前言：想要寫出一篇令人眼前一亮的文章嗎？我們特意為您整理了5篇機(jī)器人設(shè)計(jì)范文，相信會(huì)為您的寫作帶來幫助，發(fā)現(xiàn)更多的寫作思路和靈感。

機(jī)器人設(shè)計(jì)范文第1篇

【關(guān)鍵詞】火災(zāi)監(jiān)測(cè) 無線局域網(wǎng)絡(luò) 長波紅外熱像儀 機(jī)器人

一、引言

以檢測(cè)火災(zāi)為目的，發(fā)展出了基于對(duì)煙霧顆粒、溫度、相對(duì)濕度、空氣透明度以及紫外光輻射等多種物理參數(shù)進(jìn)行檢測(cè)的火災(zāi)早期檢測(cè)技術(shù)。然而，這類傳感器檢測(cè)范圍很小且不能提供火災(zāi)火源位置、火勢(shì)大小和火災(zāi)蔓延速度等更詳細(xì)的信息。本文設(shè)計(jì)的移動(dòng)式火災(zāi)監(jiān)測(cè)機(jī)器人，搭載LWIR熱像儀、高性能控制器、滅火系統(tǒng)和遠(yuǎn)程無線通訊系統(tǒng)，有效的彌補(bǔ)了傳統(tǒng)火災(zāi)檢測(cè)系統(tǒng)的不足，可以及時(shí)有效的消滅火災(zāi)、保證消防人員的安全。

二、火焰檢測(cè)

傳統(tǒng)相機(jī)捕捉場(chǎng)景中物體反射的可見光線，而長波紅外熱像儀（8-12um）采集場(chǎng)景中物體發(fā)射出的電磁輻射，因此，LWIR成像儀拍攝的紅外圖像反應(yīng)場(chǎng)景中物體的表面溫度：溫度越高，紅外圖像中對(duì)應(yīng)的像素點(diǎn)亮度越大。DM642核心處理器基于YcrCb色彩空間對(duì)紅外圖像中的Y分量進(jìn)行分析處理，Y分量的值代表每個(gè)像素對(duì)應(yīng)場(chǎng)景位置的溫度值。

首先，通過設(shè)定溫度閾值將紅外圖像中的高溫像素點(diǎn)分割出來。公式1中表示像素點(diǎn)的亮度值；為高溫閾值；這樣，紅外圖像中的高溫可疑區(qū)域被分割了出來。

為了進(jìn)一步降低其他高溫干擾目標(biāo)引起的誤報(bào)警率，火災(zāi)檢測(cè)算法依據(jù)火焰的動(dòng)態(tài)特征對(duì)分割出的可以區(qū)域作進(jìn)一步識(shí)別。由于燃燒過程中能量釋放的不穩(wěn)定，火焰存在明顯的閃爍特性。公式2中是第i幀紅外圖像中高溫區(qū)域像素點(diǎn)個(gè)數(shù)；是第i+1幀紅外圖像中高溫區(qū)域像素點(diǎn)個(gè)數(shù)；為相鄰N幀紅外圖像中高溫區(qū)域像素點(diǎn)波動(dòng)的累加值?；鹧娴拈W爍特性使得紅外圖像中的高溫區(qū)域像素點(diǎn)個(gè)數(shù)不斷的變化，利用火焰這一動(dòng)態(tài)特性可以有效的將火焰和其他形態(tài)穩(wěn)定的高溫目標(biāo)區(qū)分出來。

三、通信和導(dǎo)航系統(tǒng)

Wi-Fi（基于IEEE 802.11的無線局域網(wǎng)絡(luò)），Wi-Fi技術(shù)在性價(jià)比和通信速率方面的優(yōu)勢(shì)使其成為應(yīng)用最為廣泛的無線通信技術(shù)。本文所述機(jī)器人通信系統(tǒng)利用DM642核心處理器自帶的MAC接口連接WLAN模塊實(shí)現(xiàn)，機(jī)器人巡航區(qū)域布設(shè)AP節(jié)點(diǎn)實(shí)現(xiàn)機(jī)器人與遠(yuǎn)程控制終端的互聯(lián)。

利用紅外熱像儀采集到連續(xù)幀的火災(zāi)和高溫干擾物圖像。圖1為按照本文所述火災(zāi)識(shí)別算法分析得出的結(jié)果。（a）圖展示了火災(zāi)與干擾物相鄰幀紅外圖像中高溫區(qū)域像素點(diǎn)數(shù)目的柱狀圖，可以看出火焰紅外圖像中的高溫區(qū)域像素點(diǎn)數(shù)存在很大的波動(dòng)，而干擾物紅外圖像中高溫區(qū)域像素點(diǎn)數(shù)非常穩(wěn)定。（b）圖展示了相鄰幀紅外圖像中高溫區(qū)域像素點(diǎn)數(shù)目波動(dòng)的累計(jì)值?；馂?zāi)紅外圖像中高溫區(qū)域像素點(diǎn)數(shù)目波動(dòng)累積值遠(yuǎn)大于非火災(zāi)高溫干擾目標(biāo)的累積值。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明本文設(shè)計(jì)的移動(dòng)式火災(zāi)監(jiān)測(cè)機(jī)器人可以準(zhǔn)確的識(shí)別到火災(zāi)的發(fā)生。

