慧鱼系统的危险环境下无人综合抢险车的设计说明书

宁夏大学机械工程学院2013届毕业设计宁夏大学机械工程学院2013届毕业设计慧鱼系统的危险环境下无人综合抢险车的设计与三维仿真摘要：以慧鱼创意组合模型为平台，设计出一种智能机器人识别小车。小车利用传感器进行循迹。利用慧鱼智能接口板进行控制，用直流电动机驱动。控制软件为ROBOPro，控制机器人完成一系列复杂动作：如寻找轨迹——沿轨迹行走——识别火源——自动灭火等。首先对小车的总体设计，确定驱动方案和传动方案，然后按照模块化设计方法组装搭建小车结构，最后对智能小车的控制系统进行编程，完成了智能小车硬件设计及软件设计，成功实现了自动循迹和灭火功能。关键词：智能机器人；慧鱼系统；循迹；结构设计；三维仿真；fischersystemhazardousenvironmentthereisnocomprehensiveemergencyvehicledesignand3dsimulationABSTRACT:Infischercreativeportfoliomodelforplatform,designedaintelligentrobottoidentifythecar.Thecaristheuseofsensorsfortracking.Usingfischerintelligentcontrolinterfaceboard,usedcmotordriver.ControlsoftwarefortheROBOPro,controltherobottocompleteaseriesofcomplicatedmovements,suchaslookingfortrack-walkingalongthepath-identifyfire,automaticfireextinguishingandsoon.Firstonthecar'soveralldesign,determineanddrivetransmissionscheme,andthenassemblysetupthecarstructureaccordingtothemodulardesignmethod,finally,thesmartcarcontrolsystemprogramming,finishedthehardwaredesignandsoftwaredesign,intelligentcarsuccessfullyrealizedtheautomatictrackingfunctionandextinguishingthefire.KEYWORDS:ntelligentrobot;Fischersystem;Tracking;Structuredesign;3dsimulation;目录TOC\o"1-1"\t"标题2,1"\h\u6941.前言 从20世纪80年代以来，机器人技术的不断进步，其在各个领域的应用日益广泛，引起了各国专家学者的普遍关注。许多发达国家均把机器人技术的开发和研究列入国家高新技术发展计划。世界各国普遍在高等院校为大学本科生及研究生开设机器人技术的有关课程。为了培养机器人开发、设计、生产、维护方面的人才，我国很多高校也为本科生和研究生开设了机器人学课程。因此，教学型机器人越来越受到科研单位以及高校的重视。教育机器人是一类应用于教育领域的机器人，它一般具备以下特点：首先是教学适用性，符合教学使用的相关需求；其次是具有良好的性能价格比，特定的教学用户群决定了其价位不能过高；再次就是它的开放性和可扩展性，可以根据需要方便地增、减功能模块，进行自主创新；此外它还应当有友好的人机交互界面。目前国内的教育机器人产品近20种，包括上海广茂达公司生产的能力风暴智能机器人、西觅亚科技生产的乐高机器人、慧鱼公司生产的慧鱼机器人等。1.2国内外机器人的发展现状机器人从20世纪50年代诞生以来，在短短的50多年里得到了迅速的发展，经历了第一代工业机器人的研究、实用化和普及，第二代感知功能机器人的研究、实用化，以及第三代智能机器人的研究等各个阶段。第三代机器人，也是我们机器人学中一个理想的所追求的最高级的阶段，叫智能机器人，那么只要告诉它做什么，不用告诉它怎么去做，它就能完成任务。知思维和人机通讯的这种功能和机能，目前的发展还是相对的只是在局部有这种智能的概念和含义，但真正完整意义的这种智能机器人实际上并没有存在，而只是随着我们科学技术的不断发展，智能的概念越来越丰富，它内涵越来越宽泛。1954年，美国的George.Devol首先把远程控制器的杆结构与数控铣床的伺服轴结合起来，研制出了第一台通用机械手。这种机械手可以通过让其沿一系列点运动，将运动位置以数字形式存储起来，动作执行时，使伺服系统驱动机械手各关节轴来再现这些位置，从而让机械手完成一些简单的工作。正是由于这个机械手具有了编程示教再现功能，因此许多人把它作为现代工业机器人产生的标志[。在随后的生产应用中，为了适应各种不同用途需要，相继出现了直角坐标、关节坐标、极坐标等许多种不同结构的机器人。与第一代示教再现型机器人不同，第二代机器人是具有感觉功能的适应控制机器人。这种机器人带有传感器，能感知环境和对象的情况以控制自身动作的变化。智能机器人的研究是一个艰巨而又广泛的问题，随着研究的不断深入，相关科学的飞速发展，智能机器人在不久的将来一定会出现。据UNECE(联合国欧洲经济委员会)和IFR(国际机器人联合会)统计，从20世纪70年代起，世界机器人产业一直保持着稳步增长的良好势头。进入90年代，机器人产品发展速度加快，年销售量增长率平均在10％左右；2004年增长率达到了创记录的20％，其中，亚洲机器人增长幅度最为突出，增长43％。我国的机器人研究开发工作始于上世纪70年代初，到现在已经历了30多年的历程。前10年处于研究单位自行开展研究工作状态，发展比较缓慢。1985年后开始列入国家有关计划，发展比较快。特别是在“七五”、“八五”、“九五”机器人技术国家攻关和“863”高技术发展计划的重点支持下，我国的机器人技术取得了重大发展。在机器人基础技术方面：诸如机器人机构的运动学、动力学分析与综合研究，机器人运动的控制算法及机器人编程语言的研究，机器人内外部传感器的研究与开发，具有多传感器控制系统的研究，离线编程技术、遥控机器人的控制技术等均取得长足进展，并在实际工作中得到应用。在机器人操作机研制方面：已开发出一些先进的操作机和特种机器人，如自动导引车AGV，壁面爬行机器人，重复定位精度为±0.024mm的装配机器人；可潜入海底7000m的水下机器人，移动遥控机器人，主从操作机器人等，有些已达实用化水平并用于实际工程。在机器人的应用工程方面：目前国内已建立了多条弧焊机器人生产线，装配机器人生产线，喷涂生产线和焊装生产线。国内的机器人技术研发力量已经具备了大型机器人工程设计和实施的能力，整体性能已达到国际同类产品的先进水平，而整体价格仅为国外同类产品的三分之二甚至一半，具有很好的性能价格比和市场竞争力。综上所述，我国机器人发展已跨过了起步阶段，走上了进步和发展的道路。今后的任务是把机器人技术推广到更多的工业自动化生产领域和其他更广泛的应用领域，大力开展跨国区域交流合作，与国际接轨，早日跻身于世界先进行列。