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1、摘 要智能机器人被人们称为第三代机器人，是能利用感觉和识别功能做决策行 动的机器人。本文以慧鱼创意组合模型为平台，设计出一种智能机器人循 迹边界识别小车。小车利用微动开关检测边界，利用光电管进行循迹。小车采 用慧鱼智能接口板进行控制，用直流电动机驱动。该智能小车的机械结构可以 实现反复拆装，无限组合。控制软件为ROBO Pro,控制机器人完成一系列复杂 动作：如寻找轨迹一一沿轨迹行走遇到边界停止一一回避边界一一继续寻 找轨迹一一继续沿轨迹行走等。本文首先对小车的总体结构进行分析，确定驱 动方案和传动方案，然后按照模块化设计方法组装搭建小车结构，最后对智能 小车的循迹和边界识别的控制系统进行了研
2、究，完成了智能小车硬件设计及软 件设计，成功实现了主动循迹和边界识别功能。关键词：智能机器人慧鱼循迹边界识别Title Tracking and boundary identification of the smart carAbstractIntelligent robots are known as the third-generation robot, it is able to utilize to feel and identify decision-making action. In this paper, the creative combination of Fischerte
3、chnik model as a platform to design an intelligent robot - car tracking to avoid the cliff. Car use micro-switches test the cliff and use photocell cell for tracking. The cars adopt Fischertechnik Intelligent board with two DC motor drive. The intelligent cars mechanical structure can be repeated di
4、sassembly, infinite combinations. Control system can identify ROBO PRO as the core. Such as the searching for the track、walking along the tracks stopping to face cliff、avoiding the cliff 、 continuing to look for the track and continuing to walk along the track. In this paper, the first analysis the
5、overall structure of the car to determine the driver program and drive program, establish the car in accordance with the method of modular design structure and finally research the car control system. In this paper, study the smart car tracking and avoiding the cliff, completed the Smart car hardwar
6、e production and software design, and successfully implemented the function of tracking and avoiding the cliff.Keywords : Robot; Fischertechnik ; Tour Line; Boundary identification目录摘 要IABSTRACTII第1章绪论11.1选题背景及意义11.2国内外机器人的发展现状21.3慧鱼机器人的前景3第2章 智能小车的总体设计52.1智能小车实现功能52.1.1边界识别功能62.1.2循迹功能62.1.3循迹加边界识别
7、功能62.2小车驱动方案的对比分析及选择62.3智能小车传动方案的对比分析及选择72.4小车控制系统的总体设计72.5循迹边界识别小车总体设计简图82.6本章小结9第3章智能循线避障机器人结构设计103.1硬件设计103.2硬件的选择103.3智能车本体结构-133.3.1 机器人各部分设计-13 -3.3.2机器人硬件安装-14 -3.4 小结-15 -第4章 智能小车的软件设计-16 -4.1软件设计实现要求-16-4.2控制程序模块化-16-4.3主程序-17-4.4边界识别子程序-17 -边界返回方法的最优化-18 -4.5寻找轨迹子程序-19-4.6进、后退、停止、左右转子程序-20
8、-4.7沿轨迹行走子程序-20-4.8LLWin3.0控制系统的调试-21-4.8.1调试前的准备工作-21 -4.8.2程序调试-22 -4.8.3运行结果-22 -4.9 小结-22-结论-23 -致 谢-24 -参考文献-25 -第1章绪论11选题背景及意义“慧鱼创意组合模型”又称“工程积木”，“智慧魔方”，简称“慧鱼”。它 是由德国发明家Artur Fisher博士于1964年发明的。它具有一般机械所具有 的零部件，如齿轮、电机、电气开关等，通过声、光、电和辅助技术的配合， 能够模拟各种机械运动和机械设备的自动控制，而且有比较真实的功能。慧鱼创意组合模型是对各种工业机器人的模型，通过对