參考文獻(xiàn)：

機(jī)器人設(shè)計(jì)范文第2篇

關(guān)鍵詞：清掃機(jī)器人;智能控制;定位;避障

引言

隨著傳感器的飛速發(fā)展和機(jī)械自動(dòng)化的趨勢(shì)，以及人們生活觀念的不斷更新，智能清掃裝置已經(jīng)變得越來越貼合人們的需求，就像當(dāng)年洗衣機(jī)帶來的革命一樣，智能清掃裝置也正在給全世界帶來一場(chǎng)“干凈”的體驗(yàn)。雖然國內(nèi)外都對(duì)智能清掃裝置進(jìn)行了研究，尤其是在對(duì)智能清掃裝置的路徑規(guī)劃和控制方面取得了一定的成就;但是其工作效率以及自主能力并沒有達(dá)到理想的狀態(tài)，需要解決更加多的傳感技術(shù)，定位和環(huán)境建模技術(shù)的問題。本文針對(duì)上述問題對(duì)智能清掃裝置進(jìn)行了創(chuàng)新，從傳感器部分、運(yùn)動(dòng)部分、清掃部分、處理器部分、電源部分以及人機(jī)接口部分來剖析本智能清掃機(jī)器人的設(shè)計(jì)功能。

1.智能清掃機(jī)器人的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

本設(shè)計(jì)說介紹的智能清掃機(jī)器人是一種新型的清掃裝置，其中包括它的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。智能清掃機(jī)器人的外觀設(shè)計(jì)，這樣的外觀設(shè)計(jì)不僅時(shí)尚美觀操作簡(jiǎn)易而且拿取方便容易清洗集塵盒。

車體由萬向輪組、集塵盒、控制裝置以及分別與該控制裝置相連并受到其控制的清掃吸塵裝置和兩驅(qū)動(dòng)輪組。所述的萬向輪組設(shè)置在車體的底面前部位置，而兩驅(qū)動(dòng)輪組則對(duì)稱設(shè)置在該車體的底面中間兩側(cè)位置;清掃吸塵裝置設(shè)置在車體底面尾部的位置，集塵盒則在對(duì)應(yīng)清掃吸塵裝置的一側(cè)位置設(shè)置在車體的底面上，并與該清掃吸塵器裝置的側(cè)開口相連接。

萬向輪組包括萬向輪架和防滑輪，萬向輪架的上端固定在底盤的前部位置，而前滑輪設(shè)置在萬向輪架的下端;驅(qū)動(dòng)輪組包括驅(qū)動(dòng)電機(jī)、驅(qū)動(dòng)后輪以及編碼器，該編碼器設(shè)置在驅(qū)動(dòng)電機(jī)上，而驅(qū)動(dòng)后輪通過聯(lián)軸器設(shè)施在驅(qū)動(dòng)電機(jī)的轉(zhuǎn)軸上。前滑輪和驅(qū)動(dòng)后輪優(yōu)先采用橡膠輪胎，可以更大地增加了裝置在濕滑地面的可行動(dòng)性以及行動(dòng)位置的準(zhǔn)確性。萬向輪組的兩側(cè)位置于底盤各設(shè)有一防跌臺(tái)階支架，防跌臺(tái)階的支架的底部設(shè)有與上述控制裝置相連接傳感器，能夠有效避免本產(chǎn)品從臺(tái)階上跌落。所述的控制裝置包括了控制電路以及分別與該控制電路相連接的電池組和多個(gè)紅外測(cè)距傳感器，多個(gè)紅外測(cè)距傳感器均勻分布在底盤前部邊緣的位置。

2.智能清掃機(jī)器人控制系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)

智能清掃機(jī)器人主要由六個(gè)部分組成，分別是運(yùn)動(dòng)部分、清掃部分、傳感器部分、處理器部分、電源部分以及人機(jī)接合部分，每一個(gè)部分負(fù)責(zé)不同的功能。如圖1，圖2所示，每一種功能都清晰明了。

圖1 智能清掃機(jī)器人功能分析 圖2 智能清掃機(jī)器人功能分析

本文所設(shè)計(jì)的智能清掃裝置可以實(shí)現(xiàn)在無人干預(yù)的情況下，自動(dòng)地對(duì)室內(nèi)地板進(jìn)行清掃，實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)前方障礙物，智能避障，而且能實(shí)時(shí)計(jì)算自己的坐標(biāo)，記錄自己清掃過的位置，以降低清掃路徑的重復(fù)率，提高清掃效率。當(dāng)裝置的電量不足的時(shí)候，還能夠自動(dòng)返回固定的充電座進(jìn)行充電。本裝置分為電源模塊、處理器模塊、電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊、傳感器模塊以及人機(jī)接口模塊。

