機器人課程設計說明書

PAGEPAGE1Xxxx說明書名稱三自由度球坐標型機器人院系班級姓名系主任教研室主任指導教師目錄第一章緒論 11.1概述 11.2機器人的技術組成 11.3課程設計的目的和要求 11.3.1目的 11.3.2要求 1第二章硬件設計 22.1結(jié)構設計 22.2驅(qū)動方案 32.3傳感器 42.3.1光強傳感器 4第三章軟件設計 73.1步態(tài)設計 73.2控制策略 7第四章設計總結(jié) 9參考文獻 10人形機器人2.2驅(qū)動方案驅(qū)動系統(tǒng)是向機械結(jié)構系統(tǒng)提供動力的裝置。采用的動力源不同，驅(qū)動系統(tǒng)的傳動方式也就不同。驅(qū)動系統(tǒng)的傳動方式主要有四種：液壓式、氣壓式、電氣式和機械式。電力驅(qū)動是目前使用最多的一種驅(qū)動方式，其特點是電源取用方便，響應快，驅(qū)動力大，信號檢測、傳遞、處理方便，并可以采用多種靈活的控制方式，驅(qū)動電機一般采用步進電機或伺服電機，目前也有采用直接驅(qū)動電機，但是造價較高，控制也較為復雜。電動機也稱電機（俗稱馬達），在電路中用字母“M”（舊標準用“D”）表示。它的主要作用是產(chǎn)生驅(qū)動轉(zhuǎn)矩，作為用電器或各種機械的動力源。電動機按結(jié)構及工作原理可分為直流電動機，異步電動機和同步電動機。同步電動機還可分為永磁同步電動機、磁阻同步電動機和磁滯同布電動機。異步電動機可分為感應電動機和交流換向器電動機。直流電動機按結(jié)構及工作原理可分為無刷直流電動機和有刷直流電動機。舵機是遙控模型控制動作的動力來源，不同類型的遙控模型所需的舵機種類也隨之不同。舵機主要是由外殼、電路板、無核心馬達、齒輪與位置檢測器所構成。其工作原理是由接收機發(fā)出訊號給舵機，經(jīng)由電路板上的判斷轉(zhuǎn)動方向，再驅(qū)動無核心馬達開始轉(zhuǎn)動，透過減速齒輪將動力傳至擺臂，同時由位置檢測器送回訊號，判斷是否已經(jīng)到達定位。位置檢測器其實就是可變電阻，當舵機轉(zhuǎn)動時電阻值也會隨之改變，藉由檢測電阻值便可知轉(zhuǎn)動的角度。一般的伺服馬達是將細銅線纏繞在三極轉(zhuǎn)子上，當電流流經(jīng)線圈時便會產(chǎn)生磁場，與轉(zhuǎn)子外圍的磁鐵產(chǎn)生排斥作用，進而產(chǎn)生轉(zhuǎn)動的作用力。伺服電動機又稱執(zhí)行電動機，在自動控制系統(tǒng)中，用作執(zhí)行元件，把所收到的電信號轉(zhuǎn)換成電動機軸上的角位移或角速度輸出。分為直流和交流伺服電動機兩大類，其主要特點是，當信號電壓為零時無自轉(zhuǎn)現(xiàn)象，轉(zhuǎn)速隨著轉(zhuǎn)矩的增加而勻速下降，伺服電機內(nèi)部的轉(zhuǎn)子是永磁鐵，驅(qū)動器控制的三相電形成電磁場，轉(zhuǎn)子在此磁場的作用下轉(zhuǎn)動，同時電機自帶的編碼器反饋信號給驅(qū)動器，驅(qū)動器根據(jù)反饋值與目標值進行比較，調(diào)整轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動的角度。伺服電機的精度決定于編碼器的精度（線數(shù)）。2.3傳感器傳感器是自動化系統(tǒng)和機器人技術中的關鍵部件，作為系統(tǒng)中的一個結(jié)構組成，其重要性變得越來越明顯。傳感器技術它綜合了多方面的知識，在近幾年體現(xiàn)尤為突出。人類具有五種感覺(視覺、聽覺、觸覺、嗅覺、味覺)。機器人需要通過傳感器得到這些感覺信息。目前機器人只具有視覺、聽覺和觸覺，這些感覺是通過相應傳感器得到的。機器人傳感器根據(jù)檢測對象的不同可分為內(nèi)部傳感器和外部傳感器。