人工智能學(xué)科 論文

1、<p><b>　　引言</b></p><p>　　30年前，比爾·蓋茨毅然棄學(xué)，創(chuàng)立微軟，成為個人電腦普及革命的領(lǐng)軍人物；30年后的今天，他預(yù)言，機(jī)器人即將重復(fù)個人電腦崛起的道路。點(diǎn)燃機(jī)器人普及的“導(dǎo)火索”，這場革命必將與個人電腦一樣，徹底改變這個時代的生活方式。</p><p>　　機(jī)器人作為人類２０世紀(jì)最偉大的發(fā)明之一，在短短的幾十年內(nèi)發(fā)生

2、了日新月異的變化。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)和發(fā)展，不但使傳統(tǒng)的工業(yè)生產(chǎn)面貌發(fā)生根本性變化，而且將對人類社會產(chǎn)生深遠(yuǎn)的影響。隨著社會生產(chǎn)技術(shù)的飛速發(fā)展，機(jī)器人的應(yīng)用領(lǐng)域不斷擴(kuò)展。從自動化生產(chǎn)線到海洋資源的探索，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)器已經(jīng)走進(jìn)人們的生活與工作，機(jī)器人已經(jīng)在很多的領(lǐng)域代替著人類的勞動，發(fā)揮著越來越重要的作用，人們已經(jīng)越來越離不開機(jī)器人幫助。機(jī)器人工程是一門

3、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)、自動控制等為一體。目前對機(jī)器人的研究已經(jīng)呈現(xiàn)出專業(yè)化和系統(tǒng)化，一些信息學(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。</p><p>　　目前機(jī)器人行業(yè)的發(fā)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)助醫(yī)生進(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

4、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，還有不少參照人、狗、恐龍的樣子制造機(jī)器人玩具。舞蹈機(jī)器人（如圖1）具有人類外觀特征、可愛的外貌、又兼有技術(shù)含量，極受青少年的喜愛。我從前年開始機(jī)器人方面的研究，在這過程中嘗試過很多次的失敗，也感受到了無比的樂趣。</p><p><b>　　1 緒論</b></p><p>　　機(jī)器人技術(shù)作為20世紀(jì)人類最偉大的發(fā)

5、明之一，自20世紀(jì)60年代初問世以來，經(jīng)歷40余年的發(fā)展已取得長足的進(jìn)步。未來的機(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、復(fù)雜勞動的自動化機(jī)器，是集機(jī)械學(xué)、力學(xué)、電子學(xué)、生物學(xué)、控制論、計算機(jī)、人工智能和系統(tǒng)工程等多學(xué)科知識于一身的高新技術(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)燦爛的明天。</p><p>　　1.1國內(nèi)外機(jī)器人技術(shù)發(fā)展的現(xiàn)狀</p>&

6、lt;p>　　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)對機(jī)器人系統(tǒng)開發(fā)投入了大量的人力財力。在美國和加拿大，各主要大學(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—梅隆機(jī)器人研究所側(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)“MOVE AND PLAY”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。</p>&

7、lt;p>　　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)迅速發(fā)展起來，經(jīng)過短短的十幾年。到80年代中期，已一躍而為“機(jī)器人王國”。其機(jī)器人的產(chǎn)量和安裝的臺數(shù)在國際上躍居首位。按照日本產(chǎn)業(yè)機(jī)器人工業(yè)會常務(wù)理事米本完二的說法：“日本機(jī)器人的發(fā)展經(jīng)過了60年代的搖籃期。70年代的實(shí)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”。開始在各個領(lǐng)域內(nèi)廣泛推廣使用機(jī)器人。</p>&

8、lt;p>　　中國機(jī)器人的發(fā)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)研究發(fā)展計劃(863計劃)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，經(jīng)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)

9、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)的騰飛奠定了基礎(chǔ)。</p><p>　　1.2 機(jī)器人技術(shù)的市場應(yīng)用</p><p>　　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，全球個人機(jī)器人約有200萬臺，到2008年，還將有700萬臺機(jī)器人投入

10、運(yùn)行。按照韓國信息通信部的計劃，到2013年，韓國每個家庭都能擁有一臺機(jī)器人；而日本機(jī)器人協(xié)會預(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這個新興行業(yè)進(jìn)入臨界狀態(tài)。不過看起來，機(jī)器人很可能在護(hù)理和陪伴老年人的工作上大展宏圖，或許還可以幫助殘疾人四處走走，并增強(qiáng)士兵、建筑工人和醫(yī)護(hù)人員的體力與耐力。</p&

11、gt;<p>　　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臺左右，其中國產(chǎn)占20％，其余都是從日本、美國、瑞典等40多個國家引進(jìn)的。2000年已生產(chǎn)各種類型工業(yè)機(jī)器人和系統(tǒng)300臺套，機(jī)器人銷售額6.74億元，機(jī)器人產(chǎn)業(yè)對國民經(jīng)濟(jì)的年收益額為47億元，我國對工業(yè)機(jī)器人的需求量和品種將逐年大幅度增加。</p><p>　　1.3 機(jī)器人技術(shù)的前景展望</p>

12、<p>　　機(jī)器人是人類的得力助手，能友好相處的可靠朋友，將來我們會看到人和機(jī)器人會存在一個空間里邊，成為一個互相的助手和朋友。機(jī)器人會不會產(chǎn)生飯碗的問題。我們相信不會出現(xiàn)“機(jī)器人上崗，工人下崗”的局面，因?yàn)槿藗冸S著社會的發(fā)展，實(shí)際上把人們從繁重的體力和危險的環(huán)境中解放出來，使人們有更好的崗位去工作，去創(chuàng)造更好的精神財富和文化財富，機(jī)器人來做這些危險環(huán)境的工作，展望21世紀(jì)機(jī)器人將是一個與20世紀(jì)計算機(jī)的普及一樣，會深入地應(yīng)用

13、到各個領(lǐng)域，所以很多專家預(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)的發(fā)展一個重要時期，也是智能機(jī)器人發(fā)展的一個關(guān)鍵時期，目前國際上很多國家，也對機(jī)器人對人類社會的影響的估計提出了新的認(rèn)識，同時，我們也可以看到機(jī)器人技術(shù)，涉及到多個學(xué)科，機(jī)械、電工、自動控制、計算機(jī)測量、人工智能、傳感技術(shù)等等，它是一個國家高技術(shù)實(shí)力的一個重要標(biāo)準(zhǔn)。</p><p>　　語音識別處理是語音功能的一個重要方面，目前計算機(jī)語

14、音識別處理過程基本上一致，是一種基于統(tǒng)計模式識別的理論。我國的語音識別研究起步于五十年代，近年來發(fā)展很快，其研究水平基本與國外同步，在漢語語音識別技術(shù)上還有自己的特點(diǎn)和優(yōu)勢?？梢灶A(yù)計，語音技術(shù)的發(fā)展前景無限。</p><p>　　2 舞蹈機(jī)器人設(shè)計的內(nèi)容和要求</p><p>　　2.1 舞蹈機(jī)器人設(shè)計的內(nèi)容</p><p>　　隨著現(xiàn)代科技的發(fā)展，機(jī)器人技術(shù)已廣

15、泛應(yīng)用于人類社會生活的各個領(lǐng)域，特別是舞蹈機(jī)器人具有人類外觀特征、可愛的外貌、又兼有技術(shù)含量，極受青少年的喜愛。本課題要求設(shè)計一具有簡單人體功能的、模擬舞蹈動作的類人型機(jī)器人，完成簡單人體舞蹈的基本動作：可以前進(jìn)后退，左右側(cè)行，左右轉(zhuǎn)彎和前后擺動手臂，行走頻率為每秒兩步，舉手投足、轉(zhuǎn)圈、頭部動作靈活、并具備的語音功能。通過語音識別技術(shù)，可以對小機(jī)器人進(jìn)行語音控制，通過發(fā)出語音命令，控制機(jī)器人的。機(jī)器人包括底座、頭部、上身、下肢、以及電路

