會追光的機器人蘇州職業(yè)

蘇州市職業(yè)大學(xué)實訓(xùn)報告名稱 機器人技術(shù)及應(yīng)用 項目 會追光的機器人 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 姓名 學(xué)號 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機器人的技術(shù)組成 1\o"CurrentDocument"1.3課程設(shè)計的目的和要求 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)和推進系統(tǒng) 2\o"CurrentDocument"2.1.3機器人結(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"第三章搭建機器 3\o"CurrentDocument"2.1結(jié)構(gòu)設(shè)計 3\o"CurrentDocument"2.2驅(qū)動方案 4\o"CurrentDocument"2.3傳感器 52.3.1光強傳感器 6\o"CurrentDocument"第四章軟件設(shè)計 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. 10第一章緒論1.1概述人形機器人是機器人研究中的重要分支，它涉及到機器人制造中的各個領(lǐng)域，如自主行為控制、人工智能、動態(tài)管理、機械設(shè)計等，在一定程度上代表著機器人研究的尖端水平，與其它機器人(工業(yè)機器人、蛇形機器人、輪式移動機器人等)相比，具有三個基本特征：(1)能在人們所處的現(xiàn)實環(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的處理，可見，人形機器人對各項技術(shù)領(lǐng)域提出了更高的要求。1.2機器人的技術(shù)組成機器人由機械部分、傳感部分、控制部分三大部分組成.這三大部分可分成驅(qū)動系統(tǒng)、機械結(jié)構(gòu)系統(tǒng)、感受系統(tǒng)、機器人一環(huán)境交互系統(tǒng)、人機交互系統(tǒng)、控制系統(tǒng)六個子系統(tǒng)。1.3課程設(shè)計的目的和要求1.3.1目的進一步了解“創(chuàng)意之星”標準版套件；初步學(xué)習(xí)人形機器人的步態(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)計一個簡單的雙足機器人系統(tǒng)，該機器人能夠模仿人類行走方式邁步行進，能感知光源，并能轉(zhuǎn)向光源，朝光源前進；進行結(jié)構(gòu)設(shè)計，每個足要包括腕、膝、胯三個關(guān)節(jié)，畫出機器人的機構(gòu)運動簡圖；進行步態(tài)分析，并編寫前進、左轉(zhuǎn)、右轉(zhuǎn)的步態(tài)流程；用NorthStar設(shè)計完整的雙足機器人追光程序；第二章方案和規(guī)劃2.1設(shè)計方案2.1.1傳感器系統(tǒng)我們需要測量機器人的的姿態(tài)，但不需要像Segawy—樣測量那么多的姿態(tài)信息，只需要獲得機器人前后俯仰的角度信息即可。獲取機器人的前后傾斜角度后，可通過可控制電機的轉(zhuǎn)向，反向補償這個傾斜角度，合理的補償方式就能夠讓機器人保持動態(tài)平衡。我們需要測量機器人的傾斜角度，如果能夠直接得到這個角度，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)和推進系統(tǒng)控制系統(tǒng)選擇MultiFLEX2-AVR控制器。相對于MultiFLEX2-PXA270，MultiFLEX2-AVR控制器的編程更簡單，更容易實現(xiàn)Segawy要求的對傳感器的高速采集和高速響應(yīng)。CDS55xx舵機既可以用舵機模式，也可以要做電機模式，這里用其作為Segawy的推進系統(tǒng)。2.1.3機器人結(jié)構(gòu)我們需要搭建一個雙輪機器人，需要有兩個懸臂用于安裝紅外測距傳感器機器人傾斜角度的測量。2.1.4控制方法整個結(jié)構(gòu)方案、傳感器方案都確定好了，可以得到機器人的傾斜角度，能夠有效控制機器人輪子的轉(zhuǎn)動了。

2.2任務(wù)規(guī)劃前面已經(jīng)對自平衡機器人如何設(shè)計做了詳細的介紹。接下來具體實施環(huán)節(jié)：?搭建出實驗平臺，這個平臺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。?在實驗平臺上設(shè)計控制策略進行驗證。第三章搭建機器人機器人的硬件主要包括主控板、電機以及傳感器。2.1結(jié)構(gòu)設(shè)計1） MultiFLEX2-AVR控制器，1塊;2） 多功能調(diào)試器和線，1套；3） 光強傳感器，2個；4） 舵機，8個；5） 連接件，若干。舵機：控制器:

