探測機器人畢業(yè)設(shè)計

1、<p><b>　　摘要</b></p><p>　　本設(shè)計采用模塊化設(shè)計，以便根據(jù)要求選擇和定制配置，并在需要的時候方便更換和添加其他模塊，而且給出了兩種移動方式的設(shè)計方案，即輪式的設(shè)計和履帶式移動方式，兩者都有各自的特點。輪式探測機器人的機動性能比較好；履帶式的機器人也具有良好的機動性，在越障、跨溝、攀爬方面具有明顯優(yōu)勢，其最大優(yōu)點是具有良好的越障性能、環(huán)境適應(yīng)性能、防摔抗沖擊

2、性能并具備全地形通過能力。因此本次設(shè)計主要以履帶式為主。除了設(shè)計探測機器人的總體結(jié)構(gòu)外，還給出了移動控制方案。</p><p>　　機器人最重要的機構(gòu)是運動底盤的設(shè)計，即使軟件設(shè)計的再好，移動方式?jīng)]有設(shè)計好，那么機器人也不會很好的執(zhí)行任務(wù)。輪式，腿式，履帶式的移動方式在設(shè)計過程中已經(jīng)給出，</p><p>　　可以根據(jù)自己設(shè)計的要求進(jìn)行選擇。如果地形比較平緩，或是有溝壑的地形，可以選擇履帶

3、的移動方式；如果是平緩沒有溝壑的地形，就選用輪式的移動方式；如果地形成階梯狀，而且地形比較復(fù)雜，最好選用腿式的方法。</p><p>　　本設(shè)計可以采用兩種控制系統(tǒng)，即通過上位機直接通過總線對機器人進(jìn)行控制或是通過無線電臺對機器人進(jìn)行控制。</p><p>　　關(guān)鍵詞： 探測機器人； 模塊化設(shè)計； 履帶移動方式； 機器人的控制系統(tǒng)；</p><p><b&

4、gt;　　Abstract</b></p><p>　　The design is modular in design so that in accordance with requirements of options and custom configuration, and when needed to facilitate the replacement and add other modul

5、es, and is given two mobile forms of design options, that is, tracked and wheeled mobile way of design , Both have their own characteristics, but mainly to crawler-based research and design, it has good mobility in the b

6、arrier, the inter-ditch, climbing has obvious advantages. The robot is the greatest advantage of the barri</p><p>　　Robot is the most important bodies of the sports chassis design, even the best software des

7、ign, mobile design means no good, then the robot will not be very good mission. Wheeled, legged, tracked the movement of way in the design process has been given, Can be designed in accordance with the requirements of th

8、eir own choice if the relatively flat terrain, or a gully of the terrain, can choose to track the movement; If the gully is not flat terrain, on the choice of wheeled mobile way, if formed </p><p>　　This des

9、ign uses two types of control systems, through the PC directly through the bus to control the robot through the radio or to control the robot。</p><p>　　Keywords： Detecting robot; modular design；tracked mobil

10、e； robot's control system；</p><p><b>　　目 錄</b></p><p>　　摘要 ――――――――――――――――――――――――——Ⅰ</p><p>　　Abstract ―――――――――――――――――――――——Ⅱ</p><p>　　第一章　概述 ――

11、――――――――――――――――――――――――1</p><p>　　1.1 機器人的發(fā)展史 ――――――――――――――――――――--1</p><p>　　1.2 機器人的現(xiàn)實應(yīng)用范圍 ――――――――――――――――――2</p><p>　　1.3 探測機器人的未來發(fā)展趨勢 ―――――――――――――――—3</p>

12、<p>　　1.4 研究內(nèi)容 ――――――――――――――――――――――――3</p><p>　　第二章　機械系統(tǒng)的設(shè)計 ――――――――――――――――――――4</p><p>　　2.1 計算機模塊的設(shè)計 ――――――――――――――――――――4</p><p>　　2.2　　傳感器模塊的設(shè)計 ―――――――――――――――

13、―――――5</p><p>　　2.3　　電源及驅(qū)動模塊的設(shè)計 ――――――――――――――――――5</p><p>　　2.4　　底盤運動模塊的設(shè)計 ―――――――――――――――――――-5</p><p>　　2.5　　各模塊的連接 ――――――――――――――――――――――-9</p><p>　　第三章　傳感器系統(tǒng)的設(shè)計――

14、―――――――――――――――――-11</p><p>　　3.1 傳感器的作用及其分類 ――――――――――――――――――-11</p><p>　　3.2 視覺傳感器 ―――――――――――――――――――――――-11</p><p>　　3.3　　超聲波傳感器 ――――――――――――――――――――――-12</p><

15、p>　　3.4　　紅外傳感器 ―――――――――――――――――――――――-13</p><p>　　第四章　能源驅(qū)動的設(shè)計選擇――――――――――――――――――-14</p><p>　　4.1 能源的供給 ―――――――――――――――――――――――-14</p><p>　　4.2　　電機的選擇 ―――――――――――――――――――――――

16、-14</p><p>　　4.3　　電機驅(qū)動的選擇 ―――――――――――――――――――――-15</p><p>　　第五章　探測機器人的硬件系統(tǒng)―――――――――――――――――-17</p><p>　　5.1 傳感器采集系統(tǒng) ―――――――――――――――――――――-17</p><p>　　5.2　　保護(hù)電路 ―――――

17、―――――――――――――――――――-18</p><p>　　5.3　　紅外傳感器的接線 ――――――――――――――――――――-18</p><p>　　5.4　　超聲波傳感器的接線 ―――――――――――――――――――-19</p><p>　　5.5　　羅盤處理流程 ――――――――――――――――――――――-19</p><p&

18、gt;　　5.6　　RS485-RS232轉(zhuǎn)換電路 ――――――――――――――――――-20</p><p>　　第六章　探測機器人計算機硬件系統(tǒng) ――――――――――――――-21</p><p>　　6.1 無線電臺通訊系統(tǒng) ――――――――――――――――――――-21</p><p>　　6.2　　電子羅盤 ―――――――――――――――――――――

19、―――-21 </p><p>　　第七章　探測機器人軟件系統(tǒng)的開發(fā) ――――――――――――――-21</p><p>　　7.1　 移動控制系統(tǒng)的設(shè)計 ―――――――――――――――――――-23</p><p>　　7.2　 演示控制程序 ――――――――――――――――――――――-23</p><p>　　結(jié)束語 ―――――――――

20、――――――――――――――――――――-26</p><p>　　致謝 ――――――――――――――――――――――――――――――-27</p><p>　　參考文獻(xiàn) ―――――――――――――――――――――――――――-28</p><p><b>　　第一章概述</b></p><p>　　目前，在勞動強度大

21、或危險作業(yè)的場所，已逐步使用機器人取代人的工作。出于重要的戰(zhàn)略意義，資源領(lǐng)域已成為各科技強國相互競爭的一個焦點，出于安全性等因素的考慮，對探測機器人的研究設(shè)計也成為了開發(fā)資源的重要硬件之一，它的實現(xiàn)不僅可以從事特殊的作業(yè)，而且一般的生產(chǎn)、事務(wù)和家務(wù)，也可全部由探測機器人去處理。因此，探測機器人的研究具有重要的戰(zhàn)略意義。</p><p>　　1.1機器人的發(fā)展史</p><p>　　隨著人們