16、控制板，分別控制手臂、頭部和底盤運(yùn)動的電機(jī)及傳動機(jī)構(gòu)等。通過電路控制和機(jī)械傳動，可使機(jī)器人動作。知識范圍涉及機(jī)構(gòu)學(xué)、力學(xué)、電子學(xué)、自動控制、計算機(jī)、人工智能等。</p><p><b>　　具體任務(wù)：</b></p><p>　　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；</p><p>　　2、學(xué)習(xí)掌握機(jī)構(gòu)

17、創(chuàng)新設(shè)計的基本知識和設(shè)計方法，了解控制對象舞蹈機(jī)器人的工作原理、動作過程，進(jìn)行簡單舞蹈動作及相應(yīng)機(jī)構(gòu)設(shè)計；</p><p>　　3、根據(jù)機(jī)器人構(gòu)成、工作原理、主要特點(diǎn)和技術(shù)指標(biāo)，分析比較，加以論證，確定舞蹈機(jī)器人運(yùn)動控制最終方案，完成硬件電路設(shè)計，單片機(jī)控制程序設(shè)計；</p><p>　　4、制作舞蹈機(jī)器人模型，完成各種運(yùn)動、動作模擬，調(diào)試成功。</p><p>　

18、　5、規(guī)定的翻譯、論文工作。</p><p>　　2.2 舞蹈機(jī)器人設(shè)計的數(shù)據(jù)和要求</p><p>　　1、機(jī)器人身高80～120㎝，表演時機(jī)器人隨音樂翩翩起舞，動作協(xié)調(diào)、靈活；</p><p>　　2、表演各種舞蹈的基本動作，具體動作可自行設(shè)計。涵蓋行進(jìn)、轉(zhuǎn)圈、舉手投足、頭部等動作；</p><p>　　3、整套動作持續(xù)4分鐘左右；<

19、;/p><p>　　4、機(jī)器人結(jié)構(gòu)緊湊、體積小，重量輕；</p><p>　　5、靈活的多功能機(jī)器手臂：活動空間大，可360度旋轉(zhuǎn)。</p><p>　　6、采用電機(jī)驅(qū)動，運(yùn)動準(zhǔn)確可靠。</p><p>　　3 方案設(shè)計及方案論證</p><p>　　3.1 設(shè)計制作與調(diào)試流程</p><p>　

20、　設(shè)計就是根據(jù)題目的要求而對硬件和軟件進(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。</p><p>　　硬件設(shè)計是通過對設(shè)計要求的分析，對各種元器件的了解，而得出分立元件與集成塊的某些連接方法，以達(dá)到設(shè)計的功能要求。并且把這些元器件焊接在一塊電路板上。它包括對各種元器件的功能和接法的了解，以及對各種元器件的選擇和設(shè)計方案的選擇。軟件設(shè)計是分析設(shè)計的硬件用程序?qū)崿F(xiàn)其功能，并且調(diào)試優(yōu)化產(chǎn)品功能。</p

21、><p>　　機(jī)器人的設(shè)計首先需作總體方案設(shè)計，包括機(jī)械和電氣兩部分。根據(jù)機(jī)械基礎(chǔ)知識，從整體上來講，機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計必須與機(jī)器人所要完成的功能相適應(yīng)。機(jī)械部分設(shè)計主要包括底盤設(shè)計、尺寸選擇、驅(qū)動方式設(shè)計、電機(jī)選擇等；電氣是機(jī)器人最重要的部分，直接影響著機(jī)器人功能的實(shí)現(xiàn)于否。舞蹈機(jī)器人要求完全自動控制，必須采用單片機(jī)為控制核心，它類似于機(jī)器人的大腦，接收和處理所有外界信息，指揮并控制機(jī)器人的所有動作。語音識別等功能是制作

22、機(jī)器人硬件的難點(diǎn)，它要求機(jī)器人具有一定的感覺系統(tǒng)。目前，機(jī)器人技術(shù)已日趨成熟，機(jī)器人感覺系統(tǒng)可通過各種各樣相應(yīng)的傳感器技術(shù)即可實(shí)現(xiàn)。傳感器把接收到的外部信息輸入到單片機(jī)，再通過軟件進(jìn)行控制，從而單片機(jī)發(fā)出命令指揮機(jī)器人動作。軟件編程可以豐富機(jī)器人的功能，使機(jī)器人動作更加完善。</p><p>　　3.2 方案的比較論證及方案確定</p><p>　　根據(jù)以上的制作流程圖，我們把設(shè)計分為兩

23、大部分—機(jī)械部分和電氣部分進(jìn)行論證，對多種方案進(jìn)行比較論證后，選出一個最佳的方案，最后再進(jìn)行軟件部分的設(shè)計。</p><p>　　3.2.1 機(jī)械部分</p><p>　　機(jī)械部分包括：底盤機(jī)構(gòu)的設(shè)計、彎腰機(jī)構(gòu)的設(shè)計、轉(zhuǎn)身機(jī)構(gòu)的設(shè)計、手臂機(jī)構(gòu)的設(shè)計、轉(zhuǎn)頭機(jī)構(gòu)的設(shè)計、及材料與型材選擇。</p><p>　　3.2.1.1底盤機(jī)構(gòu)的設(shè)計</p><

24、p><b>　?。?）行走式</b></p><p>　　行走式，能夠在平地上、凹凸不平的地上步行，能上下臺階，其粗糙路面性能較好，好的關(guān)節(jié)，穩(wěn)定好的牽引力。它的缺點(diǎn)是不能原地轉(zhuǎn)動，速度慢，控制復(fù)雜，移動困難，操縱性差，機(jī)械復(fù)雜，電機(jī)性能要求嚴(yán)格，價格昂貴。</p><p><b>　?。?）移動方式</b></p><

25、p>　　履帶式移動方式的特點(diǎn)是運(yùn)動平穩(wěn)，適合爬坡度比較大的地方，這是輪式所做不的。但缺點(diǎn)是加工制作比較麻煩，履帶一般是需要到市場上購買的，且摩擦力很大、能量損耗大</p><p>　?。?）前輪偏轉(zhuǎn)后輪驅(qū)動移動式</p><p>　　可以實(shí)現(xiàn)車體任意的定位和定向，可以做到零回轉(zhuǎn)半徑。特別是能通過將輪向正交速度方向?qū)崿F(xiàn)急停。車底盤、四輪、驅(qū)傳動裝置、舵機(jī)和控制盒的行走信道共同組成行走系

26、統(tǒng)。但由于前后啟動慣性不一樣，導(dǎo)致機(jī)器人的不平衡，特別是重心高的機(jī)器人。</p><p><b>　?。?）輪式差速驅(qū)</b></p><p>　　采用兩個驅(qū)動輪，兩個萬向輪，萬向輪用于平衡。機(jī)構(gòu)簡單，容易制造及裝配；能在原地旋轉(zhuǎn)以獲得不同的方向。因此它是比較適合的一種底盤機(jī)構(gòu)。</p><p>　　3.2.1.2彎腰機(jī)構(gòu)的設(shè)計</p&g

27、t;<p>　　腰部的設(shè)計思路是，作為人形機(jī)器人的腰部，主要做要是承接了上部的重量，設(shè)計的時候腰部能做到水平的轉(zhuǎn)動最好，如果不能將會極大地影響整個機(jī)器人的平衡；所以盡量減少可變的環(huán)節(jié)，故在腰部轉(zhuǎn)動的設(shè)計中不采用電機(jī)再經(jīng)傳動其他機(jī)構(gòu)最后帶動腰部的轉(zhuǎn)動方式，而是直接使用電機(jī)實(shí)現(xiàn)彎腰。</p><p><b>　　(1)齒輪機(jī)構(gòu)</b></p><p>　　齒

28、輪機(jī)構(gòu)的優(yōu)點(diǎn)是平穩(wěn)，自鎖性好，精度高。但加工比較困難，且不利于固定，造價也很高。</p><p><b>　?。?）連桿機(jī)構(gòu)</b></p><p>　　結(jié)構(gòu)簡單，容易實(shí)現(xiàn)，更重要的是它的運(yùn)動規(guī)律正好符合人體運(yùn)動的原理。我們的舞蹈機(jī)器人就是采用這樣的機(jī)構(gòu)來實(shí)現(xiàn)彎腰的。</p><p><b>　　(3)連桿機(jī)構(gòu)</b>&l