2.1電源模塊

電源模塊對(duì)于整個(gè)裝置來說至關(guān)重要，要給整個(gè)系統(tǒng)供電。本裝置的電源消耗主要分為兩部分，吸塵和掃邊電機(jī)需要提供的能量和控制電路和驅(qū)動(dòng)電路的能耗。選用了可充電的鋰電池作為裝置的電源。除此之外，還設(shè)立了一個(gè)固定的充電座，在處理器的路徑規(guī)劃算法中將該固定的充電座作為坐標(biāo)原點(diǎn)，裝置在檢測(cè)到電池電量不足10%時(shí)，就會(huì)自動(dòng)執(zhí)行回原點(diǎn)操作，以最近的路徑返回充電座充電。

2.2處理器模塊

處理器是該裝置的核心，主要負(fù)責(zé)及時(shí)地處理傳感器傳回來的信息，將控制信息發(fā)給執(zhí)行機(jī)構(gòu)，控制智能清掃裝置避開障礙物并能實(shí)時(shí)計(jì)算自己的坐標(biāo)，推算出較優(yōu)的清掃路徑。當(dāng)中包括了128K字節(jié)的閃存程序存儲(chǔ)器，20K字節(jié)SRAM，80個(gè)I/O口，所有I/O口可以映像到16個(gè)外部中斷，3個(gè)16位定時(shí)器，2個(gè)看門狗定時(shí)器2個(gè)IIC接口，3個(gè)USART接口，2個(gè)SPI接口，1個(gè)CAN接口，1個(gè)USB2.0全速接口以及2個(gè)12位模數(shù)轉(zhuǎn)換器。

核心處理器選用的是三星公司的32位RISC微處理器S3C2440。S3C2440A 采用了ARM920t 的內(nèi)核，0.13um 的CMOS 標(biāo)準(zhǔn)宏單元和存儲(chǔ)器單元。其低功耗，簡(jiǎn)單，優(yōu)雅，且全靜態(tài)設(shè)計(jì)特別適合于對(duì)成本和功率敏感型的應(yīng)用。它采用了新的總線架構(gòu)Advanced Micro controller Bus Architecture （AMBA），有60個(gè)中斷源、24個(gè)外部中斷端口和130個(gè)多功能輸入/輸出端口，能更有效率的實(shí)現(xiàn)本裝置避障、路徑規(guī)劃等核心功能。

2.3電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊

本裝置使用的是直流電機(jī)，直流電機(jī)的優(yōu)點(diǎn)是調(diào)速性能好，啟動(dòng)、制動(dòng)轉(zhuǎn)矩大，易于控制，家庭使用噪音小。

本電動(dòng)驅(qū)動(dòng)模塊包括運(yùn)動(dòng)驅(qū)動(dòng)以及清掃驅(qū)動(dòng)兩部分，如圖10所示。運(yùn)動(dòng)驅(qū)動(dòng)主要負(fù)責(zé)智能清掃裝置在房間內(nèi)的運(yùn)動(dòng)，有左輪、右輪和前輪三個(gè)輪子組成，在左右輪上分別裝上兩個(gè)獨(dú)立的直流電機(jī)，通過左右輪的差速來控制裝置的轉(zhuǎn)向，前輪為萬向輪。左右輪的直流電機(jī)上裝有光電編碼器，用于記錄兩輪的速度，前輪上同樣裝有記錄轉(zhuǎn)過圈數(shù)的計(jì)數(shù)裝置，處理器根據(jù)左右輪的光電編碼器和前輪的技術(shù)裝置傳回的數(shù)據(jù)來計(jì)算出裝置轉(zhuǎn)過的角度和走過的距離，實(shí)現(xiàn)定位和路徑規(guī)劃。而清掃驅(qū)是本裝置的執(zhí)行機(jī)構(gòu)，主要用來清掃地板上的垃圾和灰塵，由毛刷和小型渦輪風(fēng)機(jī)組成。清掃部分工作時(shí)，電動(dòng)機(jī)帶動(dòng)兩毛刷向不同的方向旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生吸力，將地板上的垃圾吸入垃圾盒中。電動(dòng)機(jī)帶動(dòng)小型渦輪風(fēng)機(jī)告訴旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生負(fù)壓，吸取地面上的微塵，保證地面的清潔。

2.4傳感器模塊

傳感器部分是智能清掃裝置的“眼睛”和“耳朵”，用來獲取外部環(huán)境以及自身運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的各種信息，本裝置主要由紅外傳感器、壓力傳感器、光電編碼器、溫度傳感器和濕度傳感器組成。它不僅對(duì)環(huán)境光線適應(yīng)能力強(qiáng)，而且電路簡(jiǎn)單、安裝調(diào)試方便。

紅外傳感器工作原理與超聲波傳感器類似，同樣采用發(fā)射固定波長紅外線并接受同一回波的主動(dòng)方式，它探測(cè)視角小，方向性強(qiáng)，測(cè)量精度高、反應(yīng)速度快，探測(cè)距離比較近，可以作為智能清掃裝置的碰撞傳感器。紅外傳感器當(dāng)有障礙物阻攔時(shí)光線能夠反射回來，輸出為低電平信號(hào)，當(dāng)沒有障礙物阻攔時(shí)，光線不能反射回來，輸出為高電平信號(hào)。處理器根據(jù)傳感器傳回的電平信號(hào)判斷前方有無障礙物。而左右輪的直流電機(jī)上裝有光電編碼器，用于記錄兩輪的速度，處理器以此來計(jì)算出裝置轉(zhuǎn)過的角度和走過的距離，來實(shí)現(xiàn)定位和路徑規(guī)劃。還有溫度傳感器和濕度傳感器用來實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)周圍環(huán)境的溫度和濕度。