目前我们国家比较有代表性的研究有：工业机器人，水下机器人，空间机器人，核工业的机器人，都在国际上处于领先水平，总体上我们国家与发达国家相比，还存在着很大的差距，但是在上述这些水下、空间、核工业，一些特殊机器人方面，我们还是取得了很多有特色的研究成就。随着电子技术和计算机技术的发生，PLC的功能越来越强大，其概念和内涵也不断扩展。上世纪80年代至90年代中期，是PLC发展最快的时期，年增长率一直保持为30~40%[。在这时期，PLC在处理模拟量能力、数字运算能力、人机接口能力和网络能力得到大幅度提高，PLC逐渐进入过程控制领域，在某些应用上取代了在过程控制领域处于统治地位的DCS系统。近年，工业计算机技术（IPC）和现场总线技术（FCS）发展迅速，挤占了一部分PLC市场，PLC增长速度出现渐缓的趋势，但其在工业自动化控制特别是顺序控制中的地位，在可预见的将来，是无法取代的。1.3慧鱼机器人的前景慧鱼创意组合模型主要提供组合包、培训模型、工业模型三大系列。集能源（包括太阳能）、机械、液压、气动、遥控、自控、程控等多种学科知识于一身，利用工业标准的基本构件（机械元件、电气元件、气动元件），辅以传感器、控制器、执行器和软件的配合，运用设计构思和实践分析，可以实现任何技术过程的还原，更可以实现工业生产和大型机械设备操作的模拟，从而为实验教学、科研创新和生产流水线可行性论证提供了可能。“慧鱼理想教具”作为广大用户和各方面的创新教育专家所给予慧鱼模型的评价和期许，慧鱼模型就是利用“六面可拼接体”这种开放的零件，来构建或者模拟现实发挥你的创意，来完成机电一体化的工业设计为主的模型组建。慧鱼创意组合模型已在欧洲和美洲的各大、中专学校广泛应用。它进入中国市场以来，也在清华大学、同济大学、浙江大学等众多高校中日益广泛应用，它以浓厚的趣味性、创新性和教学过程中的启发性，使学生能够很直观地把抽象复杂的理论通过模型运动及其控制得以实现。采用该模型进行试验教学能够培养和提高学生的学习热情，大大激发了学生的创新意识，提高了动手能力，较好的解决学生在学习过程中书本知识与实践脱节的问题，对于学生理解机械运动及机械设备工业控制具有很大的益处，是很好的机电一体化教学模型。相信慧鱼会成为中国创新教育的理想教具。根据的理论:此机器人采用传感器来判别和识别路线，本课题所研究的循迹边界识别智能小车系统是一个典型的机电一体化系统。所谓的机电一化系统是指在系统的主功能、信息处理功能和控制功能等方面引了电子技术，并把机械装置、执行部件、计算机等电子设备以及软件等有机结合构成的系统，即机械、执行、信息处理、接口和软件等部分在电子技术的支配下以系统的观点进行组合而形成的一种新型机械系统。机电一体化系统由机械部分、传感部分、控制部分三大部分组成。这三大部分可分为驱动系统、机械结构系统、感受系统、智能小车——环境交互系统、人机交互系统、控制系统六个子系统。该智能小车的设计就是依据机电体一化系统的组成原则进行的。2.软硬件介绍2.1传感器说明图2-1轨迹传感器2.1.1轨迹传感器图2-1轨迹传感器如图2-1，轨迹传感器可以寻找到白色表面的黑色轨道。传感器检测表面应为5mm-30mm，它包含两个发射和两个接收装置，连接该传感器需要有两个数字量输入端和9V电源端。轨迹传感器中的光敏二极管的外型与一般二极管一样，只是它的管壳上开有一个嵌着玻璃的窗口，以便于光线射入，为增加受光面积，PN结的面积做得较大,光敏二极管工作在反向偏置的工作状态下，并与负载电阻相串联，当无光照时它与普通二极管一样，反向电流很小,称为光敏二极管的暗电流；当有光照时，载流子被激发，产生电子-空穴，称为光电载流子。在外电场的作用下，光电载流子参于导电，形成比暗电流大得多的反向电流，该反向电流称为光电流。光电流的大小与光照强度成正比，于是在负载电阻上就能得到随光照强度变化而变化的电信号。2.1.2超声波距离传感器图2-2超声波距离传感器图2-2超声波距离传感器注意：使用该传感器时，ROBOPRO软件版本需要升级为1或更高。机器人避障的关键问题之一是在运动过程中如何利用传感器对环境的感知。任何类型的传感器都有各自的优点和不足.选用时需要仔细考虑各种因素。在机器人运动规划过程中传感器主要为系统提供两种信息：机器人附近障碍物的存在信息；障碍物与机器人之间的距离。超声波距离传感器是靠发射某种频率的声波信号，利用物体界面上超声反射，散射检测物体的存在与否.超声波在空气中传播时如果遇到其它媒介，则因两种媒质的声阻抗不同而产生反射。因此，向空气中的被测物体发射超声波，检测反射波并进行分析，从而获到障碍物的信息。超声波使由换能晶片在电压的激励下发生振动产生的，它具有频率高、波长短、绕射现象小，特别是方向性好、能够成为射线而定向传播等特点。超声波对液体、固体的穿透本领很大，尤其是在阳光不透明的固体中，它可穿透几十米的深度。超声波碰到杂质或分界面会产生显著反射形成反射成回波，碰到活动物体能产生多普勒效应超声波探头主要由压电晶片组成，既可以发射超声波，也可以接收超声波。小功率超声探头多作探测作用图2-3光敏传感器2.1.3光敏传感器图2-3光敏传感器如图2-3，可作模拟量亦可作数字量，一般不会对自然光作出灵敏反映，需要与光的发射装置（多用聚焦灯泡）搭配使用。作数字量时根据是否接受到足够的光线来划分0和1两种状态。作模拟量时检测数值根据接收光线的强弱不同在0-1023之间变化。2.1.4接触式传感器图2-4接触式传感器及其原理图如图2-4，按键开关式（接触式）传感器是数字传感器的一种。数据仅能设定为两个不同的值，分别用0和1来表示。如图2-8所示，传感器显示“0”，表示在接触点之间没有电流通过；“图2-4接触式传感器及其原理图常闭状态（端点1、2接通）；常开状态（端点1、3接通）。如果接口板上输入端口电气上是闭合的，则数字量的橙色连接上会返回一个数值“1”，否则会返回一个数值“0”。2.2大功率马达两个大功率直流电机（9V，2.4W），内置齿轮箱，以50：1减速比驱动移动机器人（即马达旋转50转的同时，其输出轴只旋转一次）。一个马达输出通常使用两个接口板接口，而灯输出只用一个接口。接口板的输出可以是马达，也可以是灯或者电磁铁。对于马达，可以设置它的转向和速度。马达输出模块可以用表2-1中的指令来处理：表2-1马达指令指令值动作向右1-8马达以速度1到8顺时针旋转向左1-8马达以速度1到8逆时针旋转停止None马达停止2.3.1ROBOTX控制器说明外观尺寸：90×90×15mm（长×宽×高）；重量：90克内存和处理器：8MBRAM，2MB闪存；32位ARM9处理器（200MHz），可用“ROBOPro软件”或C/C++（不附带）编程电源：带可充电电池（8.4V,1500mAh）或电源组（9V,1000mA）接口：USB2.0（1.1兼容），最大12Mbit,包括MiniUSB插口；蓝牙无线接口（2.4GHz/有效距离大约10m）；2个扩展连接口：RS485和I2C，用来耦合其他“ROBOTX控制器”信号输入和输出：8个通用输入口：数字式/模拟式0-9V直流，模拟式0-5k欧4个快速计数输入口：数字式，频率最高至1kHz4个电机输出口9V/250mA:速度可调，防短路，也可用作8个单独输出口显示器:128×64像素，单色EXT1端口介绍：1：GND2:无连接3：RS485-A4：RS485-B5：无连接6：无连接EXT2端口介绍1：GND2：5VDCOut3：RS485-A4：RS485-B5：I²CData6：I²CClock2.3.2控制面板说明图2-5图2-5ROBO接口板的构成用慧鱼9V电源适配器连到DC插座，用可充电电源连到+/-插座。