29、t;/p><p>　　具體實(shí)現(xiàn)方式如下：先通過一根軸穿過鞠躬機(jī)構(gòu)與機(jī)器人上半身的兩只手臂固定，然后電機(jī)通過一個搖桿連接到彎腰機(jī)構(gòu)的一個長方形槽中，在電機(jī)轉(zhuǎn)動的過程中，帶動鞠躬機(jī)構(gòu)做以與手臂固定軸為中心的前后彎腰鞠躬動作，所需的零件包括一根軸，一個帶有與軸相同大小的孔和在孔同一側(cè)的開有長方形槽的鋁條。并且考慮在這個機(jī)構(gòu)上，能夠與手臂機(jī)構(gòu)相固定。</p><p>　　鞠躬機(jī)構(gòu)的裝配順序如下：<

30、;/p><p>　　取適當(dāng)長度的鋁條打軸孔和磨長方形槽，在上身支架兩端打相同的孔，軸穿過該鋁條后穿過兩個支架并固定好</p><p>　　加工可固定于電機(jī)軸上的搖桿，一端可固定住電機(jī)，另一端固定搖桿的軸并與加工好的鋁條的長方形槽相結(jié)合</p><p>　　將電機(jī)固定在上身左邊支架的一側(cè)</p><p>　　為了防止彎腰機(jī)構(gòu)前傾，用兩根橡膠帶做一定

31、的固定，以使電機(jī)拉住機(jī)構(gòu)向下彎腰時更加穩(wěn)定</p><p>　　在彎腰機(jī)構(gòu)中，如果將機(jī)構(gòu)的位置和方向調(diào)換過來，動作就可變?yōu)榧绲淖笥覔u擺，因?yàn)樵O(shè)計水平有限，沒有將兩種動作結(jié)合在一起的機(jī)構(gòu)設(shè)計出來。</p><p>　　3.2.1.3轉(zhuǎn)身機(jī)構(gòu)的設(shè)計</p><p>　　(1)連桿原理實(shí)現(xiàn)的轉(zhuǎn)身機(jī)構(gòu)</p><p>　　轉(zhuǎn)身機(jī)構(gòu)的設(shè)計原理和彎腰機(jī)構(gòu)

32、的設(shè)計原理差不多，在此就不做多的比較論證了。我們還是采用連桿機(jī)構(gòu)，但具體的設(shè)計又和前面稍微不同。</p><p>　　(2)電機(jī)做轉(zhuǎn)軸的轉(zhuǎn)身機(jī)構(gòu)</p><p>　　機(jī)器人的腰部機(jī)構(gòu)用于實(shí)現(xiàn)機(jī)器人左右轉(zhuǎn)身的動作，主要部件包括一個滾動軸承、一個自行加工的可固定滾動軸承內(nèi)部圓的零件，以及必備的其它固定零件。</p><p>　　滾動軸承的特點(diǎn)在于當(dāng)內(nèi)圓固定時，外圓可以轉(zhuǎn)

33、動，反之亦然。機(jī)器人的腰部機(jī)構(gòu)正是從這個特點(diǎn)出發(fā)制作的，要實(shí)現(xiàn)機(jī)器人腰部左右轉(zhuǎn)動，就讓滾動軸承內(nèi)部圓與可固定電機(jī)軸的傳動零件固定，同時該零件與機(jī)器人下身機(jī)構(gòu)固定，滾動軸承與機(jī)器人上身機(jī)構(gòu)固定，再將電機(jī)與傳動零件固定后又與上身機(jī)構(gòu)固定，這樣，在電機(jī)轉(zhuǎn)動的過程中，利用軸承的作用，機(jī)器人下身機(jī)構(gòu)不動時，由于上身機(jī)構(gòu)與軸承外圓固定，電機(jī)旋轉(zhuǎn)帶動了軸承外圓的旋轉(zhuǎn)，于是，機(jī)器人上身就繞著軸承中心作轉(zhuǎn)身運(yùn)動。</p><p>

34、　　這種機(jī)構(gòu)的缺點(diǎn)是電機(jī)軸受力較大，電機(jī)容易損壞，同時要求電機(jī)有足夠的轉(zhuǎn)矩。</p><p>　　3.2.1.4手臂和頭部機(jī)構(gòu)</p><p>　　手臂機(jī)構(gòu)的是機(jī)器人整體比較重要的環(huán)節(jié)，手臂自由度較多，機(jī)器人的很多動作都通過手臂體現(xiàn)出來。由于頭部機(jī)構(gòu)比較簡單，在此和手部一起畫出來，因?yàn)樵O(shè)計要求沒有點(diǎn)頭動作，我們只要一個電機(jī)來達(dá)到頭部動作就可以了。</p><p>　

35、　手臂機(jī)構(gòu)就是機(jī)器人的兩只手臂，在本次設(shè)計中將機(jī)器人的手部的兩個電機(jī)與帶動機(jī)器人頭部轉(zhuǎn)動的電機(jī)固定在了同一個機(jī)構(gòu)上，同時，將該手臂與前后彎腰的機(jī)構(gòu)相固定，構(gòu)成機(jī)器人的上半身機(jī)構(gòu)的一部分，然后該整體又與機(jī)器人的左右支架和腰部機(jī)構(gòu)相結(jié)合，一起構(gòu)成機(jī)器人的上半身機(jī)構(gòu)。</p><p>　　參看做的很好的機(jī)器人的例子，機(jī)器人的手臂是機(jī)器人復(fù)雜程度的重要標(biāo)志之一。手臂所具有的自由度越多，動作時活動的空間就越大，所做的動作就

36、越精細(xì)，完成的任務(wù)就越復(fù)雜</p><p>　　本次設(shè)計機(jī)器人的手臂由一根橫桿構(gòu)成，左右兩端分別固定左右手的兩個電機(jī)，可做前后360度的旋轉(zhuǎn)，中間固定機(jī)器人的頭部電機(jī)，可帶動頭部做360度的旋轉(zhuǎn)，其中手臂的機(jī)構(gòu)還可以繼續(xù)擴(kuò)展，在肩部上和臂末端可再擴(kuò)展兩個電機(jī)，實(shí)現(xiàn)三個自由度的動作。</p><p>　　同時，為了防止手臂旋轉(zhuǎn)過度使動作錯亂，同左右轉(zhuǎn)腰的機(jī)構(gòu)一樣，可在機(jī)器人手臂轉(zhuǎn)動限定角度內(nèi)

37、裝上限位開關(guān)，以達(dá)到動作的一致性。</p><p><b>　　裝配順序：</b></p><p>　　選擇合適鋼性材料鉆好孔后將左右手兩個電機(jī)和頭部電機(jī)固定住</p><p>　　將上述做好的機(jī)構(gòu)通過一塊鋼片鉆孔后用螺釘固定在前后彎腰的機(jī)構(gòu)上</p><p>　　將兩個傳動桿固定到左右兩個手臂電機(jī)上，在傳動桿的另一端固

38、定直徑大小適合的兩根鋼軸作為機(jī)器人的手臂用</p><p>　　將一個傳動桿固定在機(jī)器人的頭部電機(jī)的軸上，作為機(jī)器人可360度轉(zhuǎn)動的脖子</p><p>　　3.2.1.5 材料與型材選擇</p><p>　　機(jī)器人制作前，必須選擇用于機(jī)器人本體的主要結(jié)構(gòu)材料。在進(jìn)行機(jī)器人制作時，特別要確定它自身的大小、輕重等，這就需要選擇合適的材料來滿足要求。對機(jī)器人本體材料選擇

39、，不僅僅有助于確定它的強(qiáng)度、重量、尺寸，而且確定了整體結(jié)構(gòu)的難度水平、可能需要的特殊工具以及達(dá)到可接受結(jié)果所需要的技術(shù)水平。因此在選擇材料時，一般是根據(jù)機(jī)器人以下原則進(jìn)行挑選：</p><p>　　零部件的形狀、大小有何要求</p><p>　　零部件需要多大的強(qiáng)度；</p><p>　　要選擇多大重量的零部件</p><p>　　下表列出機(jī)