22、對機器的研究，機器人也在進(jìn)步，按其發(fā)展過程機器人可分為三代：</p><p>　　第一代是示教再現(xiàn)型機器人："尤尼梅特"和"沃爾薩特蘭"這兩種最早的工業(yè)機器人是示教再現(xiàn)型機器人的典型代表。它由人操縱機械手做一遍應(yīng)當(dāng)完成的動作或通過控制器發(fā)出指令讓機械手臂動作，在動作過程中機器人會自動將這一過程存入記憶裝置。當(dāng)機器人工作時，能再現(xiàn)人教給它的動作，并能自動重復(fù)的執(zhí)行。這類機器人

23、不具有外界信息的反饋能力，很難適應(yīng)變化的環(huán)境。 </p><p>　　第二代是有感覺的機器人：它們對外界環(huán)境有一定感知能力，并具有聽覺、視覺、觸覺等功能。機器人工作時，根據(jù)感覺器官（傳感器）獲得的信息，靈活調(diào)整自己的工作狀態(tài)，保證在適應(yīng)環(huán)境的情況下完成工作。如：有觸覺的機械手可輕松自如地抓取雞蛋，具有嗅覺的機器人能分辨出不同飲料和酒類。 </p><p>　　第三代是具有智能的機器人：智

24、能機器人是靠人工智能技術(shù)決策行動的機器人，它們根據(jù)感覺到的信息，進(jìn)行獨立思維、識別、推理，并作出判斷和決策，不用人的參與就可以完成一些復(fù)雜的工作。日本研制的能演奏數(shù)首曲目?quot;瓦伯特"2號機器人，已達(dá)到5歲兒童的智能水平。目前，智能機器人已在許多方面具有人類的特點，隨著機器人技術(shù)不斷發(fā)展與完善，機器人的智能水平將越來越接近人類，本次設(shè)計的探測機器人就屬于第三代。 </p><p>　　1.2 機器

25、人的現(xiàn)實應(yīng)用范圍</p><p>　　1）行星探測移動機器人</p><p>　　行星探測移動機器人的研究對于發(fā)展行星科學(xué)、提高國防能力、提高國家的國際地位等方面均有重要意義，因為:①移動機器人是行星科學(xué)研究中著陸探測和取回樣品到實驗室分析的有力工具。②人類在太空中停留數(shù)月之久會嚴(yán)重丟失鈣和磷，這似乎意味著人類不可能在重力為零的狀態(tài)下飛行6一9個月或更長一點時間。但機器人不存在這個問題。因

26、此，行星探測移動機器人的研究是對行星進(jìn)行長期實地考察的需要。③大大節(jié)省探測成本。以月球探測為例，根據(jù)粗略的估計，一次有人駕駛的飛行所花費的錢要比無人駕駛飛行多50一100倍。因此，光就科學(xué)上的探索來說，用機器人執(zhí)行無人駕駛飛行任務(wù)是合算的。④有利于提高國家國防自動化的水平和國際地位。因此，行星探測移動機器人的研究受到世界各國的高度重視。</p><p><b>　　2）海洋探測機器人</b>

27、</p><p>　　海洋探測機器人主要采用信息技術(shù)、圖像處理技術(shù)、聲吶技術(shù)等高科技，已經(jīng)廣泛應(yīng)用于海洋開發(fā)的許多領(lǐng)域，隨著海洋開發(fā)的不斷深入，續(xù)航力大、探測范圍廣、能執(zhí)行多種復(fù)雜任務(wù)的大型機器人需求也越來越大。主要用于海洋石油開發(fā)、海底管道光纜巡查檢修、幫助水下工程安裝和檢修以及救助打撈、水下考古、水下沉船考察、海洋生物觀察和相關(guān)科學(xué)研究等；因此，為了使機器人能更好的完成指定任務(wù)，海洋機器人的運動性能預(yù)報就成為

28、了一個重要的研究課題。</p><p><b>　　3）蛇腹探惻機器人</b></p><p>　　蛇腹探測機器人是用來尋找反抗軍、犯罪組織和秘密基地的許多有效的裝備之一，原先是設(shè)計為和平探索用途，帝國艦隊延伸了它的用途，用以收集星球上的情報。其裝備的高感度傳感器能偵測居民和地表信息。雖然裝有武器，但此機器人會避免交戰(zhàn)，如果被敵人發(fā)現(xiàn)，會自動激活自爆。此探測機器人有六

29、具反重力驅(qū)動單元，以及長程全范圍全象訊號發(fā)送器，能將聲音、影像、資料以無阻塞的傳訊天線送到人們的接收器。人們可以通過通訊裝置能清楚地接收遠(yuǎn)方的資料。</p><p>　　4) 履帶式井下探測機器人</p><p>　　中國作為世界產(chǎn)煤大國，也是世界煤礦事故高發(fā)國家，需要非常重視煤礦生產(chǎn)的安全。這種探測機器人可在災(zāi)害發(fā)生前對隱患進(jìn)行準(zhǔn)確及時的檢測與預(yù)防，災(zāi)后進(jìn)行施救等重要的危險任務(wù)。<

30、/p><p>　　關(guān)于探測機器人應(yīng)用范圍比我們想象的要廣泛的多，在軍事方面，已經(jīng)研究出了反坦克雷探測機器人；還有醫(yī)學(xué)探測機器人等。</p><p>　　2006年，中國政府制定的《國民經(jīng)濟(jì)和社會發(fā)展第十一個五年規(guī)劃綱要》和《國家中長期科學(xué)和技術(shù)發(fā)展規(guī)劃綱要（2006－2020年）》，將發(fā)展航天事業(yè)置于重要地位。根據(jù)上述兩個規(guī)劃綱要，中國政府制定了新的航天事業(yè)發(fā)展規(guī)劃，明確了未來五年及稍長一段時

31、期的發(fā)展目標(biāo)和主要任務(wù)。按照這一發(fā)展規(guī)劃，國家將啟動并繼續(xù)實施載人航天、月球探測、高分辨率對地觀測系統(tǒng)、新一代運載火箭等重大航天科技工程，以及一批重點領(lǐng)域的優(yōu)先項目，加強基礎(chǔ)研究，超前部署和發(fā)展航天領(lǐng)域的若干前沿技術(shù)，加快航天科技的進(jìn)步和創(chuàng)新。要發(fā)展航空事業(yè)，對月球進(jìn)行探索，那么研究設(shè)計探測機器人是必不可少的過程。</p><p>　　1.3 探測機器人的現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢</p><p>&

32、lt;b>　　1）機器人的現(xiàn)狀：</b></p><p>　　現(xiàn)代的機器人技術(shù)發(fā)展以向智能化方向發(fā)展為重要標(biāo)志，呈現(xiàn)出一些新特點和趨勢. 例如傳感型智能機器人發(fā)展加快, 微型機器人的研究有所突破, 新型智能技術(shù)不斷開發(fā), 應(yīng)用領(lǐng)域向非制造業(yè)和服務(wù)業(yè)擴展等。智能機器人技術(shù)快速發(fā)展促進(jìn)了機器人在制造領(lǐng)域的應(yīng)用與發(fā)展, 也使機器人開始向非制造領(lǐng)域擴展. 這些非傳統(tǒng)領(lǐng)域有航天、海洋、軍事、醫(yī)療、護(hù)理、服

