【正文】 本 科 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì)畢業(yè)設(shè)計(jì)題目： “龍人寶貝”機(jī)器人的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與控制 學(xué) 生 姓 名： 學(xué) 號： 系 別： 專 業(yè) 班 級： 指導(dǎo)教師姓名及職稱： 起 止 時(shí) 間: 2011年3月— 2011年 6月摘 要本文所設(shè)計(jì)的機(jī)器人是以學(xué)校實(shí)驗(yàn)室中的“龍人寶貝”為參考而設(shè)計(jì)的。內(nèi)容是對基于單片機(jī)的機(jī)器人的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，綜合運(yùn)用C51單片機(jī)，電子電路等知識進(jìn)行智能移動機(jī)器人的控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)以及研究。本論文不僅注重理論知識的探討，更注重于理論知識在實(shí)際中的應(yīng)用。本文詳細(xì)介紹機(jī)器人的硬件機(jī)構(gòu)以及軟件的設(shè)計(jì)，同時(shí)利用傳感器使機(jī)器人前行、智能壁障，并對其進(jìn)行運(yùn)動仿真。關(guān)鍵詞：機(jī)器人 單片機(jī) 控制系統(tǒng) 運(yùn)動仿真Abstract This robot is designed for laboratories in schools, Dragon Baby as a reference and design.Content is the robot control system based on single chip design, the integrated use of C51 microcontroller, electronic circuits and other knowledge for intelligent mobile robot control system design and research.This thesis not only of theoretical knowledgeoriented, more focused on theoretical knowledge in practical application. This paper describes the robot hardware and software design of institutions.While taking advantage of the sensor to the robot forward, smart barrier, and its motion simulation. Key words: robot control system for motion simulation of single chip目 錄前言 1智能機(jī)器人研究的概況 2 2 3 5機(jī)器人的結(jié)構(gòu)和外觀設(shè)計(jì) 5“龍人寶貝”機(jī)器人的介紹 5“龍人寶貝”結(jié)構(gòu)及參數(shù) 5 6 6 10機(jī)器人的控制與實(shí)現(xiàn) 11 11 15 15總結(jié) 23致 謝 24參考文獻(xiàn) 25附錄 26 “龍人寶貝”機(jī)器人的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與控制孫浩前言機(jī)器人（Robot）是自動執(zhí)行工作的機(jī)器裝置。它既可以接受人類指揮，又可以運(yùn)行預(yù)先編排的程序，也可以根據(jù)以人工智能技術(shù)制定的原則綱領(lǐng)行動。它的任務(wù)是協(xié)助或取代人類工作的工作，例如生產(chǎn)業(yè)、建筑業(yè)，或是危險(xiǎn)的工作?，F(xiàn)在，國際上對機(jī)器人的概念已經(jīng)逐漸趨近一致。一般來說，人們都可以接受這種說法，即機(jī)器人是靠自身動力和控制能力來實(shí)現(xiàn)各種功能的一種機(jī)器。聯(lián)合國標(biāo)準(zhǔn)化組織采納了美國機(jī)器人協(xié)會給機(jī)器人下的定義：“一種可編程和多功能的、用來搬運(yùn)材料、零件、工具的操作機(jī)；或是為了執(zhí)行不同的任務(wù)而具有可用電腦改變和可編程動作的專門系統(tǒng)?！睓C(jī)器人一般由執(zhí)行機(jī)構(gòu)、驅(qū)動裝置、檢測裝置和控制系統(tǒng)和復(fù)雜機(jī)械等組成。