40、器人結(jié)構(gòu)中使用的材料，比較它們的優(yōu)缺點(diǎn)。</p><p>　　表1 結(jié)構(gòu)材料優(yōu)缺點(diǎn)比較</p><p>　　根據(jù)以上分析：選擇機(jī)器人的本體材料，應(yīng)該從機(jī)器人的性能要求出發(fā)，滿足機(jī)器人的設(shè)計和制作要求，所以應(yīng)在充分掌握機(jī)器人特性和各組成部分的基礎(chǔ)上，從設(shè)計思想出發(fā)。機(jī)器人本體是被用來支承、連接、固定機(jī)器人的各部分，也包括機(jī)器人的運(yùn)動部分。伴舞機(jī)器人臂部是運(yùn)動的，其整體也是運(yùn)動的，所以，機(jī)

41、器人運(yùn)動部分的材料質(zhì)量要輕。伴舞機(jī)器人的結(jié)構(gòu)設(shè)計成左右對稱，高度適當(dāng)，上下半身比例協(xié)調(diào)，確保結(jié)構(gòu)緊湊。關(guān)節(jié)連接件的設(shè)計合適，既要保證機(jī)器人行動起來靈活自如，動作順滑平穩(wěn)，又要具有一定的承受負(fù)載能力。所以選用了密度較小的鋁制作，因?yàn)殇X易于加工，質(zhì)量又輕，不會增加機(jī)器人的承載負(fù)擔(dān)。</p><p>　　伴舞機(jī)器人是仿人機(jī)器人，材料截面對構(gòu)件質(zhì)量和剛度施加重要的影響，因此通過合理選擇構(gòu)件的截面可以較好地滿足機(jī)器人的使用

42、要求，如空心圓截面，空心矩形截面，工字截面等。</p><p>　　若空心矩形截面是邊長為a，壁厚為t的正方形，空心圓截面的外圓直徑也為a，壁厚也為t，且令t＝0.2a，通過計算可以得出，在相同壁厚的條件下，正方形空心截面比空心圓截面的慣性矩高69％～84％，而質(zhì)量僅增加27％。壁厚越薄，則效果越明顯。 若比較條件改為空心矩形截面和空心圓截面型材的截面相等，且D0＝a，設(shè)空心圓截面壁厚tD＝0.2a，可以計算出正

43、方形空心截面的壁厚為tF＝0.147a。此時，正方形空心截面比空心圓截面的剛度提高了40％～60％。因此無論從何角度來衡量，空心矩形截面都比空心圓截面的剛性優(yōu)越。從設(shè)計，裝配的角度來看，矩形截面也有一定方便之處。</p><p>　　綜上所述，機(jī)器人結(jié)構(gòu)設(shè)計為空心矩形截面，由鋁材加工而成。其基本框架是使用連接件和角撐支架來搭建的。而常見的機(jī)器人聯(lián)接結(jié)構(gòu)有扣接零件、膠接、膠帶、鉚接、焊接等，下面通過表格逐一比較各種

44、結(jié)構(gòu)技術(shù)的應(yīng)用，從而確定最后方案。</p><p>　　表 2 機(jī)器人常用聯(lián)接結(jié)構(gòu)</p><p>　　伴舞機(jī)器人負(fù)載小，自重輕，對壽命要求不高，因此除特別講究強(qiáng)度、剛度以及抗摩擦磨損性的機(jī)構(gòu)，機(jī)械連接上，應(yīng)使機(jī)器人具有較好的堅固性，在機(jī)器人做舞蹈動作或行進(jìn)過程中，各種接插件不能松動、脫落，滿足合適的控制方案，所以選擇鉚接方式。</p><p><b>

45、　　3.2.2電氣部分</b></p><p><b>　?。?）方案1</b></p><p>　　電機(jī)驅(qū)動電路采用繼電器構(gòu)成橋式換向電路，繼電器和主控制電路間用光電隔離器。考慮到電機(jī)的起動電流和制動時比較大，會造成電源電壓不穩(wěn)定容易對單片機(jī)和傳感器的工作產(chǎn)生干擾，所以，電機(jī)驅(qū)動電路和單片機(jī)以及傳感器電路用TLP521-4光耦隔離。提高電路的可靠性。同時

46、還可以采用相互獨(dú)立的電源供電。以確保單片機(jī)正常運(yùn)行，進(jìn)而以保證整個系統(tǒng)正常工作。</p><p>　　在機(jī)器人的控制系統(tǒng)中最主要的就是傳感器電路，傳感器是機(jī)器人感知外界事物的關(guān)鍵。機(jī)器人通過傳感器收集外界信息，通過電路把這種信息轉(zhuǎn)變成CPU能識別的數(shù)字信號，再通過軟件算法對所收集的信息進(jìn)行處理后，形成相應(yīng)的控制信號，通過端口去控制相關(guān)的電機(jī)動作。</p><p>　　傳感器采用多種傳感器相

47、互配合使用。使用光電編碼器判斷角位移和行程位移。主要用在機(jī)械手臂的轉(zhuǎn)動上，使機(jī)械手臂動作更準(zhǔn)確。行程開關(guān)用于位置的檢測，主要用在機(jī)器人，或機(jī)械手臂上。當(dāng)機(jī)器人行走，或機(jī)械手臂動作到達(dá)某種位置時給單片機(jī)一個電信號。讓單片機(jī)發(fā)出相宜的控制信號。</p><p>　　此方案還待解決的就是傳感器的抗干擾能力還不夠高，其中主要是紅外光電器件容易受外界光的干擾。光電編碼器提高可靠性主要取決于光電編碼器的加工精度，光源和接收管

48、。一般對于比賽機(jī)器人的精度要求不是很高，編碼器可以采用自制的就可以達(dá)到效果，而光電檢測（對射式光偶）器已經(jīng)可以從市場上很容易的購買到，所以要提高光電編碼器的抗干擾能力并不難辦到。機(jī)械開關(guān)的可靠性就更高了，他簡單實(shí)用。但是對機(jī)械開關(guān)安裝的位置一定要準(zhǔn)確，牢固。如果安裝不到位就無法觸碰就檢測不到電信號，又因?yàn)闄C(jī)器人經(jīng)常運(yùn)動如果安裝不牢固開關(guān)就容易松動。對于提高紅外傳感器的抗干擾能力可以從以下幾個角度去加強(qiáng)：</p><p

49、>　　方案二的電氣圖基本不變，只是把H橋換成了繼電器，把紅外信號輸入換成光碼盤。繼電器就有其自身的優(yōu)勝，他相當(dāng)于短接沒有壓降，能承受的電流也可以很大,可以把電機(jī)電樞短路，即相當(dāng)于剎車。</p><p>　　方案二的電氣方框圖中，機(jī)器人的傳感器系統(tǒng)由光電編碼器，微動開關(guān)，閉環(huán)電路，語音電路構(gòu)成?？梢姽馓筋^用于檢測白色引導(dǎo)線，光電編碼器，微動開關(guān)和方案一的功能類似。</p><p>　　

50、3.2.3電方案的比較與選擇</p><p>　　3.2.3.1電氣方案比較</p><p>　?。?）首先我們采用直流電機(jī)。電機(jī)的選取以方案（1）的普通直流電機(jī)為最佳選擇，其控制比較簡單，功率相對機(jī)器人比賽是夠的；而步進(jìn)電機(jī)功率不夠，伺服電機(jī)太貴了；在電機(jī)驅(qū)動電路的選擇上我認(rèn)為用繼電器構(gòu)成開關(guān)控制，因?yàn)閷﹄姍C(jī)的控制要求不一樣所以對不同的電機(jī)采用不同的控制方法。三極管構(gòu)成的驅(qū)動電路其優(yōu)點(diǎn)是