当采用前一种方案时，连接充电电池的插座就自动断开。电源连通之后，电源指示LED自动点亮而且两个绿色的LED交替闪烁，表明接口板可以正常工作。空载电流：接口板的空载电流消耗为50毫安。USB接口和串口接口板可通过串口和USB接口和电脑相连接。每块接口板都配备了相应的连接电缆。它兼容了USB1.1和2.0的规范，其数据传输率为12MB/S。微处理器和存储器16位处理器，型号M30245，时钟频率16MHZ，128KRAM，128Kflash。数字量输入I1-I8可连接传感器，比如按钮、光电传感器和磁性传感器。电压范围9伏，ON/OFF的切换电压值为2.6伏，输入阻抗为10K欧。输出M1-M4或者O1-O8可连接四个9V直流马达（向前，向后，停止，八级调速），连续运行电流250毫安，带短路保护;另外也可以连接8个灯或者电磁线圈到单个的输出O1-O8.(用电器的另一端可连接到接地端).模拟阻抗输入AX和AY可连接电位器、光敏和热敏电阻。测量范围为0—5.5k。分辨率为10位。模拟电压输入A1和A2可连接输出为0—10伏电压的模拟传感器。距离传感器输入D1和D2专门用来连接慧鱼的两个距离传感器。红外线（IR）输入利用红外线接收二极管，手持式红外线发射装置上各个键可以用做数字式输入。用键来激活的某项功能，则可以用ROBOPro软件来编程。26针插槽这个插座提供了所有输入和输出的引脚，因此可以通过带状电缆和1个26针插头来将模型和接口板相连。I/O扩展板用插槽使用ROBOI/O扩展板，输入和输出的数量都可以得到扩展。扩展板上可以有额外的四路带速度控制的马达输出，八路数字量输入和一个0—5.5k欧的模拟阻抗输入。无线射频通信模块用插槽无线射频通信模块是一个可选的无线接口模块。有了它，电脑和接口板之间的电缆连接不再是必须的。射频数据链接可以与电脑的USB端口通讯，范围为10米。2.3.3接口板工作模式在线模式接口板始终和电脑相连（通过USB，串口或者无线射频通信模块）。程序在电脑上运行，显示器作为用户界面。下载模式在这种模式下，程序被下载到接口板上且独立于电脑运行。两个不同的程序可以同时下载到FLASH存储器中，而且断电后程序也可以保存在内。也可以将程序下载到RAM中，一旦电源中断或者启动FLASH中的程序，原先RAM中程序就被删除。接口板与电脑连接端口的选择接口的选择可通过编程软件来实现。接口板自动访问正在接收数据的接口，然后分配到的端口对应的LED点。如果未收到任一接口的数据，则这两个灯交替闪烁。红外测试功能如果你多次按动“port”按钮，使得IRLED点亮，那么你可以通过手持式红外线发射装置来控制接口板的输出，而不需要直接将接口板连到电脑上。如果这个功能被激活，那么USB和串口会被关闭。你还可以再多次按动“port”按钮，使得USB和串口的LED交替闪烁来回到自动选择端口状态FLASH存储区中程序的选择和启动按下并保持“prog”按钮，按钮旁的绿色LED指明了所选的程序（1或者2）。LED只在FLASH区中确实存储有程序才会点亮。选择所需程序释放按钮。再按一下“prog”按钮，程序就会启动了。在程序运行时，LED闪动。再按一下“prog”按钮，程序就会停止。在程序停止时，LED持续点亮。RAM存储区中程序的选择和启动按下并保持“prog”按钮，直至按钮旁的两个绿色LED同时点亮，然后松开按钮。只有RAM中有程序两LED才会同时点亮。再按一下“prog”按钮，程序就启动。在程序运行时，两个LED都闪动。再按一下“prog”按钮，程序就停止。在程序停止时，两个LED持续点亮。注意:在测试阶段，程序只需要先装载到RAM中。比较理想的是，把最终的程序存储到FLASH中。这样，可以延长FLASH的寿命，它的极限大约是擦写10万次。2.3.4ROBO接口板的编程语言对ROBO接口板的标准编程软件是图形化的编程语言ROBPRO。ROBO接口板处理器也可以由C编译器来编程。在线模式下，接口板可以用任意想要的高级编程语言通过USB或串口来激活。2.3.5故障诊断及重要信息如果红色故障LED持续点亮，说明电源电压远超出了直流9伏正常范围。这时接口板自动切断电源，直至供电电压达到正常范围。有关电磁干扰的问题：如果接口板被强烈的电磁干扰所影响，一旦停止干扰源接口板还可以恢复使用。有必要将电源中断一段时间后重新启动程序。3.慧鱼系统的危险环境下无人综合抢险车的设计慧鱼系统的危险环境下无人综合抢险车系统是一个典型的机电一体化系统。所谓的机电一化系统是指在系统的主功能、信息处理功能和控制功能等方面引了电子技术，并把机械装置、执行部件、计算机等电子设备以及软件等有机结合构成的系统，即机械、执行、信息处理、接口和软件等部分在电子技术的支配下以系统的观点进行组合而形成的一种新型机械系统。机电一体化系统由机械部分、传感部分、控制部分三大部分组成。这三大部分可分为驱动系统、机械结构系统、感受系统、智能小车——环境交互系统、人机交互系统、控制系统六个子系统。该智能小车的设计就是依据机电体一化系统的组成原则进行的。如图3-1所示控制系统控制系统驱动系统机械结构系统感受系统图3-1系统图图3-1系统图3.1实现功能慧鱼系统的危险环境下无人综合抢险车按功能可分为循迹功能、距离识别功能、火焰识别功能自动和喷水功能。循迹功能可细分为寻找轨迹和循迹前进。智能小车主要任务要求为：先寻找轨迹→沿轨迹行走→遇到障碍停止→机械臂伸出寻找火源→喷水装置工作→继续判断火源→停止喷水→机械臂收回。本课题难点在于循迹功能和障碍识别功能的有机结合。智能小车实现功能分类如图3-2所示：机械臂伸出机械臂伸出小车停止前进火源识别功能障碍分类循迹前进喷水灭火装置工作寻找轨迹循迹功能障碍识别功能智能小车实现功能分类图3-2功能图车的驱动方式有以下几类：（1）气压驱动使用压力通常在0.4～0.6Mpa，最高可达1Mpa。气压驱动主要优点是气源方便（一般工厂都由压缩空气站供应压缩空气），驱动系统具有缓冲作用，结构简单，成本低；缺点是功率质量比小，装置体积大，气源装置存在噪声问题，定位精度也不高。（2）液压驱动系统的功率质量比大，驱动平稳，同时液压驱动调速比较简单，能在很大范围内实现无级调速；缺点是易漏油，这不仅影响工作稳定性和定位精度，而且污染环境。液压驱动多用于要求输出力较大，运动速度较低的场合。（3）电气驱动是利用各种电机产生的力或转矩，直接或经过减速机构去驱动负载，以获得要求的小车运动。由于具有易于控制、运动精度高、使用方便、成本低廉、驱动效率高、不污染环境等诸多优点，电--气驱动是最普遍，应用最多的驱动方式。