【正文】 畢業(yè)設(shè)計報告 課題： 基于 PXA270 的機(jī)器人控制系統(tǒng)的設(shè)計與實(shí)現(xiàn) 系 部： 機(jī)電工程學(xué)院 專 業(yè)： 電氣自動化 班 級： 自動化 姓 名： 學(xué) 號： 指導(dǎo)老師： 目錄 摘要 ......................................................................... 3 第一章 緒論 ................................................................. 4 研究背景 ............................................................. 4 ........................................................... 4 ............................................................. 6 本文研究的主要內(nèi)容 .................................................. 7 第二章 武術(shù)擂臺機(jī)器人設(shè)計方案 ................................................ 8 機(jī)器人總體設(shè)計方案 ................................................... 8 機(jī)械模塊設(shè)計 ......................................................... 8 ........................................................ 10 電源電路設(shè)計 ........................................................ 12 ........................................................ 12 ....................................................... 14 ........................................................ 14 ........................................................ 18 ............................................................ 19 ........................................................... 22 第三章 控制系統(tǒng)的軟件設(shè)計 ................................................... 24 ..................................................... 24 ..................................................... 25 ..................................................... 26 ..................................................... 27 ........................................................ 29 ........................................................ 30 小結(jié) ............................................................ 30 第四章調(diào)試與在線監(jiān)控 ........................................................ 32 ............................................................ 32 ................................................... 32 ............................................................ 34 ............................................................ 38 ............................................................ 40 第五章 總結(jié)和展望 ........................................................... 42 ................................................................ 42 ................................................................ 42 結(jié) 束 語 .................................................................... 43 謝 辭 ...................................................................... 44 參考文獻(xiàn) .................................................................... 45 附錄 ........................................................................ 46 3 基于 PXA270 的機(jī)器人控制系統(tǒng)的設(shè)計與實(shí)現(xiàn) 摘 要 由于現(xiàn)代科學(xué) 技術(shù)的飛速發(fā)展，機(jī)器人技術(shù)已被廣泛應(yīng)用在社會的各個領(lǐng)域。工業(yè)機(jī)器人，它誕生于制造業(yè)，是新一代的生產(chǎn)工具，這是新一代動力機(jī)械和電腦控制后，人的體力和智力的發(fā) 展。機(jī)器人技術(shù)的應(yīng)用是一個國家工業(yè)自動化水平發(fā)展的一個重要標(biāo)志 。 近年來，我 國的許多高校和企業(yè)已經(jīng)在不同的領(lǐng)域開發(fā)的機(jī)器人。本課題為機(jī)器人 武 術(shù) 挑戰(zhàn)賽 為基礎(chǔ)的 規(guī)則行動 ，實(shí)現(xiàn) 擂臺賽機(jī)器人控制系統(tǒng)的任務(wù)，開放的平臺有詳細(xì)的研究和設(shè)計。武術(shù)擂臺賽是中國機(jī)器人大賽暨 RoboCup 公開賽中的一個對抗性的比賽，在比賽中的機(jī)器人通過攝像頭，馬達(dá)，齒輪和各種傳感器來感知環(huán)境信 息和位置，然后用相應(yīng)的執(zhí)行機(jī)構(gòu)來完成相關(guān)的任務(wù)。 