51、能夠進(jìn)行脈寬調(diào)速，缺點(diǎn)是三極管有壓降。用于行走的電機(jī)采用此種方法驅(qū)動的力度不夠大，對完成動作的電機(jī)可以采用由兩個繼電器實(shí)現(xiàn)其正反轉(zhuǎn)和啟動停止。</p><p>　　（2）傳感器選用以閉環(huán)傳感器為主，其他傳感器為輔，其中包括光碼盤，觸碰開關(guān)。</p><p>　?。?）單片機(jī)控制系統(tǒng)采用單機(jī)形式。其可靠性能更高。</p><p>　　綜上所述，電氣方案選擇最佳電氣方案

52、（2）</p><p>　　3.2.3.2機(jī)械方案比較</p><p>　　通過以上各個機(jī)械方案的提出并描述了各自的優(yōu)缺點(diǎn)，比較得出所要設(shè)計的機(jī)器人的結(jié)論為：</p><p>　?。?）移動方式以方案（1）的四輪移動為最佳選擇，其速度要比履帶式移動快，且其能量耗損相對較少；</p><p>　?。?）機(jī)械手的設(shè)計模型已和人的手臂很相似，不會有

53、很大的改動。</p><p>　?。?）轉(zhuǎn)身和彎腰機(jī)構(gòu)則是連桿機(jī)構(gòu)較為合理，其它機(jī)構(gòu)不是成本高，就是不易于實(shí)現(xiàn)，在此我們選用以設(shè)計好的連桿機(jī)構(gòu)。</p><p>　?。?）機(jī)器人的材料我們以鋁材為主，</p><p><b>　　4 硬件電路設(shè)計</b></p><p><b>　　4.1電機(jī)驅(qū)動電路<

54、/b></p><p>　　繼電器是本系統(tǒng)的執(zhí)行機(jī)構(gòu)，本系統(tǒng)選用D4810型固態(tài)繼電器，固態(tài)繼電器(SSR)與機(jī)電繼電器相比，是一種沒有機(jī)械運(yùn)動，不含運(yùn)動零件的繼電器，但它具有與機(jī)電繼電器本質(zhì)上相同的功能。SSR是一種全部由固態(tài)電子元件組成的無觸點(diǎn)開關(guān)元件，他利用電子元器件的點(diǎn)，磁和光特性來完成輸入與輸出的可靠隔離，利用大功率三極管，功率場效應(yīng)管，單項(xiàng)可控硅和雙向可控硅等器件的開關(guān)特性，來達(dá)到無觸點(diǎn)，無火花

55、地接通和斷開被控電路。 固態(tài)繼電器有三部分組成:輸入電路，隔離(耦合)和輸出電路。安輸入電壓的不同類別，輸入電路可分為直流輸入電路，交流輸入電路和交直流輸入電路三種。有些輸入控制電路還具有與TTL/CMOS兼容，正負(fù)邏輯控制和反相等功能。固態(tài)繼電器的輸入與輸出電路的隔離和耦合方式有光電耦合和變壓器耦合兩種。固態(tài)繼電器的輸出電路也可分為直流輸出電路，交流輸出電路和交直流輸出電路等形式。交流輸出時，通常使用兩個可控硅或一個雙向可控硅，直流輸

56、出時可使用雙極性器件或功率場效應(yīng)管。固態(tài)繼電器有壽命長、可靠性高、靈敏度高、控制功率小、電磁兼容性好、 快速轉(zhuǎn)換、電磁干擾小的優(yōu)點(diǎn)。D4810型繼電器輸入電流為5-40mA，電壓</p><p>　　在直流電機(jī)電樞上加上一定幅度的直流電壓，電機(jī)便開始旋轉(zhuǎn)；改變電壓方向，電機(jī)轉(zhuǎn)向也隨之改變。如果電機(jī)以恒速運(yùn)動，不調(diào)速可以采用一個簡單的電路來控制正/反向，電路原理如圖3.1所示。它采用兩個繼電器作為控制弱電到驅(qū)動電機(jī)

57、的強(qiáng)電之間的轉(zhuǎn)換器。正反轉(zhuǎn)控制開關(guān)RELAY1斷開，電源開關(guān)RELAY3閉合時，電機(jī)正轉(zhuǎn)；反之電機(jī)反轉(zhuǎn)。兩開關(guān)同時斷開，電機(jī)停轉(zhuǎn)。兩開關(guān)同時閉合是不允許的，從電路可看出，這會導(dǎo)致電源短路。</p><p>　　圖4.1 直流電機(jī)的簡單雙向控制及繼電器圖</p><p><b>　　電路原理圖如下：</b></p><p>　　圖4.2繼電器電路

58、圖</p><p><b>　　4.2光電編碼器</b></p><p>　　編碼器是一種員簡單的數(shù)字式位移電感器，它能夠把角位移或線位移經(jīng)過簡單的變換變成效字量。目前，編碼器精度、分辨力和可靠性都優(yōu)于相同尺寸的模擬式傳感器，但價格—般比較高。根據(jù)編碼器檢測原理和檢測對象的不同，可以把編碼器分為兩種類型。用于檢測線位移的編碼器稱為直線位移編碼器；用于檢測角位移的編碼器

59、稱為角度數(shù)字編碼器。 </p><p>　　角度數(shù)字編碼器由敏感元件和碼盤組成。碼盤是一種經(jīng)過精細(xì)加工的薄圓盤，它的材料根據(jù)與之配套的敏感元件不同而不同。角度數(shù)字編碼器有增量式碼器和絕對式編碼器兩種基本類型。絕對式編碼器能給出與每個角位置相對應(yīng)的數(shù)字量輸出，增量式編碼器則只輸出角度的變化增量光學(xué)編碼器。這種編碼器由光源、碼盤和光電敏感元件組成。圖3 .13表示了一種五位光學(xué)編碼器。光學(xué)編碼器的碼盤是在一個基體上形

60、成透明和不透明碼區(qū)，代表了二進(jìn)制碼0和1。編碼盤的性能好壞主要取決于碼盤的質(zhì)量。光學(xué)編碼器通常采用照相技術(shù)和光刻技術(shù)制作。把同心分布的多因二進(jìn)制碼復(fù)制在碼盤上。光源是光學(xué)編碼器中最容易發(fā)生故障的元件。</p><p>　　通常不但要求光源具有較高的可靠性，而且要求光源的光譜要相光電敏感元件相適應(yīng)。光源的工作溫度范圍要寬。光電敏感元件可以采用光電二極管、光電晶體管或硅光電池。為了提高輸出邏輯電壓，還需要加接各種電壓

61、放大器，而且每個軌道對應(yīng)的光電敏感元件要接一個電壓放大器。電壓放大器通常由集成電路高了減小聲的影響，在光路中要加入透鏡和談縫裝置。應(yīng)當(dāng)注意的是，狹縫不能大窄，要保證所有軌道的光電敏感元件的敏感區(qū)都處于狹縫內(nèi)。光學(xué)編碼器的基本構(gòu)成如圖3 .14所示。</p><p>　　絕對式光學(xué)編碼器通常采用的是格雷(Gray)碼。它是一種非標(biāo)準(zhǔn)的二進(jìn)制碼。Gray碼與標(biāo)準(zhǔn)二進(jìn)制碼的區(qū)別，在Gray碼中．相鄰兩個二進(jìn)制碼的變化只

62、能有一位。所以，在連續(xù)的兩個數(shù)碼中，若發(fā)現(xiàn)數(shù)碼的變化超過一位．就認(rèn)為是非法的讀數(shù)，從而具有一定的糾錯能力，可提高可靠性。光電編碼器可以檢測機(jī)器人各個關(guān)節(jié)的運(yùn)動狀態(tài)。若電機(jī)電流大，但編碼器無輸出，說明機(jī)器人撞到對方而無退讓，己方機(jī)器人就須要調(diào)整戰(zhàn)術(shù)。若電機(jī)欲前進(jìn)，編碼器反轉(zhuǎn)，說明機(jī)器人受對方推堵而退讓。最近內(nèi)藏整形電路直接以矩形波輸出的編碼器已問世，可以直接接入計算機(jī)。在我們的機(jī)器人中均采用自制的編碼器。在帶有明暗方格的碼盤兩側(cè)分別安置發(fā)