值得一提的是本裝置對(duì)于同類清掃裝置路徑規(guī)劃和坐標(biāo)運(yùn)算的改進(jìn)，加入了基于零點(diǎn)的坐標(biāo)運(yùn)算，以固定的充電座為零點(diǎn)，以所在的地面為XY平面，建立平面坐標(biāo)系。通過計(jì)算自己轉(zhuǎn)過的角度和前輪前進(jìn)的距離，就可以及時(shí)地計(jì)算出自己在該坐標(biāo)的位置。并且根據(jù)坐標(biāo)可以記憶自己走過的路徑，記憶自己清掃過的區(qū)域，降低路徑重復(fù)度，提高清掃效率。本設(shè)計(jì)還有一大亮點(diǎn)，就是設(shè)立一個(gè)固定的充電座，在處理器的路徑規(guī)劃算法之中將該固定的充電座作為坐標(biāo)原點(diǎn)，裝置在檢測(cè)到電池電量不足10%的時(shí)候就會(huì)自動(dòng)執(zhí)行回原點(diǎn)操作，以最近的路徑返回充電座充電。

2.5 人機(jī)接合模塊

人機(jī)接口部分包括LED顯示屏、裝置表面按鍵。LED顯示屏主要用來顯示裝置當(dāng)前的信息（比如電量、速度等），還可以顯示裝置所處環(huán)境的信息（比如溫度、濕度等）。表面按鍵可以由人來控制裝置的啟停和運(yùn)動(dòng)速度的快慢以及清掃模式。

本智能清掃機(jī)器人在保留自動(dòng)吸塵器基本的避障、清掃功能之外，大大提升了清潔效果，保證了環(huán)境衛(wèi)生。與此同時(shí)還額外增加了路徑覆蓋與路徑規(guī)劃算法，并且加入了手機(jī)遙控功能，使得手機(jī)可以對(duì)本機(jī)器裝置進(jìn)行遙控，非常切合時(shí)代的發(fā)展。使得在遙控模式下也能能夠進(jìn)行更加多的覆蓋清掃區(qū)域，并且在重點(diǎn)污垢區(qū)域，通過手機(jī)的藍(lán)牙進(jìn)行遙控，定點(diǎn)加強(qiáng)清掃，增加其智能性。

3.智能清掃機(jī)器人控制系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

智能清掃機(jī)器人低層功能的實(shí)現(xiàn)可以把程序分為電動(dòng)驅(qū)動(dòng)部分和實(shí)現(xiàn)功能部分，電機(jī)的控制部分是指智能清掃機(jī)器人正常工作的基本保障，電機(jī)控制能為智能清掃機(jī)器人提供動(dòng)力輸出，控制車輪電機(jī)實(shí)現(xiàn)尋線移動(dòng)、避障等等功能。而其他的程序則要保證機(jī)器人能夠?qū)崿F(xiàn)預(yù)定的功能如超聲波測(cè)速、測(cè)距以及定時(shí)等等功能。本文主要對(duì)避障等功能的軟件設(shè)計(jì)作出詳細(xì)的描述。

而障礙物探測(cè)以及避障的程序，是機(jī)器人在運(yùn)動(dòng)的過程中利用激光的測(cè)距傳感器探測(cè)障礙物信息并且實(shí)現(xiàn)避障，通過判斷語句實(shí)時(shí)的對(duì)距離值進(jìn)行判斷，當(dāng)該值小于或者等于避碰的知的時(shí)候就會(huì)執(zhí)行程序，避開障礙物。

具體的代碼實(shí)現(xiàn)是在STM固件函數(shù)庫實(shí)現(xiàn)的。該函數(shù)庫是一個(gè)固件函數(shù)包，它由程序、數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)和宏組成，包括了微控制器所有外設(shè)的性能特征。該函數(shù)庫還包括每一個(gè)外設(shè)的驅(qū)動(dòng)描述和應(yīng)用實(shí)例。通過使用本固件函數(shù)庫，無需深入掌握細(xì)節(jié)，用戶也可以輕松應(yīng)用每一個(gè)外設(shè)。

4.結(jié)語

本文章設(shè)計(jì)創(chuàng)新開發(fā)的智能清掃機(jī)器人經(jīng)過了一系列的調(diào)試，硬件電路設(shè)計(jì)，軟件設(shè)計(jì);還經(jīng)過了電機(jī)模塊，傳感器模塊的測(cè)試調(diào)節(jié)之后達(dá)到了提高清掃效率、位置狀態(tài)判斷準(zhǔn)確等設(shè)計(jì)功能的實(shí)現(xiàn);而且還對(duì)設(shè)計(jì)進(jìn)行創(chuàng)新，例如加入了手機(jī)遙控功能，使用者通過手機(jī)的藍(lán)牙進(jìn)行遙控，定點(diǎn)加強(qiáng)清掃。本智能清掃機(jī)器人的創(chuàng)新性更加能夠切合人們的要求。