33、務(wù)、農(nóng)林、采礦等. 機器人在這些領(lǐng)域有著廣闊誘人的前景. 在當(dāng)今還不能或難以發(fā)展全自主智能機器人的情況下, 工作于人機交互方式下的具有臨場感的遙操作機器人系統(tǒng)是完成復(fù)雜或有害以及人無法進(jìn)入的環(huán)境下作業(yè)的有力手段. 而微機器人在現(xiàn)代生物、醫(yī)學(xué)工程, 微機械加工與裝配等工程中將大有作。</p><p>　　在行星探測機器人的研制方面，美國和俄羅斯處于世界領(lǐng)先地位。從20世紀(jì)60年代開始，美、蘇向月球以及金、火、水、木

34、、土等星球發(fā)射了許多探測器。格林威治時間1997年7月4日17時07分，美國國家航空航天局困ASA)發(fā)射的火星探路者號宇宙飛船成功地在火星表面著陸。探路者登陸器上帶有各種儀器及“索杰納”火星車團(tuán)。這是上世紀(jì)自動化技術(shù)最高成就。</p><p>　　日本對機器人的設(shè)計也處于領(lǐng)先地位。日本京都大學(xué)科研人員已經(jīng)開發(fā)出一種新型機器人,能在強烈地震發(fā)生后到廢墟中探測被埋人員。還專門進(jìn)行了實用演示。這種機器人外表象是一條粗大

35、的節(jié)足昆蟲,長1·43 m,由7節(jié)組成,有人的小腿一般粗細(xì),每節(jié)周身都纏滿縱向履帶。它可以在遙控下從瓦礫的夾縫中蜿蜒穿行,裝在頭部的攝像機鏡頭會隨時傳輸觀察到的影像和搜集到的聲音,從而供控制者判斷里面是否有需要救助的存活人員。</p><p>　　2）探測機器人的評價標(biāo)準(zhǔn)包括：</p><p>　　(1)智能，指感覺和感知，包括記憶、運算、比較、鑒別、判斷、決策、學(xué)習(xí)和邏輯推理等

36、。</p><p>　　(2)機能，指變通性、通用性或空間占有性等。</p><p>　　(3)物理能，指力、速度、連續(xù)運行能力、可靠性、聯(lián)用性、壽命。</p><p>　　3）探測機器人移動系統(tǒng)的發(fā)展趨勢如下: </p><p>　　未來的空間探測任務(wù)要求機器人系統(tǒng)能夠在預(yù)先未知或非結(jié)構(gòu)化的環(huán)境中執(zhí)行變化的任務(wù)，機器人移動平臺應(yīng)具備良好的幾

37、何通過性、越障性、抗傾覆性、行駛平順性、牽引控制特性和能耗特性?；诓煌脑砗托阅軅?cè)重點，國內(nèi)外提出并試驗了多種類型的空間探測機器人移動機構(gòu)。其主要發(fā)展趨勢如下：</p><p>　　(1)輪腿式，履腿式等復(fù)合型結(jié)構(gòu)的移動機器人是一個研制方向。</p><p>　　(2)由于航天器技術(shù)、尺寸、質(zhì)量和費用的限制,微小型行星探測機器人是目前發(fā)展的主流。</p><p>

38、;　　(3)由于通信時延和微重力作用的緣故,中低速移動機器人是研制的主流。</p><p>　　(4)機械結(jié)構(gòu)設(shè)計與控制方案相結(jié)合是研制靈活可靠的行星探測機器人的設(shè)計方向。</p><p>　　4）設(shè)計探測機器人所面臨的問題</p><p>　　盡管國內(nèi)外已經(jīng)研制出了輪式、腿式、輪腿式、履帶式和其它特殊形式的移動機器人,但到目前為止,由于基礎(chǔ)的欠缺, 以及當(dāng)初對觸覺

39、傳感器應(yīng)用的技術(shù)與市場定位不當(dāng).無論國內(nèi)還是國外,同時具備以下性能的移動機器人還沒有出現(xiàn):(1)能跨越大于輪子直徑的壕溝和高于輪子半徑的臺階;(2機器人陷入軟土壤中時,能自動脫離軟土壤區(qū),恢復(fù)正常的行駛能力;(3)整機的可密封性和可壓縮性良好;(4)克服傾翻對機器人行駛能力的不良影響;(5)行駛的高速高效性;(6)容積可進(jìn)行擴充，而這些又是行星探測等領(lǐng)域移動機器人運動系統(tǒng)所應(yīng)具備的重要性能,因此,研制出新型的、綜合性能更好的行星探測機器

40、人是行星探測機器人移動系統(tǒng)研究中有待解決的問題之一。 </p><p><b>　　1.4 研究內(nèi)容</b></p><p>　　具體研究內(nèi)容如下：本設(shè)計采用模塊化設(shè)計，以便根據(jù)要求選擇和定制配置，并在需要的時候方便更換和添加其他模塊，而且給出了兩種移動方式的設(shè)計方案，即輪式的設(shè)計和履帶式移動方式，兩者都有各自的特點。輪式探測機器人的機動性能比較好；履帶式的機

41、器人也具有良好的機動性，在越障、跨溝、攀爬方面具有明顯優(yōu)勢，其最大優(yōu)點是具有良好的越障性能、環(huán)境適應(yīng)性能、防摔抗沖擊性能并具備全地形通過能力。因此本次設(shè)計主要以履帶式為主。除了設(shè)計探測機器人的總體結(jié)構(gòu)外，還給出了移動控制方案</p><p>　　研究探測機器人系統(tǒng)的設(shè)計原則。</p><p>　　依據(jù)運動學(xué)原理，對機器人進(jìn)行性能指標(biāo)分析，動態(tài)分析，使機器人能夠自適應(yīng)路面，即具有抗傾覆性、爬

42、坡性能、越障性能、跨溝性能等功能。</p><p>　　2、確定探測機器人的移動方式，并對整個探測機器人的整體進(jìn)行規(guī)劃設(shè)計。</p><p>　　1）移動方式的確定；</p><p><b>　　2）總體結(jié)構(gòu)設(shè)計；</b></p><p><b>　　3）傳動系統(tǒng)設(shè)計。</b></p>

43、<p>　　3、給出移動控制系統(tǒng)的設(shè)計方案。</p><p><b>　　1）監(jiān)測方法；</b></p><p>　　2）計算機硬件系統(tǒng)的設(shè)計；</p><p>　　3）計算機軟件系統(tǒng)的設(shè)計。</p><p>　　4、探測機器人的擬定工作流程如圖1-1。</p><p>　　圖1-1機

44、器人工作流程</p><p>　　第二章 機械系統(tǒng)的設(shè)計</p><p>　　設(shè)計對探測機器人采用了模塊化設(shè)計，總體分為四個模塊，即計算機模塊，傳感器模塊，電源及驅(qū)動模塊，運動底盤模塊。模塊化設(shè)計的探測機器人結(jié)構(gòu)比較明了，而且在一些模塊預(yù)留了一些空間，可以在需要的時候更換或添加其他模塊。其簡圖如圖2-1</p><p>　　圖2-1測機器人簡圖</p>

