多功能服务机器人研究与创新

PAGEPAGE10论文题目多功能服务机器人研究与创新组员施振羽，刘旭东，罗韦荣，刘华洋，袁子豪院系机械与汽车工程学院专业过程装备与控制工程指导教师钟东目录1引言……………………22设计思想……………….33本项目的创新点………………….…….44本项目研究成果…………55本项目总结…………….76英文摘要……………….97致谢………………….9多功能服务机器人研究与创新组成员：施振羽，刘旭东，罗韦荣，刘华洋，袁子豪指导教师：钟东（合肥工业大学机械与汽车工程学院过程装备与控制工程11-2班）摘要：该多功能服务机器人为人类提供各式各样的服务，方便人类生活和工作。它在已有的智能机器人的基础上，结合我们自己的想法，运用学校现有的条件进行研究和创新。该多功能服务机器人拥有语音导航、自动寻迹、仿真人样、可爬楼梯、人机直接交流、推轮椅等功能。关键词：多功能服务机器人；研究；自动寻迹；仿真人样；推轮椅1引言：随着我国科技的快速发展，诸多与人类有关的机械都已经实现智能化，因此智能机器人的发展已经成为一种趋势，而且越来越多场合将会运用到智能机器人。例如旅游时、在博物馆参观时，智能机器人能够为您提供服务，或者带您带您想要到的地方；这些对服务残疾人有着很大的意义，比如智能机器人可以为残疾人推轮椅，给残疾人带路，带领残疾人参观景物等等。当然智能机器人还可以进行语言对话，给您带来一些生活的乐趣；在日常生活中智能机器人还可以作为您的贴心保姆，为您扫地、洗碗、煮饭、洗衣服之类的家务。同样在公路上，智能机器人还可以代替交通警察指挥交通，使道路安全，市民们有序行驶车辆，减轻交通警察的工作量等等方面有着很大的作用。所以智能机器人在以后的社会发展中起着非常大的作用，未来智能机器人将出现在我们生活的方方面面，以及各个领域行业中。正是由于以上智能机器人的发展趋势，我们几个志同道合的同学组成了一个研究小组，在学校里有限的条件下，尽情去实现我们各种各样的想法，锻炼我们的能力，虽然学校的条件有限，我们很多的想法没有全部实现，但是我们不会就停留在这些限制下的，我们相信有一天我们的想象会变成现实。基于智能机器人的发展趋势，我们小组提出了多功能服务机器人，该多功能服务机器人运用智能机器人来服务人类，为人类提供各式各样的服务，方便人们的生活和工作。它在已有的智能机器人的基础上，结合我们自己的想法，运用学校现有的条件进行研究和创新。该多功能服务机器人拥有语音导航、自动寻迹、仿真人样、可爬楼梯、人机直接交流、推轮椅等功能。该智能服务机器人能够在不同的环境下服务不同人群，例如残障人士在参观博物馆或是类似世博会的展览时，多功能服务机器人通过特定识别系统，在一定范围内感知（感知方式有许多种，例如触碰或是远距离用手机呼叫）需求服务人群，作出及时响应并在一定时间内移动至呼叫者身边。通过可升降、旋转的触屏式屏幕，以及结合相应的语音服务功能，提供有效信息例如地图线路、相关查询点的介绍（文字、语音、图像、手语动画和相关动画展示），该功能可通过类似“云共享”系统管理和加载有关信息。具有可隐藏的折叠机械手提供机械服务例如推轮椅等。2设计思想该多功能服务机器人拥有语音导航、自动寻迹、仿真人样、可爬楼梯、人机直接交流、推轮椅等功能。另外，它还有可折叠式电容式显示屏，方便进行操作；拥有GPS定位系统，可以更好地进行服务以及对机器人进行管理；还拥有可折叠式机械臂，可以进行一些事物的操作，或者搬运东西；当然履带式“双足”，可有适应各种地形，行动方便；另一亮点是多功能服务机器人身上自带太阳能电池板，可以随时充电，延长使用时。（1）语音导航语音导航是多功能服务机器人有人类发出的声波接收器，并人声波进行分辨与处理，然后做出判断实行相应的行为动作来满足人的需求。（2）自动寻迹自动寻迹是多功能服务机器人拥有红外线感应装置，可以方便的感应出“呼叫者”的位置以及可以有效的避开的障碍物，到达指定的地点，满足人的需求。