龙人宝贝机器人的结构设计与控制毕业论文.docx

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1、龙人宝贝机器人的结构设计与控制毕业论文目录2、智能机器人研究的概况22.1智能机器人研究的目的和意义22. 2智能机器人的研究现状与发展趋势32. 3本课题的主要内容53、机器人的结构和外观设计52.1 “龙人宝贝”机器人的介绍52.2 “龙人宝贝”结构及参数52.3 机器人结构与外观设计63. 4三维建模63. 5龙人机器人二维图104、机器人的控制与实现114.1 硬件模块114.2 软件模块154.3 控制程序155、总结23致谢24参考文i献25附录26“龙人宝贝”机器人的结构设计与控制孙浩1、前言机器人（Robot）是自动执行工作的机器装置。它既可以接受人类指挥，又可以运行预先编排的

2、程序，也可以根据以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工作的工作，例如生产业、建筑业，或是危险的工作。现在，国际上对机器人的概念已经逐渐趋近一致。一般来说，人们都可以接受这种说法，即机器人是靠自身动力和控制能力来实现各种功能的一种机器。联合国标准化组织采纳了美国机器人协会给机器人下的定义：“一种可编程和多功能的、用来搬运材料、零件、工具的操作机；或是为了执行不同的任务而具有可用电脑改变和可编程动作的专门系统。”机器人一般由执行机构、驱动装置、检测装置和控制系统和复杂机械等组成。随着微电子技术的不断发展，微处理器芯片的集成程度越来越高，单片机已可以在一块芯片上同时集成CPU、

3、存储器、并行和串行接口 A/D转换器等多种电路，这种技术促使机器人技术也有了突飞猛进的发展。本文研究的机器人，它根据学校实验室中的“龙人宝贝”机器人为基础而设计与调试以及程序代码的编写，掌握机器人设计的基本方法。为此，该机器人硬件的核心采用C51单片机作为机器人的大脑，把它设计成控制板，通过控制板实现机器人的运动，以此机器人作为典型工程对象，可以完成机器人所需具备的探测周边环境、做出决策、控制机器人运动的基本能力，使机器人具有基本的智能。402、智能机器人研究的概况2.1智能机器人研究的目的和意义机器人是集机械、电子、控制、计算机、传感器、人工智能等多学科先进技术于一体的现代制造业重要的自动化

4、装备。自从1962年美国研制出世界上第一台工业机器人以来，机器人技术及其产品发展很快，已成为柔性制造系（FMS）、自动化工厂（FA）、计算机集成制造系统（CIMS）的自动化工具。广泛采用工业机器人，不仅可提高产品的质量与数量,而且保障人身安全、改善劳动环境、减轻劳动强度、提高劳动生产率、节约材料消耗以及降低生产成本有着十分重要的意义。和计算机、网络技术一样,机器人的广泛应用正在日益改变着人类的生产和生活方式。20世纪80年代以来，工业机器人技术逐渐成熟，并很快得到推广，目前已经在工业生产的许多领域得到应用。在工业机器人逐渐得到推广和普及的过程中，下面三个方面的技术进步起着非常重要的作用。（1）

5、驱动方式的改变20世纪70年代后期，日本安川电动机公司研制开发出了第一台全电动的工业机器人，而此前的工业机器人基本上采用液压驱动方式。与采用液压驱动的机器人相比，采用伺服电动机驱动的机器人在响应速度、精度、灵活性等方面都有很大提高，因此，也逐步代替了采用液压驱动的机器人，成为工业机器人驱动方式的主流。在此过程中，谐波减速器、RV减速器等高性能减速机构的发展也功不可没。近年来，交流伺服驱动已经逐渐代替传统的直流伺服驱动方式，直线电动机等新型驱动方式在许多应用领域也有了长足发展。（2）信息处理速度的提高机器人的动作通常是通过机器人各个关节的驱动电动机的运动而实现的。为了使机器人完成各种复杂动作，机

