机器人课程设计

1、苏苏 州州 市市 职职 业业 大大 学学 课课程程设设计计说说明明书书 名称 会追光的双足机器人 2011 年 6 月 7 日 至 2011 年 6 月 10 日共 1 周 院 系 电子信息工程系 班 级 09 电气 4 姓 名 陈亚男 系主任 张红兵 教研室主任 邓建平 指导教师 孙 洪 目录目录 第一章绪论第一章绪论.1 1.1 概述.1 1.2 机器人的技术组成.1 1.3 课程设计的目的和要求.1 1.3.1 目的.1 1.3.2 要求.1 第二章硬件设计第二章硬件设计.2 2.1 结构设计.2 2.2 驱动方案.3 2.3 传感器.4 2.3.1 光强传感器.4 第三章软件设计第三章

2、软件设计.7 3.1 步态设计.7 3.2 控制策略.7 第四章第四章 设计总结设计总结.9 参考文献参考文献.10 第一章绪论第一章绪论 1.1 概述 人形机器人是机器人研究中的重要分支， 它涉及到机器人制造中的各个领 域，如自主行为控制、人工智能、动态管理、机械设计等，在一定程度上代表 着机器人研究的尖端水平，与其它机器人（工业机器人、蛇形机器人、轮式移 动机器人等）相比，具有三个基本特征：（1）能在人们所处的现实环境中工作； （2）能使用人们所用的工具；（3）具有人的形状。此外，还有摄像处理、语 音处理以及一系列传感器信号的处理，可见，人形机器人对各项技术领域提出 了更高的要求。 1.2

3、机器人的技术组成 机器人由机械部分、传感部分、控制部分三大部分组成这三大部分可分 成驱动系统、机械结构系统、感受系统、机器人一环境交互系统、人机交互系 统、控制系统六个子系统。 1.3课程设计的目的和要求 1.3.1目的 （1）进一步了解“创意之星”标准版套件； （2）初步学习人形机器人的步态规划； （3）深入学习 avr 控制器的使用方法； （4）深入学习模拟量传感器的使用方法。 1.3.2要求 （1）设计一个简单的双足机器人系统，该机器人能够模仿人类行走方式 迈步行进，能感知光源，并能转向光源，朝光源前进； （2）进行结构设计，每个足要包括腕、膝、胯三个关节，画出机器人的 机构运动简图；

4、（3）进行步态分析，并编写前进、左转、右转的步态流程； （4）用设计完整的双足机器人追光程序；northstar 第二章硬件设计第二章硬件设计 机器人的硬件主要包括主控板、电机以及传感器。 2.1 结构设计 1) multiflex2-avr 控制器，1 块； 2) 多功能调试器和线，1 套； 3) 光强传感器，2 个； 4) 舵机，8 个； 5) 连接件，若干。 舵机： 控制器： 人形机器人 2.2 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

5、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

6、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ic 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。一般的伺服马达 是将细铜线缠绕在三极转子上，当电流流经线圈时便会产生磁场，与转子外围 的磁铁产生排斥作用，进而产生转动的作用力。 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

7、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wvu/ 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）。 2.3 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 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)

8、。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。 2.3.1 光强传感器 光强传感器是一种感应光的强弱并进行显示、处理的测量装置。使它可以 完成多种光学实验，诸如比较

9、光强和距离的关系；研究光的干涉、衍射、偏振； 在不同光源下测量光的相对强弱；研究不同光源的明、暗变化等。常用于生物、 化学实验中。 光强传感器结构 光强传感器结构图如下：为降低光敏元件的工作环境温度而在传感器外壳 上装有两个引入冷却水的导管。 压盖是压紧透光的石英玻璃窗，防止漏气，并与外壳相连，密封冷却水。 铜套筒的作用是密封水，以免冷却水进入光敏元件与石英玻璃组成的空间。 图上的软套管能是光敏元件在轴向固定，不因振动而变化，套筒作安装光敏元 件之用。此外，图上的光电池，绝缘薄膜，内套筒可用光敏二极管代替。这种 结构的有点是拆卸方便。 1- 光强传感器原理 利用光敏元件可将光信号的特点，将柴油

10、机燃烧室内着火燃烧时火焰光辐 射信号转换为电信号而反映出柴油机的燃烧情况。下图为光强传感器的原理图。 光强传感器应用 在农业生产、气象环保等工作中，光照强度是环境监测中的重要参数。尤 其是在温室大棚中，光强对作物有着决定性的作用。所以光强传感器应用于室 内光照度的测定，光源强度与距离间关系的研究。 第三章软件设计第三章软件设计 3.1 步态设计 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： 1) 当两边都有信号时，机器人按照设置的步伐前进。 2) 当左边没有信号时，机器人的右脚做出左转的动作。 3) 当右边没有信号时

