投籃機(jī)器人動(dòng)作設(shè)計(jì)畢業(yè)論文.doc

目錄1引言.11.1機(jī)器人概述.11.2目前研究的概況和發(fā)展趨勢(shì).11.3機(jī)器人競(jìng)賽介紹.22總體方案分析與策略.23行駛機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì).34吃球部分設(shè)計(jì).45投球部分設(shè)計(jì).66控制回路設(shè)計(jì).77單片機(jī)控制系統(tǒng).77.1AVR單片機(jī)的特性.77.2控制電路介紹.88以PLC為核心的控制系統(tǒng)方案.98.1PLC介紹.98.2PLC的選擇.118.3PLC各單元介紹.128.4控制系統(tǒng)功能介紹.168.5前進(jìn)/后退，變速控制及投球控制.168.5.1/O分配.168.5.2程序梯形圖：.178.6自動(dòng)送球控制.209總結(jié).20致謝.21參考文獻(xiàn).2211引言1.1機(jī)器人概述機(jī)器人科學(xué)是一門綜合了機(jī)械、電子、材料、計(jì)算機(jī)、傳感器、仿生、人工智能等多種前沿科學(xué)的綜合性學(xué)科，是最能體現(xiàn)一個(gè)國(guó)家基礎(chǔ)科學(xué)技術(shù)和制造業(yè)水平的學(xué)科之一。1920年捷克作家卡雷爾卡佩克發(fā)表了科幻劇本羅薩姆的萬能機(jī)器人。在劇本中，卡佩克把捷克語“Robota”寫成了“Robot”，“Robota”是奴隸的意思。該劇預(yù)告了機(jī)器人的發(fā)展對(duì)人類社會(huì)的悲劇性影響，引起了大家的廣泛關(guān)注，被當(dāng)成了機(jī)器人一詞的起源。在該劇中，機(jī)器人按照其主人的命令默默地工作，沒有感覺和感情，以呆板的方式從事繁重的勞動(dòng)。后來，羅薩姆公司取得了成功，使機(jī)器人具有了感情，導(dǎo)致機(jī)器人的應(yīng)用部門迅速增加。在工廠和家務(wù)勞動(dòng)中，機(jī)器人成了必不可少的成員。為了防止機(jī)器人傷害人類，科幻作家阿西莫夫于1940年提出了“機(jī)器人三原則”：(1)機(jī)器人不應(yīng)傷害人類；(2)機(jī)器人應(yīng)遵守人類的命令，與第一條違背的命令除外；(3)機(jī)器人應(yīng)能保護(hù)自己，與第一條相抵觸者除外。這是給機(jī)器人賦予的倫理性綱領(lǐng)。機(jī)器人學(xué)術(shù)界一直將這三原則作為機(jī)器人開發(fā)的準(zhǔn)則。機(jī)器人真正出現(xiàn)在人類社會(huì)中的歷史并不算長(zhǎng)，1959年美國(guó)英格伯格和德沃爾制造出世界上第一臺(tái)工業(yè)機(jī)器人，機(jī)器人的歷史才算真正開始。機(jī)器人發(fā)展到現(xiàn)在，可以分為三代：第一代是示教再現(xiàn)型機(jī)器人：它由人操縱機(jī)械手做一遍應(yīng)當(dāng)完成的動(dòng)作或通過控制器發(fā)出指令讓機(jī)械手臂動(dòng)作，在動(dòng)作過程中機(jī)器人會(huì)自動(dòng)將這一過程存入記憶裝置。當(dāng)機(jī)器人工作時(shí)，能再現(xiàn)人教給它的動(dòng)作，并能自動(dòng)重復(fù)的執(zhí)行。這類機(jī)器人不具有外界信息的反饋能力，很難適應(yīng)變化的環(huán)境。第二代是有感覺的機(jī)器人：它們對(duì)外界環(huán)境有一定感知能力，并具有聽覺、視覺、觸覺等功能。機(jī)器人工作時(shí)，根據(jù)感覺器官（傳感器）獲得的信息，靈活調(diào)整自己的工作狀態(tài)，保證在適應(yīng)環(huán)境的情況下完成工作。第三代是具有智能的機(jī)器人：智能機(jī)器人是靠人工智能技術(shù)決策行動(dòng)的機(jī)器人，它們根據(jù)感覺到的信息，進(jìn)行獨(dú)立思維、識(shí)別、推理，并作出判斷和決策，不用人的參與就可以完成一些復(fù)雜的工作。目前，智能機(jī)器人已在許多方面具有人類的特點(diǎn)，隨著機(jī)器人技術(shù)不斷發(fā)展與完善，機(jī)器人的智能水平將越來越接近人類。1.2目前研究的概況和發(fā)展趨勢(shì)當(dāng)今世界，機(jī)器人特別是工業(yè)機(jī)器人已經(jīng)發(fā)展成為一個(gè)規(guī)模巨大的產(chǎn)業(yè)。據(jù)2粗略估算，全球現(xiàn)在至少有76萬臺(tái)機(jī)器人正投入使用。中國(guó)于1972年開始研制自己的工業(yè)機(jī)器人。我國(guó)于1985年研制成功第一臺(tái)弧焊機(jī)器人，距世界最早的機(jī)器人實(shí)用機(jī)型推出晚了23年。