机器人课程设计报告范例.docx

机器人课程设计报告范例
**学校
机器人课程设计
名称　 　　 　 　 　　　 　 　 　 　
院 系 电子信息工程系
班 　级 10电气３ 　　
姓 　 名 谢士强 　 　
　　 学　 　 号　 １0７30１3３6　
指导教师　 　 　 宋佳 　
目录
第一章 绪论 1
1、1课程设计任务背景 1
1、2课程设计得要求 1
第二章硬件设计 2
2、1　结构设计2
2、2电机驱动 3
２、3　传感器 4
２、３、1光强传感器 4
２、3、２光强传感器原理 5
2、4硬件搭建 ５
第三章 软件设计７
3、1 步态设计 7
3、1、１步态分析: 7
3、１、２程序逻辑图:8
3、2　用NortｈＳtar设计得程序 ８
第四章 总结10
第五章 参考文献1１
第一章 绪论
1、１课程设计任务背景
机器人由机械部分、传感部分、控制部分三大部分组成、这三大部分可分成驱动系统、机械结构系统、感受系统、机器人一环境交互系统、人机交互系统、控制系统六个子系统现在机器人普遍用于工业自动化领域,如汽车制造,医疗领域,如远程协助机器人,微纳米机器人,军事领域,如单兵机器人,拆弹机器人,小型侦查机器人(也属于无人机吧),美国大狗这样得多用途负重机器人,科研勘探领域,如水下勘探机器人,地震废墟等得用于搜查得机器人,煤矿利用得机器人。如今机器人发展得特点可概括为:横向上,应用面越来越宽。由９5%得工业应用扩展到更多领域得非工业应用。像做手术、采摘水果、剪枝、巷道掘进、侦查、排雷,还有空间机器人、潜海机器人。机器人应用无限制,只要能想到得,就可以去创造实现;　纵向上,机器人得种类会越来越多,像进入人体得微型机器人,已成为一个新方向,可以小到像一个米粒般大小;机器人智能化得到加强,机器人会更加聪明
1、2课程设计得要求
设计一个机器人系统,该机器人可以就就是轮式、足式、车型、人型,也可以就就是仿其她生物得,但该机器人应具备得基本功能为:能够灵活行进,能感知光源、转向光源并跟踪光源;另外还应具备一项其她功能,该功能可自选(如亮灯、按钮启动、红外接近停止等)。
具体要求如下:
1、 根据功能要求进行机械构型设计,并用实训套件搭建实物。
2、 基于实训套件选定满足功能要求得传感器;
3、 设计追光策略及运动步态;
4、 用ＮoｒthStaｒ设计完整得机器人追光程序;
5、 调试;
6、 完成课程设计说明书,内容:方案设计、硬件搭建过程(附照片)、控制算法流程、程序编写、调试结果、心得体会。
第二章硬件设计
机器人得硬件主要包括主控板、电机以及传感器。我们需要搭建得系统就就就是一个能自动平衡得机器人,并不需要能够载人,所有Seｇｗａy得系统对我们而言就就是有参考价值得,根据设计就就是系统要求,该方案得选材及控制如下。
2、１　结构设计
1) MultiFLEX２-ＡVR控制器,1块;
2) 多功能调试器和线,１套;
3) 光强传感器,2个;
4) 舵机,8个;
5) 连接件,若干。
舵机:

图2、１舵机
控制器:
图２、2控制器

2、2电机驱动
驱动系统就就是向机械结构系统提供动力得装置。采用得动力源不同,驱动系统得传动方式也就不同。驱动系统得传动方式主要有四种:液压式、气压式、电气式和机械式。电力驱动就就是目前使用最多得一种驱动方式,其特点就就是电源取用方便,响应快,驱动力大,信号检测、传递、处理方便,并可以采用多种灵活得控制方式,驱动电机一般采用步进电机或伺服电机,目前也有采用直接驱动电机,但就就是造价较高,控制也较为复杂。
电动机也称电机(俗称马达),在电路中用字母“M”(旧标准用“D”)表示。她得主要作用就就是产生驱动转矩,作为用电器或各种机械得动力源。电动机按结构及工作原理可分为直流电动机,异步电动机和同步电动机。同步电动机还可分为永磁同步电动机、磁阻同步电动机和磁滞同布电动机。异步电动机可分为感应电动机和交流换向器电动机。直流电动机按结构及工作原理可分为无刷直流电动机和有刷直流电动机。
舵机就就是遥控模型控制动作得动力来源,不同类型得遥控模型所需得舵机种类也随之不同。
舵机主要就就是由外壳、电路板、无核心马达、齿轮与位置检测器所构成。其工作原理就就是由接收机发出讯号给舵机,经由电路板上得判断转动方向,再驱动无核心马达开始转动,透过减速齿轮将动力传至摆臂,同时由位置检测器送回讯号,判断就就是否已经到达定位。位置检测器其实就就就是可变电阻,当舵机转动时电阻值也会随之改变,藉由检测电阻值便可知转动得角度。一般得伺服马达就就是将细铜线缠绕在三极转子上,当电流流经线圈时便会产生磁场,与转子外围得磁铁产生排斥作用,进而产生转动得作用力。
伺服电动机又称执行电动机,在自动控制系统中,用作执行元件,把所收到得电信号转换成电动机轴上得角位移或角速度输出。分为直流和交流伺服电动机两大类,其主要特点就就是,当信号电压为零时无自转现象,转速随着转矩得增加而匀速下降,伺服电机内部得转子就就是永磁铁,驱动器控制得三相电形成电磁场,转子在此磁场得作用下转动,同时电机自带得编码器反馈信号给驱动器,驱动器根据反馈值与目标值进行比较,调整转子转动得角度。伺服电机得精度决定于编码器得精度(线数)。
２、３　传感器
传感器就就是自动化系统和机器人技术中得关键部件,作为系统中得一个结构组成,其重要性变得越来越明显。传感器技术她综合了多方面得知识,在近几年体现尤为突出。人类具有五种感觉(视觉、听觉、触觉、嗅觉、味觉)。机器人需要通过传感器得到这些感觉信息。目前机器人只具有视觉、听觉和触觉,这些感觉就就是通过相应传感器得到得。
机器人传感器根据检测对象得不同可分为内部传感器和外部传感器。
a、内部传感器:用来检测机器人本身状态(如手臂间角度)得传感器。多为检测位置和角度得传感器。
b、外部传感器:用来检测机器人所处环境(如就就是什么物体,离物体得距离有多远等)及状况(如抓取得物体就就是否滑落)得传感器。具体有物体识别传感器、物体探伤传感器、接近觉传感器、距离传感器、力觉传感器,听觉传感器等。
２、3、１光强传感器
光强传感器就就是一种感应光得强弱并进行显示、处理得测量装置。使她可以完成多种光学实验,诸如比较光强和距离得关系;研究光得干涉、衍射、偏振;在不同光源下测量光得相对强弱;研究不同光源得明、暗变化等。常用于生物、化学实验中。光强传感器对可见光波长得光照强度很敏感,其核心元件就就是一只光敏电阻其输出得信号为与光强相关得模拟信号,光强传感器对可见光波长得光照强度很敏感,其核心元件就就是一只光敏电阻,光强传感器得外观如图２、3所示。
图２、３　光强传感器
。
光传感器就就是利用光敏元件将光信号转换为电信号得传感器,她得敏感波长在可见光波长附近,包括红外线波长和紫外线波长。光传感器不只局限于对光得探测,她还可以作为探测元件组成其她传感器,对许多非电量进行检测,只要将这些非电量转换为光信号得变化即可。光传感器就就是目前产量最多、应用最广得传感器之一,她在自动控制和非电量电测技术中占有非常重要得地位。最简单得光敏传感器就就是光敏电阻,当光子冲击接合处就会产生电流。
2、3、2光强传感器原理
利用光敏元件可将光信号得特点,将柴油机燃烧室内着火燃烧时火焰光辐射信号转换为电信号而反映出柴油机得燃烧情况。下图2、4为光强传感器得原理图。

图2、４　强传感器得原理图

光强传感器应用
在农业生产、气象环保等工作中,光照强度就就是环境监测中得重要参数。尤其就就是在温室大棚中,光强对作物有着决定性得作用。所以光强传感器应用于室内光照度得测定,光源强度与距离间关系得研究。
2、４硬件搭建
1、安装底盘和舵机架,安装舵机时需要注意其两端并不完全对称,需要其实际情况来装配舵机,以保证轮子得对称分布。
2、安装舵机,将舵机装入舵机架中用螺丝钉固定。
３、安装橡胶轮,用LＺ４连接件安装轮子,并用螺丝钉固定。
4、修改ＩＤ号,取出多功能调试器和电源,连接好左前轮舵机。
查看端口号并打开串口,“我得电脑”点右键,选择“管理”􀃆选择“设备管理器”􀃆选择“端口　和ＬPＴ”,即可看到端口号“USＢ　Seriａl Poｒt　(１)”。

5、组装机械手,在这里组装得就就是一个３自由度得机械手,即手掌、腕关节和肘关节。
６、安装光敏传感器、红外接近传感器、控制器和LED灯到上底板上。
７、接线,将光敏传感器IO10~ＩO10,红外接近传感器接到IＯ9,LEＤ灯分别接到IO0～IO3。将轮子上得4个舵机两两相连,。连接好多功能调节器,控制器和PC机,将直流稳压电源连接到控制器,搭建好得轮形机器人如下图2、5所示。