综合考虑各种驱动方式的优缺点，最后采用电--气驱动。电动机根据输出形式分，可以分为旋转型和直线型。电动机在智能小车中应用时，应主要关注电动机的如下基本性能：①能实现启动、停止、连续的正反转运行，且具有良好的响应特性；②正转与反转时的特性相同，且运行特性稳定；③维护容易，而且不用保养；④具有良好的抗干扰能力，且相对于输出来说，体积小，重量轻。在小车中，采用比较多的是直流电动机。因为它可以达到很大的力矩，精度高，加速迅速，可靠性高，在正反两个方向连续旋转运动平滑。因此，小车的前进、和后退及转弯都采用直流电动机。3.2硬件的选择和数字量输入返回1和0值不同，模拟量输入可以分辨连续的输入，所有的模拟量输入返回一个0-1023之间的值。而ROBO接口板有各种不同的模拟量输入接口来测量不同的物理量。具体来说，模拟量输入可以适应用来测量电阻，测量电压和测量距离的不同的传感器如表3-1所示。通常的慧鱼传感器中，温度传感器和光电传感器将被测量装换成电阻值。所以必须将这些传感器接到AX和AY输入端。电压输入端A1和A2设计用来连接所有产生0到10V电压的传感器。在ROBO接口板上没有针对AV输入端的端口。它通常和接口板的电源电压相关联。距离传感器输入端D1和D2可以接到慧鱼特殊传感器，可以测量障碍物的距离。表3-1模拟量输入输入端输入类型测量范围A1,A2电压输入0-1023VAX,AY电阻输入0-5.5KΩD1,D2距离传感器输入Ca.0-50cmAV电源电压0-10V3.3组装设计3.3.1机构运动示意图传动装置的作用是将驱动元件的动力传递给智能小车的执行部件，以实现各种预定的运动。目前常用的传动方式有：皮带轮传动、蜗轮蜗杆传动、齿轮传动、谐波减速传动以及螺旋传动等。谐波齿轮传动具有体积小、结构紧凑、效率高、能获得大的传动比等优点，但存在扭转刚度较低且传动比不能太小的缺点。蜗轮蜗杆机构常用于要求有大的传动比且传动过程中要求机构自锁的场合，这种方式安全性能高，但同样存在齿侧间隙，而且效率较低。皮带轮传动可以实现过载保护，可是存在弹性滑动，和链传动一样使用一段时间后易松弛，传动运转过程中还产生动载荷，因此常用于传动精度要求不高的场合。螺旋传动是将回转运动变换为直线运动的重要传动方式，有滑动螺旋传动和滚动螺旋传动。滑动螺旋传动是连续的面接触，传动中不会产生冲击，传动平稳、无噪声、能够自锁，且螺旋升角较小但螺纹工艺性较差强度较低。滚动螺旋传动的效率一般在90％以上，它不自锁，具有传动的可逆性。但其结构复杂，制造精度要求高，成本高，抗冲击性能差等原因不予考虑。齿轮传动具有结构紧凑、效率高的优点，适用于中等减速比传动。经过考虑直接使用齿轮传动比较合适。小车精度要求不是很高，在满足性能要求的基础上应考虑到经济性要求。因此，小车行走部分采用齿轮传动，由两个9V—2.4瓦大功率马达带动如图3-3所示。b机械臂上升b机械臂上升示意图a车轮驱动示意图c机械臂伸出示意图c机械臂伸出示意图图3-3机构示意图3.4喷水装置设计如图3-4所示，由于实验室器材的限制，最终确定用使用给密闭的小储水管充气加压使气罐内部的气压增加将水压出喷水口达到灭火的目的，通过传感器检测火源，当检测到火源时将信号传送给控制板，控制板处理后将信号发送给气泵，气泵工作给储水罐加压，喷头喷水灭火。灭火结束时传感器将信息传给控制板，处理后控制板将信息传给气泵和电子气阀，将气罐中的高压气体放出，气泵停止工作。传感器检测火源传感器检测火源控制板处理气泵工作排气阀关闭喷头喷水灭火气泵停止工作排气阀打开否是结束是否有火源图3-4喷水原理图3.5ROBO接口板接线说明图3-5ROBO接口板接线说明3.6控制设计(ROBOpro编程软件)图3-5ROBO接口板接线说明此机器人可采用自动控制和蓝牙控制两种方式。自动控制是通过程序的编写在写进机器人的控制器里面，使得在无人的情况下自动运行，此方法的优点在与无人控制时机器人可以到达人们不能看到的地方进行探测。蓝牙控制是在电脑上人为的进行操作达到人们的要求，想让它怎么运动就怎么运动，可以随意的改变它。此方法的优点在于可以人为的控制达到我们的要求，相比于自动控制更加有利于人们探索和研究。3.6.1蓝牙控制程序如图3-5所示，蓝牙控制程序可以远程控制抢先车进入火源进行灭火操作，此方法操作简单，但是由于是无线传输，信息在传输过程中有延迟，灭火定位不是很准确。e机械臂升e机械臂升c右转d机械臂伸出f机械臂位a直行b左转图3-6图3-6蓝牙控制程序图g喷水带摆3.6.2自动控制程序如图3-6所示，自动控制程序控制简单，定位准确，灭火精度高。但是灭火程序编写复杂。图3-7图3-7自动控制程序图3.7抢险车照片展示图3-8抢险车照片展示图3-8抢险车照片展示4.三维仿真4.1车的尺寸参数外观尺寸：500×278×320mm（长×宽×高）；重量：克；机械臂长：500mm，高：255mm。机械臂升降范围:164--270mm,伸缩范围：0--85mm，旋转范围：0--30°（范围可以变化）喷水气压：在0.4～0.6Mpa，最高可达1Mpa4.2各种零件图（代表性的绘图零件）a.履带零件b.履带总图c.电路板d.齿轮e.电机齿轮f.距离传感器g.驱动电机图4-1零件图(a,b,c,d,e,f,g)4.3绘图组装图：图4-2气泵组装图图4-3机械臂组装图图4-4涡轮固定组装图图4-5总体装配图5.结论和展望5.1结论⑴该慧鱼系统的危险环境下无人综合抢险车是基于德国慧鱼创意组合模型的现有基础上通过各种传感器进行消防车的无人控制。⑵在车上加入了距离传感器、光电管、循迹传感器对抢险车的无人化灭火，同时也可以应用蓝牙装置进行远程控制。⑶此抢险车可以识别火源和光源以及黑色轨迹。⑷灭火装置是由气泵给储水罐充气加压后将水从储水罐压出用于灭火。5.2展望该项目目前只是限于慧鱼创意组合的仿真设计阶段，还没有将研究的成果应用实践中，研究成果的正确性有待于实践的检验；对应喷水装置可以考虑使用高压水泵来实现，对火源的检测装置由于慧鱼的器材是塑料的，故用灯光代替火源希望在不久的将来可以真正的实现对火源的识别检测。5.3个人心得通过此项目的学习，使我们全面的了解慧鱼机器人控制系统设计的全过程。更重要的是把我们大学里所学的理论知识运用到实践当中，并与实际相结合。此项目在指导老师的帮助下经过各组员共同讨论、学习、调研，过程中虽然遇到了种种困难但最终较好的完成了全部任务。但是，本救援车作为一个自动控制系统依然在实际应用阶段有一定的弊端，有些设计功能由于实验器材的限制未能实现。此次设计的救援车未能在实际环境中进行验证，其实用性及高效性不能进行验证，让我们在完成任务之余有一丝遗憾，希望在以后的学习工作过程中能有机会接触到实际现场并对此系统加以验证，让所学习的知识与实践紧密的结合起来！