【正文】 ................................................ 29 由分立元件組成的發(fā)射和接受電路 ................................................................ 29 超聲波程序的實(shí)現(xiàn) ............................................................................................ 30 紅外避障 ...................................................................................................................... 30 IV 光電傳感器工作原理 ........................................................................................ 31 紅外避障原理圖 ................................................................................................ 32 NRF905 ......................................................................................................................... 32 NRF905 接口電路管腳說明 .............................................................................. 32 NRF905 的運(yùn)行模式 .......................................................................................... 34 NRF905 的編程流程 .......................................................................................... 34 NRF905 的時序 .................................................................................................. 35 直流電機(jī) ...................................................................................................................... 37 直流電機(jī)的驅(qū)動 ................................................................................................ 37 直流電機(jī)的控制 ................................................................................................ 38 舵機(jī) .............................................................................................................................. 39 本章小結(jié) ...................................................................................................................... 39 4 整體調(diào)試 ................................................................................................................................ 41 硬件調(diào)試 ...................................................................................................................... 41 上位機(jī)軟件調(diào)試 .......................................................................................................... 42 性能分析 ...................................................................................................................... 45 整體調(diào)試結(jié)論 .............................................................................................................. 46 本章小結(jié) ...................................................................................................................... 46 5 結(jié) 論 ...................................................................................................................................... 47 總結(jié) .............................................................................................................................. 47 工作展望 ...................................................................................................................... 47 致 謝 .......................................................................................................................................... 49 參考文獻(xiàn) .................................................................................................................................... 50 附錄 ............................................................................................................................................ 