机器人设计方案.docx

机器人设计方案
一、 设计要求
设计一具有独立前进、转弯、后退、避障、救人等功能的救援机器人。
二、 设计任务
1. 电子控制组：设计好控制电路及原理图，各类传感器电路及稳压电源，并制作成独立模块，按程序要求进行调试（超声波、雷达和红外线传感器的感应距离）。
2. 机械设计组：设计机器人各部分结构（包括机械手、身躯、底盘）以及各类传感器模块的安装。
3. 程序设计组：按照具体设计要求进行编程及调试、烧录等工作。
三、 设计思路
机器人在封闭场地内利用红外线传感器自动搜索安装了红外线发射管的洋娃娃。一旦发现目标便向目标靠近，途中发现障碍物则侧移距离L或转弯角度a然后继续前进，当机器人与洋娃娃之间距离达到S（此时红外线传感器比超声波传感器或雷达优先级更高）时，触发控制机械臂抓向小人，机械臂的“手指”部分装有压力传感器（或轻触开关代替触觉传感器实现），当抓紧小人时触发单片机控制（入口设一200W白炽灯光感返回或者程序倒退返回）机器人返回，并翻转电机松开洋娃娃。
四、 场地模拟
入口
小人
障碍物

有一封闭场地并设立一入口，
机器人从入口出发，利用红外线
传感器搜索救援目标洋娃娃，没
有搜索到时则继续前进，遇到障
碍物时侧移并转弯绕过障碍物继
续前进，直到接近目标控制机械
臂抓紧小人并返回，途中屏蔽掉
红外线感应，只绕过障碍返回。
返回到达入口白炽灯处手部电机
反转松开小人并复位。
五、机器人运作流程图：
入口出发
驱动双步进电机前进
功能一：绕过障碍物并前进
1． 超声波传感器（或雷达）测障碍物
2． 驱动双步进电机绕过障碍
发现目标并救人
1. 小人装红外线发射器
2. 机器人装红外线接受器
3. 搜索到目标（即机器人接受到红外线信号）后向目标前进，驱动手部步进电机实施抓起小人动作。
设计程序返回或在入口处设置一200W白炽灯，利用光敏传感器返回
控制手部步进电机反转松开小人
复位
入口（白炽灯）
小人
障碍物

六、 电路模块设计
1.超声波发射电路：
超声波发射头SR
输入高电平时超声波发射器发出一系列等间隔的波形

2.超声波接收电路：
超声波接收头ST
接单片机输入口

3.红外线发射电路：
4.红外线接受电路
5.直流电机的驱动电路
6.5V与12V直流电源电路
7.压力或触觉传感器
8.步进电机驱动电路（1）：
步进电机驱动电路（2）
机器人俯视图
可接收的红外线方向
带有遮挡筒的红外线接收头，可以保证只接受到一个直线放向的红外线而不被其他方向的红外线干扰，在机器人前方装有5个或7个红外线接收头，数目越多搜索越精确。
不间断地发射超声波测试前方扇形范围内障碍，可以用雷达替代，控制优先级低于红外线（正前方接受到红外线时表示正前方无障碍，向目标方向前进，没有接收到红外线则表示目标不在感应范围内或者前方有障碍）。
超声波传感器或雷达发射接收系统
装有红外发射器的洋娃娃

五、 红外线搜索、超声波避障方案
七、红外线搜索方案原理
场地内洋娃娃身上的红外线发射头发射的红外线被机器人身上一个接收头接受到，如果这个接收头不是正前方的接收头（蓝色框表示），假设它被右方的接收头接收到，则触发单片机控制底盘步进电机右转（2个相对步进电机同向同速转动带动2个车轮一正转一反转，可实现机器人原地转向），直到正前方的接收头接收到红外线后就触发单片机控制机器人向目标前进。同理，若是左边的接收头接收到红外线则向左转。
七、 算法与程序设计
机器人程序实施方案
1、 环境虚拟到内存以二维数组
存储（一个元素代表一个固
定的距离。
2、 机器行走时记录行走过的位
置（只有正向行走时才记录）。
3、 机器人救援分成三部分：循迹、
救援、返回。循迹又分找到前
和找到后（大概方位）。
4、 个部分流程图如下：
未探测到目标（即红外传感器
未发生中断）流程。
注:启动时环境映射全部标示为未通过
关于转变方向后虚拟环境的标示问题：设立标志（记录方向）
红外发生中断（即检测到目标）和抓取动作流程
红外中断抓取动作
机器返回
方向和距离出栈（向相反的方向转），机器倒退相应的距离重复动作直至栈空。
（具体程序设计与电子、机械方面需要具体调试）
九、机械设计与构造
（设计图另附）
十、材料清单
（见材料报表）