会追光的机器人课程设计文档格式.docx

1、本章要设计一个简单机器人系统-“会追光的双足机器人”。“步行机器人”是能够在较平坦的路上，以模拟双足动物的方式行走，能跟踪光源的机器人。为了实现这样的功能，需要对其组成进行规划。机器人系统是模仿人类等生物的结构、思维而构建的，所以也可以我们自身为范本来设计机器人。人类跟踪光源的一般流程是这样的：首先用眼睛找到光源，再用脑判断光源的位置，然后控制肌肉做出云吞东，最后肌肉带动骨骼完成跟踪动作。在这样的流程中，人类用到的身体结构包括眼、脑、肌肉、骨骼。这个过程可分为“是否看到光源”的思维过程和“控制肌肉做出运动”的执行过程两部分，前者是逻辑判断，后者是固定的行为方法。对于机器人，上述存在于我们自身的

2、结构也可以用机械结构近似地模拟出来。“眼”替换为“障碍传感器”，“脑”替换为“控制器”，“肌肉”替换为“舵机”，“骨骼”替换为“结构件”。人类的思维在机器人上以软件的形式模拟，将控制人类行为方式的“逻辑思维”用“逻辑判断算法”模拟，将人类对肌肉的协调控制用机器人对舵机的协调控制进行模拟。1.2 任务要求设计一个机器人系统，该机器人可以是轮式、足式、车型、人型，也可以是仿其他生物的，但该机器人应具备的基本功能为：能够灵活行进，能感知光源、转向光源并跟踪光源；另外还应具备一项其他功能，该功能可自选（如亮灯、按钮启动、红外接近停止等）。第二章 方案和规划2.1 设计方案2.1.1传感器系统我们需要测

3、量机器人的的姿态，但不需要像Segawy一样测量那么多的姿态信息，只需要获得机器人前后俯仰的角度信息即可。获取机器人的前后倾斜角度后，可通过可控制电机的转向，反向补偿这个倾斜角度，合理的补偿方式就能够让机器人保持动态平衡。我们需要测量机器人的倾斜角度，如果能够直接得到这个角度，则是最好的；如果不能，则可通过间接的手段来获得。2.1.2控制系统和推进系统控制系统选择MultiFLEX2-AVR控制器。相对于MultiFLEX2-PXA270，MultiFLEX2-AVR控制器的编程更简单，更容易实现Segawy要求的对传感器的高速采集和高速响应。CDS55xx舵机既可以用舵机模式，也可以要做电机

4、模式，这里用其作为Segawy的推进系统。2.1.3机器人结构我们需要搭建一个双轮机器人，需要有两个悬臂用于安装红外测距传感器机器人倾斜角度的测量。2.1.4控制方法整个结构方案、传感器方案都确定好了，可以得到机器人的倾斜角度，能够有效控制机器人轮子的转动了。2.2 任务规划前面已经对自平衡机器人如何设计做了详细的介绍。接下来具体实施环节：1.搭建出实验平台，这个平台必须必须符合上述理论分析。2.熟悉需要用到的部件，如CDS5500和红外测距传感器。3.在实验平台上设计控制策略进行验证。第三章 搭建机器人3.1 结构设计1.MultiFLEX2-AVR控制器，1块；2.多功能调试器和线，1套；

5、3.光强传感器，2个；4.舵机，8个；5.连接件，若干。舵机：图3-1 舵机控制器：图3-2 控制器人形机器人图3-3 人形机器人3.2 驱动方案驱动系统是向机械结构系统提供动力的装置。采用的动力源不同，驱动系统的传动方式也就不同。驱动系统的传动方式主要有四种：液压式、气压式、电气式和机械式。电力驱动是目前使用最多的一种驱动方式，其特点是电源取用方便，响应快，驱动力大，信号检测、传递、处理方便，并可以采用多种灵活的控制方式，驱动电机一般采用步进电机或伺服电机，目前也有采用直接驱动电机，但是造价较高，控制也较为复杂。电动机也称电机（俗称马达），在电路中用字母“M”（旧标准用“D”）表示。它的主要

6、作用是产生驱动转矩，作为用电器或各种机械的动力源。电动机按结构及工作原理可分为直流电动机，异步电动机和同步电动机。同步电动机还可分为永磁同步电动机、磁阻同步电动机和磁滞同布电动机。异步电动机可分为感应电动机和交流换向器电动机。直流电动机按结构及工作原理可分为无刷直流电动机和有刷直流电动机。舵机是遥控模型控制动作的动力来源，不同类型的遥控模型所需的舵机种类也随之不同。舵机主要是由外壳、电路板、无核心马达、齿轮与位置检测器所构成。其工作原理是由接收机发出讯号给舵机，经由电路板上的判断转动方向，再驱动无核心马达开始转动，透过减速齿轮将动力传至摆臂，同时由位置检测器送回讯号，判断是否已经到达定位。位置