51 附錄 1 3dmax 設(shè)計(jì)圖 ......................................................................................................... 51 附錄 2 機(jī)器人的單元結(jié)構(gòu)圖 ............................................................................................. 52 附錄 3 硬件原理圖 ............................................................................................................. 52 附錄 4 Keil 編程 ................................................................................................................. 54 附錄 5 Labview 原理圖 ...................................................................................................... 55 附錄 6 蛇形機(jī)器人的實(shí)物圖 ............................................................................................ 55 1 1 緒 論 蛇形機(jī)器人研究的背景和意義 隨著科學(xué)的日益進(jìn)步和人們生活水平的不斷提高，機(jī)器人作為 20 世紀(jì)人類的偉大發(fā)明之一，已經(jīng)逐步地進(jìn)入了生產(chǎn)和生活領(lǐng)域。工業(yè)生產(chǎn)中的用力進(jìn)行超精密加工的并聯(lián)機(jī)器人，海洋勘探領(lǐng)域中的水下機(jī)器人，太空探索領(lǐng)域中的行星探測器如美國的火星車流水線上代替人工的工業(yè)機(jī)器人，類人機(jī)器人和仿生機(jī)器人。這些機(jī)器人的出現(xiàn)并逐步應(yīng)用，使我們能強(qiáng)烈地感受到機(jī)器人應(yīng)用范圍之廣、影響程度之深，并且機(jī)器人的研究領(lǐng)域已經(jīng)從結(jié)構(gòu)環(huán)境下的定點(diǎn)作業(yè)中走出來，向著非結(jié)構(gòu)環(huán)境下的自主作業(yè)方向發(fā)展。傳統(tǒng)的設(shè)計(jì)方法已 經(jīng)不能滿足機(jī)器人在非結(jié)構(gòu)化的未知環(huán)境下作業(yè)的要求，要解決的主要問題之一：就是能實(shí)現(xiàn)新的運(yùn)動方式，傳統(tǒng)的輪式移動機(jī)器人的運(yùn)動平滑、效率高 ,但需要相對光滑的地面 ,不能夠適應(yīng)惡劣的環(huán)境。同樣，使用履帶可以改進(jìn)移動機(jī)構(gòu)適應(yīng)地面的能力，但它卻無法充分實(shí)現(xiàn)運(yùn)動的靈活性。步行機(jī)器人有著諸如運(yùn)動的速度慢和穩(wěn)定性差等弊端，這就促使人們?nèi)ミM(jìn)一步尋找靈活的運(yùn)動模式，而自然界的蛇的運(yùn)動是一種“無肢運(yùn)動” ， 它不需要輪子和腿，蛇由于在結(jié)構(gòu)上無肢可以爬樹、游水、鉆洞、繞過障礙物、穿越沙漠、在平坦的地面爬行、更是能達(dá)到行動如飛 。 蛇的身體雖 然只不過象一條繩子，但具有多種運(yùn)動變化方式，功能強(qiáng)大，在前行的時候可以當(dāng)腿腳，在攀爬的時候可以當(dāng)手臂，而在攫取東西的時候又可以當(dāng)手指。蛇運(yùn)動的典型特點(diǎn)是 ： 運(yùn)動方式多變化、良好的地面適應(yīng)性和運(yùn)動穩(wěn)定性。在仿生機(jī)械學(xué)中模仿生物蛇而誕生的蛇形機(jī)器人將逐漸具備上述特性，蛇形機(jī)器人模擬自然界蛇的無肢結(jié)構(gòu)具有多關(guān)節(jié)、多自由度、多冗余自由度的特點(diǎn)可以有多種運(yùn)動模式，在許多領(lǐng)域具有廣泛的應(yīng)用前景，如在有輻射、有毒等危險環(huán)境下的偵察和搜索，在地震、塌方及火災(zāi)后的廢墟中搜尋災(zāi)難幸存者，在狹小和危險條下探測和疏通管道，在航空航天 領(lǐng)域可用其作為行星表面探測器軌道衛(wèi)星的柔性手臂，機(jī)器蛇在軍事上同樣具有廣泛的用途，它可以是未來戰(zhàn)場上的重要偵察武器，機(jī)器蛇的多關(guān)節(jié)結(jié)構(gòu)使其具有模塊化可重構(gòu)的優(yōu)點(diǎn)： 1) 即使某一關(guān)節(jié)出了故障也不會影響整體的運(yùn)動且出故障的關(guān)節(jié)易于更換修理； 2) 根據(jù)用途的不同 ,可選用不同類型的關(guān)節(jié)； 3) 機(jī)器蛇的關(guān)節(jié)可以批量生產(chǎn)、價格低廉、質(zhì)量可靠，另外機(jī)器蛇的模塊化設(shè)計(jì)，使其具有良好的拆分組合及可擴(kuò)充性。 如果開發(fā)出多臺分散的自律機(jī)器蛇，群體協(xié)調(diào)動作，這樣不但可以在單純作業(yè)的場合通過多臺機(jī)器蛇的并列處理來提高工作效率，還能減少局部故障對 整體的影響，并且 2 在開發(fā)時逐漸擴(kuò)展系統(tǒng)，也比較容易使機(jī)器蛇的各關(guān)節(jié)連在一起，后為確保整體的協(xié)調(diào)性需要采用分布式并行計(jì)算機(jī)技術(shù)，并開發(fā)運(yùn)動控制軟件利用從各種傳感器得到的信息控制其運(yùn)動使它躲避障礙物或越過崎嶇的地形。 自從東京大學(xué)的教授研制成功了世界上首例蛇形機(jī)器人之后，迄今為止，蛇形機(jī)器人的發(fā)展已經(jīng)成為仿生學(xué)機(jī)器人研究過程中不可或缺的一部分了。美國 Chrikjian and burdick 首次從多自由度方向開始對蛇形機(jī)器人的動力學(xué)原理和結(jié)構(gòu)進(jìn)行了分析 ,而且對蛇的一些幾何結(jié)構(gòu)提出了模塊化的形式。在此基礎(chǔ)上，日本 大學(xué)發(fā)明了旁邊帶輪子的ACMR3,此種蛇形機(jī)器人結(jié)構(gòu)簡單，并可以實(shí)現(xiàn)直接驅(qū)動的前進(jìn)和后退運(yùn)動、側(cè)面翻滾、螺旋式的轉(zhuǎn)動、一定弧度等各種運(yùn)動形式。 NEC 公司結(jié)合多剛體力學(xué)原理，創(chuàng)造出了多剛體關(guān)節(jié)的蛇形機(jī)器人，它可以很容易的實(shí)現(xiàn)三維空間運(yùn)動，應(yīng)用在許多危險及人不能接受的情況下進(jìn)行搜索和營救的工作，但由于蛇形機(jī)器人需要多個關(guān)節(jié)，而多剛體結(jié)構(gòu)不適合這種運(yùn)動，因此，這種多剛體的蛇形機(jī)器人不能夠?qū)嶋H仿真蛇的運(yùn)動。德國科學(xué)家發(fā)明了 GMDsnakel，這種機(jī)器人每兩個橡膠關(guān)節(jié)構(gòu)成一個連接件，每個連接件可以驅(qū)動 8 個電機(jī)，實(shí) 現(xiàn)蛇形機(jī)器人在水平和垂直方向上的不同角度的彎曲，而且運(yùn)動及其靈活，但也存在問題，當(dāng)蛇形機(jī)器人做抬頭動作時，由于重力，會有暫時的失控現(xiàn)象。從此之后，法國、加拿大、瑞典等科學(xué)家也相繼開展了與之相關(guān)課題的研究。在我國范圍內(nèi)，上海交通大學(xué)的教授