63、光元件和光敏元件，隨著碼盤旋轉(zhuǎn)，光敏元件接收的光通量與方格的間隔同步變化。光敏元件隨著輸出經(jīng)過整形的脈沖。根據(jù)脈沖計數(shù)，可以知道與碼盤固接的旋轉(zhuǎn)軸的角位移。</p><p>　　下圖是設(shè)計中用到的編碼器電路圖（圖3 .15）：</p><p>　　圖4.5編碼器電路圖</p><p><b>　　4.3開關(guān)</b></p><

64、;p>　　比賽機(jī)器人常用的開關(guān)用按鈕開關(guān)，數(shù)字開關(guān)和接觸開關(guān)幾種。按鈕開關(guān)在機(jī)器調(diào)試階段可以方便地提供人工輸入。數(shù)字開關(guān)一般用于向CPU的輸入選擇，如速度等級，行走模式，策略等。接觸開關(guān)則用于檢測是否觸碰，檢測的對象有場地的道具，環(huán)境界限等，一般微動開關(guān)即可。</p><p>　　4.4單片機(jī)控制系統(tǒng)</p><p>　　采用單機(jī)完成控制的系統(tǒng)，在系統(tǒng)中P1口作為光電傳感器的輸入端口

65、，P0.0——P0.3作為行走電機(jī)的控制端口。P2作為動作電機(jī)的控制端口。P3.4——P3.5作為光電編碼器的記數(shù)口。P3口的另外一些都用來接行程開關(guān)。另外留出串行通信的端口以備以后使用，如圖4.6所示。</p><p>　　圖4.6控制系統(tǒng)的的電路圖</p><p>　　當(dāng)P0口作為一般的I/O口用時我們要接上一個排阻作為上拉電阻。這是由單片機(jī)的內(nèi)部特性所決定的。</p>

66、<p>　　單片機(jī)及其外圍接口電路包括單片機(jī)、時鐘電路、復(fù)位電路、外部接口擴(kuò)展電路等。單片機(jī)采用ATMEL89S51系列單片機(jī)，它是十六位的高性能嵌入式控制器，具有40個可編程的I/O口，價格便宜，但功能強(qiáng)大且支持在線編程功能，使用十分方便。時鐘電路給單片機(jī)系統(tǒng)提供時間基準(zhǔn)設(shè)計時采用12MHz晶振。復(fù)位電路用于上電后使系統(tǒng)回復(fù)到初始狀態(tài)開始運(yùn)行。整個單片機(jī)控制系統(tǒng)框圖如下：</p><p>　　4.5

67、信號隔離模塊</p><p>　　在實(shí)際的電子電路系統(tǒng)中，不可避免地存在各種各樣的干擾信號，若電路的抗干擾</p><p>　　能力差將導(dǎo)致測量、控制準(zhǔn)確性的降低。因此在硬件上可以采用一些設(shè)計技術(shù)，破壞干</p><p>　　擾信號進(jìn)入測控系統(tǒng)的途徑，從而有效地提高系統(tǒng)的抗干擾能力。</p><p>　　常見的信號隔離方法有光電耦合和變壓器隔

68、離等，本系統(tǒng)設(shè)計采用光電耦合方式對電機(jī)控制信號進(jìn)行隔離，以消除模擬信號對數(shù)字信號的干擾。使用的光耦型號為TLP521 - 2 及TLP521 - 4。信號隔離最重要的一點(diǎn)就是將數(shù)字與模擬或強(qiáng)電與弱電部分在供電上要完全隔開，否則就不能達(dá)到真正意義上的隔離。為了更好的防止干擾，電路中使用了光電耦合器，一般由三部分組成：光的發(fā)射、光的接收及信號放大。輸入的電信號驅(qū)動發(fā)光二極管（LED），使之發(fā)出一定波長的光，被光探測器光敏三極管接收而產(chǎn)生光電

69、流，再經(jīng)過進(jìn)一步放大后輸出，這就完成了電—光—電的轉(zhuǎn)換。由于光耦合器的輸入端和輸出端之間通過光信號來傳輸，因而兩部分之間在電氣上完全隔離，沒有電信號的反饋和干擾，故性能穩(wěn)定，抗干擾能力強(qiáng)。發(fā)光管和光敏管之間的耦合電容小（2pf左右）耐壓高(2.5KV左右)，故共模抑制比很高。輸入和輸出間的電隔離度取決于兩部分供電電源間的絕緣電阻。此外，因其輸入電阻?。s10Ω），對高內(nèi)阻源的噪聲相當(dāng)于被短接。因此，由光耦合器構(gòu)成的模擬信號隔離電路具有優(yōu)

70、良的電氣性能。</p><p>　　4.6 鎖存器74HC595模塊</p><p>　　74HC595的工作原理，鎖存器一般是由D觸發(fā)器集成的，可以記住一個信號，直到下一個觸發(fā)信號到來為止。</p><p>　　74HC595具有一個8位串行輸入并行輸出的移位寄存器和一個8位輸出鎖存器。 ,QS).$t/ y  由于占用MCU的I/o口線少，硬件結(jié)構(gòu)簡單

71、，因此應(yīng)用廣泛。 d>AU<>%E  iQIZYMa（1）應(yīng)用原理 </p><p><b>　　|\1z</b></p><p>　　>    以點(diǎn)亮LED數(shù)碼管顯示“0”為例！ =7?wVT `8    1. 并口輸出： 共用P1八個口，輸出用一條指令MOV P1,#3FH即

72、可。 ((${Ea1    2. 串并輸出： 共用P1.0-P1.2三個口。但輸出必須先將3FH逐位移入 2$:  \w Htl （2）主要引腳 Nl?vF R-    14腳：串行數(shù)據(jù)輸入端接MCU-P1.0。 /s,Cr2nY34    11腳：移位時鐘接MCU-P1.2。 (5n0 ^ 1;    12腳：輸

73、出鎖存器的送入信號MCU-P1.1。 {rv)</p><p>　　圖4.10 74HC595的原理圖</p><p>　　（3）應(yīng)用三步曲 &r%F_J(u0  rv Ct6 ~   第一步：目的：將要準(zhǔn)備輸入的位數(shù)據(jù)移入74HC595數(shù)據(jù)輸入端上。 #uFg9EDEkM           

74、方法：送位數(shù)據(jù)到 P1.0。 /Ilh@Wa;S  ]W#L? A6J  第二步：目的：將位數(shù)據(jù)逐位移入74HC595，即數(shù)據(jù)串入 !x tsv83            方法：P1.2產(chǎn)生一上升沿，將P1.0上的數(shù)據(jù)移入74HC595中.從低到高。 }imA$D  96%2{SG)K  第三步：目的：并行輸出數(shù)據(jù)。即數(shù)據(jù)并出

75、 .kH4:,_z            方法：P1.1產(chǎn)生一上升沿，將由P1.0上已移入數(shù)據(jù)寄存器中的數(shù)據(jù) Byk 3`"&EW                  送入到輸出鎖存器。 @L>" mi?  vjw|%I 

76、 說明： 從上可分析：從P1.2產(chǎn)生一上升沿（移入數(shù)據(jù)）和P1.1產(chǎn)生一上升沿 &~\F8`^-,X            （輸出數(shù)據(jù)）是二個獨(dú)立過程，實(shí)際應(yīng)用時互不干擾。即可輸出數(shù)據(jù)的 k|CDqO            同時移入數(shù)</p><p>　?。?）級聯(lián)的應(yīng)用 [I

77、Om\>          74HC595主要應(yīng)用于點(diǎn)陣屏，以16*16點(diǎn)陣為例：傳送一行共二個字節(jié)（16位）， +"v-> ，，，，，如：發(fā)送的是06H和3FH。其方法是： %DfF^W{</p><p><b>　　4.7 語音部分</b></p><p>　　為了實(shí)現(xiàn)本次設(shè)計