參考文獻(xiàn)：

[1]邢敏.《清潔機(jī)器人系統(tǒng)開發(fā)及路徑規(guī)劃研究》[J].北京交通大學(xué).機(jī)械電子工程. 2007

[2]周盛榮.《智能家庭清掃機(jī)器人的研究》[J] 哈爾濱工業(yè)大學(xué)儀器科學(xué)與技術(shù).2006

[3]曾林.《家庭清掃機(jī)器人嵌入式軟件的研究》[J].哈爾濱工業(yè)大學(xué). 2007

[4]劉海，郭小勤，余得貴. 清潔機(jī)器人全覆蓋路徑規(guī)劃算法綜述[J]. 機(jī)電產(chǎn)品開發(fā)與創(chuàng)新. 2008（06）

[5]張雙鑼.《面向物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用的無線遠(yuǎn)傳協(xié)調(diào)器的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)》江蘇大學(xué).計(jì)算機(jī)應(yīng)用技術(shù)2011

[6]包閏貴.室內(nèi)機(jī)器人超聲測(cè)距和定位算法的研究[D].安徽大學(xué) 2011

[7]艾山.智能服務(wù)機(jī)器人結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及控制研究[D].哈爾濱工程大學(xué) 2013

[8]萬鸞飛.清潔機(jī)器人的路徑規(guī)劃及自充電系統(tǒng)[D].合肥工業(yè)大學(xué) 2009

[9]劉，肖南峰.智能安防與家庭服務(wù)機(jī)器人的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[J].微計(jì)算機(jī)信息.2006（05）

機(jī)器人設(shè)計(jì)范文第3篇

關(guān)鍵詞：自避震；全地形；自主創(chuàng)新

1 自避震小車設(shè)計(jì)方法及創(chuàng)新點(diǎn)

自避震小車的設(shè)計(jì)靈感來源于月球車，月球車設(shè)計(jì)的獨(dú)特輪子能克服重重障礙，既不打滑，也不翻車。基于月球車輪子機(jī)構(gòu)的獨(dú)特性，設(shè)計(jì)一款自避震小車，它的特點(diǎn)是有獨(dú)特的驅(qū)動(dòng)結(jié)構(gòu)、有獨(dú)特的輪子構(gòu)造、有獨(dú)立的驅(qū)動(dòng)能力和有強(qiáng)大的行動(dòng)力，完全能夠應(yīng)付復(fù)雜的地形。小車設(shè)計(jì)以六輪驅(qū)動(dòng)為基礎(chǔ)，其中前四輪作為一個(gè)整體進(jìn)行驅(qū)動(dòng)，提供較強(qiáng)的驅(qū)動(dòng)力。前四輪基于月球車方案，采用懸掛系統(tǒng)方案，而后兩輪始終與地面接觸，提供穩(wěn)定的驅(qū)動(dòng)力。能適合斜坡、階梯、柵欄等地形，提升整個(gè)小車的行動(dòng)力、驅(qū)動(dòng)力、穩(wěn)定性。設(shè)計(jì)構(gòu)思如圖1所示。

2 自避震小車在獨(dú)木橋優(yōu)點(diǎn)體現(xiàn)

前四輪作為一個(gè)整體，在上下坡過程中具有較大的驅(qū)動(dòng)力。而后兩輪起到驅(qū)動(dòng)輔助作用，使小車在爬坡或下坡過程中起到穩(wěn)定作用，使小車能在獨(dú)木橋具備走直線的功能。如圖2所示。

3 自避震小車在階梯優(yōu)點(diǎn)體現(xiàn)

前四輪作為一個(gè)整體，使其具備了足夠大的跨越階梯的動(dòng)力，同時(shí)在上下階梯過程中還可以根據(jù)地面類型自行調(diào)整高度。而后兩輪始終與地面接觸，提供穩(wěn)定的驅(qū)動(dòng)力。如圖3所示。

4 自避震小車在柵格優(yōu)點(diǎn)體現(xiàn)

如圖4所示，自避震小車可以說是完全針對(duì)柵欄的地形而設(shè)計(jì)，任何時(shí)候都有一對(duì)輪子（前、中、后）在柵欄棱線處接觸，提供行動(dòng)能力。

5 結(jié)束語

該方案參考月球車底盤結(jié)構(gòu)，采用舵機(jī)六輪驅(qū)動(dòng)，將前輪和中輪用金屬板固定，后輪可以根據(jù)地面類型自行調(diào)整高度，并且可以在小車經(jīng)過復(fù)雜路面時(shí)始終與地面保持接觸，大大增強(qiáng)了小車在崎嶇路面的通過能力。傳感器方面，選用4個(gè)灰度傳感器，最大限度的提高了整車在尋跡和管道中的精事屎腿荽礪剩并且在算法上不斷優(yōu)化，最后拿出了最滿意的作品。

參考文獻(xiàn)

[1]袁銀瑤，盧亞平.“探索者”全地形機(jī)器人創(chuàng)新設(shè)計(jì)[J].探索科學(xué)，2016，34（6）：195.

[2]盧亞平，宋天麟.傳感器與虛擬儀器實(shí)驗(yàn)室建設(shè)與教學(xué)[J].實(shí)驗(yàn)室研究與探索，2015（9）：111-114.