2.2驅(qū)動方案驅(qū)動系統(tǒng)是向機械結(jié)構(gòu)系統(tǒng)提供動力的裝置。采用的動力源不同，驅(qū)動系統(tǒng)的傳動方式也就不同。驅(qū)動系統(tǒng)的傳動方式主要有四種：液壓式、氣壓式、電氣式和機械式。電力驅(qū)動是目前使用最多的一種驅(qū)動方式，其特點是電源取用方便，響應(yīng)快，驅(qū)動力大，信號檢測、傳遞、處理方便，并可以采用多種靈活的控制方式，驅(qū)動電機一般采用步進電機或伺服電機，目前也有采用直接驅(qū)動電機，但是造價較高，控制也較為復(fù)雜。電動機也稱電機（俗稱馬達），在電路中用字母瀏”（舊標準用“D”）表示。它的主要作用是產(chǎn)生驅(qū)動轉(zhuǎn)矩，作為用電器或各種機械的動力源。電動機按結(jié)構(gòu)及工作原理可分為直流電動機，異步電動機和同步電動機。同步電動機還可分為永磁同步電動機、磁阻同步電動機和磁滯同布電動機。異步電動機可分為感應(yīng)電動機和交流換向器電動機。直流電動機按結(jié)構(gòu)及工作原理可分為無刷直流電動機和有刷直流電動機。舵機是遙控模型控制動作的動力來源，不同類型的遙控模型所需的舵機種類也隨之不同。舵機主要是由外殼、電路板、無核心馬達、齒輪與位置檢測器所構(gòu)成。其工作原理是由接收機發(fā)出訊號給舵機，經(jīng)由電路板上的IC判斷轉(zhuǎn)動方向，再驅(qū)動無核心馬達開始轉(zhuǎn)動，透過減速齒輪將動力傳至擺臂，同時由位置檢測器送回訊號，判斷是否已經(jīng)到達定位。位置檢測器其實就是可變電阻，當舵機轉(zhuǎn)動時電阻值也會隨之改變，藉由檢測電阻值便可知轉(zhuǎn)動的角度。一般的伺服馬達是將細銅線纏繞在三極轉(zhuǎn)子上，當電流流經(jīng)線圈時便會產(chǎn)生磁場，與轉(zhuǎn)子外圍的磁鐵產(chǎn)生排斥作用，進而產(chǎn)生轉(zhuǎn)動的作用力。伺服電動機又稱執(zhí)行電動機，在自動控制系統(tǒng)中，用作執(zhí)行元件，把所收到的電信號轉(zhuǎn)換成電動機軸上的角位移或角速度輸出。分為直流和交流伺服電動機兩大類，其主要特點是，當信號電壓為零時無自轉(zhuǎn)現(xiàn)象，轉(zhuǎn)速隨著轉(zhuǎn)矩的增加而勻速下降，伺服電機內(nèi)部的轉(zhuǎn)子是永磁鐵，驅(qū)動器控制的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，同時電機自帶的編碼器反饋信號給驅(qū)動器，驅(qū)動器根據(jù)反饋值與目標值進行比較，調(diào)整轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動的角度。伺服電機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化系統(tǒng)和機器人技術(shù)中的關(guān)鍵部件，作為系統(tǒng)中的一個結(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，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。機器人需要通過傳感器得到這些感覺信息。目前機器人只具有視覺、聽覺和觸覺，這些感覺是通過相應(yīng)傳感器得到的。機器人傳感器根據(jù)檢測對象的不同可分為內(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：用來檢測機器人所處環(huán)境（如是什么物體，離物體的距離有多遠等）及狀況（如抓取的物體是否滑落）的傳感器。具體有物體識別傳感器、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光強傳感器光強傳感器是一種感應(yīng)光的強弱并進行顯示、處理的測量裝置。使它可以完成多種光學(xué)實驗，諸如比較光強和距離的關(guān)系；研究光的干涉、衍射、偏振；在不同光源下測量光的相對強弱；研究不同光源的明、暗變化等。常用于生物、化學(xué)實驗中。光強傳感器結(jié)構(gòu)光強傳感器結(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傳感器原理利用光敏元件可將光信號的特點，將柴油機燃燒室內(nèi)著火燃燒時火焰光輻射信號轉(zhuǎn)換為電信號而反映出柴油機的燃燒情況。下圖為光強傳感器的原理圖。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，光強對作物有著決定性的作用。所以光強傳感器應(yīng)用于室內(nèi)光照度的測定，光源強度與距離間關(guān)系的研究。第四章軟件設(shè)計3.1控制算法流程模仿人類的行走方式，兩條腿交替前進；利用傳感器感知光源，并能轉(zhuǎn)向光源，朝光源前進，根據(jù)光強傳感器接受到的信號進行控制：1） 當兩邊都有信號時，機器人按照設(shè)置的步伐前進。2） 當左邊沒有信號時，機器人的右腳做出左轉(zhuǎn)的動作。3） 當右邊沒有信號時，機器人的右腳做出右轉(zhuǎn)的動作。機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，機器人的應(yīng)用也越來越普遍了。所以在當今對機器人的了解也是必須的。在沒接觸這門課的時候，我對機器人并不是很了解，慢慢的接觸之后，我明白了機器人是自動執(zhí)行工作的機器裝置。它既可以接受人類指揮，又可以運行預(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。它的任務(wù)是協(xié)助或取代人類工作的。在整個設(shè)計過程中，從組裝到調(diào)試我們都花了很長的時間，特別是組裝。在組裝之前必須得想好先裝哪個部件，如果安裝的順序錯了。那后面的就進行不下去了。至于編程，因為以前我們做過類似的機器人，所以下手比較容易，只要對幾個舵機進行正確的調(diào)試就可以了。機器人需要靈活掌握，靈活運用，需要嚴謹?shù)倪壿嬕约翱b密的編程，這次設(shè)計讓我受益匪。參考文獻1、 吳毅君，