参考文献[1]慧鱼背景介绍网址：/view/e804e2e9b8f67c1cfad6b8f4.html（1--3页）[2]慧鱼ROBOTXCONTROLLER说明书（7--10页）[3]ROBOpro软件中文手册（7--10页）[4]慧鱼创意机器人设计与实践教程（上海交通大学出版社，曲凌编）（11--13页）[5]机械原理（第七版）（西北工业大学机械原理及机械零件教研室编）（13页）[6]紫金桥组态软件（15页）[7]ROBOpro编程软件（15--17页）[8]SolidWorks2012软件（19--20页）[9]会声会影视屏制作软件[10]慧鱼创意组合网站：/index.asp谢辞在这次创新项目设计过程中，通过谷凤民及各位老师指导和同学的帮助，不仅使我在知识水平和实际问题的解决上有了很大的提高。同时指导老师严谨的治学态度，踏实的工作作风，为人师表的风范都将使我终生受益，让我能在即将毕业踏上工作岗位之际学到不少对待工作的态度和对人的态度，同时也感谢学院给我提供的实验器材和实验室，使我能够顺利完成设计创造了良好的环境。同时也感谢海君同学在我的设计中给与的帮助。这些都将为我以后的人生带来莫大的帮助。外文翻译BasicMachiningOperationsandCuttingTechnologyMachinetoolshaveevolvedfromtheearlyfoot-poweredlathesoftheEgyptiansandJohnWilkinson'sboringmill.Theyaredesignedtoproviderigidsupportforboththeworkpieceandthecuttingtoolandcanpreciselycontroltheirrelativepositionsandthevelocityofthetoolwithrespecttotheworkpiece.Basically,inmetalcutting,asharpenedwedge-shapedtoolremovesarathernarrowstripofmetalfromthesurfaceofaductileworkpieceintheformofaseverelydeformedchip.Thechipisawasteproductthatisconsiderablyshorterthantheworkpiecefromwhichitcamebutwithacorrespondingincreaseinthicknessoftheuncutchip.Thegeometricalshapeofworkpiecedependsontheshapeofthetoolanditspathduringthemachiningoperation.Mostmachiningoperationsproducepartsofdifferinggeometry.Ifaroughcylindricalworkpiecerevolvesaboutacentralaxisandthetoolpenetratesbeneathitssurfaceandtravelsparalleltothecenterofrotation,asurfaceofrevolutionisproduced,andtheoperationiscalledturning.Ifahollowtubeismachinedontheinsideinasimilarmanner,theoperationiscalledboring.Producinganexternalconicalsurfaceuniformlyvaryingdiameteriscalledtaperturning,ifthetoolpointtravelsinapathofvaryingradius,acontouredsurfacelikethatofabowlingpincanbeproduced;or,ifthepieceisshortenoughandthesupportissufficientlyrigid,acontouredsurfacecouldbeproducedbyfeedingashapedtoolnormaltotheaxisofrotation.Shorttaperedorcylindricalsurfacescouldalsobecontourformed.Flatorplanesurfacesarefrequentlyrequired.Theycanbegeneratedbyradialturningorfacing,inwhichthetoolpointmovesnormaltotheaxisofrotation.Inothercases,itismoreconvenienttoholdtheworkpiecesteadyandreciprocatethetoolacrossitinaseriesofstraight-linecutswithacrosswisefeedincrementbeforeeachcuttingstroke.Thisoperationiscalledplanningandiscarriedoutonashaper.Forlargerpiecesitiseasiertokeepthetoolstationaryanddrawtheworkpieceunderitasinplanning.Thetoolisfedateachreciprocation.Contouredsurfacescanbeproducedbyusingshapedtools.Multiple-edgedtoolscanalsobeused.Drillingusesatwin-edgedflutedtoolforholeswithdepthsupto5to10timesthedrilldiameter.Whetherthedrillturnsortheworkpiecerotates,relativemotionbetweenthecuttingedgeandtheworkpieceistheimportantfactor.Inmillingoperationsarotarycutterwithanumberofcuttingedgesengagestheworkpiece.Whichmovesslowlywithrespecttothecutter.Planeorcontouredsurfacesmaybeproduced,dependingonthegeometryofthecutterandthetypeoffeed.Horizontalorverticalaxesofrotationmaybeused,andthefeedoftheworkpiecemaybeinanyofthethreecoordinatedirections.MachinetoolsareusedtoproduceapartofaspecifiedgeometricalshapeandpreciseIsizebyremovingmetalfromaductilematerialintheformofchips.Thelatterareawasteproductandvaryfromlongcontinuousribbonsofaductilematerialsuchassteel