机器人课程设计

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1、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.7.79参考文献10第一章绪论1.1 概述 11.2机器人的技术组成 11.3课程设计的目的和要求 11.3.1 目的 11.3.2 要求 1第二章硬件设计2.1 结构设计 22.2 驱动方案 32.3 传感器 42.3.1 光强传感器 4第三章软件设计 73.1 步态设计3.2 控制策略第四章 设计总结第一章绪论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

2、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（

3、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；（3）进行步态分析，并编写前进、左转、右转的步态流程；（ 4）用 NorthStar 设计完整的双足机器人追光程序；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

4、) 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：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

5、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IC判断转动方向，再驱动 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

6、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U / V / W三相电形成电 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

7、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）。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

8、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

9、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套管2引出导线3-於却水导管4-/卜壳5套筒*B内套筒F-光电池 呂一薄铜片9一压盖10-石英玻璃I11-4H套筒12-童缘薄膜垫片A光强传感器原理利用光敏元件可将光信号的特点，将柴油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。L凰1光强吿航眾駅理圉la）光电池比曲排換片輕W毛诫二扱曽黑取拂蟻原建光强传感

10、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，机器人的右脚做出右转的动作。匠测光强传感器埶il苦侧光强转感罰佐右两例光强數值的差值左右两側的值近目等:塞侧的值小于若测Variable

11、VariableVari ableIF(IF(IF(An a logServo (N)ENDEND左训陽值天于右側：:/:AnalogIi6utENDServo(N)Servo(N)第四章 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！