[3]盧亞平，宋天麟.應(yīng)用型本科機(jī)電專業(yè)實(shí)踐性教學(xué)環(huán)節(jié)研究[J].職業(yè)教育研究，2012（9）：115-116.

作者簡(jiǎn)介：潘一帆（1995-），江蘇常州，本科，機(jī)電工程。

機(jī)器人設(shè)計(jì)范文第4篇

【關(guān)鍵詞】AT89S51 避障機(jī)器人 傳感器 舵機(jī)

1 引言

機(jī)器人作為一種智能機(jī)器，越來越多的替代了人類在極端環(huán)境下作業(yè)，比如：核輻射地區(qū)，深海探測(cè)，深空探索，以及高空作業(yè)等。為了防止機(jī)器人在作業(yè)中因碰撞等因素?fù)p壞，因此智能機(jī)器人的避障功能顯得尤為重要。

傳統(tǒng)的超聲避障機(jī)器人大多是采用多路超聲波傳感器來采集障礙物的距離參數(shù)，這種設(shè)計(jì)的最大缺點(diǎn)即是多路超聲波傳感器之間會(huì)有干擾；而后，較好的避障機(jī)器人采用了一路超聲傳感器安裝在具有360度轉(zhuǎn)角的舵機(jī)之上，這樣隨著舵機(jī)的旋轉(zhuǎn)一路超聲波傳感器就能采集到周圍360度障礙物的距離，然而這種設(shè)計(jì)也有其缺點(diǎn)既是采集一次周圍障礙物的距離信息所需的時(shí)間過長。因此，本文提出了一種新的智能避障機(jī)器人的設(shè)計(jì)，它采用了一路超聲波傳感器和一路紅外傳感器背對(duì)著安裝在即使使用僅僅具有180度轉(zhuǎn)角的舵機(jī)上，仍然可以在舵機(jī)轉(zhuǎn)過半周時(shí)采集到周圍的障礙物距離，反應(yīng)速度提高了一倍。

2 避障機(jī)器人硬件設(shè)計(jì)

本文提供的智能避障機(jī)器人的硬件設(shè)計(jì)（如圖1所示）包括了上位機(jī)接口模塊、電源管理模塊、紅外探測(cè)模塊、超聲波檢測(cè)模塊、傳感器舵機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊、電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊、以及電機(jī)舵機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊等電路組成。其中，紅外探測(cè)模塊由紅外發(fā)射電路和紅外接收電路組成；傳感器舵機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊主要驅(qū)動(dòng)舵機(jī)帶動(dòng)紅外傳感器和超聲波傳感器一起轉(zhuǎn)動(dòng)；電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊主要通過單片機(jī)發(fā)來的PWM波改變直流電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速，以此來控制機(jī)器人行進(jìn)的速度；電機(jī)舵機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊可以通過調(diào)整舵機(jī)的角度來達(dá)到改變機(jī)器人行進(jìn)方向的目的。

3 避障機(jī)器人軟件設(shè)計(jì)

本設(shè)計(jì)主要采用了模塊化的編程方法，將硬件的每一個(gè)功能驅(qū)動(dòng)都作為一個(gè)子函數(shù)的形式出現(xiàn)，主函數(shù)通過調(diào)用子函數(shù)來實(shí)現(xiàn)機(jī)器人的具體動(dòng)作，這樣就能極大的提高編程的效率，如圖2所示。主要思路與步驟如下：

（1）上電及系統(tǒng)各模塊初始化程序：初始化時(shí)鐘以及引腳的驅(qū)動(dòng)信號(hào)。

（2）開啟定時(shí)器使能，并等待中斷發(fā)生。

（3）若產(chǎn)生中斷則進(jìn)入中斷子程序：

a. 調(diào)用傳感器舵機(jī)驅(qū)動(dòng)子程序，使得傳感器舵機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)；

b. 通過AD采集超聲波和紅外傳感器所得到的距離信息；

c. 通過自適應(yīng)算法分析是否轉(zhuǎn)向并通過串口向上位機(jī)傳回距離信息，并能保存和顯示該信息。

d. 若轉(zhuǎn)向，則通過PID算法減慢機(jī)器人行進(jìn)的速度，并調(diào)節(jié)直流電機(jī)的舵機(jī)轉(zhuǎn)角，使得機(jī)器人改變進(jìn)行的方向，結(jié)束中斷程序等待下一次中斷。

e. 若不轉(zhuǎn)向，則通過PID算法加速機(jī)器人行進(jìn)的速度，并結(jié)束中斷程序等待下一次中斷。

4 結(jié)論

本文介紹了一種以AT89S51單片機(jī)為主控芯片的智能避障機(jī)器人的設(shè)計(jì)，采用了兩種互不干擾的傳感器采集距離信息――一種是超聲波傳感器，一種是紅外發(fā)射與接收器，通過增量式PID算法進(jìn)行調(diào)速并通過遺傳算法進(jìn)行機(jī)器人角度調(diào)節(jié)來達(dá)到避障的目的。

這種設(shè)計(jì)采用的電子元器件價(jià)格相對(duì)便宜較容易推廣，采用不相干信號(hào)采集距離信息提高了智能避障機(jī)器人的反應(yīng)速度，使用自適應(yīng)算法使得機(jī)器人對(duì)環(huán)境的適應(yīng)性大大增強(qiáng)并實(shí)現(xiàn)安全避障。

參考文獻(xiàn)

[1]曾軍，吳長雷，李東，黃華等.基于C8051F430的超聲避障機(jī)器人設(shè)計(jì)[J].微計(jì)算機(jī)信息（嵌入式與soc），2009（25）.