隨著微電子技術(shù)的不斷發(fā)展，微處理器芯片的集成程度越來越高，單片機(jī)已可以在一塊芯片上同時(shí)集成CPU、存儲器、并行和串行接口A/D轉(zhuǎn)換器等多種電路，這種技術(shù)促使機(jī)器人技術(shù)也有了突飛猛進(jìn)的發(fā)展。本文研究的機(jī)器人，它根據(jù)學(xué)校實(shí)驗(yàn)室中的“龍人寶貝”機(jī)器人為基礎(chǔ)而設(shè)計(jì)與調(diào)試以及程序代碼的編寫，掌握機(jī)器人設(shè)計(jì)的基本方法。為此，該機(jī)器人硬件的核心采用C51單片機(jī)作為機(jī)器人的大腦，把它設(shè)計(jì)成控制板，通過控制板實(shí)現(xiàn)機(jī)器人的運(yùn)動，以此機(jī)器人作為典型工程對象，可以完成機(jī)器人所需具備的探測周邊環(huán)境、做出決策、控制機(jī)器人運(yùn)動的基本能力，使機(jī)器人具有基本的智能。智能機(jī)器人研究的概況機(jī)器人是集機(jī)械、電子、控制、計(jì)算機(jī)、傳感器、人工智能等多學(xué)科先進(jìn)技術(shù)于一體的現(xiàn)代制造業(yè)重要的自動化裝備。自從1962年美國研制出世界上第一臺工業(yè)機(jī)器人以來,機(jī)器人技術(shù)及其產(chǎn)品發(fā)展很快,已成為柔性制造系( FMS) 、自動化工廠( FA) 、計(jì)算機(jī)集成制造系統(tǒng)(CIMS)的自動化工具。廣泛采用工業(yè)機(jī)器人,不僅可提高產(chǎn)品的質(zhì)量與數(shù)量,而且保障人身安全、改善勞動環(huán)境、減輕勞動強(qiáng)度、提高勞動生產(chǎn)率、節(jié)約材料消耗以及降低生產(chǎn)成本有著十分重要的意義。和計(jì)算機(jī)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)一樣,機(jī)器人的廣泛應(yīng)用正在日益改變著人類的生產(chǎn)和生活方式。20世紀(jì)80年代以來，工業(yè)機(jī)器人技術(shù)逐漸成熟，并很快得到推廣，目前已經(jīng)在工業(yè)生產(chǎn)的許多領(lǐng)域得到應(yīng)用。在工業(yè)機(jī)器人逐漸得到推廣和普及的過程中，下面三個方面的技術(shù)進(jìn)步起著非常重要的作用。（1）驅(qū)動方式的改變20世紀(jì)70年代后期，日本安川電動機(jī)公司研制開發(fā)出了第一臺全電動的工業(yè)機(jī)器人，而此前的工業(yè)機(jī)器人基本上采用液壓驅(qū)動方式。與采用液壓驅(qū)動的機(jī)器人相比，采用伺服電動機(jī)驅(qū)動的機(jī)器人在響應(yīng)速度、精度、靈活性等方面都有很大提高，因此，也逐步代替了采用液壓驅(qū)動的機(jī)器人，成為工業(yè)機(jī)器人驅(qū)動方式的主流。在此過程中，諧波減速器、R V減速器等高性能減速機(jī)構(gòu)的發(fā)展也功不可沒。近年來，交流伺服驅(qū)動已經(jīng)逐漸代替?zhèn)鹘y(tǒng)的直流伺服驅(qū)動方式，直線電動機(jī)等新型驅(qū)動方式在許多應(yīng)用領(lǐng)域也有了長足發(fā)展。（2）信息處理速度的提高機(jī)器人的動作通常是通過機(jī)器人各個關(guān)節(jié)的驅(qū)動電動機(jī)的運(yùn)動而實(shí)現(xiàn)的。為了使機(jī)器人完成各種復(fù)雜動作，機(jī)器人控制器需要進(jìn)行大量計(jì)算，并在此基礎(chǔ)上向機(jī)器人的各個關(guān)節(jié)的驅(qū)動電動機(jī)發(fā)出必要的控制指令。隨著信息技術(shù)的不斷發(fā)展，C P U的計(jì)算能力有了很大提高，機(jī)器人控制器的性能也有了很大提高，高性能機(jī)器人控制器甚至可以同時(shí)控制20多個關(guān)節(jié)。機(jī)器人控制器性能的提高也進(jìn)一步促進(jìn)了工業(yè)機(jī)器人本身性能的提高，并擴(kuò)大了工業(yè)機(jī)器人的應(yīng)用范圍。近年來，隨著信息技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展，已經(jīng)出現(xiàn)了多臺機(jī)器人通過網(wǎng)絡(luò)共享信息，并在此基礎(chǔ)上進(jìn)行協(xié)調(diào)控制的技術(shù)趨勢。（3）傳感器技術(shù)的發(fā)展機(jī)器人技術(shù)發(fā)展初期，工業(yè)機(jī)器人只具備檢測自身位置、角度和速度的內(nèi)部傳感器。