本文以高性能的處理器 Marvell 的 XScale PXA270 處理器作為控制系統(tǒng)的核心設(shè)計，其目的在于提供一個可靠的，開放的控制系統(tǒng)。以滿足機(jī)器人武術(shù)擂臺賽的要求。同時，本文研究了機(jī)器人的運(yùn)動控制方法，以及控制系統(tǒng)能夠滿足實(shí)時性，高速和高精度要求。 在本文中，武術(shù)擂臺競賽機(jī)器人控制系統(tǒng)分為四個模塊：機(jī)械模塊，主控制模塊，驅(qū)動模塊和數(shù)據(jù)采集模塊。機(jī)械模塊為基本模塊的安裝和功能實(shí)現(xiàn)機(jī)器人的載體。接著，主控制模塊選擇高性能的 Xscale PXA270 的，適用于電動 機(jī)控制。該驅(qū)動模塊是整個機(jī)器人的動力機(jī)制。信息取得模塊負(fù)責(zé)環(huán)境信息的感知，并且信息被發(fā)送給主控制系統(tǒng)。其次，控制系統(tǒng)的硬件電路設(shè)計和實(shí)現(xiàn)，主要包括電源電路、舵機(jī)控制電路、攝像頭及音頻電路、網(wǎng)絡(luò)接口等。在實(shí)現(xiàn)硬件平臺的基礎(chǔ)上對控制系統(tǒng)的軟件部分進(jìn)行了模塊化的設(shè)計， 通過系統(tǒng)調(diào)試和測試的硬件和軟件是質(zhì)在系統(tǒng)的要求作為一個整體來滿足設(shè)計要求 。 關(guān)鍵詞：機(jī)器人； MultiFlex；創(chuàng)意設(shè)計；模塊化設(shè)計。 江蘇信息職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計報告 4 第一章 緒論 研究背景 1920 年，捷克的作家 恰佩克卡雷爾在 一部科幻劇本 ，第 一次提出了機(jī)器人的概念，那 時候 人們把機(jī)器人作為 新科技 的一個專用名詞。 1950 年，美國作家阿西莫夫首先提出 Robotics，即機(jī)器人學(xué)，同時提出了的“機(jī)器人三 原則 ”的 理論 ，是公認(rèn)的機(jī)器人的研究和發(fā)展的基本 準(zhǔn)則 。 1954 年， 美國的喬治德沃爾 創(chuàng)造了第一個可編程的機(jī)器人，機(jī)器人逐漸向現(xiàn)實(shí) 轉(zhuǎn)變 ，為現(xiàn)代機(jī)器人的發(fā)展奠定了基礎(chǔ)?，F(xiàn)代科技的發(fā)展給了機(jī)器人技術(shù)無限的創(chuàng)新能量。目前，在國內(nèi)外各種機(jī)器人和機(jī)械手成為研究的熱點(diǎn)，研究現(xiàn)狀和趨勢如下： 。例如， 將具有 減速器的馬達(dá)模塊，檢測系統(tǒng) ， 伺服馬達(dá) 等 獨(dú)立 的模塊整合，以達(dá)到減少體積，精確控制的目的 ； 關(guān)節(jié)模塊和連桿模塊用于構(gòu)建所述機(jī)器人在重組，這是方便的機(jī)器人的組件的形式。 2. 采用 PC機(jī) 控制系統(tǒng) 控制機(jī)器人 ，這是標(biāo)準(zhǔn)化和網(wǎng)絡(luò)管理的發(fā)展趨勢 。 ， 一體化 持續(xù)改進(jìn)的。這使得系統(tǒng)的可靠性 、 操作 性、可維護(hù)性有了很大的提高。 使用 在機(jī)器人的 設(shè)計中 越來越重要。一次性使用 系統(tǒng)的位置和速度不能滿足現(xiàn)代機(jī)器人的需要。目前的視覺傳感器、 力傳感器 成為 用于組裝和焊接機(jī)器人中不可缺少的傳感器。多傳感器融合技術(shù)也是近年來一個新的研究領(lǐng)域，多傳感器融合技術(shù) 有助 于遙控機(jī)器人實(shí)現(xiàn)了決策控制。智能機(jī)器人的關(guān)鍵技術(shù)是配置技術(shù)的融合。在一般情況下，機(jī)器人的發(fā)展是大致如下兩個方向：一種是智能機(jī)器人， 使用多傳感器 、 多控制器 、 先進(jìn)的控制算法 、 復(fù)雜的機(jī)械和電氣控制的 系統(tǒng) ； 第二個是方向性，機(jī)器人的研究和應(yīng)用是密切相關(guān) 的 ，例如， 對于 工業(yè)機(jī)器 人 的研究 ，其要求 研究對象和生產(chǎn)加工的需求有著密切的聯(lián)系，為特定任務(wù)來完成特定 設(shè)定 ，在同一時間，以滿足工作的要求 。 選題的背景 近 年來，為了實(shí)現(xiàn)科學(xué)技術(shù)振興國家的戰(zhàn)略，中國舉行了各類機(jī)器人大賽，這為學(xué)生提供了一個平臺來展示自己的想象力和創(chuàng)造力 。在武術(shù)擂臺賽技術(shù)挑戰(zhàn)中，場地圖示如下： 5 基于 PXA270 的機(jī)器人控制系統(tǒng)的設(shè)計與實(shí)現(xiàn) 圖 11 武術(shù)擂臺 1． 比賽擂臺（即場地，如圖 1 所示）尺寸為長，寬分別為 2400 毫米，高 150毫正方形平臺，工作臺表面 即 擂臺場。從外面看，以四色的中心角呈黑色到灰色白色漸變。 兩 個斜坡的位 于 的 場地的 兩個角，從機(jī)器人的起始區(qū)域的開始，沿著傾斜上升。該 場地 是圍繞著一個方形的黑色柵欄 ，距離平臺 700 毫米高 500毫米。比賽開始后，柵欄的區(qū)域中 不得出現(xiàn) 任何障礙物或人。 2． 起始區(qū)域和斜坡涂 敷 有正藍(lán)色和黃色 的標(biāo)志 。起步區(qū)的平板尺寸為 300x400毫米 。 3． 斜坡長度 400 毫米， 寬 400 毫米，斜坡和 平臺 齊平，即 150 毫米 為 頂部的高度。 4．擂臺場地 的材料是木，地表面的最大承載能力可達(dá) 50 千克 。表面材料為亞光 PVC 膜，各種顏色和所使用的 線條是由 電腦彩色印刷的形式生產(chǎn)。 5． 技術(shù)挑戰(zhàn) 賽 ，對于使用 圓柱 尺寸：直徑為 100 毫米 ，高 300 毫米，重量 0。5千克 左右，白色的表面（技術(shù)挑戰(zhàn) 賽 ，兩個 圓柱 ，分別 是 白色和綠色）塑料電工膠帶。它的重心位于幾何中心。 江蘇信息職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計報告 6 圖 12 比賽專用圓柱 6． 現(xiàn)場的照明：該部位的區(qū)域的賽場，照明的照度在 600Lux 到 1200Lux，應(yīng)柔軟，均勻，區(qū)域照明差不超過 300Lux。實(shí)際場地四角將安裝兩個 20W 的節(jié)能燈，色溫 4000? 6000K，光源高度為 2和 米之間。 競賽細(xì)則 。 ：機(jī)器人自主地從黃色出發(fā)區(qū)走到平臺上，找到麥克風(fēng)的位置，由揚(yáng)聲器為主體進(jìn)行自我介紹 。然后找到放置繡球的圓柱臺 ， 拿起球自主扔進(jìn)了臺（不能將圓柱弄倒），然后找到銅鑼，用手或腳擊打銅鑼。完成以上動作后，回到場地中央，自行表演一段傳統(tǒng)武術(shù)動作，最后向觀眾語音致謝，并自主地走下擂臺。（實(shí)際無白色引導(dǎo)軌跡）。整個內(nèi)容的最大時間限制是 3 分鐘。 各尺寸規(guī)格如下：