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1、 重庆工业职业技术学院 毕业设计（论文）课题 基于光电传感器的避障四足爬行机器人 设计与制作 （起止日期 2016 年 11 月 01 日 2017 年 4 月 30 日） 自 动 化 学院 机电一体化 专业 303 班 学生姓名 唐 真 学号 201440430321 指导教师 毛 臣 健 职称 教 授 教研室主任 毛 臣 健 重庆工业职业技术学院毕业设计（论文）任务书院 部： 自 动 化 专 业 班 级： 14机电303 学 生 姓 名： 唐 真 二O一六 年 十一 月1重庆工业职业技术学院毕业设计（论文）任务书课题名称 基于光电传感器的四足爬行避障机器人设计与制作课题简介技术指标工作量要
2、求课题简介：现代工业生产中能代替人做某些危险、恶劣环境下的作业，重复的长时间作业因此，结合传感器搭建具有避障行走功能的机器人，具有重要的实用价值。本课题依托博创机器人套件“创意之星” 利用光电传感器以及基本结构组件搭建机器人，合理设计四足避障机器人的复合行走机构，根据感知提供的信息，完成机器人行走、障碍判断、行走机构变形等功能设计。通过图形化编程工具或C语言编写程序，最终实现四足爬行机器人避障。技术指标机器人可以实现向前爬行、向左爬行、向后爬行、向后爬行等动作。机器人可以避开路径外的障碍。工作量要求根据要求合理设计整个课题的实现功能，完成总体设计；搭建完整的四足爬行避障机器人；利用图形化语言或
3、C语言编写控制程序；撰写符合要求的毕业论文。进度计划起止时间工作内容2016.11.012016.11.302016.12.012016.12.312017.01.012017.01.302017.02.012017.02.282017.03.012017.03.312017.04.012017.04.30熟悉毕业设计方案，查阅相关资料；熟悉“创意之星”，完成方案的初步设计；根据课题要求涉及机器人的主体，并利用套件进行搭建；掌握图形化编程工具的编程方法，熟练运用；机器人流程控制程序的编写及总体调试；编写毕业论文及修改，并为毕业答辩做准备。参考文献1 刘乐喜.微机计算机接口技术及应用M.华中科技
4、大学出版社.2005.082 丘柳东. 机器人设计与制作M.四川：西南交通大学出版社，20153 姚宪华. 模块化机器人创新设计与竞赛M.北京：北京航空航天大学出版社，2010.课题组成员无说明：任务书由指导教师完成。重庆工业职业技术学院毕业设计（论文）指导纪要院 部： 自 动 化 专 业 班 级： 14机电303 指 导 教 师： 毛 臣 健 二O一七 年 四 月重庆工业职业技术学院毕业设计（论文）指导及阶段工作情况检查表指导记录阶段检查记录日期指导内容日期按要求完成任务情况学生签字 年 月 日指导教师签字 年 月 日说明：1此表由指导教师手工填写； 2“完成任务情况”一栏按学生是否按计划进
5、度完成任务的情况填写。摘要现代工业生产中能代替人做某些危险、恶劣环境下的作业，或者单调、频繁和重复的长时间作业，例如在灾区抢险探测、未知地域探索、危险化学物品转移。如救生、有毒等一些人员或机动车无法抵达的区域。频繁、重复的简单路径的小件物品转移搬运，以及在原子能工业等部门中，完成对人体有害物料的搬运。机器人是自动执行工作的机器装置。它既可以接受人类的指挥，又可以运行预先编排的程序，也可以根据一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的工作。 此次设计智能避障爬行机器人模拟在危险对人体有害的环境通过光电传感器作为检测反馈原件完成运动前的检测工作，通过CDS5516舵机的使用与博创
6、模块套件的结合拼装能灵活运动的执行机构，使用图形化编程软件完成机器人的自动规避障碍物动作程序的编写，完成四足爬行避障机器人的制作，实现避障功能，它将代替人工进行危险地域勘察探索，小件有害物搬运转移，这将大大减轻某些工作的危险及对未知地域的恐怖性，完成一些人类不能完成的工作，解放人类劳动、提高工作效率。关键词 ：四足爬行机器人 智能控制 图形化编程目录摘 要61课题设计背景和目的10 1.1 设计背景10 1.2 设计目的112四足机器人总设计11 2.1 四足避障机器人设计要求11 2.2 四足避障机器人总体设计思路123硬件系统的组成13 3.1 创意之星博创模块化机器人套件14 3.2 控
7、制部分15 3.2.1 控制器选用要求15 3.2.2 MultiF2 LEX2控制器简介15 3.2.3 控制器底盘选用要求16 3.3 执行机构16 3.3.1 机器人舵机选用要求16 3.3.2 CDS5516舵机简介16 3.3.3 运动执行套件18 3.3.4 舵机连接件18 3.3.5 其他连接件19 3.4 检测部分19 3.4.1 传感器选用要求19 3.4.2 传感器简介20 3.5 四足避障机器人的搭建204 软件系统设计22 4.1 软件总设计22 4.2 编程语言和软件的选用22 4.2.1 编程语言选择22 4.2.2 RNorthSTAR软件介绍22 4.2.3 U