（3）仿真人样仿真人样是该多功能服务机器人具有类似人的模样，造型美观优雅，使人们看到它后有眼前一亮的效果，让人们在使用过程中不会对其感到厌倦。（4）推轮椅功能推轮椅功能是该多功能服务机器人手臂拥有足够的力量对轮椅进行推动，并且按照特定的路线行走，到达指定的地点，完成残疾人的需求。（5）总的处理器我们目前由于条件的限制，我们多功能服务机器人总的处理器只是一块单片机，通过各个数据线输入到这块单片机里，这块单片机对传来的数据进行处理，然后完成所需的功能。图1：多功能服务机器人总装图图2：机器人用到的单片机（6）机构运作我们组成员运用学校现有的有限条件使我们的多功能服务机器人可以实现手臂的的弯曲伸直、机械手的张开闭合、身体的转向、顶部显示屏的升降、机器人整体运动.3本项目的创新点（1）利用可折叠式机械臂进行爬楼梯多功能服务机器人在遇到楼梯等障碍物时，身体前俯，前轮着地，前后轮的完美配合，可以实现爬楼梯和下楼梯的功能。图3：机器人爬楼梯草图（2）采用电子显示屏进行人机交流，增强了用户体验感机器人采用可折叠电容式显示屏，显示屏的高度可以通过人们的喜好来调节。使用折叠支架，既可以方便电容式显示屏的升降，又可以使求助者更方便的使用触屏显示器，同时还能节约材料。图4：机器人显示屏草图（3）将多种功能集于一体，实现功能的多元化我们组成员通过大量的查阅资料，既综合了已有的机器人的功能，又结合我们现有的有限条件，发挥我们的想象力和创造力，花了大量的时间将已有机器人的多种功能集合于一体，使得我们设计的多功能服务机器人具有更强大的功能，同时使得机器人各个功能之间能完美的结合起来，使得机器人更好的为人类服务。（4）模式化选择路线，自动导航我们设计的多功能服务机器人拥有红外线感应装置，可以方便的感应出“呼叫者”的位置以及可以有效的避开的障碍物，实现自动寻迹的功能，走到您想要的地方，满足您的需求。4本项目研究成果我们小组各成员通过一年多时间不懈的努力，经历了无数次的讨论，克服了无数困难，终于有了一定的收获。机器人地盘由于学校条件有限，我们将机器人的地盘设计成两轮驱动模式，两轮驱动模式通过对单片机输入程序来控制电机的效果，到达分别控制两个轮子的效果，从而可以使得机器人下体实现向左或向右转弯，或者实现直线运动。图5：机器人地盘机器人主程序下：机器人手臂该机器人拥有两个相同的手臂，每一个手臂可以实现张开、闭合，从而可以到达抓取物体的功能，同时机器人使用蜗杆的转动，可以实现两个手臂的上下移动，同时在底盘有一个大齿轮，可以实现双手臂的360度的旋转。图6：机器人手臂可折叠升降电容式显示屏该机器人采用可折叠升降电容式显示屏，显示屏的高度可以通过人们的喜好来调节。使用折叠支架，既可以方便电容式显示屏的升降，又可以使求助者更方便的使用触屏显示器，同时还能节约材料图7：可折叠升降电容式显示屏自动寻迹我们根据已有的条件，运用红外线感光来实现寻迹功能，因此该机器人寻迹是通过机器人前面的传感器，将信号输送到电脑中，通过电脑编写的程序控制机器人运动的方向。传感器是通过感知地面颜色的变化从而改变信号的。图8：机器人自动寻迹4本项目总结（1）心里路程总结到目前为止，我们的多功能机器人已经尘埃落定了，在这一年多的时间里，我们组成员从最初的志同道合组成了研究小组，到我们经过了无数激烈的讨论，当中有我们不同的意见相互碰撞，所以难免会有思想不一致的时候，但是我们都能很好的处理好，组员之间相互理解，互相沟通，最终很好的发挥了团队的作用；当然在这一年多团队合作中，我们遇到了很多的困难，很多次我们把机器人拼装好后，机器人并不能按我们我们想要的方式运动，这时候我们组员又要开始一个零件的检查机器人，找到问题所在，然后去解决和完善。