投籃機器人動作設(shè)計畢業(yè)論文.doc

目錄1引言.11.1機器人概述.11.2目前研究的概況和發(fā)展趨勢.11.3機器人競賽介紹.22總體方案分析與策略.23行駛機構(gòu)的設(shè)計.34吃球部分設(shè)計.45投球部分設(shè)計.66控制回路設(shè)計.77單片機控制系統(tǒng).77.1AVR單片機的特性.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/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自動送球控制.209總結(jié).20致謝.21參考文獻.2211引言1.1機器人概述機器人科學是一門綜合了機械、電子、材料、計算機、傳感器、仿生、人工智能等多種前沿科學的綜合性學科，是最能體現(xiàn)一個國家基礎(chǔ)科學技術(shù)和制造業(yè)水平的學科之一。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。該劇預告了機器人的發(fā)展對人類社會的悲劇性影響，引起了大家的廣泛關(guān)注，被當成了機器人一詞的起源。在該劇中，機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。后來，羅薩姆公司取得了成功，使機器人具有了感情，導致機器人的應用部門迅速增加。在工廠和家務勞動中，機器人成了必不可少的成員。為了防止機器人傷害人類，科幻作家阿西莫夫于1940年提出了“機器人三原則”：(1)機器人不應傷害人類；(2)機器人應遵守人類的命令，與第一條違背的命令除外；(3)機器人應能保護自己，與第一條相抵觸者除外。這是給機器人賦予的倫理性綱領(lǐng)。機器人學術(shù)界一直將這三原則作為機器人開發(fā)的準則。機器人真正出現(xiàn)在人類社會中的歷史并不算長，1959年美國英格伯格和德沃爾制造出世界上第一臺工業(yè)機器人，機器人的歷史才算真正開始。機器人發(fā)展到現(xiàn)在，可以分為三代：第一代是示教再現(xiàn)型機器人：它由人操縱機械手做一遍應當完成的動作或通過控制器發(fā)出指令讓機械手臂動作，在動作過程中機器人會自動將這一過程存入記憶裝置。當機器人工作時，能再現(xiàn)人教給它的動作，并能自動重復的執(zhí)行。這類機器人不具有外界信息的反饋能力，很難適應變化的環(huán)境。第二代是有感覺的機器人：它們對外界環(huán)境有一定感知能力，并具有聽覺、視覺、觸覺等功能。機器人工作時，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)，保證在適應環(huán)境的情況下完成工作。第三代是具有智能的機器人：智能機器人是靠人工智能技術(shù)決策行動的機器人，它們根據(jù)感覺到的信息，進行獨立思維、識別、推理，并作出判斷和決策，不用人的參與就可以完成一些復雜的工作。目前，智能機器人已在許多方面具有人類的特點，隨著機器人技術(shù)不斷發(fā)展與完善，機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)展趨勢當今世界，機器人特別是工業(yè)機器人已經(jīng)發(fā)展成為一個規(guī)模巨大的產(chǎn)業(yè)。據(jù)2粗略估算，全球現(xiàn)在至少有76萬臺機器人正投入使用。中國于1972年開始研制自己的工業(yè)機器人。我國于1985年研制成功第一臺弧焊機器人，距世界最早的機器人實用機型推出晚了23年。目前，我國從事機器人研發(fā)、制造的單位已達200多家。2000年，我國工業(yè)機器人的擁有量約為3500臺，其中國產(chǎn)的占五分之一。但是由于我國機器人產(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)機器人長期大量依賴進口。研究與市場脫節(jié)是我國機器人產(chǎn)業(yè)化過程中一個急需解決的問題。同時，我國的企業(yè)也缺少大規(guī)模集成的經(jīng)驗，難以形成很強的競爭力1。1.3機器人競賽介紹近年來,隨著計算機、傳感器和人工智能等技術(shù)的飛速進步，機器人科學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),機器人已經(jīng)成為生產(chǎn)線上的主力，可以說一個企業(yè)其生產(chǎn)線上機器人的質(zhì)量和數(shù)量幾乎可以說明這個企業(yè)的生產(chǎn)效率和水平。不僅如此，機器人的應用也擴展到很多其他領(lǐng)域，比如偵察、探測機器人，護理機器人，農(nóng)業(yè)機器人，甚至還有家用的清潔機器人而各類機器人競賽就是近年來發(fā)展起來的一種新興事物。通常情況下，比賽發(fā)布一個目標和一套規(guī)則，參賽選手據(jù)此設(shè)計機器人，與其他選手競爭，從而贏得比賽。機器人比賽集合科技、教育、比賽、娛樂于一體，即是科普活動的一個良好載體,同時也是基礎(chǔ)研究的一個大舞臺,不僅是有趣的娛樂項目同時也能反映出一個國家科技水平的高低。機器人競賽給青年人提供了一個充分展示聰敏才智的舞臺,培養(yǎng)了他們實際動手能力,團隊協(xié)作能力,提高了創(chuàng)新能力,更使大學生對相關(guān)學科的理論學習有了更直觀的認識。同時，這些非工業(yè)用途的研究型和教學型機器人，其意義遠不僅是它們自身所能帶來的直接經(jīng)濟價值。這類機器人往往是各種學科最新技術(shù)的交叉實驗平臺，在新型機器人上應用的技術(shù)有可能很快就出現(xiàn)在其他領(lǐng)域的實際產(chǎn)品中，不但促進了機器人自身的發(fā)展，也帶動了其他相關(guān)領(lǐng)域產(chǎn)品的進步。2總體方案分析與策略要想實現(xiàn)投籃的功能，機器人必須在以下幾個方面達到要求：(1)功能強大為了能完成比投籃動作，必須具備高效、可靠的動作機構(gòu)。(2)信息處理能力強需要按照一定的路線行進，對環(huán)境位置信息進行處理和判斷，以便完成既定任務。(3)速度快速度是搶占場上優(yōu)勢最重要的手段。(4)堅固穩(wěn)定要考慮防止機器人傾覆的措施。33行駛機構(gòu)的設(shè)計大多數(shù)手動機器人的驅(qū)動布局方案都是：采用兩臺電動機，分別驅(qū)動機器人后方的兩個主動輪，而前方安裝一個或兩個萬向輪作從動輪。這種方案的優(yōu)點是轉(zhuǎn)向控制方便。沒有復雜的轉(zhuǎn)向機構(gòu)，通過分別控制兩個電機的正反轉(zhuǎn)就能使機器人轉(zhuǎn)向，無論從結(jié)構(gòu)上還是電路控制上都比較簡單。圖1雙電機驅(qū)動布局但是這種方案有