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1、图书分类号：密 级：毕业设计(论文)红外遥控六足爬行机器人控制系统设计红外遥控六足爬行机器人控制系统设计DESIGN OF THE INFRARED REMOTE HEAPOD CRAWING ROBOT CONTROL SYSTEM学生姓名学院名称专业名称指导教师20*年5 月27 日摘要机器人是机构学、运动学、控制理论等学科发展水平的综合体现，是当前国内外研究的热点问题之一。从仿生学的角度，昆虫的生理构造及行为是比较容易模仿的，我们的机器人正是在模仿六足行走的动物，该机器人是一个仿生六足行走的机器人，通过对伺服马达的精确控制,模拟六足动物的行走步态，实现行走、急跑、转弯等各种步态行为，并能
2、在各种地面环境下进行步态的智能调整，自适应光滑地面、粗糙地面、沙石地面、湿泥地面等恶劣的路面环境。分析六足爬行机器人步进，参照实体机器人结构尺寸利用 软件 Cad 设计机器人结构零部件的尺寸，及其整体结构尺寸。该机器人通过 AT89S51、红外发射模块、红外接收模块及相应的辅助电路制实现三角步态行走，实现诸如直线行走、倒退、转弯等基本功能。关键词关键词 六足机器人；结构设计；三角步态；AT89S51 单片机；红外遥控 谢谢谢谢朋友朋友对对我文章的我文章的赏识赏识，充，充值值后就可以下后就可以下载载此此设计说设计说明明书书（不包（不包 含含 CAD 图纸图纸）。我）。我这这里里还还有一个有一个压
3、缩压缩包，里面有相包，里面有相应应的的 word 说说明明书书 （附（附带带：外文翻：外文翻译译）和）和 CAD 图纸图纸。需要。需要压缩压缩包的朋友包的朋友联联系系 QQ 客服客服 1： ：1459919609 或或 QQ 客服客服 2： ：1969043202。需要其他。需要其他设计题设计题目直接目直接联联 系！系！ AbstractRobot is the comprehensive reflection of robot, kinematics, control theory and other disciplines level of development. Its one of
4、the hot issues of current domestic and international research.From the perspective of bionics, physiological structure and behavior of insects is relatively easy to imitate. Our robot is in imitation of six-legged walking animals, robot is a bionic hexapod walking robot. Simulation walking gait of h
5、exapod through the precise control of servo motor system, achieve walking, sprint, turn, and other gait behavior, and the environment in a variety of ground intelligent adjustment of the gait. Adapt to smooth surface, rough ground, sand floors, wet soil surface and other harsh environments. Analyze
6、the gait of bionic hexapod crawling robot. Use CAD to design the size of structural parts and the overall structure according to physical size of the robot.Use AT89S51 SCM, Infrared transmitter module, Infrared receiver module and the corresponding auxiliary circuit ，the robot can walk based on bion
7、ic principle，and has some advantages such as simple，active movements， harmony in walking and etc.Keywords Hexapod robot Structure design Tripod gait AT89S51 microprocessor Infrared Remote Control徐州工程学院毕业设计(论文 )目目 录录摘要I Abstract.II 1 绪论.11.1 机器人概述11.2 仿生机器人的概念及发展趋势11.3 本课题研究的目的和意义22 红外遥控六足机器人系统设计.32.
8、1 系统总体方案32.2 系统方案论证32.2.1 机器人行走方案论证32.2.2 机体方案论证42.2.3 控制器方案论证.42.2.4 驱动器方案论证.42.2.5 供电单元论证.52.2.6 红外遥控设备论证.52.3 系统最终方案53 六足机器人的步态规划.63.1 行走原理.63.2 六足行走的具体分析73.3 步态稳定性分析84 各个部件的设计.94.1 主板结构设计94.2 腿部结构的设计.94.3 腿与主板连接件104.5 肢体部件间的装配.125 驱动器设计.135.1 微型伺服马达内部结构.135.2 微型伺服马达的工作原理135.3 微型伺服马达控制145.4 伺服马达的