8、P-Debugger 多功能调试器介绍23 4.2.4 Robot Servo Terminal 软件介绍23 4.3 软件实现24 4.3.1 使用函数与模块简介24 4.3.2 四足避障机器人动作分解26 4.3 3 NorthR STAR软件编程实现385四足避障机器人的完成与测试40 5.1 四足避障机器人设计实体40 5.2 四足避障机器人测试功能40结束语41致谢43参考文献431课题设计背景和目的1.1 设计背景机器人近一个世纪以来飞速发展的高技术领域，自十九世纪六十年代美国推出第一台工业机器人以来，机器人领域便得到了迅猛的发展，它被广泛的应用于各部门包括医疗、娱乐、服务、卫生以
9、及工业等许多方面，对人类的生产生活产生了极其巨大的影响。机器人技术是多学科交叉渗透的结果，其中涉及到计算机科学、信息处理、控制工程、人工智能、机构运动学、精密机械、动力学、传感器技术、仿生学等多个学科领域。机器人的出现使得传统工业生产的发生了本质的变化，人类的生产方式从手工作业、机械化、自动化跨入了智能化的新时代。在科学探索和紧急抢险中经常会遇到对与一些危险或人类不能直接到达的地域的探险，这就需要用机器人来完成。而机器人在复杂地形中行进时自动避障是一项必不可少也是最基本的功能。因此，自动避障系统的研发就应运而生。21 世纪的今天，随着科技的发展，对于未知空间和人类所不能达到的地域探索逐步成为热
10、门，这就使得自动避障有了重大意义。科技飞速的发展，带动中国经济的发展，机械的自动化将有力地推动了社会生产力的发展和保证产品的质量， 同时也将使现代产品性能有进一步保障，产品更新换代的节奏也越来越快。现代生产越来越重视安全和高效率，各种智能机器人应运而生。此次四足避障机器人就是一种拥有运动机能的机器人。 四足避障机器人是自动执行工作的机器装置，是靠自身动力和控制能力来实现各种功能的一种机器。现代的机器人还可以根据人工智能技术制定的原则纲领行动。我们的四足避障机器人就是自动避障机器人中的一类。自动四足避障机器人可以作为地域探索机器人和紧急抢险机器人的运动系统，让机器人在行进中自动避过障碍物。到了2
11、1世纪，现代机器人技术众多生活服务等众多领域获得了越来越普遍的应用，21 世纪将是一个更为广泛的开发和应用机器人技术的时代， 计算机技术的不断进步和发展使机器人技术的发展一次次达到一个新水平,机器人技术已拓展到全球经济发展的诸多领域，成为高科技中极为重要的组成部分，人类文明的发展,科技的进步已和机器人的研究，应用产生了密不可分的关系，人类社会的发展已离不开机器人技术，而机器人技术的进步又对推动科技发展起着不可替代的作用。 军事侦查与环境探测.探测危险与排除危情，在战场上或工程中，常常会遇到各种各样的意外。这时，智能化四足避障机器人就会发挥很好的作用。智能作为现代社会的新产物，是以后的发展方向，
12、他可以按照预先设定的模式在一个特定的环境里自动的运作，无需人为管理，便可以完成预期所要达到的或是更高的目标。本设计主要体现多功能爬行机器人的智能模式，设计中的理论方案、分析方法及特色与创新点等可以为自动运输机器人、采矿勘探机器人、家用自动清洁机器人等自动半自动机器人的设计与普及有一定的参考意义。同时四足爬行机器人可以作为玩具的发展对象，为中国玩具市场技术含量的缺乏进行一定的弥补，实现经济收益，形成商业价值。1.2 设计目的在一些特殊环境，例如在崎岖的山路上，路面并不是很平整，采用智能爬行机器人进行小物质运送、环境探测等，例如火灾现场，由于火势太大，指挥人员对着火地点的内部情况并不清楚时，可能就
13、会延误救援，造成生命财产的巨大损失，但要是采用这种智能避障爬行机器人，只需在爬行机器人上面搭载相关的摄像设备，让其进入火势区自动行驶来勘察情况，指挥人员就可获的现场实际情况，从而更有效的指挥救援。例如在原子能工业等部门中，完成对人体有害物料的搬运或工艺操作。正常的生产中一些工厂的重复乏味劳动对一线工人的心理会造成一定影响， 车间里的有毒有害物质则直接影响到了工作人员的身体健康， 高温高强度的恶劣工作环境甚至能给操作人员带来生命危险，为此工业机器人的发明和使用显得尤为重要。它将在实际生活中取代人手，使人在工作中得到解放，有充分的自由服务其他。本次课题设计避障爬行机器人模拟在标准化的危险场所通过检测反馈原来完成简单的避障运行工作，如果成功代替人工进行对未知地域的探索勘查，这将大大减轻探索人员遇到危险的系数。这种爬行机器人可以避开障碍物，实现智能化。最终设计的更全面时实现无人