6、器人控制器需要进行大量计算，并在此基础上向机器人的各个关节的驱动电动机发出必要的控制指令。随着信息技术的不断发展，C P U的计算能力有了很大提高，机器人控制器的性能也有了很大提高，高性能机器人控制器甚至可以同时控制20多个关节。机器人控制器性能的提高也进一步促进了工业机器人本身性能的提高，并扩大了工业机器人的应用范围。近年来，随着信息技术和网络技术的发展，已经出现了多台机器人通过网络共享信息,并在此基础上进行协调控制的技术趋势。（3）传感器技术的发展机器人技术发展初期，工业机器人只具备检测自身位置、角度和速度的内部传感器。近年来，随着信息处理技术和传感器技术的迅速发展，触觉、力觉、视觉等外部

7、传感器已经在工业机器人中得到广泛应用。各种新型传感器的使用不但提高了工业机器人的智能程度，也进一步拓宽了工业机器人的应用范围。2. 2智能机器人的研究现状与发展趋势智能机器人是具有思维、感知和行动功学、人工智能，微电子学，光学，传感技术、材料科学 仿生学等学科的综合成果。智能机器人可获取、处理和识别多种信息，建立并实时修正环境模型，自主地完成较为复杂的操作任务，因此,比一般的工业机器人具有更大的灵活性、机动性和更广泛的应用领域。20世纪电子计算机的发明，使人类的脑力劳动自动化成为可能，60年代智能机器人的出现开辟了智能生产自动化的新纪元。机器和生产系统的智能化，用机器人代替人完成各种任务，这是

8、人类智慧发展和机器进化的飞跃。智能机器人作为新一代的生产工具，在制造领域中应用，能排腺人为的不可控因素，实现高节奏、高效和高质量生产，并是未来智能生产系统（如CIMS）的重要组成部分。在非制造领域，如核工业、水下、空间，建筑、采掘，教灾排险和作战等方面，可代替人完成人所不适或力所不及的各种工作，在原子能、水下和外层空间可开辟新的产业。目前，我国和许多国家都把智能机器人列为迎接未来挑战的高技术课题，并制订发展规划，拨出巨款给予支持。因此，预计90年代，智能机器人技术将会有突破性的进展。（1）主要研究领域及相关课题典型的智能机器人主要技术内容包括以下方面：1 .感觉识别技术1）视觉研究如三维视觉系

9、统、图像传感器，颜色识别传感器、特殊环境中用的传感器、视觉通用实时高速处理系统、状况识别技术等；2）触觉研究如接触觉、灵巧传感器、6轴力传感器等；除此之外还有其它如距离觉，味觉，嗅觉等。2 .操作、移动技术1）操作技术如直流驱动电机、执行机构、多指手爪，操作器的作业坐标控制，定标,小型轻量化技术、柔性操作器等；2）移动技术在楼梯移动、恶劣道路上行走、省能，两足步行等；3 .控制、信息处理、人工智能控制、协调控制，、多层递阶控制、远距离控制、高速高精度控制等；（2）智能机器人研究的发展趋势自动化的需要推动了机器人进步，而机器人的发展提高了自动化水平。为了解决工业、原子能利用、空间探测，海洋开发、

10、排险，医疗、军事等领域自动化需要而研制有特定应用背景的智能机器人，基本上沿两条道路发展t 一是在一般工业机器人基础上，增加各种高性能传感器和知识库，使之具感知能力和动作规划能力二是在遥控操作器基础上增加移动能力、环境感知能力、自诊断自学习力及自主能力。其中包括知识库和专家系统。由于研究目的性明确，针对性强,实际需要迫切，制造单位与应用单位结合，资金和人力集中使用，因此成果显著见效快。目前应用研究主要集中在精密装配机器人、水下机器人、移动机器人等方面。另外，利用神经网络等新技术的智能机器人也引起了人们的重视。近几年来，许多国家都把智能机器人列为高技术发展规划的重要内容。从研究方式来看，已打破单位