9、电源引线155.5 伺服马达的运动速度.165.6 使用伺服马达的注意事项166 控制系统硬件设计.176.1 系统硬件电路介绍.17徐州工程学院毕业设计(论文 )I6.2 单片机最小系统.176.2.1 AT89S51 单片机简介186.2.2 时钟电路与复位电路介绍.196.4 电机驱动电路介绍.206.5 红外遥控电路介绍.207 控制系统软件设计.227.1 系统软件流程.227.2 舵机控制软件分析.237.3 红外控制软件分析.24结论.26 致谢.27 参考文献.28 附录.29附录 1.29附录 2.35徐州工程学院毕业设计(论文 )01 绪论1.1 机器人概述机器人技术作为
10、20 世纪人类最伟大的发明之一，自 60 年代初问世以来，经历 40 余年的发展已取得长足的进步。走向成熟的工业机器人，各种用途的特种机器人的实用化，昭示着机器人技术灿烂的明天。机器人大致经历了三个成长阶段，也即三个时代：第一代为简单个体机器人，第二代为群体劳动机器人，第三代为类似人类的智能机器人，它的未来发展方向是有知觉、有思维能与人对话。第一代机器人属于示教再现型，第二代则具备了感觉能力，第三代机器人是智能机器人，它不仅具备了感觉能力，而且还具有独立判断和行动的能力，并具有记忆、推理和决策的能力，因而能够完成更加复杂的动作。智能机器人在发生故障时，通过自我诊断装置能自我诊断出发生故障部位，
11、并能自我修复。今天，智能机器人的应用范围大大地扩展了。除工农业生产外，机器人已应用到各行各业，并已初步具备了人类的特点。机器人向着智能化、拟人化发展的道路，是没有止境的。1.2 仿生机器人的概念及发展趋势仿生机器人就是模仿自然界中生物的外部形状、运动原理和行为方式的系统，能从事生物特点工作的机器人仿生机器人的类型很多，主要为仿人、仿生物和生物机器人。仿生机器人的主要特点：一是多为冗余自由度的机器人，机构复杂;二是其驱动方式有些不同于常规的关节型机器人,通常采用绳索、人造肌肉或形状记忆合金等驱动.微型仿生机器人可用于小型管道进行检测作业,可进入人体进行检查和实施治疗而不伤害人体,也可以进入狭小的
12、复杂环境进行作业等. 仿生机器人微型化的关键是实现机电系统的微型化,即将驱动器、传动装置、传感器、控制器、电源等集成到一块硅片上,构成微机电系统,才能实现机器人整体结构的微型化.在军事侦察和间谍任务中,如果仿生机器人的外形与所模仿的生物外形完全一致,将能更隐蔽地、更安全地完成任务. 日本研制的变形机器人包括若干小机器人,小机器人通过红外传感器和照相机识别周围的障碍物,然后相互协调,按照不同需要组合成狗、蜘蛛和蛇等7种形态,可以根据环境变化而改变自己的形状. 机器人的多变性使其能够进入各种人类难以接近的灾害现场实施调查,还有望应用于航天探索等领域。21世纪人类将进入老龄化社会,发展多功能仿人机器
13、人将弥补年轻劳动力的严重不足,解决老龄化社会的家庭服务和医疗等社会问题,并能开辟新的产业,创造新的就业机会.徐州工程学院毕业设计(论文 )11.3 本课题研究的目的和意义通过查阅相关资料，所研究的课题应解决以下几个问题：1)六足机器人整体结构设计 通过对六足机器人的了解，确定所设计的机器人的机构，包括肢体机构及躯体机构两方面的设计。完成总体的机构图。2)步态分析及其实现 根据节肢昆虫的步行原理，建立起步行运动的模型，将昆虫的运动进行简化，抽象出六足运动的基本原理。3)控制系统 设计电路控制系统4)驱动器 如何让电机能根据自己的意图转动，如何控制电机的速度，这是两个需要解决的问题。5)红外遥控系
14、统 通过查阅相关的资料，完成红外遥控系统的设计。步行机器人是模仿动物的运动形式，采用腿式结构来完成多种移动功能的一类特种机器人。参照工业机器人的标准定义，可以把步行机器人理解为“一种由计算机控制的用足机构推进的地面移动装置”以区别于行走式机械玩具及固定行走模式的机械装置。通常足数多于或等于四的步行机器人称为多足步行机器人，该类机器人能够在不平的路面上稳定地行走，可以取代轮式车完成在一些复杂环境中的运输作业，因此多足步行机器人在军事运输及探测、矿山开采、水下建筑、核工业、星球探测、农业及森林采伐、教育、艺术及娱乐等许多行业有着非常广阔的应用前景。长期以来，多足步行机器人技术一直是国内外机器人领域
15、研究的热点之一。为了探索多足步行机器人技术的研究前沿，给我国多足步行机器人工程实用化开发提供关键技术的支持，开展多足步行机器人相关理论和技术的研究具有十分重要的科学意义和应用价值。徐州工程学院毕业设计(论文 )22 红外遥控六足机器人系统设计2.1 系统总体方案经过对方案设计要求的分析论证，采用 51 单片机控制平台，经过红外遥控器发送的信号，控制运动模块各电机的运动方式，进而控制六足机器人的运动。系统框架图如图 2-1：图 2-1 系统总体框图2.2 系统方案论证2.2.1 机器人行走方案论证方案一：现在常见的六足机器人行走以每个足上有几个舵机来实现多自由度的运动，行走稳定，且可实现许多种方
16、式的行走。但花费的、较大。方案二：经大量的查阅资料，我找到了以中每个腿只有一个自由度也能实现前进，后退，转弯运动的方案，缺点是不能适应各种地形，行走起来姿态不是很好。鉴于自己能力有限等方面，选择第二种方案。徐州工程学院毕业设计(论文 )32.2.2 机体方案论证方案一：自己制作车体。经过反复考虑论证，决定使用三角步态方案（后面有详细介绍） ，此方案以每三个足为一组，分成两组运动，三角稳定性良好，制作的车体和腿部使用有机玻璃为材料，比较轻，可以减少驱动设备的负担，比较经济。方案二： 购买现成机体。比较昂贵且本设计方案结构简单，无需购买。2.2.3 控制器方案论证按照题目要求，控制器主要用于控制电机，红外遥控器将信号传输给控制器，控制器做出相应处理，实现电机的前进和后退，转向。方案一：可以采用 ARM 为系统的控制器，优点是该系统功能强大，片上外设集成度搞密度高，提高了稳定性，系统的处理速度也很高，适合作为大规模实时系统的控制核心。方案二：采用 AT89S51 作为系统控制的方案。AT89S51 单片机算术运算功能强