45、<p>　　其性能參數(shù)的基本要求如表所示2-1</p><p>　　表2-1 機器人性能參數(shù)基本要求</p><p>　　2.1計算機模塊的設(shè)計</p><p>　　計算機模塊分為兩部分結(jié)構(gòu)，上端為度支撐架，下端是計算機的保護(hù)架。其中支撐架是用來控制攝像頭的監(jiān)測方向，將攝像頭安裝在支撐架的套筒里，此設(shè)計是為減小外界環(huán)境對攝像頭表面和線路的影響，如水，陽

46、光的腐蝕等，雖然不能完全隔離外界的影響，但盡量增加了攝像頭的使用壽命。在支撐架的右方和下方安裝兩個舵機，使套筒具有上下，左右兩個自由度，從而使攝像頭可以全方位的監(jiān)測周圍的環(huán)境。保護(hù)架是用來防止計算機受到外界環(huán)境的撞擊，另外，保護(hù)架提高了攝像設(shè)備的高度，可以看的更遠(yuǎn)一些。</p><p>　　其簡圖如圖2-2所示</p><p>　　圖2-2探測機器人攝像云臺簡圖</p>&l

47、t;p>　　2.2傳感器模塊的設(shè)計</p><p>　　傳感器就像人類的感覺器官，探測機器人必需要有這方面的設(shè)計，視覺傳感器也有他的局限性，實現(xiàn)視覺的功能是需要光的，如果在夜間執(zhí)行任務(wù)時就很難實現(xiàn)其功能，為更好的使機器人完成認(rèn)為，再加一組超聲波傳感器。</p><p>　　傳感器模塊是一個由金屬材料板組成的圓柱體，這種結(jié)構(gòu)是根據(jù)主板的形狀設(shè)計的，傳感器模塊雖然結(jié)構(gòu)簡單，但里邊所安裝的

48、電路主板是機器人的樞紐，機器人個部分的電路板都在這里，所以密封工作一定要做好。傳感器塊周圍安裝了24路紅外傳感器和超聲波傳感器。當(dāng)人遙控機器人執(zhí)行任務(wù)且視頻效果較好時可以關(guān)閉紅外和超聲波傳感器，當(dāng)視頻效果不好或是機器人自行執(zhí)行任務(wù)時，紅外和超聲波傳感器都要開啟。傳感器與箱體板安裝如圖所示：</p><p>　　2.3電源及驅(qū)動模塊的設(shè)計</p><p>　　電源及驅(qū)動模塊是為機器人提供能源

49、的部分，安裝有電池組和左右電機驅(qū)動器，因為電池組喝驅(qū)動部分有一些重量，所以采用鑄鐵作為箱體。</p><p><b>　　2.4底盤運動模塊</b></p><p>　　2.4.1移動方式的選擇</p><p>　　機器人的移動方式主要有輪式、履帶式、腿足式三種，另外還有步進(jìn)移動式、混合移動式、蛇行移動式等，各種移動方式的機動性能對比如表2-2

50、</p><p>　　表2-2 車輪式、輪、履、腿式移動機構(gòu)性能比較：</p><p>　　探測器需要一個良好的工作性能，要想較好的完成任務(wù)，需要平穩(wěn)的移動方式。很明顯，履帶式移動機構(gòu)的性能居于輪式和腿式移動機構(gòu)之間，在地面適應(yīng)性能、越障性能方面有良好表現(xiàn)。履帶移動機構(gòu)地面適應(yīng)性能好，在復(fù)雜的野外環(huán)境中能通過各種崎嶇路面以及溝壑等，它的活動范圍廣，性能可靠，使用壽命長，輪式移動機構(gòu)無法與其

51、比擬，適合作為探測機器人的推進(jìn)系統(tǒng)。所以采用履帶式的移動方式。另外，考慮到履帶移動方式的機動性能比較差，所以，本章節(jié)也設(shè)計了2輪+1個萬向輪的移動方案，這樣可以根據(jù)地形的不同，才用不同的移動方式，在平緩的地形中，可以采用輪式，在有溝壑的地形中采用履帶式。這樣就增加了探測機器人的工作效率。</p><p>　　2.4.2 履帶的選擇</p><p>　　根據(jù)探測機器人性能參數(shù)表可知，要求的移

52、動速度不高，但移動距離應(yīng)該精準(zhǔn)，根據(jù)這些要求，履帶選用梯形齒同步帶，其特點如下：</p><p><b>　　結(jié)構(gòu)簡圖如圖2-3</b></p><p><b>　　圖2-3 履帶簡圖</b></p><p>　　結(jié)構(gòu)：工作面為梯形齒，承載層為玻璃纖維繩芯、鋼絲繩等環(huán)形帶，有氯丁膠和聚氨酯橡膠兩種。</p>

53、<p>　　特點：靠嚙合傳動，承載層保證帶齒嚙合齒距不變，傳動比較準(zhǔn)確，軸壓力小，結(jié)構(gòu)緊湊，耐油，耐磨性好，但安裝制造要求較高。</p><p>　　應(yīng)用：v<50m/s P<300kw i<10要求同步的傳動，也可用于低速傳動。</p><p>　　2.4.3 履帶、齒輪的設(shè)計計算</p><p>　　常見的行走機構(gòu)形式就是

54、同步帶/齒形帶。同步帶/齒形帶傳動具有帶傳動，鏈傳動和齒輪傳動的優(yōu)點。同步帶傳動由于帶與帶輪是靠嚙合傳遞運動和動力，故帶與帶輪間無相對滑動，能保證準(zhǔn)確的傳動比。同步帶通常以鋼絲或玻璃纖維為抗拉體，氯丁橡膠或聚氨酯為基體，這種帶薄而且輕，故可以用于較高速度。傳動的線速度可達(dá)50m/s，傳動比可達(dá)10，效率可達(dá)98% 。傳動噪音比帶傳動，鏈傳動和齒輪傳動小，耐磨性好，不需有潤滑，壽命比摩擦帶長。其主要缺點是制造和安裝精度要求較高，中心距要求

55、較嚴(yán)格。所以同步帶廣泛應(yīng)用于要求傳動比準(zhǔn)確地中，小功率傳動中，如家用電器，計算機，儀器及機器人，機床，化工，石油等機械。</p><p><b>　　同步帶的設(shè)計計算</b></p><p><b>　　1．選擇設(shè)計功率</b></p><p><b>　　(1) </b></p>

56、<p><b>　　2．選擇帶型和節(jié)距</b></p><p><b>　　選取帶型為H型</b></p><p><b>　　(2)</b></p><p>　　3．根據(jù)帶型H和小帶輪轉(zhuǎn)速n1</p><p>　　查得最小齒輪，此處取Z=20</p>

57、<p><b>　　小帶輪節(jié)圓直徑d1</b></p><p><b>　　(3)</b></p><p><b>　　查表得其外徑</b></p><p>　　設(shè)計Z2=Z1=20</p><p>　　4．帶速 v=