7、检测器其实就是可变电阻，当舵机转动时电阻值也会随之改变，藉由检测电阻值便可知转动的角度。伺服电动机又称执行电动机，在自动控制系统中，用作执行元件，把所收到的电信号转换成电动机轴上的角位移或角速度输出。分为直流和交流伺服电动机两大类，其主要特点是，当信号电压为零时无自转现象，转速随着转矩的增加而匀速下降，伺服电机内部的转子是永磁铁，驱动器控制的三相电形成电磁场，转子在此磁场的作用下转动，同时电机自带的编码器反馈信号给驱动器，驱动器根据反馈值与目标值进行比较，调整转子转动的角度。伺服电机的精度决定于编码器的精度（线数）。3.3 传感器传感器是自动化系统和机器人技术中的关键部件，作为系统中的一个结构

8、组成，其重要性变得越来越明显。传感器技术它综合了多方面的知识，在近几年体现尤为突出。人类具有五种感觉（视觉、听觉、触觉、嗅觉、味觉）。机器人需要通过传感器得到这些感觉信息。目前机器人只具有视觉、听觉和触觉，这些感觉是通过相应传感器得到的。机器人传感器根据检测对象的不同可分为内部传感器和外部传感器。a.内部传感器：用来检测机器人本身状态（如手臂间角度）的传感器。多为检测位置和角度的传感器。b.外部传感器：用来检测机器人所处环境（如是什么物体，离物体的距离有多远等）及状况（如抓取的物体是否滑落）的传感器。具体有物体识别传感器、物体探伤传感器、接近觉传感器、距离传感器、力觉传感器，听觉传感器等。第四

9、章 软件设计4.1控制算法流程模仿人类的行走方式，两条腿交替前进；利用传感器感知光源，并能转向光源，朝光源前进，根据光强传感器接受到的信号进行控制：当两边都有信号时，机器人按照设置的步伐前进。当左边没有信号时，机器人的右脚做出左转的动作。当右边没有信号时，机器人的右脚做出右转的动作。图4-1 追光机器人流程图4.2 程序编写图4-1 追光机器人程序编写4.3 自动生成的代码#include background.hint main（int argc, char * argv） MFInit（）; MFSetPortDirect（0x00000FFF）; MFDigiInit（100）; Del

10、ayMS（100）; MFADInit（100）; MFSetServoMode（1,0）; MFSetServoMode（2,0）; MFSetServoMode（3,0）; MFSetServoMode（4,0）; MFSetServoMode（5,0）; MFSetServoMode（6,0）; MFSetServoMode（7,0）; MFSetServoMode（8,0）; MFSetServoMode（9,0）; MFSetServoMode（10,0）; while （1） MFGetAD（-1）; if （） MFSetServoPos（1,512,512）; MFSetSer

11、voPos（2,512,512）; MFSetServoPos（3,512,512）; MFSetServoPos（4,512,512）; MFSetServoPos（5,512,512）; MFSetServoPos（6,512,512）; MFSetServoPos（7,512,512）; MFSetServoPos（8,512,512）; MFSetServoPos（9,512,512）; MFSetServoPos（10,512,512）; MFServoAction（）; DelayMS（1000）; 第五章 课程设计总结随着科技的发展，机器人的应用也越来越普遍了。所以在当今对机器人

12、的了解也是必须的。在没接触这门课的时候，我对机器人并不是很了解，慢慢的接触之后，我明白了机器人是自动执行工作的机器装置。它既可以接受人类指挥，又可以运行预先编排的程序，也可以根据以人工智能技术制定的原则纲领行动。它的任务是协助或取代人类工作的。在整个设计过程中，从组装到调试我们都花了很长的时间，特别是组装。在组装之前必须得想好先装哪个部件，如果安装的顺序错了。那后面的就进行不下去了。至于编程，因为以前我们做过类似的机器人，所以下手比较容易，只要对几个舵机进行正确的调试就可以了。机器人需要灵活掌握，灵活运用，需要严谨的逻辑以及缜密的编程，这次设计让我受益匪。参考文献1 吴毅君，陈健先. 人形机器人避障模块研究与设计J. 福建电脑, 2011,（03） .2 周玉林,高峰. 仿人机器人构型J. 机械工程学报, 2006,（11） .3 冷建军. 传感器在生活中的应用J. 数理化学习（初中版）, 2011,（01）4 柳洪义.机器人技术基础 冶金工业出版社 2002年11月5 熊有论，丁汉，刘恩沧.机器人学.机械工业大学出版社，1988年6 殷际英，何广平.关节型机器人.北京：化学工业出版社，2003年7 朱世强,王宣银.机器人技术及其应用 浙江大学出版社 2001年07月