11、和国家的聂限，出现了单位联合，跨国共同研究的趋势。如西欧七国高级机器人合作计划、日本的极限作业机器人研究计划、“尤里卡的欧洲机器人研究计划等。从各国和国际间制订的研究计划来看，虽然项目各异，但在研究特种作业的移动机器人方面都是不约面同，说明特种作业的移动机器人是近期竞相研究的重点。目前，基于感觉控制的第二代机器人已进入普及应用阶段。下一代机器人是具有自适应性、自主性和自然性的高级机器人,预计不久的将来可在技术上实现，并开始应用。4 .3本课题的主要内容1、机器人的结构和外观的设计。2、机器人的造型建模，绘制各零件的二维、三维图形和运动仿真。3、编写程序，实现对机器人的各种运动控制。3、机器人的

12、结构和外观设计5 .1 “龙人宝贝”机器人的介绍图3.1 “龙人宝贝”机器人龙人宝贝是一个为学习单片机技术与C语言程序设计而开发的基础教育机器人平台，包括一个由两个伺服舵机驱动的铝合金机器人对象和一块带有面包板的C51+AVR教学板，并根据不同课程的需要配有一些基本的传感器和电子元器件包。使用者可跟随所配的教材的章节和步骤，进行平台搭建、电路搭接、编写程序、联机调试、下载至单片机微控制器，以执行各种机器人操作，包括：沿线行走，走迷宫，跟随光源，距离检测或与其他机器人进行通讯沟通。通过以上学习和操作，不仅可以学习C51和AVR单片机的原理和应用技术，同时可以学习C语言程序设计的技能和方法。6 .

13、2 “龙人宝贝”结构及参数龙人宝贝是一个基于单片机技术与C语言程序设计的创新教育车型机器人,包括一个由两个伺服舵机驱动的机器人对象和一块带有面包板的AVR控制板。性能参数：控制板：C51+AVR编程语言：C语言电源：4.5V-6V (1800mAh充电电池)电机性能参数：扭力：2.8kg*cm (4.8V) 3.4 kg*cm (6.0V)重量:41g3. 3机器人结构与外观设计图3. 2 “龙人宝贝”机器人三维模型本文的机器人是以“龙人宝贝”机器人为基础而设计的，图3-2为龙人机器人三维图。他具有水、路两用功能，装有红外线避障装置。由C51单片机控制,两台伺服电动机实现机器人的运动。设计灵感

14、来源于水路两栖坦克，水路两栖坦克利用与军事方面，我的设计的机器人的用途范围可用于军事侦查等方面。3. 4三维建模利用三维软件proe4. 0建模，首先利用用proe4. 0对机器人的每个零件进行建模，最后进行装配，组成最终的三维结构图。Pro/Engineer是由美国PTC公司推出的新一代CAD/CAE/CAM产品，它广泛应用于机械、汽车、航天、家电、玩具、模具、工业设计等行业。Pro/Engineer的功能特点：一、Pro/Engineer的核心技术特点1、基于特征Pro/Engineer以最自然的思考方式从事设计工作，如钻孔、槽、倒圆角等,均视为零件设计的基本特征，除了充分掌握设计概念外，

15、还在设计过程中导入实际的制造观念；也因为以特征作为设计的单元，因此可随时对特征做顺序调整、插入特征、删除特征、重新定义特征等修改操作2、全参数化驱动Pro/Engineer可以通过尺寸驱动设计进行修改，既通过编辑尺寸数值来驱动几何形状的改变，并且可以利用关系生成各类关系式，使某些几何模型可随其他几何尺寸的改变自动改变3、全尺寸约束Pro/Engineer将几何形状与尺寸结合考虑，通过尺寸约束实现对几何形状的控制，造型必须以完整的尺寸参数为出发点（全约束），不能欠约束或过约束。4、单一数据库整个Pro/Engineer建立在统一的数据库上，这样使软件的各模块都在存取同一个数据库中的数据，当修改某一模块中的尺寸参数时，其他相关模块中的相关尺寸也会自动更新。5、支持并行工程Pro/Engineer的产品开发环境支持并行工作，它通过一系列完全相关的模块表述产品的外形、装配及其他功能，可以让多个部门的所有用户同时