78、的機(jī)器人最具特色的智能語音功能，經(jīng)仔細(xì)分析論證后最終采用為凌陽公司的專用語音處理16位單片機(jī)：SPCE061A，簡稱61單片機(jī)。61單片機(jī)能非常容易、快速地處理復(fù)雜的數(shù)字信號，其16位μ’nSP? CPU工作電壓為2.4-3.6V，I/O口輸出電壓為2.4-5.5V，CPU時鐘頻率在0.32MHz到49.152MHz間可調(diào)，具備14個中斷源、2個16位定時/計數(shù)器和串行接口設(shè)備，內(nèi)置了2K的SRAM和32K的FLASH，并具有2個10位

79、DAC(數(shù)-模轉(zhuǎn)換)輸出通道、7通道10位電壓模-數(shù)轉(zhuǎn)換器(ADC)和單通道聲音模-數(shù)轉(zhuǎn)換器，在聲音模-數(shù)轉(zhuǎn)換器輸入通道還內(nèi)置麥克風(fēng)放大器和自動增益控制(AGC)功能，并且相對于其它同類型單片機(jī)相比較，還具有一系列特點(diǎn)和優(yōu)點(diǎn)：</p><p>　　內(nèi)部集成了D/A和A/D電路，但價格低廉，耗電量小，運(yùn)算效率高，速度快</p><p>　　對IO口操作方便，可以對32個IO口單獨(dú)進(jìn)行設(shè)置&l

80、t;/p><p>　　利用凌陽公司開發(fā)的IDE編譯環(huán)境，可使用標(biāo)準(zhǔn)C語言和匯編語言進(jìn)行編程，同時可將C語言和匯編語言相互嵌入編程，并且IDE具有在線仿真和脫機(jī)仿真模式，在仿真時可對IO口、中斷系統(tǒng)、各寄存器等數(shù)值方便的監(jiān)視</p><p>　　在語音處理方面有成熟的技術(shù)和強(qiáng)大的優(yōu)勢，凌陽公司不但提供有系統(tǒng)的語音開發(fā)API，并配套提供了齊全的說明資料供開發(fā)者使用</p><p

81、>　　61單片機(jī)的封裝有PLCC-84和LQFP-80兩種封裝，其中，80腳封裝和它的內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖如圖3.8。</p><p>　　61單片機(jī)作為功能強(qiáng)大的語音處理型芯片，為配合它發(fā)揮出好的性能，凌陽公司開</p><p>　　由于控制機(jī)器人動作的電機(jī)共有7個，將占用單片機(jī)的14個IO口，控制ISD2590的IO口為三個，用于重新訓(xùn)練的按鍵也占用1個IO口，所以一共要用單片機(jī)的18個I

82、O口，另外還應(yīng)考慮機(jī)器人可擴(kuò)展的傳感器模塊等其它功能模塊接口，所以首先對單片機(jī)IO口進(jìn)行分配，在分配過程中要注意以下問題：</p><p>　　光耦電路輸入引腳為每六個腳一組，對應(yīng)三個電機(jī)，因?yàn)榕c單片機(jī)IO口引腳為排線相連，所以應(yīng)考慮連線位置</p><p>　　檢測重新訓(xùn)練鍵是否按下用到單片機(jī)的IOA口的3腳，所以IOA口0-7腳只作輸入的IO口用</p><p>

83、;　　控制ISD2590的三個IO口也應(yīng)考慮聯(lián)線過程中不與上面兩者沖突</p><p><b>　　4.8語音識別程序</b></p><p>　　語音識別可分為特定語音識別和非特定語音識別兩種，特定語音識別需要使用者先進(jìn)行訓(xùn)練，非特定語音識別可識別任何人的聲音，鑒于開發(fā)時間和難度，本次設(shè)計采用特定語音識別的方式。語音識別的原理如圖7.3。</p>&

84、lt;p>　　實(shí)現(xiàn)語音功能程序的編寫主要依靠凌陽公司提供的API，使用該API需要在程序中鏈接語音庫文件：“bsrv222SDL.lib”和包含頭件：“bsrSD.h”。</p><p>　　在語音訓(xùn)練的程序中主要用到兩個API函數(shù)，分別為:</p><p>　　BSR_Train();</p><p>　　BSR_ExportSDWord();</p&

85、gt;<p>　　BSR_Train函數(shù)在訓(xùn)練語音時使用，帶有兩個參數(shù)：所訓(xùn)練的該條語音的序號和需訓(xùn)練的次數(shù)。BSR_ExportSDWord函數(shù)在每五條語音命令（為一組）訓(xùn)練成功后調(diào)用，用于將這一組語音命令的特征模型數(shù)據(jù)導(dǎo)出到一個臨時自動創(chuàng)建為100個字節(jié)的數(shù)組BSR_SDModel[]中，從而可通過這個數(shù)組將語音特征模型數(shù)據(jù)寫入Flash單元進(jìn)行存儲。</p><p>　　語音識別的程序主要用四

86、個API函數(shù)，分別為：</p><p>　　BSR_InitRecognizer();</p><p>　　BSR_GetResult();</p><p>　　BSR_DeleteSDGroup(int SDGroupNo);</p><p>　　BSR_ImportSDWord();</p><p>　　其中，BS

87、R_InitRecognizer函數(shù)用于初始化辨識器，該函數(shù)在主程序中被調(diào)用時，辨識器便打開8K采樣率的FIQ_TMA中斷并開始將采樣的語音數(shù)據(jù)填入辨識器的數(shù)據(jù)隊(duì)列中。BSR_DeleteSDGroup用于將RAM空間中所有的特征模型數(shù)據(jù)刪除，即清除內(nèi)存。BSR_ImportSDWord的作用同BSR_ExportSDWord相類似，是將已訓(xùn)練過的一組語音特征模型數(shù)據(jù)導(dǎo)入到數(shù)組BSR_SDModel[]中，采樣結(jié)果在這里與原特征模型數(shù)據(jù)

88、進(jìn)行匹配校驗(yàn)。</p><p>　　在BSR_SDModel[]中所存儲數(shù)據(jù)為100字節(jié)，所以61單片機(jī)在語音識別時一次最多只能同時識別五條語音命令，但61單片機(jī)的flash閃存為32K，可儲存較多的語音模型數(shù)據(jù)，所以在本次設(shè)計中希望可以使機(jī)器人能識別更多條的語音命令，這里采用了一個比較巧妙的方法來實(shí)現(xiàn)，首先將命令分為5條一組（共多組）存入flash閃存中，第一組命令作為觸發(fā)命令組，在第一次識別時根據(jù)識別的命令載

89、入相應(yīng)的組的特征模型數(shù)據(jù)，在隨后的第二次識別中在所載入的這一組數(shù)據(jù)中進(jìn)行識別比較，流程如圖7.5所示。</p><p>　　這種通過不同的觸發(fā)命令載入相應(yīng)的分組數(shù)據(jù)進(jìn)行識別的方法在理論上可以達(dá)到識別任意條語音命令，本次設(shè)計中做了15條語音命令的識別。15條語音命令分為三組存放，第一組的第一條命令是機(jī)器人的待命狀態(tài)指令，第二條命令即為導(dǎo)入第二組數(shù)據(jù)，第三條命令為導(dǎo)入第三組數(shù)據(jù)。</p><p&g

90、t;<b>　　5 系統(tǒng)功能測試</b></p><p><b>　　5.1 硬件檢測</b></p><p>　　做好機(jī)器人的硬件部分和軟件部分之后，要讓機(jī)器人實(shí)現(xiàn)軟硬結(jié)合，就必須經(jīng)過調(diào)試，才能夠達(dá)到課題的要求。在進(jìn)行總體調(diào)試之前，我進(jìn)行了硬件的檢測：</p><p>　　(1)首先是采用萬用表進(jìn)行硬件的檢查，由于本硬件

91、需要焊接的器件較多，在焊接的過程中可能沒有連接上，元器件的好壞，是否正常工作等。</p><p>　?。?）由于單片機(jī)的工作電壓是5V，所以先接入5V的電壓看硬件電路板中的發(fā)光二極管是否亮來判斷電路是否接好。該部分主要是判斷單片機(jī)能否驅(qū)動直流電機(jī)。為了提高效率，我先編簡單的程序只控制直流電機(jī)前進(jìn)跟后退。先判斷光電耦合器是否工作。調(diào)試時先不接電機(jī)驅(qū)動部分，而是把光耦的輸出接到LED發(fā)光二極管，看LED是否會閃動。這

