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1、摘要随着社会的不断发展，人们的生活节奏不断加快，压力也随之增大，因此，越来越多的家庭就会饲养宠物，以增加生活的乐趣，缓解生活压力。但是，大部分家庭都过着早出晚归的生活，导致白天家中宠物无人看管，无人喂养。因此，为了解决这一问题，我利用电话按键音的双音频检测技术,设计了家庭宠物喂养机器人。通过手机对机器人进行远程遥控，控制其行进的前后、左右的动作，以及的头部的运动，还有投喂宠物的出料机构的运动。有了这台机器人，当人们不在家中时能够远程地进行宠物的喂养，同时能够对宠物的状态进行监控，以了解其在家中的状态。关键字 机器人；双音频；远程遥控AbstractWith the rapid developm
2、ent of society, the pace of life has accelerated and people have been stressed out. Therefore, more and more people choose to keep pets, aiming at increasing the joy of life and relieving the pressures of life. However, most of people are at work in day time so that they have to leave their pets alo
3、ne. Consequently, the pets are lack of caring during the day time. In order to solve this problem, I invent a feeding robot for pet according to the dual-tone detection technology which based on telephone keypad. People can achieve telecontrol of the feeding robot by their cell phone. Based on the t
4、elecontrol, the feeding robot can move around, as well its head. Whats more, the robot can pour pet food into a bowl by telecontrol. People can complete the feeding work and get the picture of their pets when they are at work by the robot based on telecontrol.Key words Robot; Dual-tone multi-frequen
5、cy signaling; telecontrol目 录摘要IAbstractII目 录III第1章绪论11.1 课题背景11.2 家庭宠物喂养机器人的发展概况11.2.1 国内研究发展概况11.2.2 国外研究发展概况11.3 本设计方案的确立21.3.1 机械部分的设计方案21.3.2 控制部分的设计方案2第2章 机械结构部分设计32.1 行进机构部分设计32.1.1 驱动方式设计32.1.2 履带机构设计32.1.3 机架结构设计42.1.3.1 履带轮支撑结构42.1.3.1 机身支架结构52.2料斗结构设计52.3头部结构设计72.4手部结构设计7第3章 电路部分设计93. 1 电源
6、部分电路设计93. 2 51单片机主控系统部分电路设计93. 3 舵机控制部分电路设计103. 4 双音频检测电路部分设计113. 5 密码掉电保护电路部分电路设计123. 6 电机驱动部分电路设计133. 7 比较器部分电路设计13第4章 程序部分设计154. 1 自动铃音检测及摘机部分程序设计154. 2 按键检测部分程序设计154. 3 按键控制程序设计164. 4 密码读取、写入及验证部分程序设计164. 5 电机控制程序设计164. 6 舵机控制程序设计17结论19参考文献20致谢21附录122附录226附录339附录440第1章绪论1.1 课题背景当今社会的飞速发展，科技的极大进步
7、，人们的生活方式已经有了很大的不同。从前是一有空就会呆在家里与家人共天伦，和左邻右舍一齐吃下饭，聊下家常。但是现在时代变了，人们的生活方式变得忙碌而又紧张，人们待在家的时间越来越少，特别是工薪一族，他们经常是过着早出晚归的生活。而当中有很大的一部分人，为了缓解生活的压力，在自己的家中饲养了宠物。而养宠物当中，有很大一部分人养的就是小猫和小狗。因此问题就出现了，有很多的家庭因为早出晚归的问题，宠物放于家中就无法管理。例如早上如果起床匆忙，又或者中午无人在家的时候，宠物就无人管理，无人喂食，这使得宠物可能会饿倒。对于爱宠一族来说是很不忍心看到的。如果早上就准备好了宠物的食物，宠物又可能会因此早上和
8、吃得不平均而出现饱一顿，饿一顿的状况。如果专门请人进行宠物的照看，费用也是一笔比较大的开支。更重要的是当无人在家的时候，家中的人无法了解宠物的状况。会令到一些深爱自己宠物的主人感到相当地担心。所以，结合了当今视频电话通信技术的便捷性、安全性与稳定性，以及电子技术的发展能力，就萌生了设计制作一个家庭宠物喂养机器人的想法，以解决爱宠人士的这一大难题。1.2 家庭宠物喂养机器人的发展概况1.2.1 国内研究发展概况国内关于家庭宠物喂养机器人的研究已经有了初步的发展。在2007年深圳先进技术研究院就研究出了一款可以利用互联网进行远程控制和监视宠物的机器人。该宠物护理机器人内设有用于通信的模块,用来接收