近年來，隨著信息處理技術(shù)和傳感器技術(shù)的迅速發(fā)展，觸覺、力覺、視覺等外部傳感器已經(jīng)在工業(yè)機(jī)器人中得到廣泛應(yīng)用。各種新型傳感器的使用不但提高了工業(yè)機(jī)器人的智能程度，也進(jìn)一步拓寬了工業(yè)機(jī)器人的應(yīng)用范圍。智能機(jī)器人是具有思維、感知和行動功學(xué)、人工智能，微電子學(xué)，光學(xué)， 傳感技術(shù)、材料科學(xué) 仿生學(xué)等學(xué)科的綜合成果。智能機(jī)器人可獲取、處理和識別多種信息，建立并實(shí)時(shí)修正環(huán)境模型， 自主地完成較為復(fù)雜的操作任務(wù)， 因此，比一般的工業(yè)機(jī)器人具有更大的靈活性、機(jī)動性和更廣泛的應(yīng)用領(lǐng)域。2O世紀(jì)電子計(jì)算機(jī)的發(fā)明， 使人類的腦力勞動自動化成為可能，60年代智能機(jī)器人的出現(xiàn)開辟了智能生產(chǎn)自動化的新紀(jì)元。機(jī)器和生產(chǎn)系統(tǒng)的智能化， 用機(jī)器人代替人完成各種任務(wù)， 這是人類智慧發(fā)展和機(jī)器進(jìn)化的飛躍。智能機(jī)器人作為新一代的生產(chǎn)工具，在制造領(lǐng)域中應(yīng)用， 能排腺人為的不可控因素， 實(shí)現(xiàn)高節(jié)奏、高效和高質(zhì)量生產(chǎn)， 并是未來智能生產(chǎn)系統(tǒng)(如CIMS)的重要組成部分。在非制造領(lǐng)域，如核工業(yè)、水下、空間，建筑、采掘，教災(zāi) 排險(xiǎn)和作戰(zhàn)等方面， 可代替人完成人所不適或力所不及的各種工作，在原子能、水下和外層空間可開辟新的產(chǎn)業(yè)。目前， 我國和許多國家都把智能機(jī)器人列為迎接未來挑戰(zhàn)的高技術(shù)課題， 并制訂發(fā)展規(guī)劃，撥出巨款給予支持。因此，預(yù)計(jì)9O年代， 智能機(jī)器人技術(shù)將會有突破性的進(jìn)展。（1）主要研究領(lǐng)域及相關(guān)課題典型的智能機(jī)器人主要技術(shù)內(nèi)容包括以下方面：1. 感覺識別技術(shù)1)視覺研究如三維視覺系統(tǒng)、圖像傳感器， 顏色識別傳感器、特殊環(huán)境中用的傳感器、視覺通用實(shí)時(shí)高速處理系統(tǒng)、狀況識別技術(shù)等；2)觸覺研究如接觸覺、靈巧傳感器、6軸力傳感器等；除此之外還有其它如距離覺， 味覺， 嗅覺等。2. 操作、移動技術(shù)1)操作技術(shù)如直流驅(qū)動電機(jī)、 執(zhí)行機(jī)構(gòu)、多指手爪， 操作器的作業(yè)坐標(biāo)控制， 定標(biāo)，小型輕量化技術(shù)、柔性操作器等；2)移動技術(shù)在樓梯移動、惡劣道路上行走、省能，兩足步行等；3. 控制、 信息處理、人工智能控制、協(xié)調(diào)控制，、多層遞階控制、遠(yuǎn)距離控制、 高速高精度控制等；（2）智能機(jī)器人研究的發(fā)展趨勢自動化的需要推動了機(jī)器人進(jìn)步，而機(jī)器人的發(fā)展提高了自動化水平。為了解決工業(yè)、原子能利用、空間探測， 海洋開發(fā)、排險(xiǎn)，醫(yī)療、軍事等領(lǐng)域自動化需要而研制有特定應(yīng)用背景的智能機(jī)器人，基本上沿兩條道路發(fā)展t一是在一般工業(yè)機(jī)器人基礎(chǔ)上，增加各種高性能傳感器和知識庫，使之具感知能力和動作規(guī)劃能力}二是在遙控操作器基礎(chǔ)上增加移動能力、環(huán)境感知能力、自診斷自學(xué)習(xí)力及自主能力。其中包括知識庫和專家系統(tǒng)。由于研究目的性明確，針對性強(qiáng)， 實(shí)際需要迫切，制造單位與應(yīng)用單位結(jié)合， 資金和人力集中使用， 因此成果顯著見效快。目前應(yīng)用研究主要集中在精密裝配機(jī)器人、水下機(jī)器人、移動機(jī)器人等方面。另外，利用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)等新技術(shù)的智能機(jī)器人也引起了人們的重視。近幾年來， 許多國家都把智能機(jī)器人列為高技術(shù)發(fā)展規(guī)劃的重要內(nèi)容。從研究方式來看，已打破單位和國家的聶限， 出現(xiàn)了單位聯(lián)合， 跨國共同研究的趨勢。如西歐七國高級機(jī)器人合作計(jì)劃、日本的極限作業(yè)機(jī)器人研究計(jì)劃、“