92、部分調(diào)試過程中發(fā)現(xiàn)有一個亮著的LED不會閃動，檢查了整個電路沒有發(fā)現(xiàn)問題，于是我把幾個光耦對換了位置，發(fā)現(xiàn)原來不閃動的LED會閃了，但是對換光耦位置的另一個LED出現(xiàn)了同樣的問題。于是我判斷是光耦的問題，換了一個新的，通電后十二個LED都會閃動，說明電路正常了，接上電機(jī)驅(qū)動部分，把直流電機(jī)的接線接好，通電后直流電機(jī)成功實(shí)現(xiàn)正、反轉(zhuǎn)。而電機(jī)的驅(qū)動電壓是12V，因此在使用之前也要用12V的電源接上電機(jī)，判斷電機(jī)是否可用。</p>

93、<p><b>　　5.2 軟件調(diào)試</b></p><p>　　完成以上的檢測之后就進(jìn)行軟件的調(diào)試。調(diào)試伴舞機(jī)器人是一個相當(dāng)繁瑣的過程，需要反復(fù)調(diào)試對機(jī)器人多個關(guān)節(jié)直流電機(jī)的控制，而編排舞蹈則是把調(diào)試好的舞蹈動作按一定順序組合起來。因此在調(diào)試過程中把編好的每個子程序分別進(jìn)行調(diào)試。</p><p>　　本設(shè)計我選擇的是單一的電源供電，但是在調(diào)試初期我先雙

94、電源開始調(diào)試，發(fā)現(xiàn)所有的開關(guān)器件很難穩(wěn)定地給單片機(jī)送正確值，只有當(dāng)更換新電池或機(jī)器人剛剛啟動時才會很準(zhǔn)確，經(jīng)過思考，這都是開關(guān)元件消耗電量很大的原因，一旦電池電量不足其工作將會萎靡不振，于是我們將所有開關(guān)器件劃成一個部分，由一塊電池專門供電。</p><p>　　在所有電源開啟后，系統(tǒng)即進(jìn)入給定時間倒計時狀態(tài)，而倒計時完畢之后，有時電機(jī)不能正常啟動。經(jīng)分析，這是屬于正常情況，因?yàn)槠鋯有枰朔艽蟮膽T性，而其電源

95、又不能在瞬間提供很大的電流，所以就沒有動靜。此時，關(guān)掉單片機(jī)電源，再重新打開后即可進(jìn)入正常狀態(tài)去正常運(yùn)行。</p><p>　　從調(diào)試過程中我深深認(rèn)識到科學(xué)的嚴(yán)謹(jǐn)，任何細(xì)微的錯誤都可能導(dǎo)致最后的失敗。因此我們必須對每一個環(huán)節(jié)都要求完美。</p><p>　　最后就是連起來所有的子程序，整體調(diào)試。</p><p><b>　　6 結(jié)論</b>&

96、lt;/p><p>　　機(jī)器人學(xué)已經(jīng)發(fā)展成為一門綜合運(yùn)用機(jī)械、電氣、計算機(jī)、產(chǎn)業(yè)和制造業(yè)等多種工程學(xué)科基礎(chǔ)知識和創(chuàng)造能力的舉足輕重的學(xué)科。無需夸張其特殊地位，機(jī)器人學(xué)也不愧為引人入勝、前途無量的研究領(lǐng)域。機(jī)器人設(shè)計是對各項(xiàng)科學(xué)技術(shù)的綜合運(yùn)用。在長達(dá)十周的機(jī)器人機(jī)械設(shè)計及制作過程中，我深刻體會到科技技術(shù)的無窮魅力，在浩瀚的知識中遨游才感覺自己的才疏學(xué)淺。通過對以往的各相關(guān)學(xué)科的資料的閱覽，加上平時在日常生活中對一些機(jī)械

97、機(jī)構(gòu)的經(jīng)驗(yàn)以及自己一些有創(chuàng)造性的機(jī)械設(shè)計理念，完成了實(shí)物制作和電氣控制。</p><p>　　“掌握信息，實(shí)事求是，實(shí)踐中創(chuàng)新”，這是我在這次畢業(yè)設(shè)計的體會。作為一名設(shè)計者，首要目的就是要清楚設(shè)計的任務(wù)是什么，有什么樣的信息資料作為設(shè)計背景，是否有參照，只有充分掌握這些信息，才能有的放矢，達(dá)到設(shè)計目的。作為工程技術(shù)類的設(shè)計不僅是理論上的論證而且應(yīng)當(dāng)考慮實(shí)際的條件能否達(dá)到設(shè)計要求?？罩性鞓情w只是彩泡，絢麗卻不實(shí)用。

98、在零件加工裝配過程中，有的問題在設(shè)計中沒有預(yù)期到的，如何去處理？返工重來？成本？工期？能否成功？一串問題會出現(xiàn)。當(dāng)我轉(zhuǎn)換模式，局部改動設(shè)計，經(jīng)過分析計算，在不改變部件功能的情況下，局部修改尺寸或添加輔助零件有時能獲得更好的效果。我想這也是創(chuàng)新，不拘泥。</p><p>　　在機(jī)器人的制作過程中，幾乎所有的東西從頭來過，從方案論證到具體實(shí)施，經(jīng)驗(yàn)是我們本科生最稀缺的資源。有些設(shè)計上，所以采取了降低了理論高度，采取簡

99、單易行的方案，量體裁衣來實(shí)現(xiàn)任務(wù)。很多現(xiàn)實(shí)的問題也阻礙了設(shè)計的難度提高。比如電機(jī)性能與價格是成正比的，考慮到成本問題，只能選擇性價比適中的電機(jī)，并且加輔助調(diào)速的光碼盤來提高走路的精度。由于是實(shí)物設(shè)計，所以我在設(shè)計的過程中考慮最多的是實(shí)際制造的問題，因此在設(shè)計理念上受到了諸多的限制。同時自身的知識和經(jīng)驗(yàn)儲備不足，無法將自己的設(shè)計理念完全體現(xiàn)在實(shí)物上。但是正是這些諸多的因素是我懂得了，作為一名設(shè)計者如何去做設(shè)計，如何來實(shí)現(xiàn)設(shè)計要求。<

100、/p><p><b>　　謝 辭</b></p><p>　　在此設(shè)計制作過程中，得到了我的指導(dǎo)老師：許敏老師、郝衛(wèi)東老師畫龍點(diǎn)睛式的指導(dǎo)，使我在設(shè)計過程中開闊了思路，少走了許多不必要的彎路。感謝張震同學(xué)在整個制作過程的合作。在零件加工過程中，實(shí)驗(yàn)室的唐亮老師給予了熱情的幫助，在儀器設(shè)備上提供了最大程度的支持。在此，對以上老師的指導(dǎo)和關(guān)懷表示感謝和敬意。感謝學(xué)校所有參

101、加機(jī)器人大賽的同學(xué)在合作的過程中給我信心和勇氣，使我跨過一道道難關(guān)，順利完成了這個設(shè)計任務(wù)。感謝學(xué)院領(lǐng)導(dǎo)和系領(lǐng)導(dǎo)給予機(jī)器人大賽組的關(guān)懷和鼓勵。感謝這么多年來教育我的老師們，是他們的諄諄教導(dǎo)使我有機(jī)會用自己的學(xué)識來展示我的實(shí)力和智慧，使我對走向工作崗位的能力更有信心。</p><p><b>　　參考文獻(xiàn)</b></p><p>　　[1] 黃 冰.微機(jī)原理及應(yīng)用[M

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107、.MCS-51C語言編程[M].北京：清華大學(xué)出版社,2000</p><p><b>　　附錄5 程序清單</b></p><p>　　/******************************************************************/ </p><p>　　#include <AT89X55

108、.H></p><p>　　//51芯片管腳定義頭文件</p><p>　　#include <intrins.h> </p><p>　　//內(nèi)部包含延時函數(shù) _nop_()</p><p>　　#define uchar unsigned char</p><p>　　#define uint