58、 (4)</p><p>　　5．定軸間距=400mm</p><p><b>　　6．帶長及其齒數(shù) </b></p><p><b>　　(5)</b></p><p>　　7．查表應(yīng)選用帶長代號為420的H型同步帶，其節(jié)線長，節(jié)線上的齒數(shù)Z=84</p><p>

59、　　8．實際軸間距a= (6)</p><p>　　9．小帶輪嚙合齒數(shù) (7)</p><p>　　10．基本額定功率 (8)</p><p><b>　　查得</b></p>

60、<p>　　所需帶寬 (9)</p><p><b>　　查表得：H型帶</b></p><p>　　查表得應(yīng)選帶寬代號為150的H型帶，其</p><p>　　11．帶輪結(jié)構(gòu)和尺寸</p><p>　　傳動選用同步帶為H

61、150</p><p>　　帶輪Z1=Z2=20，d1=d2=80.85mm,da1=da2=79.48mm</p><p>　　采用同步帶作為履帶的優(yōu)點是：效率高，最高效率能達(dá)到90%以上；設(shè)計簡單，只須根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)格選擇節(jié)矩，齒數(shù)，長度，寬度就可以了。但是同步帶一旦選定，長度，寬度就是固定的，因此基本屬于定制，設(shè)計不同的履帶式平臺就需要不同的同步帶。這個特點限制了同步帶應(yīng)用的靈活性。&l

62、t;/p><p>　　本設(shè)計還附加了輪式底盤的移動方式，2輪加萬向輪，因為盡管履帶移動方式的穩(wěn)定性比較強，但機動性比較差，所以，在必要的時候，可以根據(jù)地形的不同，裝配不同的移動方式。輪式底盤的裝配圖在附錄中，其他模塊不便。</p><p>　　2.4.4錐齒輪的設(shè)計</p><p>　　這是輪式移動方式中，傳動是通過錐齒輪來實現(xiàn)的。錐齒輪的計算如下：</p>

63、<p><b>　　齒輪比 u=1</b></p><p>　　大端分度圓直徑 de1=20mm</p><p>　　齒數(shù) Z1=Z2=30</p><p>　　大端模數(shù) me1=de1/Z1=6.67</p><p><b>　　分錐角δ1=45°</b></p&g

64、t;<p>　　外錐距 Re=de1/2sinδ1=141.4</p><p>　　齒寬 b1=φRRe=42.42</p><p>　　齒寬系數(shù) φR=b/Re=0.3</p><p>　　平均分度圓直徑 dm1=de1 (1-0.5φR)=170</p><p>　　中錐距 Rm=Re((1-0.5φR)=120.19&

65、lt;/p><p>　　平均模數(shù) Mm=me1 (1-0.5φR)=5.6695</p><p>　　切向變位系數(shù) Xt=0</p><p>　　徑向變位系數(shù) Xε=0.46（1-cosδ2/ucosδ1）=0</p><p>　　齒頂高 ha1=me（1+x1）=6-67</p><p>　　齒根高 hf1=me（1+c

66、＊-x1）=8.004</p><p><b>　　頂隙 c= c＊m</b></p><p>　　齒距角 θa1=θf2=θf1</p><p>　　齒根角θf1=arctan(hf1/Re)=3.24°</p><p>　　頂錐角 δa1=δ1+δf2=48.24°</p><

67、p>　　根錐角 δf1=δ1-θf1=41.76°</p><p>　　齒頂圓直徑 da1=de1+2ha1cosδ1=209.43</p><p><b>　　安裝距A1</b></p><p>　　冠頂距 Ak1=de2/2-ha1sinaδ1=95.285</p><p>　　輪冠距=H1=A1-A

68、k1</p><p>　　大端分度圓齒厚S1=me（π/2+2x1tanα+xt1）</p><p>　　端面當(dāng)量齒數(shù) Zv1=z1/cosδ1=42.43</p><p>　　錐齒輪在這個設(shè)計中的作用是連接電機轉(zhuǎn)軸和車輪轉(zhuǎn)軸，采用的兩個90度錐齒輪進(jìn)行連接，這樣既可以保證兩個轉(zhuǎn)軸之間的傳動，有可以很好的黏合。</p><p>　　2.5 各

69、模塊的連接</p><p>　　2.5.1 計算機模塊與傳感器模塊的連接如圖2-4所示</p><p>　　圖2-4 計算機模塊與傳感器模塊的連接</p><p>　　計算機模塊與傳感器模塊的連接很簡單，設(shè)計的原則就是模塊化設(shè)計，各模塊的拆裝應(yīng)該簡單明了。其中連接計算機模塊與蓋板的是8顆M3內(nèi)六角沉頭螺釘，圖中顯示的是其中的兩個，其它6顆都與這兩個對稱。注意，這里的

70、螺釘式直接連接到蓋板上的，并且計算機固定架僅僅靠著幾顆螺釘連接。因此，安裝時務(wù)必裝緊，避免由于震動等造成螺釘?shù)乃蓜印?lt;/p><p>　　傳感器上的蓋板則是用8顆M5內(nèi)六角沉頭螺釘固定的，一個連接機構(gòu)需兩個螺釘，其它六個與這兩個均勻分布，這樣的拆卸非常方便。從圖中可以看出，8顆內(nèi)六角沉頭螺釘都固定在了計算機模塊的外部，很明顯，這樣連接即使不拆除計算機模塊，也可以打開蓋板看到傳感器模塊里的情況，為排查故障等提供了方

71、便，還有就是，蓋板要比傳感器的箱體要大，因為，傳感器箱體里放的是幾乎所有機器人所需要的電路板，防止大量灰塵進(jìn)入到里邊影響電路的正常工作。</p><p>　　在傳感器模塊與蓋板之間有一條扁平電纜連接，在末端分成兩個插頭，其中一個是插在傳感器主板上，是24V電源插頭，為傳感器層頂?shù)挠秒娫O(shè)備提供24V電源插頭；另一個插在傳感器主板上的一個擴展卡上。作用是將機器人底層的RS-485總線轉(zhuǎn)換為方便連接計算機的RS-232

72、電平。</p><p>　　2.5.2 傳感器模塊與電源驅(qū)動模塊的部分連接</p><p><b>　　連接方法如圖2-5</b></p><p>　　圖2-5 傳感器模塊與電源驅(qū)動模塊的連接</p><p>　　如圖所示，這里蓋板的連接方式與傳感器蓋板的連接方式相同，用8顆M5內(nèi)六角沉頭螺釘固定。</p>

73、<p>　　由于傳感器箱體底部安裝了電路主板等，所以是封閉的，用計算機架的連接方式就不能實現(xiàn)拆卸方便的原則，所以采用途中所示的方法，兩個模塊分別固定各自的連接快，然后結(jié)合到一塊兒，然后用一顆M5內(nèi)六角圓柱頭螺釘進(jìn)行緊固，螺釘頭朝外，這樣拆裝就相當(dāng)簡單了，兩個模塊之間共有四組這樣的連接方式，分布在蓋板的四周。</p><p>　　2.5.3電源驅(qū)動模塊與底盤運動模塊的連接圖</p><

