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1、 诚信声明本人郑重声明：本论文及其研究工作是本人在指导教师的指导下独立完成的，在完成论文时所利用的一切资料均已在参考文献中列出。 学位论文作者签名： 日期： 年 月 日 毕业设计任务书设计题目： 基于声音的舵机机器人的运动控制分析 系部： 机械工程系 专业： 机械电子工程 学号： 112012316 学生： 指导教师（含职称）： （讲师） 专业负责人： 1设计的主要任务及目标本课题通过研究舵机机器人底层控制程序的控制策略，利用声音信号对机器人实现控制。2设计的基本要求和内容完成舵机机器人控制程序的学习，编写舵机机器人的控制程序，实现舵机机器人的特定运动。完成声音传感器与舵机机器人的程序编写及控
2、制，实现声音信号向舵机机器人各控制器的传输。完成外部声响变换与舵机机器人运动的匹配，实现舵机机器人基于声音的自动运行。提交设计说明书一份，控制程序及运动仿真过程视频各一份。3主要参考文献1 濮良贵.机械设计.第八版M . 高等教育出版社，2010，62 孙恒.机械原理.第七版M . 高等教育出版社，2012，73 机器人控制系统的设计与MATLAB仿真M . 北京：清华大学出版社，2008，64进度安排设计各阶段名称起 止 日 期1查阅文献，完成开题报告2015.01.10至2015.03.102完成舵机机器人控制程序的初步建立2015.03.11至2015.03.313完成外部声音采集系统与
3、机器人的协同工作2015.04.01至2015.05.104完成分析、数据比较并撰写设计说明书2015.05.11至2015.05.315提交及修改设计说明书，答辩2015.06.01基于声音的舵机机器人的运动控制分析摘 要:舵机是一种位置伺服的驱动器，由于这种机器具有重量轻，体积小，精度高扭矩大等优点，因此很适合应用在机器人上作为机器人的驱动。基于声音控制的舵机机器人是研究舵机机器人的一个重要方面。本文以舵机机器人为研究对象，以声音控制系统为主线，从多个方面对基于声音的舵机机器人运动控制作了系统的研究。 本文从提高舵机机器人运动控制的实时性出发，应用Bioloid机器人套件，采用PoboPl
4、us软件，设计了基于声音控制的舵机机器人。使用CM-530控制器使得舵机机器人的运动控制得以实现。设计包括了舵机机器人的硬件组装、PID控制算法的分析、控制程序的编写、运动过程的分析等过程。关键词：舵机机器人，运动控制，PoboPlus，PID The analyze based on sound on the motion control of the servo robotAbstract: The steering engine is a position servo driver, and its suitable for application in robot as a robot
5、 driver because of its light quality, small volume, high accuracy and large torque. The servo robot based on the sound control is an important aspect of researching servo robot. This paper systemically researches the motion control of servo robot based on the sound control from many aspects with the
6、 servo robot being the object and sound control system being the main line.This paper also applies the Bioloid robot kits and uses the PoboPlus software to design the servo robot based the sound control from the point of improving the instantaneity of the servo robot. Using the CM - 530 controller m
7、akes the achievement of servo motion control of robot. The design includes the assembling of servo robot, analysis of PID control algorithm, the writing of control program and the analysis of motion process.Keywords: servo robot, motion control, PoboPlus, PID目 录1 绪论11.1选题的背景及意义11.2Bioloid概述11.2.1 Bi