其中也有的时候，问题出现在我们编写的主程序中，这时候我们要回去看有关程序的书，再结合机器人的实际问题，重新编写程序，这些都花了很多我们宝贵的时间。其实，我们通过这次项目的成功完成，我们最大的收获是我们每个人在一年多当中都学到了很多东西。首先，我们深深明白了团队合作的重要性，因为很多事只有一个人是无法完成，就像我们这次项目中，我们组员有的会编程序，那么他就很合适负责编写程序；有的对拼装很在行，那么他就很合适对机器人进行拼装；有的对写文章很在行，那么他就合适写论文；有的做PPT做得很好，也很善长在台上演讲，那么他就应该负责制作PPT和上台演讲，介绍我们的项目；正因为我们小组合理的分工，让每一个组员都发挥了他善长的方面，所以我们的项目才能完美成功。其次，我们认识到我们要好好学习，因为我们在做项目的过程中，我们发现我们很多的知识明显不足，就拿我们的主程序来说吧，我们当中只有两个人懂一点，最后是他们花了很多的时间去重新学习这方面的知识，才把我们的主程序编写好，最终成功运行，所以我们要不停的学习，不停的学各种知识，只有这样我们才能在以后的科学研究中很好的发挥我们的聪明才智和远大理想。最后，我们五个组员更好地对彼此更加了解，增加我们彼此之间的友谊，通过这一年多的相互沟通和相处，在我们的过去中留下了美好的回忆。（2）学习方面总结首先，通过这次多功能服务机器人项目的研究，我们学习和了解很多与机器人有关的科技知识，比如我们为我们的机器人编写总程序的时候，我们自学和了很多与单片机有关的知识，这些对我们以后的学习和工作有很大的帮助；当然我们也对机器人的未来的发展趋势有了一定的了解，我们觉得机器人在以后将会有更大的发展，机器人将会更好的为我们的生活、工作、学习、军事、工业等等方面都会有非常大的帮助。其次，通过这次多功能服务机器人项目的研究，我们重温了大一大二学习的知识，我们重新翻开了课本，再次认真的学习与机器人要用的各方面的知识，比如，在我们对机器人的刚度、强度等要考虑的因素时，我们会再次去翻开《材料力学》的书，然后去计算刚度和强度；当然我们也将《控制工程》这门课很好的运用到我们的项目中，做到了学以致用。最后，通过这次多功能服务机器人项目的研究，我们每个人都更加清楚的了解自己善长的方面与不善长的方面，更好的评估自己的能力，为自己以后的工作与学习的方向有了很大的帮助。当然，当我们知道自己的不足时，我们会在以后的工作与学习中加以注意，争取在以后克服我们的不足的方面，发挥我们善长的方面，大展宏图，有一番作为。（3）项目获奖情况在我们多功能服务机器人拼装完成和调试成功后，接到学校的通知让参加我们合肥工业大学第四届慧鱼机械人大赛，我们积极踊跃参加，做好各方面的准备，经过激烈的比赛中获二等奖的好成绩。英文摘要Researchandinnovationofmultifuctionalrobot（ProcessEquipmentandControllingengineering11-2,SchoolofMechanicalandAutomotiveEngineering,HefeiUniversityofTechnology）Abstract:Thismultifunctionalrobotoffersvariouskindsofservicessothatpeople'slifeandworkwillbeeasier.Aftercarryingoutresearchingintoexistingintelligentrobots,wecarryoninnovationsundercurrentconditions.Therobothasfunctionssuchasvoicenavigation,automatictrajectorytracking,simulationofhumanforms,stairclimbing,human-computerinteraction,wheelch