫助。參考文獻(xiàn)邵曉榮.互換性與測量技術(shù)基礎(chǔ)[M].第二版，北京：中國標(biāo)準(zhǔn)出版社，2011.20-47頁，80-82.賈春玉張樹存.畫法幾何與機(jī)械制圖[M].第三版，北京：中國標(biāo)準(zhǔn)出版社，2011.171-176.北京兆迪科技有限公司.SolidWorks工程圖教程[M].2015版，北京：電子工業(yè)出版，2015.7.29-179.龔溎義潘沛霖陳秀等.機(jī)械設(shè)計課程設(shè)計圖冊[M].第三版，北京：高等教育出版社，2011.55-10.（美）哈比森（Harbison,S.P.）等著；徐波等譯.C語言參考手冊[M].原書第5版，北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2011.6.246-254.何應(yīng)俊曾祥云.51單片機(jī)C語言編程一學(xué)就會[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2014.7.9-36.王正林王勝開陳國順.MATLAB/Simulink與控制系統(tǒng)仿真[M].北京：電子工業(yè)出版社，2005.711-73.李彥濤.助餐機(jī)器人軌跡控制與仿真研究[D].哈爾濱工程大學(xué)：機(jī)電工程學(xué)院，2008.喻大發(fā).Adroit助餐機(jī)器人結(jié)構(gòu)設(shè)計及運動規(guī)劃研究[D].哈爾濱工程大學(xué)：機(jī)電工程學(xué)院，2013.3吳磊史儀凱王萑.四自由度機(jī)械手臂運動學(xué)分析及雅克比矩陣求解[J].機(jī)械科學(xué)與技術(shù)，2009.6.28，第28卷第6期：764-767頁.祈飛科技有限公司.智能服務(wù)機(jī)器人發(fā)展現(xiàn)狀及前景分析[EB/OL]./news/news489.html.2016.7.14百度文庫.國外機(jī)器人發(fā)展現(xiàn)狀和趨勢[DB/OL]./view/404973ddc5da50e2524d7fe7.html.2015.12.18百度文庫.步進(jìn)電機(jī)、伺服電機(jī)、舵機(jī)以及交流電機(jī)在生活中的應(yīng)用[DB/OL]./view/bb573aba1a37f111f1855b3b.html.2011.7.22電子發(fā)燒友論壇.常用單片機(jī)優(yōu)缺點詳細(xì)剖析[EB/OL]./jishu_938153_1_1.html.2016.9.12中國科技部官方網(wǎng)站./kjbgz/200503/t20050313_19642.htm.王嵐，鄒宇鵬，李彥濤.助餐機(jī)器人軌跡跟蹤控制實驗研究[J].測控技術(shù)，2010(8)：1-2頁李彥濤，張立勛，孫樹強(qiáng).基于XPC的助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