8、oloid硬件介绍21.2.2 Bioloid软件介绍31.3本文章节安排62 舵机机人控制系统硬件设计82.1电子元器件选择82.1.1控制器的选择82.1.2舵机的选择102.1.3其他元件的选择102.2舵机机器人控制系统设计112.3舵机机器人组装112.4本章小结133 舵机的结构及其控制原理133.1舵机的内部结构133.2舵机的工作原理143.3 AX-12+舵机的控制153.4本章小结154 舵机机器人的速度控制154.1引言154.2数字PID控制算法164.3基于数字PID的机器人速度控制184.3.1PID控制的MATLAB仿真194.4本章小结235 舵机机人控制系统软
9、件设计235.1 RoboPlus Task程序的编写235.2RoboPlus Motion程序的编写275.3本章小结296 总结与展望296.1总结296.2展望29参考文献31致 谢33附 录3451太原工业学院毕业设计1 绪论1.1选题的背景及意义随着机器人的技术和微型计算机控制技术的快速速发展，机器人技术在全世界得到了广泛的应用，几乎所有的领域都有计算机的参与。机器人的发展大致经过三代的演变1：第一代的机器人是“示教再现型”，这类机器人只拥有记忆、存储能力，但却没有反馈控制能力；第二代机器人是具有一定感觉功能和自适应能力的离线编程机器人；第三代机器人是具有外部环境和对象感知能力的，
10、它不但可以处理外部复杂的信息，而且可以对自己行为作出自主决策能力。第三代机器人通常装有多种传感器，能够对外部信息进行处理。当前，实现机器人的运动控制过程还是依靠传统的键盘输入，即使是有一些机器人已经开始使用视觉控制技术，但是由于受到视线和能见度的局限，在光线条件不良或者障碍物阻挡的情况下，视觉控制就会失效。在这种情况下，听觉系统作为人类感官的重要组成部分，为机器人感知技术的研究提供了新的思路。声音控制技术就是通过模拟人耳听觉机制的模拟，利用声学传感装置接收外界传来的声波，再通过特定的装置将声音信号进行处理，从而实现声源位置探测、识别以及目标定位及跟踪。20世纪80年代以来，声音控制技术依靠其极
11、强的隐蔽性、良好的适用性、低成本等独特优点，渐渐受到世界各国的重视，在民用与军用上都有十分广的应用，如在海战场水下目标感知和战场排雷等危险环境作业中应用等2。综上所诉，人们可以利用声音控制技术对机器人进行运动控制，研究基于声音的机器人控制系统。机器人的声音控制技术将近一步推动机器人的应用范围，具有广阔的前景和研究意义。 1.2Bioloid概述Bioloid，是一种全方位的机器人套件，能够依据使用者想法，来组装出各种形态。Bioloid机器人套件的优点是可以组装出各种实体型态，也可以无限扩充，并提供程序设计界面、控制器、智慧伺服马达与感测模块；透过整合应用，帮助设计出机器人行为。 图1.1 B
12、ioloid机器人套件1.2.1 Bioloid硬件介绍硬件架构主要分为CM-530、AX-12+、各感应器、框架和线材。还有连接线、扩充版、外部传感器、转接器、无线传输模块等一些额外配件。CM-530是Bioloid套件中的核心，用来连接 Dynamixels系列（AX-12+、AX-S1、AX-20等等)以及OLLO组件（Geared Moto BOX、Touch Sensor、LED Module、IR Sensor,etc)和周边设备（包含各种感应器）。可以使用RoboPlus Motion(动作编辑)编辑和存储特定动作。可以利用RoboPlus Task(行为控制)执行已储存的动作档
13、（mtn文件）。也可以写入任务程序来控制每个组件动作。AX-12+ 智能型马达，作为机器人的运动关节。内建了微控器，可以控制速度、旋转位置感测温度读取设定值等。除此之外当马达旋转超出当前预设的安全范围（温度过高、过载或其他错误情况），会自动关闭以避免损坏，并发出声音警告使用者。框架组包括框架、线缆、螺丝、螺帽、轴承、和轮圈等等，能将CM-530和AX-12+衔接起来。各感应元件：（1）红外线物体传感器，感测方法是利用红外线反射来取得距离数据红外线适合计算所距距离。因为即使在相同距离下，只要光线、彩、亮度不同，反射数据也会大不同。(2)距离传感器，用于探测物体或距墙壁固定的距离，不受颜色所影响的
14、红外线距离传感器，可以感应更准确的距离。1.2.2 Bioloid软件介绍RoboPlus中拥有RoboPlus Task（行为控制）、 RoboPlus Motiom（动作编辑）、 RoboPlus Manager（硬件管理）三部分。RoboPlus Task通常被用来设计机器人在面对某种事件时所产生的反应，这种反应根据传感器所测得的各项数据来做判断，RoboPlus Task使用的编程语言是一种类C语言的程序，其中主要用来透过CM-530等控制器来控制周边马达或传感器，程序内部已经将大多数周边配备编写成的一个个的函数库，必要时只需要呼叫函数或者变量即可完成操作，有C语言基础将会更容易使用R
15、oboPlus Task。行为控制逻辑是衔接输入与输出之间关系的，输入好比人类的五官，耳朵、眼睛、触觉等（AX-S1传感器）以及其他的零组传感器；而大脑（CM-530控制器）接收到外在资料根据情况作出适合的反应，对机器人来说这就是输出。行为控制逻辑就是以逻辑思考的方式，来控制输入输出的。 图1.7 RoboPlus Task工作界面RoboPlus Motiom最大的功能就是简化程序的编写，一次控制多样马达，一次进行多样马达的动作，一次进行连续动作。行为控制（RoboPlus Task）可以轻而易举的控制数量不多的马达，但到了15、16个以上的马达数量，将会控制不易，但动作编辑（RoboPlus Motiom）能够简单的实现控制多样马达，并且达到连续动作。使用方法就