74、;p>　　如圖2-6所示，1為電源及驅(qū)動模塊，2為減振機構(gòu)，3為連接架，4位履帶當(dāng)板。這兩個模塊連接較其它模塊有所不同，電源及驅(qū)動模塊與運動底盤連接，它的穩(wěn)定性直接影響機器人的工作效率，為了減小底盤移動產(chǎn)生的震動，在與電源及驅(qū)動模塊的連接中，加進(jìn)一個減震機構(gòu)，如圖所示，這個結(jié)構(gòu)剛性比較好，可以消除一些由于路面不平產(chǎn)生的震動。連接架的下端用四顆M5螺栓進(jìn)行固定。機器人共有四組這樣的減振機構(gòu)，左右各兩組。</p><

75、;p>　　圖2-6電源驅(qū)動模塊與底盤運動模塊的連接</p><p>　　第三章 傳感器系統(tǒng)的設(shè)計</p><p>　　首先，機器人的傳感器就像人體上的感覺器官，是一種檢測裝置，它可以探測到周圍的環(huán)境，然后經(jīng)過綜合性的測量、計算，對他的行為進(jìn)行選擇判斷。</p><p>　　3.1傳感器的作用及其分類</p><p>　　檢測裝置的作用

76、是實時檢測機器人的運動及工作情況，根據(jù)需要反饋給控制系統(tǒng)，與設(shè)定信息進(jìn)行比較后，對執(zhí)行機構(gòu)進(jìn)行調(diào)整，以保證機器人的動作符合預(yù)定的要求。</p><p>　　作為檢測裝置的傳感器大致可以分為兩類：一類是內(nèi)部信息傳感器，用于檢測機器人各部分的內(nèi)部狀況，如各關(guān)節(jié)的位置、速度、加速度等，并將所測得的信息作為反饋信號送至控制器，形成閉環(huán)控制。另一類是外部信息傳感器，用于獲取有關(guān)機器人的作業(yè)對象及外界環(huán)境等方面的信息，以使機

77、器人的動作能適應(yīng)外界情況的變化，使之達(dá)到更高層次的自動化，甚至使機器人具有某種“感覺”，向智能化發(fā)展，例如視覺、聲覺等外部傳感器給出工作對象、工作環(huán)境的有關(guān)信息，利用這些信息構(gòu)成一個大的反饋回路，從而將大大提高機器人的工作精度。</p><p><b>　　3.2視覺傳感器</b></p><p>　　因為在設(shè)計過程中，為了保護(hù)好攝像設(shè)備的連接線以及防止設(shè)備被環(huán)境腐蝕

78、等，已經(jīng)設(shè)計了用舵機控制自由度的攝像云臺，安裝攝像頭的部位可以在控制下朝向任何的方向，所以只需一個USB攝像頭即可。</p><p>　　如圖3-3所示；具體視覺參數(shù)如表3-1</p><p><b>　　圖3-1</b></p><p>　　表3-1 視覺具體參數(shù)如下：</p><p>　　為了使機器人更好地執(zhí)行任務(wù)，

79、配置了24路超聲波傳感器和PSD紅外傳感器。兩種測距傳感器可以互補，例如有些不反射紅外的物體（像黑色塑料等）卻能很好地反射超聲波，反之，很多超聲波傳感器無法檢測到的物體（像纖細(xì)的織物）很容易被紅外測距傳感器檢測到。</p><p><b>　　3.3超聲波傳感器</b></p><p>　　超聲波傳感器安裝如圖3-2</p><p>　　圖3-

80、2 超聲波傳感器安裝圖</p><p>　　超聲波傳感器就是被兩個螺釘固定在了箱體上，共配置了24路超聲波傳感器安裝到了傳感器的箱體周圍的壁上。</p><p>　　超聲波傳感器的測距工作原理：超聲波傳感器激發(fā)出一束很窄的超聲波在空氣中傳播，當(dāng)遇到障礙物時，超聲波返回。根據(jù)超聲波的傳遞時間就能準(zhǔn)確地計算出障礙物的相對距離。</p><p><b>　　原理

81、如圖3-4</b></p><p>　　圖3-4 超聲波檢測距板原理圖</p><p>　　本設(shè)計采用的使集成的超聲測距傳感器，使用簡單。首先將超聲波傳感器的INIT信號拉到高電平，此時超聲波傳感器換能器的將激發(fā)超聲波。INIT信號高電平的時間與需要測量的最長距離有關(guān)。當(dāng)超聲波遇到障礙物時，超聲波將返回，超聲波傳感器檢測到回波信號后，將ECHO置為高電平。當(dāng)INIT信號為低電平

82、時，ECHO同時也變?yōu)榈碗娖?。因此可以計算障礙物的距離：</p><p>　　障礙物的距離S=（INIT高電平時間T1---ECHO高電平的時間）*聲速/2。超聲波傳感器工作的時序如圖4-4所示</p><p>　　圖4-4 超聲波傳感器工作時序圖</p><p>　　3.4紅外傳感器的配置</p><p>　　除了超聲波傳感器，還為探測機器

83、人配置了24路紅外傳感器參數(shù)的型號為E18-B0，規(guī)格數(shù)據(jù)為：</p><p>　　VCC: 6V----36V(典型12V)</p><p>　　工作電流: 小于300mA</p><p>　　輸出形式: NPN三極管OC輸出</p><p>　　封裝形勢: 工程材料</p><p>　　安裝方式: 直徑17mm殼體

84、螺紋，帶鎖緊螺母</p><p>　　光電開關(guān)輸出是開關(guān)量，只能判斷在測量距離內(nèi)有無障礙物，不成給出障礙物的實際距離，而且其開關(guān)的臨界距離要受外界光環(huán)境的影響。因此僅作為超聲波傳感器的補充，以測量超聲波傳感器的補充，以測量超聲波傳感器的盲區(qū)內(nèi)有無障礙物。另外，該傳感器有一個靈敏度調(diào)節(jié)旋鈕，可以調(diào)節(jié)傳感器觸發(fā)的距離。隨供電電壓不同，最遠(yuǎn)探測距離在5-60cm可調(diào)。雖然紅外傳感器的功能有限，但恰恰與超聲波的功能互補，

85、所以為了使探測機器人更好的執(zhí)行任務(wù)，紅外傳感器是必不可少的。</p><p>　　第四章 能源驅(qū)動的設(shè)計選擇</p><p>　　機器人運行條件不同消耗的電能如表4-1</p><p>　　表4-1 機器人消耗電能量</p><p>　　從表中可以看出，機器人的功耗控制的較低，并且散熱系統(tǒng)的設(shè)計有效的利用了金屬殼作為散熱器。在正常工作環(huán)境下

86、，機器人長時間工作也不會過熱，所以可以放心使用。</p><p><b>　　4.1能源的供給</b></p><p>　　本機器人的能源裝置配置了兩單元鉛酸蓄電池，其參數(shù)如下：</p><p>　　容量： 24V17Ah(2單元12V串聯(lián)，單元容量12V17Ah),408Wh</p><p>　　重量：