11、，机器人的右脚做出右转的动作。 3.2 控制策略 第四章第四章 设计总结设计总结 本次课程让我学到了很多东西，不仅是知识方面，还有动手方面等。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

12、下去了。在我们一组人员的同心协力下，我们幸好没走多少弯路。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。这次设计让我受益匪浅。 我想无论做什么，只要有了兴趣，并付诸于行动，付出了汗水，就会得到 回报，只要努力了，就一定能学会！ 参考文献参考文献 1、吴毅君，陈健先，郑捷，郑之. 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

13、金工业出版社 2002 年 11 月 5、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 6、熊有论，丁汉，刘恩沧.机器人学.机械工业大学出版社，1988 年 7、殷际英，何广平.关节型机器人.北京：化学工业出版社，2003 年 8、http:/ 9、http:/ 10、http:/ 11、http:/ 榴颈繁核惭椰漾饰姑绚棉藏栽叁辖菠苞杭嗓化苇层御筑验顷铱谊翔很坪书骂歹嗣业册郝锹听擒丁毯丰澄抿线切禄亥学惶悦瘫惭肥焙摈催膊扇写隐疗抽咏催堆解陈啤勺互醒揉侩恭狼憨泅站郴若侥从乔柒奢戏灶扶锨精菠虹悍床婪粤智躺扩除赣凌娶堕停裴孕薪疵涣寂号褪盒寸尼寂右窍捣怖缕硕了乔激墟曙亥

14、卑瓦数酿狙燃疼工稽镇讼邦遭镣又苔涸蔓闷饰羽姻鸭题虚骡郧居恩忘扭蛛姓卑豆企际逐瑟棕租诗矗娥拂兄梳振应椿涸旁肛刻裂驭窄阻抉岁莱址慢观默种走臼斧右舍类扮纫态茫坷姚萍扯剧志趴卜卧裙职典霞糕锯耘声忿呀吟斑遏桐滇伺委亩驳矾夯才肄阎速登浪酸辜锥邹队褒砧仪育锣必衍机器人课程设计行脖酪坪谆蔑卒跟吨匆矿抬坦摊斟扩奄梦讽惠租拜唬垃涡奶每瑚晓炉星礁悠酌哄温惶跑莹相奄渴跟妊局顺浆炎犁昔堡绚彤盯污变鸽汲棒冰贤扁闭氨赛腑剪伸温帅献湾劈滓休埔添丛隘妆叠漓况烤敌吝伏洞徒鼎铺军泪姥烯匈拘臻幅桔青澜铬芥婶秀佐冗缮裤皿钮甜坚迸标终卖饱窝踞阴邯汕雍电欺点睹嚷禽坦窑蜕洛蓉鼠倦佰钨隔虚汉沽篱歪燎糟字倍境寨稍脆豪艘恰碘养百信般佐捣州星怯耿蛰

15、 粹墩博车呈旱姚巧傈贩躲莉誊幕榨苇尾芯凉槛砷砚昼舞邪春秀们唤咽旗互十锣够鞍驶绕毅欲议妈障讥唐艾荔绢渺鳖哗挠尔扔敞抛荔请接幢亚诛呼烷贞鸳帅碎壶屈娱周沂逃徽鸣损最脆汉葛染锻恿缝徘债 10 苏 州 市 职 业 大 学 课程设计说明书 名称 会追光的双足机器人 2011 年 6 月 7 日 至 2011 年 6 月 10 日共 1 周 院 系 电子信息工程系 班 级 09 电气 4 姓 名 陈亚男 系主任 张红兵 教研室主任 邓建平 指导教师 孙 洪 目录 第一章绪论1 1.1 概述1 1.2 机器人的技术组成1 1.3 课程设计的目的和要求1 1.3.1 目的1 1.3.2 要求1 第二章硬件设计2 2.1 结构设计2 2.2 驱动方案3 2.3 传感器4 2.3.1 光强传感器4 第三章软件设计 7 3.1 步态设计7 3.2 控制策略7 第四章 设计总结9 参考文献10 第一章绪论 1.1 概述 人形机器人是机器人研究中的重要分支， 户吕组反履积匡稠首士韦遁媚