[2]徐躍.基于超聲波測(cè)距的機(jī)器人定位與避障[D]. 齊魯工業(yè)大學(xué)，2013.

[3]劉世聰.機(jī)器人避障算法研究[D].東北石油大學(xué)，2011.

[4]郭天祥.新概念51單片機(jī)C語言教程：入門、 提高、開發(fā)、拓展全攻略[M].北京：電子工業(yè)出版社，2009（01）.

機(jī)器人設(shè)計(jì)范文第5篇

關(guān)鍵詞：機(jī)器人；伺服電機(jī)；控制系統(tǒng)

中圖分類號(hào)： TP23 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：B

隨著機(jī)電一體化技術(shù)的不斷發(fā)展和工業(yè)自動(dòng)化程度的日益提高，機(jī)器人在工業(yè)生產(chǎn)和日常生活等諸多方面都得到了越來越廣泛的應(yīng)用。目前，仿人機(jī)器人作為機(jī)器人研究的熱門領(lǐng)域受到了極高的關(guān)注，其中，Biped型機(jī)器人以其結(jié)構(gòu)復(fù)雜，自由度多和運(yùn)動(dòng)控制精度要求高等特點(diǎn)已經(jīng)成為了仿人機(jī)器人研究的重中之重。

本文通過研究仿人機(jī)器人運(yùn)動(dòng)過程規(guī)劃以及伺服電機(jī)控制的基本原理和方法, 給出了Biped型機(jī)器人設(shè)計(jì)的整體方案。所述的機(jī)器人采用基于STC89C52單片機(jī)的高精度伺服控制系統(tǒng)，減少了傳統(tǒng)控制方法不穩(wěn)定性對(duì)系統(tǒng)精度的影響。同時(shí)，選用了TR213高精度伺服電機(jī)，使機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)在運(yùn)行過程中協(xié)調(diào)、平穩(wěn)。并通過單自由度調(diào)試、多自由度調(diào)試、運(yùn)動(dòng)過程規(guī)劃等實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了系統(tǒng)的可行性，所設(shè)計(jì)的機(jī)械結(jié)構(gòu)及控制方法真正地實(shí)現(xiàn)了Biped型機(jī)器人控制的高精度、高穩(wěn)定性和智能化。

1 整體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

根據(jù)仿人機(jī)器人的行走、前進(jìn)、后退、重心偏移和上下樓梯等運(yùn)動(dòng)過程要求，Biped型機(jī)器人主要由機(jī)械結(jié)構(gòu)、高精度伺服電機(jī)、伺服控制系統(tǒng)和驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)等部分組成。

由于人體為左右對(duì)稱結(jié)構(gòu)，為了達(dá)到仿人運(yùn)動(dòng)的目的，Biped型機(jī)器人也采用相同的對(duì)稱結(jié)構(gòu)，如圖1所示。

以機(jī)器人行走過程中的右腿向前移動(dòng)過程為例，在此過程中包括重心左移，右腿抬起前移，右腿放下和重心恢復(fù)四個(gè)階段。為了實(shí)現(xiàn)動(dòng)作要求，機(jī)器人需要踝關(guān)節(jié)、膝關(guān)節(jié)和髖關(guān)節(jié)6個(gè)自由度配合完成，其各關(guān)節(jié)的轉(zhuǎn)動(dòng)角度范圍如表1所示。從表中可以看出，踝關(guān)節(jié)1、2可以通過轉(zhuǎn)動(dòng)完成整體結(jié)構(gòu)重心沿y軸方向的移動(dòng)控制，保持機(jī)器人在動(dòng)作過程中的重心穩(wěn)定；膝關(guān)節(jié)3、4和髖關(guān)節(jié)5、6通過配合轉(zhuǎn)動(dòng)改變機(jī)器人沿z軸方向的雙腳高度以及雙腳沿x軸方向的前后位置控制，實(shí)現(xiàn)機(jī)器人的動(dòng)作要求；另外，雙足機(jī)器人各個(gè)關(guān)節(jié)角的運(yùn)動(dòng)范圍都大于人類各個(gè)關(guān)節(jié)角度的運(yùn)動(dòng)范圍，可以滿足模仿人類動(dòng)作的關(guān)節(jié)角度范圍要求。

2 高精度伺服電機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)控制

Biped型機(jī)器人的各關(guān)節(jié)的位置采用TR213高精度伺服電機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)進(jìn)行驅(qū)動(dòng)和控制，并由STC89C52單片機(jī)產(chǎn)生周期為20ms，脈寬為0.5ms-2.5ms的脈沖寬度調(diào)制（PWM）信號(hào)，該脈沖寬度與電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)的偏轉(zhuǎn)角度成正比，通過不同的脈沖輸入寬度可精確地控制伺服電機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)角度，其驅(qū)動(dòng)分辨率達(dá)到1μs，角度分辨率可達(dá)0.09°，伺服電機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)角度控制原理如圖2所示。