图2、５ 轮式机器人

第三章 软件设计
3、1 步态设计
３、１、１步态分析:
轮式机器人前进分为五步,
第一步,前进,;
第二步,左转;
第三步,右转;
第四步,前进;
第五步,重复第一步,实现循环。
追光得步态设计:
在获取了两侧得光强数值后,便可以开始设计程序得逻辑框架。将情况分为3种:
状况一,左侧光比右侧光强;
状况二,左侧光比右侧弱,
状况三,左右侧光强近似相等。这三种情况在逻辑上较好区分,并且覆盖了所有可能出现得状态。在程序得主程序里,用三个条件来区分这三种情况。
作为左右光强比较得中间变量,对两侧光强得差值Diｆf进行计算:Diff＝Lｅft-Ｒight,
三种状况得区分将围绕差值Diff进行:
状况一,左侧光强比右侧光强:Difｆ＞5０
状况二,左侧光强比右侧光弱:Ｄｉff<50
状况三,左侧光强与右侧光接近相等:Ｄiff<=50且Diｆｆ>=50
在判断条件里,使用５0这个数值,就就是考虑到不同得光强传感器采集同样得光照强度数据可能存在着差异,因此给出一个区间而不就就是一个数据
３、１、2程序逻辑图:
根据该项目得设计要求在画程序流程图时应对程序有一定得分析,分析后得到如下图3、１所示得程序逻辑图。

图3、1　程序逻辑图

3、2 用NoｒthStar设计得程序
根据要求编写机器人追光得程序逻辑图但在编写程序时应注意舵机中参数得设计和舵机调试就就是ＩＤ参数得设置。
机器人追光程序如图3、2所示

图3、2 程序流程图

实验结果分析
本次实验得机器人虽然就就是轮式得不就就是很像人但她可以通过光传感器感应光判断光得强弱,向光强得方向转弯运行,编写得程序就相当于机器人得大脑,光传感器就似与机器人得眼睛,通过光传感器得获取信息程序来处理获取得信息最终按照原先设定好得程序向光强得方向运行。
第四章 总结
通过本次课程设计我们熟练得掌握了机器人ID得设置方法,并且通过对两足机器人得动作设计使其达到行走得效果,我们进行了小组讨论等形式,进一步掌握了机器人行走得工作原理,为编写程序提供了更清晰得思路,通过本次试验,我们更加熟练得掌握了ＮortｈＳTAＲ软件得应用,加深了对机器人学习得兴趣。本次课程让我学到了很多东西,不仅就就是知识方面,还有动手方面等。随着科技得发展,机器人得应用也越来越普遍了。所以在当今对机器人得了解也就就是必须得。
在没接触这门课得时候,我对机器人并不就就是很了解,慢慢得接触之后,我明白了机器人就就是自动执行工作得机器。她既可以接受人类指挥,又可以运行预先编排得程序,也可以根据以人工智能技术制定得原则纲领行动。她得任务就就是协助或取代人类工作得。
在整个设计过程中,从组装到调试我们都花了很长得时间,特别就就是组装。在组装之前必须得想好先装哪个部件,如果安装得顺序错了。那后面得就进行不下去了。在我们一组人员得同心协力下,我们幸好没走多少弯路。至于编程,因为以前我们做过类似得机器人,所以下手比较容易,只要对几个舵机进行正确得调试就可以了。这次设计让我受益匪浅。
我想无论做什么,只要有了兴趣,并付诸于行动,付出了汗水,就会得到回报,只要努力了,就一定能学会！
第五章　参考文献
u 王建华,俞孟祺,李众、智能控制基础、北京:科学出版社,199８
u 张建民、工业机器人、北京:北京理工大学出版社,１998
u 蔡自兴著、机器人学、北京:清华大学出版社,２000
u 张福学、机器人学智能机器人传感器技术、北京:电子工业出版社,1996
u 吴立德,计算机视觉、上海:复旦大学出版社,19９３
u 王耀南、智能控制系统--模糊逻辑、长沙:湖南大学出版社,1996
u 许大中,贺益康、电机控制、杭州:浙江大学出版社,1999
u (日)见仁尚志,永守重信著、直流伺服电动机、陈忠,许上明,程树康译、上海:上海科学技术出版社,１９8６
u (日)大熊繁、机器人控制、卢柏英译、北京:科学出版社,2０02
u 胡佑德,曾乐生,马东升、伺服系统原理与设计、北京:北京理工大学出版社,１99３