87、 11kg </p><p>　　放電能力： 10-20,170-340A連續(xù)電路</p><p>　　能量密度： 39Wh/kg</p><p>　　循環(huán)壽命： 〉500次</p><p>　　工作時間： 4---6小時</p><p><b>　　4.2電機的選用

88、</b></p><p><b>　　驅(qū)動裝置的選擇</b></p><p>　　按照能源的不同 ，可分為液動，氣動，電動三大類。電驅(qū)動器由于電能易于獲取，容易傳輸，沒有污垢，易于維修等優(yōu)點而被廣泛采用。在機器人使用的電驅(qū)動器中，步進(jìn)電機與數(shù)字電子計算機的結(jié)合上，表現(xiàn)出很好的發(fā)展前景。</p><p>　　根據(jù)第二章計算結(jié)果和機器人

89、性能要求，配置了樂日本三洋公司生產(chǎn)的Super_L直流電機，外觀如圖4-2所示：</p><p>　　圖4-2 Super L三洋直流電機</p><p><b>　　電機參數(shù)如下：</b></p><p>　　額定電壓 24V </p><p>　　額定功率 60W</p>&

90、lt;p>　　額定轉(zhuǎn)速 3000n/min</p><p>　　減速比 1:5</p><p>　　編碼盤線數(shù) 512-1024</p><p>　　4.3電機驅(qū)動的選擇</p><p>　　直流電機將軸的旋轉(zhuǎn)運動輸入到齒輪箱，然后齒輪箱的輸出軸控制輪子轉(zhuǎn)動，從而驅(qū)動整個機器人運動。直流電機上的

91、電壓大小影響它的轉(zhuǎn)速和扭矩。</p><p>　　探測機器人的調(diào)速是通過直流運動控制器來實現(xiàn)的，此探測機器人配置了瑞士FAULHABER公司的MCDC2805，如圖4-3所示：</p><p>　　圖4-3MCDC2805驅(qū)動器</p><p>　　MCDC2805運動控制器是專為直流電機而量身定做的，配合性能優(yōu)異的SANYOSuperL電機及集成編碼器，即使在轉(zhuǎn)速

92、非常低的情況下，也能到達(dá)0.18度的定位控制精度。</p><p>　　MCDC 2805 運動控制器由功能強大的16位處理器和性能卓越的數(shù)字濾波器組成智能化的MCDC 2805 能實現(xiàn)以下功能：</p><p>　　1．速度控制：在絕大多數(shù)應(yīng)用中，均能達(dá)到優(yōu)異的速度同步性能，同時轉(zhuǎn)矩波動最小內(nèi)置PI調(diào)節(jié)器能準(zhǔn)確到達(dá)指定位置。</p><p>　　2．速度模式可以方

93、便實現(xiàn)諧波，三角形，梯形及更復(fù)雜的復(fù)合運動速度圖運行模式。</p><p>　　3．位置控制：采用限位開關(guān)，參考令位及高分辨率的編碼器，可以實現(xiàn)高精度定位控制。</p><p>　　4．附加控制模式：可以通過步進(jìn)控制模式同步控制多個電機工作。</p><p>　　5．轉(zhuǎn)矩控制：通過調(diào)節(jié)電流實現(xiàn)轉(zhuǎn)矩控制</p><p>　　6．保存和運行程序：

94、可以完全脫離PC主機獨立運行，實現(xiàn)所有控制功能。</p><p><b>　　7．輸入輸出：</b></p><p>　　給定信號輸入：可以用模擬方式或數(shù)字方式輸入給定速度，此書如也可以作為參考信號用。根據(jù)不同的工作模式，又是需要頻率信號輸入。</p><p>　　故障輸出端（集成極開路輸出）：可以設(shè)置成旋轉(zhuǎn)方向輸入，數(shù)字輸入或參考輸入<

95、/p><p><b>　　口。</b></p><p>　　RS232串口：用于與PC主機通訊和控制程序運作。</p><p>　　MDCD2805接線口如表4-4</p><p>　　表4-4 MDCD2805的接線表如下：</p><p>　　第五章 探測機器人的硬件系統(tǒng)</p>&

96、lt;p>　　5.1 傳感器采集系統(tǒng)</p><p>　　5.1.1 傳感器主板如圖5-1</p><p>　　圖5-1 傳感器主板</p><p>　　圖中只顯示了一個超聲波傳感器，其他24路沿主板均勻排列，將收集到的信息存到采集卡里，并傳輸給計算機。</p><p>　　5.1.2 電源輸入以及簡單保護(hù)電路 ：</p>

97、<p>　　傳感器主板電源輸入如圖5-2：由兩針接口POWER輸入之后分成兩路，一路經(jīng)過可恢復(fù)保險管與TVS管（用于反接與過壓保護(hù)）為傳感器系統(tǒng)提供24V電源，另一路直接為PC提供電源。其中LED01與LED02分別是傳感器系統(tǒng)與PC系統(tǒng)電源指示電源電路。</p><p>　　圖5-2 傳感器主板電源輸入</p><p><b>　　5.2電源保護(hù)電路</b&g

98、t;</p><p>　　電源保護(hù)電路如圖5-3</p><p>　　為了便于用擴展，對各擴展卡的每一路電源以及信號都進(jìn)行可靠的保護(hù)如圖，即使用出現(xiàn)把短路，接反，信號混亂也不會導(dǎo)致整個系統(tǒng)崩潰。</p><p>　　圖5-3 電源保護(hù)電路</p><p>　　5.3紅外傳感器的接線</p><p>　　紅外傳感器輸入接

99、口如圖5-4</p><p>　　傳感器供電為5V,HY_OUT為輸入端。</p><p>　　圖5-4紅外傳感器輸入接口圖</p><p>　　5.4超聲波傳感器的接線</p><p>　　超聲波傳感器輸入接口如圖5-5</p><p>　　傳感器主板上24路超聲波傳感器接口，其定義如圖所是：</p>

100、<p>　　POWER,GND是12V供電接口</p><p>　　ECHO_OUT是超聲波傳感器回波信號輸出</p><p>　　INT_IN是超聲波傳感器使能輸入</p><p>　　圖5-5 超聲波傳感器接口圖</p><p><b>　　5.5羅盤處理</b></p><p>&

101、lt;b>　　基本工作原理：</b></p><p>　　在接收到PC查詢指令后讀取羅盤數(shù)據(jù)，并按標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議發(fā)送到PC.程序</p><p>　　圖5-6 羅盤數(shù)據(jù)基本流程圖</p><p>　　5.6 RS485-RS232轉(zhuǎn)換電路</p><p>　　基本工作原理： 通過MAX491將+12V~-17V的RS485差分電平

102、轉(zhuǎn)化為0-5V的CMOS電平，然后通過MAX232將CMOS電平轉(zhuǎn)化為PC的+12~-7的VRS232電平，實現(xiàn)PC與模塊設(shè)備的通信。如圖5-7所示</p><p>　　圖5-7 RS485-RS232轉(zhuǎn)換電路</p><p>　　第六章 探測機器人計算機硬件系統(tǒng)</p><p>　　在機器人的研究中，機器人的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)一直是人們關(guān)注的熱點。通用開放式機器人系統(tǒng)是今后