目前，我國(guó)從事機(jī)器人研發(fā)、制造的單位已達(dá)200多家。2000年，我國(guó)工業(yè)機(jī)器人的擁有量約為3500臺(tái)，其中國(guó)產(chǎn)的占五分之一。但是由于我國(guó)機(jī)器人產(chǎn)業(yè)化起步較晚，步伐較慢，基礎(chǔ)工業(yè)力量比較薄弱，致使工業(yè)機(jī)器人長(zhǎng)期大量依賴進(jìn)口。研究與市場(chǎng)脫節(jié)是我國(guó)機(jī)器人產(chǎn)業(yè)化過程中一個(gè)急需解決的問題。同時(shí)，我國(guó)的企業(yè)也缺少大規(guī)模集成的經(jīng)驗(yàn)，難以形成很強(qiáng)的競(jìng)爭(zhēng)力1。1.3機(jī)器人競(jìng)賽介紹近年來,隨著計(jì)算機(jī)、傳感器和人工智能等技術(shù)的飛速進(jìn)步，機(jī)器人科學(xué)得到了前所未有的發(fā)展.在制造行業(yè)中，尤其是汽車工業(yè),機(jī)器人已經(jīng)成為生產(chǎn)線上的主力，可以說一個(gè)企業(yè)其生產(chǎn)線上機(jī)器人的質(zhì)量和數(shù)量幾乎可以說明這個(gè)企業(yè)的生產(chǎn)效率和水平。不僅如此，機(jī)器人的應(yīng)用也擴(kuò)展到很多其他領(lǐng)域，比如偵察、探測(cè)機(jī)器人，護(hù)理機(jī)器人，農(nóng)業(yè)機(jī)器人，甚至還有家用的清潔機(jī)器人而各類機(jī)器人競(jìng)賽就是近年來發(fā)展起來的一種新興事物。通常情況下，比賽發(fā)布一個(gè)目標(biāo)和一套規(guī)則，參賽選手據(jù)此設(shè)計(jì)機(jī)器人，與其他選手競(jìng)爭(zhēng)，從而贏得比賽。機(jī)器人比賽集合科技、教育、比賽、娛樂于一體，即是科普活動(dòng)的一個(gè)良好載體,同時(shí)也是基礎(chǔ)研究的一個(gè)大舞臺(tái),不僅是有趣的娛樂項(xiàng)目同時(shí)也能反映出一個(gè)國(guó)家科技水平的高低。機(jī)器人競(jìng)賽給青年人提供了一個(gè)充分展示聰敏才智的舞臺(tái),培養(yǎng)了他們實(shí)際動(dòng)手能力,團(tuán)隊(duì)協(xié)作能力,提高了創(chuàng)新能力,更使大學(xué)生對(duì)相關(guān)學(xué)科的理論學(xué)習(xí)有了更直觀的認(rèn)識(shí)。同時(shí)，這些非工業(yè)用途的研究型和教學(xué)型機(jī)器人，其意義遠(yuǎn)不僅是它們自身所能帶來的直接經(jīng)濟(jì)價(jià)值。這類機(jī)器人往往是各種學(xué)科最新技術(shù)的交叉實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，在新型機(jī)器人上應(yīng)用的技術(shù)有可能很快就出現(xiàn)在其他領(lǐng)域的實(shí)際產(chǎn)品中，不但促進(jìn)了機(jī)器人自身的發(fā)展，也帶動(dòng)了其他相關(guān)領(lǐng)域產(chǎn)品的進(jìn)步。2總體方案分析與策略要想實(shí)現(xiàn)投籃的功能，機(jī)器人必須在以下幾個(gè)方面達(dá)到要求：(1)功能強(qiáng)大為了能完成比投籃動(dòng)作，必須具備高效、可靠的動(dòng)作機(jī)構(gòu)。(2)信息處理能力強(qiáng)需要按照一定的路線行進(jìn)，對(duì)環(huán)境位置信息進(jìn)行處理和判斷，以便完成既定任務(wù)。(3)速度快速度是搶占場(chǎng)上優(yōu)勢(shì)最重要的手段。(4)堅(jiān)固穩(wěn)定要考慮防止機(jī)器人傾覆的措施。33行駛機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)大多數(shù)手動(dòng)機(jī)器人的驅(qū)動(dòng)布局方案都是：采用兩臺(tái)電動(dòng)機(jī)，分別驅(qū)動(dòng)機(jī)器人后方的兩個(gè)主動(dòng)輪，而前方安裝一個(gè)或兩個(gè)萬向輪作從動(dòng)輪。這種方案的優(yōu)點(diǎn)是轉(zhuǎn)向控制方便。沒有復(fù)雜的轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)，通過分別控制兩個(gè)電機(jī)的正反轉(zhuǎn)就能使機(jī)器人轉(zhuǎn)向，無論從結(jié)構(gòu)上還是電路控制上都比較簡(jiǎn)單。圖1雙電機(jī)驅(qū)動(dòng)布局但是這種方案有