9、控制端发过来的控制信号，然后进行处理，用于驱动系统及喂食模块的控制。驱动系统用于控制机器人本体的移动，喂食模块用于根据控制指令打开其纳置有宠物食粮的喂食盒。通过互联网，将本地的电脑与远程的电脑进行连接,由远程的电脑来控制机器人本体的运动以及监视宠物反馈图像给远程的计算机1。1.2.2 国外研究发展概况在国外，关于家庭宠物机器人的研究在很早也已经有了。例如在美国，微软公司的一名叫做Jordan Correa的员工制作了一台名为“DarwinBot”的宠物监护机器人，这台机器人利用了Robotics Developer Studio和Kinect的技术，使得Jordan Correa能够在其工作的
10、地方远程控制机器人，完成对其宠物狗的监视、喂养、交流以及玩耍的目的2。同时国外也有使用手机短信及互联网进行远程控制的投喂器，人们只需要通过手机按动手机上的一个按钮就能完成远程投喂动作。1.3 本设计方案的确立1.3.1 机械部分的设计方案机械结构的设计包括有几部分，分别是行进机构的设计，投喂机构的设计，头部机构的设计，手部机构的设计等。因为是用于家庭的环境中，所以要求机器人要具有一定的稳定性，同时为了能够翻越家中的门槛，阶梯，以及行走于柔软的地毯环境中，经对比可以知道，普通轮式机构的转向欠佳，难以跨域稍微高一点的障碍物。而仿生物结构的足部在有宠物的环境下会显得不可靠，可能会使宠物发生意外。而履
11、带结构能够很好地适应各种的地形环境，同时其平稳性也比较高，所以初定起行进的方式为履带驱动式。投喂机构的设计，因为设定的宠物类型为小型犬或猫，其主要的粮食为颗粒状的狗粮或猫粮，体积，外形尺寸较小。所以设计的结构为料筒装料，利用底部的送料口开关组合自然落料的方式进行投喂。头部机构主要是用于夹持用于监视的手机，通过摄像头进行监控宠物的状态。其要求能够在两个自由度方向上进行转动，达到水平的旋转与上下摆动的目的。所以初步设想利用舵机进行控制，实现目的。手部机构也是利用舵机来实现，达到在两个自由度上的动作,以及夹持的目的。1.3.2 控制部分的设计方案控制部分，根据项目要求，主要分为四个部分，单片机最小系
12、统控制部分，DTMF检测与分析部分，信息掉电保护部分，以及舵机、电机的控制部分。单片机主控部分是以51单片机为核心的单片机控制系统，其处理的主要内容包括：（1）处理双音频检测电路发过来的编码信号，进行识别与调用对应子程序。（2）处理电机编码器发过来的电信号。（3）对密码进行读出，写入，判断。（4）输出舵机及电机控制信号。（5）输出报警、指示信号。（6）通过无线蓝牙串口与上位机进行通信。双音频检测部分，主要利用的是MT8870这一块芯片搭建而成。然后将信号利用HC573进行锁存进行处理，继而将信号输入到单片机主控。信息掉电保护部分使用的是24C02芯片进行掉电储存。舵机与电机控制部分中，首先是舵
13、机控制部分，使用的是小型单片机制作的辅助系统，可以将主控部分发过来的控制信号进行处理，进而通过四个输出I/O输出到舵机控制线中，进而控制舵机转动角度。电机控制部分使用的是三极管驱动继电器的电路，再而控制行进电机的正反转。第2章 机械结构部分设计2.1 行进机构部分设计2.1.1 驱动方式设计因为该机器人用于家庭场合，所以要求体积不能太大，应尽量地小。同时因为用于喂养宠物，与宠物进行交流，所以也要具有一定的强度，以防止宠物将机器人损坏。同时还要考虑到机器人的灵活性与稳定性，最终得出了几套行进机构设计的构想。（1）第一种是类球状机架的双半球驱动方式。此种结构优点是，外形简洁，具有相当强的灵活性，特
14、别是在家庭这种具有很多家具和门口障碍的水平环境中非常适合。同时因为它的整体结构是类球形，所以当遇到宠物的冲撞时，能够很好地进行移动，不至于因为动量过大而损坏。但是它也是有缺点的，因为是球状的结构，所以单件少量地制造会比较复杂，手工制作比较困难，同时因为是类球形，所以内部的驱动结构会比较复杂，需要运用到陀螺仪等结构平衡内部的结构。（2）第二种是最常见的四轮或三轮结构驱动方式。因为四轮和三轮结构相对简单，被玩具行业大量地运用。普通的四轮结构分为两轮驱动，四轮驱动以及四轮单独驱动。两轮驱动的结构最为简单，但它转弯半径比较大，而且通过性与动力性也比较低。四轮驱动与两轮驱动相比其通过性与动力性有很大提高
15、，但机构复杂性有所提高，加工难度也比较大，以及它转弯半径与两驱没有太大区别。四轮的单独运动，运用的是舵机配合直流电机的结构，每一个的直流电机都可以在原地进行180的转弯，这样使得机器人本体能够原地向各个方向移动，但此种结构相对复杂，而且对与控制部分的要求也很高。而三轮结构虽然有很好的转弯性能，但是它的稳定性比较差，很容易出现倾翻现象。（3）第三种是履带结构，被广泛用于各种的机器人上。它有很好的爬坡能力和越障能力，能够爬越比较陡的坡度，同时能够行驶在轮式结构无法行走的家庭地毯上。同时它的底盘可以做得很低，所以此种结构具有很好的稳定性，能够有效地抵抗宠物对其的冲击，不至于倾覆。同时它的结构也相对地简单，直接使用两个直流电机就能够完成前后左右的运动。经过了多种方案的一一对比，最后选择了履带式的结构，作为机器人本体的一个驱动行进方式。因为其结构和控制的方式都比较简单，加工难度也不大，而且能够很好地完成指定的动作。2.1.2 履带机构设计在一般的市面上，真正能够购买到的小型履带结构非常的少，而且要拿到外面加工的话，单件加工的价格会比较地昂贵，加工的工序也会比较的复杂。为了能够方便制作与加工出本机器人的部件，所以就决定使用结构与履带类似，但结构相对简单，且市面上比较容易购买到的同步带，来替代