103、發(fā)展的趨勢。首先，開放機器人應(yīng)具備以下特征：</p><p>　　使用基于非專用局算機平臺的開發(fā)系統(tǒng)；</p><p>　　使用標(biāo)準(zhǔn)的操作系統(tǒng)和標(biāo)準(zhǔn)的控制語言；</p><p>　　硬件基于標(biāo)準(zhǔn)總線結(jié)構(gòu)，能夠與各種外圍設(shè)備和傳感器接口；</p><p>　　能與分布式系統(tǒng)中其他單元共享數(shù)據(jù)，并允許遠(yuǎn)程操作；</p><p&

104、gt;　　機器人系統(tǒng)的性能和功能可以根據(jù)使用需求很方便地增減。</p><p>　　本人設(shè)計的探測機器人符合上述條件，是開放式的機器人。本設(shè)計采用筆記本電腦架構(gòu)，集成Windows操作系統(tǒng)和VC開發(fā)環(huán)境?；诩軜?gòu)的機器人系統(tǒng)的優(yōu)點是：</p><p>　　通用的機器人系統(tǒng)，開放性好；</p><p>　　良好的通訊功能；PC很容易與其他設(shè)備實現(xiàn)通訊，因此很容易擴展其

105、他硬件設(shè)備；</p><p>　　具有成熟的標(biāo)準(zhǔn)總線結(jié)構(gòu)，能夠與各種外圍設(shè)備和傳感器接口；</p><p>　　系統(tǒng)的處理能力強，容易實現(xiàn)復(fù)雜的算法；</p><p>　　機器人系統(tǒng)的性能和功能可以根據(jù)實用需求很方便的增減。</p><p>　　基于操作系統(tǒng)和開發(fā)環(huán)境的機器人系統(tǒng)有點是：</p><p><b&g

106、t;　　友好的人機界面；</b></p><p><b>　　廣泛的用戶基礎(chǔ)；</b></p><p>　　完備的軟件開發(fā)環(huán)境；</p><p><b>　　豐富的軟件資源；</b></p><p>　　6.1無線電臺通訊系統(tǒng)</p><p>　　無線電臺通訊系統(tǒng)

107、通過USB與筆記本或PC上的接口連接。此特定的USB最好不要用隨意改變，否則需要重新安裝驅(qū)動。目前無線電臺通訊的波特率19200。</p><p><b>　　6.2電子羅盤</b></p><p>　　所選三軸電子羅盤的參數(shù)為：</p><p>　　主要用于自主機器人定位和導(dǎo)航，以及姿態(tài)測量；</p><p>　　三軸

108、電子羅盤可以進(jìn)行機器人自身的滾轉(zhuǎn)，俯仰姿態(tài)測量，峰—峰值（最大誤差）精度可高達(dá)1度，典型精度0.5度，分辨率0.度。</p><p>　　帶有電子常平架的羅盤即使傾斜達(dá)40度，也能給出精度的航向。</p><p>　　完善的羅盤自動標(biāo)定程序?qū)⑿拚脚_的磁影響。磁場計的寬度范圍（正負(fù)1G或100）允許工作在當(dāng)?shù)剌^大的磁場。</p><p>　　6．3電機調(diào)速系統(tǒng)控制原

109、理如圖6-1</p><p>　　圖6-1 電機調(diào)速系統(tǒng)控制原理</p><p>　　調(diào)速系統(tǒng)的硬件原理是以MCS51-8051單片機為控制核心，包括測速電路，PWM波形發(fā)生器和PWM功放電路。其電路圖在附件中。</p><p>　　主程序流程圖如圖6-2 </p><p>　　圖6-2主程序流程圖</p><p>　

110、　第七章　探測機器人軟件系統(tǒng)的開發(fā)</p><p>　　機器人的控制系統(tǒng)是指機器人的信息處理裝置，在本設(shè)計項目中，選擇數(shù)字電子計算機。這是一個依據(jù)事先和事后的信息而產(chǎn)生對機器人的控制命令的系統(tǒng)。信息主要來自人---機對話和感覺系統(tǒng)。機器人執(zhí)行任務(wù)前。在計算機重要貯存好一個運動模型，一個環(huán)境模型，一些與執(zhí)行任務(wù)有關(guān)的數(shù)據(jù)及一定數(shù)量的執(zhí)行任務(wù)的策略和算法，在執(zhí)行任務(wù)過程中，計算機接受來自傳感器的機器人目前狀態(tài)的信息和

111、涉及到目前包括工作對象在內(nèi)的環(huán)境狀況的信息。依據(jù)上述的所有數(shù)字模型，原始數(shù)據(jù)，感受的信息，利用控制策略和算法，以及過去執(zhí)行任務(wù)的經(jīng)驗等，計算機產(chǎn)生一個對機器人的控制命令。</p><p>　　7.1移動控制系統(tǒng)的設(shè)計</p><p>　　一個在實際工作中的機器人，他的運動由驅(qū)動器系統(tǒng)實現(xiàn)，任務(wù)的具體執(zhí)行有終端機具完成。在執(zhí)行任務(wù)的過程中，感覺系統(tǒng)將內(nèi)感受和外感受的信息反饋給控制系統(tǒng)，有控制

112、系統(tǒng)對整個機器人的活動作決策和付諸實施。系統(tǒng)的控制部分的工作方式要適合于執(zhí)行的任務(wù)。采用某一種工作方式，例如，人進(jìn)行的干預(yù)很少---自由方式；人的干預(yù)很多---手動方式；斷斷續(xù)續(xù)干預(yù)---監(jiān)督管理方式等，都要按任務(wù)的需求而定。</p><p>　　在控制機器人執(zhí)行任務(wù)過程中涉及三方面：</p><p>　　信息---機器人自身及環(huán)境的信息。他們來自感覺系統(tǒng)即感知的機器人自身狀態(tài)。</

113、p><p>　　決定---產(chǎn)生執(zhí)行任務(wù)的行動方式，任務(wù)的程序設(shè)計。</p><p>　　行動---控制信號的產(chǎn)生和實施。</p><p><b>　　如圖7-1所示</b></p><p>　　圖7-1 控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖</p><p>　　需要注意的是,傳感器能幫助機器人采集到周圍的環(huán)境情況，在機器人

114、采集到信息進(jìn)行處理后,不是所有行動都由他自己來決定,因為機器人畢竟不是人,在一些簡單的地形可以由它自行決定行為,但是在復(fù)雜的地形當(dāng)中,還得由人來控制,以免出現(xiàn)損壞,或不能較好的完成任務(wù)。所以，應(yīng)隨時觀察機器人執(zhí)行任務(wù)的情況，在出現(xiàn)機器人出現(xiàn)差錯時及時進(jìn)行更改，使其順利完成認(rèn)為。</p><p><b>　　7.2演示控制界面</b></p><p>　　本設(shè)計用c++

115、作操作控制界面，用單片機語言控制探測機器人的移動狀況。</p><p><b>　　顯示界面如圖</b></p><p><b>　　設(shè)置：</b></p><p>　　這個模塊分兩部分，一個是與機器人的通訊串口屬性設(shè)置；另一個是傳感器使能配置。探測機器人的控制軟件必須與硬件連接才能發(fā)揮作用，在這里可以設(shè)置連接的串口號以及