,whichareundesirablefromadisposalpointofview,toeasilyhandledwell-brokenchipsresultingfromcastiron.Machinetoolsperformfivebasicmetal-removalprocesses:Iturning,planning,drilling,milling,andgrinding.Allothermetal-removalprocessesaremodificationsofthesefivebasicprocesses.Forexample,boringisinternalturning;reaming,tapping,andcounterboringmodifydrilledholesandarerelatedtodrilling;bobbingandgearcuttingarefundamentallymillingoperations;hacksawingandbroachingareaformofplanningandhoning;lapping,superfinishing.Polishingandbuffingarevariantsofgrindingorabrasiveremovaloperations.Therefore,thereareonlyfourtypesofbasicmachinetools,whichusecuttingtoolsofspecificcontrollablegeometry:1.lathes,2.planers,3.drillingmachines,lingmachines.Thegrindingprocessformschips,butthegeometryoftheabrasivegrainisuncontrollable.TheamountandrateofmaterialremovedbythevariousmachiningprocessesmaybeIlarge,asinheavyturningoperations,orextremelysmall,asinlappingorsuperfinishingoperationswhereonlythehighspotsofasurfaceareremoved.Amachinetoolperformsthreemajorfunctions:1.itrigidlysupportstheworkpieceoritsholderandthecuttingtool;2.itprovidesrelativemotionbetweentheworkpieceandthecuttingtool;3.itprovidesarangeoffeedsandspeedsusuallyrangingfrom4to32choicesineachcase.SpeedandFeedsinMachiningSpeeds,feeds,anddepthofcutarethethreemajorvariablesforeconomicalmachining.Othervariablesaretheworkandtoolmaterials,coolantandgeometryofthecuttingtool.Therateofmetalremovalandpowerrequiredformachiningdependuponthesevariables.Thedepthofcut,feed,andcuttingspeedaremachinesettingsthatmustbeestablishedinanymetal-cuttingoperation.Theyallaffecttheforces,thepower,andtherateofmetalremoval.Theycanbedefinedbycomparingthemtotheneedleandrecordofaphonograph.Thecuttingspeed(V)isrepresentedbythevelocityof-therecordsurfacerelativetotheneedleinthetonearmatanyinstant.Feedisrepresentedbytheadvanceoftheneedleradiallyinwardperrevolution,oristhedifferenceinpositionbetweentwoadjacentgrooves.Thedepthofcutisthepenetrationoftheneedleintotherecordorthedepthofthegrooves.Thebasicoperationsperformedonanenginelatheareillustrated.Thoseoperationsperformedonexternalsurfaceswithasinglepointcuttingtoolarecalledturning.Exceptfordrilling,reaming,andlapping,theoperationsoninternalsurfacesarealsoperformedbyasinglepointcuttingtool.Allmachiningoperations,includingturningandboring,canbeclassifiedasroughing,finishing,orsemi-finishing.Theobjectiveofaroughingoperationistoremovethebulkofthematerialasrapidlyandasefficientlyaspossible,whileleavingasmallamountofmaterialonthework-pieceforthefinishingoperation.Finishingoperationsareperformedtoobtainthefinalsize,shape,andsurfacefinishontheworkpiece.Sometimesasemi-finishingoperationwillprecedethefinishingoperationtoleaveasmallpredeterminedanduniformamountofstockonthework-piecetoberemovedbythefinishingoperation.Generally,longerworkpiecesareturnedwhilesupportedononeortwolathecenters.Coneshapedholes,calledcenterholes,whichfitthelathecentersaredrilledintheendsoftheworkpiece-usuallyalongtheaxisofthecylindricalpart.Theendoftheworkpieceadjacenttothetailstockisalwayssupportedbyatailstockcenter,whiletheendneartheheadstockmaybesupportedbyaheadstockcenterorheldinachuck.Theheadstockendoftheworkpiecemaybeheldinafour-jawchuck,orinatypechuck.Thismethodholdstheworkpiecefirmlyandtransfersthepowertotheworkpiecesmoothly;theadditionalsupporttotheworkpieceprovidedbythechucklessensthetendencyforchattertooccurwhencutting.Preciseresultscanbeobtainedwiththismethodifcareistakentoholdtheworkpieceaccuratelyinthechuck.Verypreciseresultscanbeobtainedbysupportingtheworkpiecebetweentwocenters.Alathedogisclampedtotheworkpiece;togethertheyaredrivenbyadriverplatemountedonthespindlenose.OneendoftheWorkpieceismecained;thentheworkpiececanbeturnedaroundinthelathetomachinetheotherend.Thecenterholesintheworkpieceserveaspreciselocatingsurfacesaswellasbearingsurfacestocarrytheweightoftheworkpiece

andtoresistthecuttingforces.Aftertheworkpiecehasbeenremovedfromthelatheforanyreason,thecenterholeswillaccuratelyaligntheworkpiecebackinthelatheorinanotherlathe,orinacylindricalgrindingmachine.Theworkpiecemustneverbeheldattheheadstockendbybothachuckandalathecenter.Whileatfirstthoughtthisseemslikeaquickmethodofaligningtheworkpieceinthechuck,thismustnotbedonebecauseitisnotpossibletopressevenlywiththejawsagainsttheworkpiecewhileitisalsosupportedbythecenter.Thealignmentprovidedbythecenterwillnotbemaintainedandthepressureofthejawsmaydamagethecenterhole,thelathecenter,andperhapseventhelathespindle.Compensatingorfloatingjawchucksusedalmostexclusivelyonhighproductionworkprovideanexceptiontothestatementsmadeabove.Thesechucksarereallyworkdriversandcannotbeusedforthesamepurposeasordinarythreeorfour-jawchucks.Whileverylargediameterworkpiecesaresometimesmountedontwocenters,theyarepreferablyheldattheheadstockendbyfaceplatejawstoobtainthesmoothpowertransmission;moreover,largelathedogsthatareadequatetotransmitthepowernotgenerallyavailable,althoughtheycanbemadeasaspecial.Faceplatejawsarelikechuckjawsexceptthattheyaremountedonafaceplate,whichhaslessoverhangfromthespindlebearingsthanalargechuckwouldhave.Machiningasashape-producingmethodisthemostuniversallyusedandthemostimportantofallmanufacturingprocesses.Machiningisashape-producingprocessinwhichapower-drivendevicecausesmaterialtoberemovedinchipform.Mostmachiningisdonewithequipmentthatsupportsboththeworkpieceandcuttingtoolalthoughinsomecasesportableequipmentisusedwithunsupportedworkpiece.LowsetupcostforsmallQuantities.Machininghastwoapplicationsinmanufacturing.Forcasting,forging,andpressworking,eachspecificshapetobeproduced,evenonepart,nearlyalwayshasahightoolingcost.Theshapesthatmayheproducedbyweldingdependtoalargedegreeontheshapesofrawmaterialthatareavailable.Bymakinguseofgenerallyhighcostequipmentbutwithoutspecialtooling,itispossible,bymachining;tostartwithnearlyanyformofrawmaterial,sotongastheexteriordimensionsaregreatenough,andproduceanydesiredshapefromanymaterial.Therefore.machiningisusuallythepreferredmethodforproducingoneorafewparts,evenwhenthedesignofthepartwouldlogicallyleadtocasting,forgingorpressworkingifahighquantityweretobeproduced.Closeaccuracies,goodfinishes.Thesecondapplicationformachiningisbasedonthehighaccuraciesandsurfacefinishespossible.Manyofthepartsmachinedinlowquantitieswouldbeproducedwithlowerbutacceptabletolerancesifproducedinhighquantitiesbysomeotherprocess.Ontheotherhand,manypartsaregiventheirgeneralshapesbysomehighquantitydeformationprocessandmachinedonlyonselectedsurfaceswherehighaccuraciesareneeded.Internalthreads,forexample,areseldomproducedbyanymeansotherthanmachiningandsmallholesinpressworkedpartsmaybemachinedfollowingthepressworkingoperations.Thebasictool-workrelationshipincuttingisadequatelydescribedbymeansoffourfactors:toolgeometry,cuttingspeed,feed,anddepthofcut.Thecuttingtoolmustbemadeofanappropriatematerial;itmustbestrong,tough,hard,andwearresistant.Thetoolsgeometrycharacterizedbyplanesandangles,mustbecorrectforeachcuttingoperation.Cuttingspeedistherateatwhichtheworksurfacepassesbythecuttingedge.Itmaybeexpressedinfeetperminute.Forefficientmachiningthecuttingspeedmustbeofamagnitudeappropriatetotheparticularwork-toolcombination.Ingeneral,thehardertheworkmaterial,theslowerthespeed.Feedistherateatwhichthecuttingtooladvancesintotheworkpiece."Wheretheworkpieceorthetoolrotates,feedismeasuredininchesperrevolution.Whenthetoolortheworkreciprocates,feedismeasuredininchesperstroke,Generally,feedvariesinverselywithcuttingspeedforotherwisesimilarconditions.Thedepthofcut,measuredinchesisthedistancethetoolissetintothework.Itisthewidthofthechipinturningorthethicknessofthechipinarectilinearcut.Inroughingoperations,thedepthofcutcanbelargerthanforfinishingoperations.Inmetalcuttingoperationsheatisgeneratedintheprimaryandsecondarydeformationzonesandtheseresultsinacomplextemperaturedistributionthroughoutthetool,workpieceandchip.Atypicalsetofisothermsisshowninfigurewhereitcanbeseenthat,ascouldbeexpected,thereisaverylargetemperaturegradientthroughoutthewidthofthechipastheworkpiecematerialisshearedinprimarydeformationandthereisafurtherlargetemperatureinthechipadjacenttothefaceasthechipisshearedinsecondarydeformation.Thisleadstoamaximumcuttingtemperatureashortdistanceupthefacefromthecuttingedgeandasmalldistanceintothechip.Sincevirtuallyalltheworkdoneinmetalcuttingisconvertedintoheat,itcouldbeexpectedthatfactorswhichincreasethepowerconsumedperunitvolumeofmetalremovedwillincreasethecuttingtemperature.Thusanincreaseintherakeangle,allotherparametersremainingconstant,willreducethepowerperunitvolumeofmetalremovedandthecuttingtemperatureswillreduce.Whenconsideringincreaseinunreformedchipthicknessandcuttingspeedthesituationismorecomplex.Anincreaseinundeformedchipthicknesstendstobeascaleeffectwheretheamountsofheatwhichpasstotheworkpiece,thetoolandchipremaininfixedproportionsandthechangesincuttingtemperaturetendtobesmall.Increaseincuttingspeed;however,reducetheamountofheatwhichpassesintotheworkpieceandthisincreasethetemperatureriseofthechipmprimarydeformation.Further,thesecondarydeformationzonetendstobesmallerandthishast