9、模型的仿真来实现 机器人的设计工作。机器人技术是综合了计算机、控制论、机构学、信息和传 感技术、人工智能、仿生学等多门学科而形成的高新技术。国际标准化组织（ISO） 对机器人的定义:机器人是一种自动的、位置可控的、具有编程能力的多功能操 作机，这种操作机具有几个轴，能够借助可编程操作来处理各种材料、零件、 工具和专用装置，以执行各种任务。工业机器人是机器人的主要研究类型，它并不是简单意义上代替人工的劳 动，而是综合了人的特长和机器特长的一种拟人的电子机械装置，既有人对环 境状态的快速反应和分析判断能力，又有机器可长时间持续工作、精确度高、 抗恶劣环境的能力。从某种意义上来说，机器人是机器进化过
10、程的产物，是工 业以及非产业界的重要生产和服务性设备，也是先进制造技术领域不可缺少的 自动化设备。工业机器人由机械本体、控制器、伺服驱动系统和检测传感装置 构成，是一种仿人操作、自动控制、可重复编程、能在三维空间完成各种作业 的机电一体化自动设备，适合于多品种、变批量的柔性生产。它对稳定和提高 产品质量，提高生产效率，改善劳动条件和产品的快速更新换代起着重要的作 用。从20世纪80年代以来，机器人技术的不断进步，其在各个领域的应用日 益广泛，引起了各国专家学者的普遍关注。许多发达国家均把机器人技术的开 发和研究列入国家高新技术发展计划。世界各国普遍在高等院校为大学本科生 及研究生开设机器人技术
11、的有关课程。为了培养机器人开发、设计、生产、维 护方面的人才，我国很多高校也为本科生和研究生开设了机器人学课程。因此, 教学型机器人越来越受到科研单位以及高校的重视。教育机器人是一类应用于 教育领域的机器人，它一般具备以下特点：首先是教学适用性，符合教学使用 的相关需求；其次是具有良好的性能价格比，特定的教学用户群决定了其价位 不能过高；再次就是它的开放性和可扩展性，可以根据需要方便地增、减功能 模块，进行自主创新；此外它还应当有友好的人机交互界面。目前国内的教 育机器人产品近20种，包括上海广茂达公司生产的能力风暴智能机器人、西觅 亚科技生产的乐高机器人、慧鱼公司生产的慧鱼机器人等。内外机器
12、人的发展现状机器人从20世纪50年代诞生以来，在短短的50多年里得到了迅速的发展， 经历了第一代工业机器人的研究、实用化和普及，第二代感知功能机器人的研 究、实用化，以及第三代智能机器人的研究等各个阶段。第三代机器人，也是 我们机器人学中一个理想的所追求的最高级的阶段，叫智能机器人，那么只要 告诉它做什么，不用告诉它怎么去做，它就能完成任务。知思维和人机通讯的 这种功能和机能，目前的发展还是相对的只是在局部有这种智能的概念和含义， 但真正完整意义的这种智能机器人实际上并没有存在，而只是随着我们科学技 术的不断发展，智能的概念越来越丰富，它内涵越来越宽泛。1954年，美国 的George.Dev
13、ol首先把远程控制器的杆结构与数控铣床的伺服轴结合起来，研 制出了第一台通用机械手。这种机械手可以通过让其沿一系列点运动，将运动 位置以数字形式存储起来，动作执行时，使伺服系统驱动机械手各关节轴来再 现这些位置，从而让机械手完成一些简单的工作。正是由于这个机械手具有了 编程示教再现功能，因此许多人把它作为现代工业机器人产生的标志肌在随后 的生产应用中，为了适应各种不同用途需要，相继出现了直角坐标、关节坐标、 极坐标等许多种不同结构的机器人。与第一代示教再现型机器人不同，第二代 机器人是具有感觉功能的适应控制机器人。这种机器人带有传感器，能感知环 境和对象的情况以控制自身动作的变化。智能机器人的
14、研究是一个艰巨而又广 泛的问题，随着研究的不断深入，相关科学的飞速发展，智能机器人在不久的 将来一定会出现。据UNECE（联合国欧洲经济委员会）和IFR（国际机器人联合会）统计，从20 世纪70年代起，世界机器人产业一直保持着稳步增长的良好势头。进入90年 代，机器人产品发展速度加快，年销售量增长率平均在10%左右；2004年增长 率达到了创记录的20%，其中，亚洲机器人增长幅度最为突出，增长43%6-8o 我国的机器人研究开发工作始于上世纪70年代初，到现在已经历了 30多年的 历程。前10年处于研究单位自行开展研究工作状态，发展比较缓慢。1985年后 开始列入国家有关计划，发展比较快。特别
15、是在“七五” “八五”、“九五”机 器人技术国家攻关和“863”高技术发展计划的重点支持下，我国的机器人技术 取得了重大发展。在机器人基础技术方面：诸如机器人机构的运动学、动力学 分析与综合研究，机器人运动的控制算法及机器人编程语言的研究，机器人内 外部传感器的研究与开发，具有多传感器控制系统的研究，离线编程技术、遥 控机器人的控制技术等均取得长足进展，并在实际工作中得到应用。在机器人操作机研制方面：已开发出一些先进的操作机和特种机器人，如 自动导引车AGV，壁面爬行机器人，重复定位精度为土0.024mm的装配机器人； 可潜入海底6000m的水下机器人，移动遥控机器人，主从操作机器人等，有些
16、已达实用化水平并用于实际工程。在机器人的应用工程方面：目前国内已建立 了多条弧焊机器人生产线，装配机器人生产线，喷涂生产线和焊装生产线。国 内的机器人技术研发力量已经具备了大型机器人工程设计和实施的能力，整体 性能已达到国际同类产品的先进水平，而整体价格仅为国外同类产品的三分之 二甚至一半，具有很好的性能价格比和市场竞争力A】。综上所述，我国机器人 发展已跨过了起步阶段，走上了进步和发展的道路。今后的任务是把机器人技 术推广到更多的工业自动化生产领域和其他更广泛的应用领域，大力开展跨国 区域交流合作，与国际接轨，早日跻身于世界先进行列。目前我们国家比较有代表性的研究有：工业机器人，水下机器人，空间机 器人，核工业的机器人，都在国际上处于领先水平，总