位于伺服電機(jī)內(nèi)部的齒輪組將電機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)速度成大倍數(shù)縮小，并將電機(jī)的輸出扭矩放大倍數(shù)后輸出；電位器和齒輪組的末級(jí)一起轉(zhuǎn)動(dòng)，測(cè)量舵機(jī)軸轉(zhuǎn)動(dòng)角度；電路板檢測(cè)并根據(jù)電位器判斷舵機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)角度，然后控制舵機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)到目標(biāo)角度或保持在目標(biāo)角度，其內(nèi)部電路如圖3所示。

PWM信號(hào)進(jìn)入信號(hào)解調(diào)芯片BA6688后將產(chǎn)生直流偏置電壓信號(hào)，該信號(hào)和芯片內(nèi)部5K電位器所產(chǎn)生的基準(zhǔn)電壓信號(hào)進(jìn)行比較，將得到的脈沖進(jìn)行展寬后輸入至芯片BAL6686，芯片根據(jù)展寬后的脈沖信號(hào)驅(qū)動(dòng)伺服電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)，在此過程中，伺服電機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)將帶動(dòng)電位器發(fā)生變化從而改變電壓差的大小，直到壓差為0時(shí)，伺服電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)到指定位置后停止轉(zhuǎn)動(dòng)。另外，解調(diào)后的直流偏置電壓通過與在電位器上得到反饋電壓進(jìn)行比較可得到正負(fù)電壓差，BA6688將該電壓差輸送的PWM信號(hào)給電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路BAL6686以驅(qū)動(dòng)伺服電機(jī)正反轉(zhuǎn)。疊加在5K電位器上的另外一個(gè)信號(hào)Motor Back EMF信號(hào)將會(huì)使伺服電機(jī)產(chǎn)生一個(gè)反向電動(dòng)勢(shì)，通過和給定的基準(zhǔn)電壓進(jìn)行比較可以改變伺服電機(jī)的轉(zhuǎn)速，從而控制機(jī)器人的動(dòng)作速度。

3 伺服控制系統(tǒng)

Biped型機(jī)器人的伺服電機(jī)控制主要是通過STC89C52單片機(jī)所產(chǎn)生的PWM信號(hào)來實(shí)現(xiàn)。由555定時(shí)器組成的振蕩器作為時(shí)間基準(zhǔn)信號(hào)，通過對(duì)其產(chǎn)生的脈沖信號(hào)進(jìn)行計(jì)數(shù)來產(chǎn)生PWM脈沖信號(hào)，并由I/O口進(jìn)行多路輸出，輸出后的信號(hào)經(jīng)過整形處理，產(chǎn)生標(biāo)準(zhǔn)的PWM脈寬調(diào)制信號(hào)，以提高機(jī)器人動(dòng)作的精度和穩(wěn)定性。同時(shí)，STC89C52單片機(jī)上的FLASH為程序存儲(chǔ)提供了足夠的空間，還可以使用其串口和在線燒錄功能與上位機(jī)進(jìn)行通信來完成對(duì)多路伺服電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)的控制。

4 驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)

為了使Biped型機(jī)器人具有足夠的驅(qū)動(dòng)能力，在設(shè)計(jì)中采用具有較大輸出扭矩的TR213伺服電機(jī)，該電機(jī)的供電電壓為4.8-7.2V，最大輸出扭矩為13kg·cm，當(dāng)其空載時(shí)電流很小，可以忽略不計(jì)，但當(dāng)其動(dòng)態(tài)負(fù)荷扭矩達(dá)到最大時(shí)驅(qū)動(dòng)電流可達(dá)2A，但由于Biped型機(jī)器人的6個(gè)自由度一般不會(huì)全部同時(shí)工作在最大負(fù)荷狀態(tài)下，根據(jù)測(cè)試表明，在正常情況下每個(gè)伺服電機(jī)的電流小于0.5A，因此，采用電流為10A的直流穩(wěn)壓電源為其供電，即可滿足其驅(qū)動(dòng)要求。伺服電機(jī)控制電路與伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路采用分開供電模式，由7805穩(wěn)壓芯片為其提供穩(wěn)定電壓，以減小伺服電機(jī)電壓波動(dòng)對(duì)其造成的干擾，來提高控制精度。

結(jié)語

理論與實(shí)驗(yàn)表明，所設(shè)計(jì)的Biped型機(jī)器人具有控制精度高、穩(wěn)定性好和結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單等特點(diǎn)。通過高精度伺服電機(jī)和控制系統(tǒng)有效地減少了系統(tǒng)不穩(wěn)定性對(duì)機(jī)器人運(yùn)動(dòng)過程造成的影響，為仿人機(jī)器人的開發(fā)和設(shè)計(jì)提供了一種比較理想的方法與解決方案。

參考文獻(xiàn)

[1] 史耀強(qiáng).雙足機(jī)器人步行仿真與實(shí)驗(yàn)研究 [D].上海：上海交通大學(xué)，2008.