a.內(nèi)部傳感器：用來檢測機器人本身狀態(tài)（如手臂間角度）的傳感器。多為檢測位置和角度的傳感器。b.外部傳感器：用來檢測機器人所處環(huán)境（如是什么物體，離物體的距離有多遠等）及狀況（如抓取的物體是否滑落）的傳感器。具體有物體識別傳感器、物體探傷傳感器、接近覺傳感器、距離傳感器、力覺傳感器，聽覺傳感器等。2.3.1光強傳感器光強傳感器是一種感應光的強弱并進行顯示、處理的測量裝置。使它可以完成多種光學實驗，諸如比較光強和距離的關系；研究光的干涉、衍射、偏振；在不同光源下測量光的相對強弱；研究不同光源的明、暗變化等。常用于生物、化學實驗中。光強傳感器結(jié)構光強傳感器結(jié)構圖如下：為降低光敏元件的工作環(huán)境溫度而在傳感器外殼上裝有兩個引入冷卻水的導管。壓蓋是壓緊透光的石英玻璃窗，防止漏氣，并與外殼相連，密封冷卻水。銅套筒的作用是密封水，以免冷卻水進入光敏元件與石英玻璃組成的空間。圖上的軟套管能是光敏元件在軸向固定，不因振動而變化，套筒作安裝光敏元件之用。此外，圖上的光電池，絕緣薄膜，內(nèi)套筒可用光敏二極管代替。這種結(jié)構的有點是拆卸方便。1-光強傳感器原理利用光敏元件可將光信號的特點，將柴油機燃燒室內(nèi)著火燃燒時火焰光輻射信號轉(zhuǎn)換為電信號而反映出柴油機的燃燒情況。下圖為光強傳感器的原理圖。光強傳感器應用在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、氣象環(huán)保等工作中，光照強度是環(huán)境監(jiān)測中的重要參數(shù)。尤其是在溫室大棚中，光強對作物有著決定性的作用。所以光強傳感器應用于室內(nèi)光照度的測定，光源強度與距離間關系的研究。第三章軟件設計3.1步態(tài)設計模仿人類的行走方式，兩條腿交替前進；利用傳感器感知光源，并能轉(zhuǎn)向光源，朝光源前進，根據(jù)光強傳感器接受到的信號進行控制：當兩邊都有信號時，機器人按照設置的步伐前進。當左邊沒有信號時，機器人的右腳做出左轉(zhuǎn)的動作。當右邊沒有信號時，機器人的右腳做出右轉(zhuǎn)的動作。3.2控制策略第四章設計總結(jié)本次課程讓我學到了很多東西，不僅是知識方面，還有動手方面等。隨著科技的發(fā)展，機器人的應用也越來越普遍了。所以在當今對機器人的了解也是必須的。在沒接觸這門課的時候，我對機器人并不是很了解，慢慢的接觸之后，我明白了機器人是自動執(zhí)行工作的機器裝置。它既可以接受人類指揮，又可以運行預先編排的程序，也可以根據(jù)以人工智能技術制定的原則綱領行動。它的任務是協(xié)助或取代人類工作的。在整個設計過程中，從組裝到調(diào)試我們都花了很長的時間，特別是組裝。在組裝之前必須得想好先裝哪個部件，如果安裝的順序錯了。那后面的就進行不下去了。在我們一組人員的同心協(xié)力下，我們幸好沒走多少彎路。至于編程，因為以前我們做過類似的機器人，所以下手比較容易，只要對幾個舵機進行正確的調(diào)試就可以了。這次設計讓我受益匪淺。我想無論做什么，只要有了興趣，并付諸于行動，付出了汗水，就會得到回報，只要努力了，就一定能學會！參考文獻1、吳毅君，陳健先，鄭捷，鄭之.人形機器人避障模塊研究與設計[J].福建電腦,2011,(03).2、周玉林,高峰.仿人機器人構型[J].機械工程學報,2006,(11).3、冷建軍.\o"傳感器在生活中的應用相似度73%"傳感器在生活中的應用[J].數(shù)理化學習(初中版),2011,(01)4、柳洪義.《機器人技術基礎》冶金工業(yè)出版社2002年11月5、朱世強,王宣銀.

《機器人技術及其應用》浙江大學出版社

2001年07月熊有論，丁漢，劉恩滄.《機器人學》