【正文】 ing of robot walking freely.This paper mainly introducing the technology is mature Mckenna39。4月30日之前完成畢業(yè)設(shè)計答辯準(zhǔn)備。未來研究熱點是將各種智能控制方法應(yīng)用到移動機器人的控制。 學(xué)科分類號 0807 本 科 畢 業(yè) 設(shè) 計 題目（中文）： 移動機器人結(jié)構(gòu)設(shè)計 （英文）： Mobile robot structure design 姓 名 陳 霄 鋒 學(xué) 號 2008180235 院 （系） 工學(xué)院機械工程系 專業(yè)、年級 2008級機械設(shè)計制造及其自動化 指導(dǎo)教師 彭 可 副教授 二○一二 年 五 月湖南師范大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計誠信聲明本人鄭重聲明：所呈交的本科畢業(yè)設(shè)計，是本人在指導(dǎo)老師的指導(dǎo)下，獨立進行研究工作所取得的成果，成果不存在知識產(chǎn)權(quán)爭議，除設(shè)計中已經(jīng)注明引用的內(nèi)容外，本設(shè)計不含任何其他個人或集體已經(jīng)發(fā)表或撰寫過的作品成果。所以研究和在這個方面的創(chuàng)新是有意義的。5月10日之前完成畢業(yè)設(shè)計答辯，審核，定稿。s omnidirectional motion principle of the structure and analysising omnidirectional wheel omnidirectional mobile mechanism motion coordination principle by the four its application to wheel legged robot body that make the robot move ability aspects of the design include (1)Mobile mode selection。自上世紀(jì)九十年代以來，人們廣泛開展了對機器人移動功能的研制和開發(fā)，為適應(yīng)各種工作環(huán)境的不同要求而開發(fā)出各種移動機構(gòu)。 (4) to the mobile robot control system for a simple design. Key words: mobile robot, Wheel legged type, Quadruped第1章 緒 論 隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，人類的研究活動領(lǐng)域已由陸地擴展到海底和空間。力求在理論上設(shè)計出一個在結(jié)構(gòu)上能夠有較好的移動能力和越障能力的移動機器人。因其出色的地面適應(yīng)能力和越野能力，曾經(jīng)得到很多機器人專家的廣泛重視，在其開發(fā)和研制上投入了大量的時間和精力，也取得了較大的成果。二輪移動機構(gòu)的結(jié)構(gòu)非常簡單，但是在靜止和低速時非常不穩(wěn)定。根據(jù)面向的任務(wù)和環(huán)境不同，對移動機器人運動控制系統(tǒng)的設(shè)計也不同。軟件按功能分成不同模塊，便于修改、添加。第2章 移動機器人結(jié)構(gòu)設(shè)計現(xiàn)在主流的移動方式基本是輪式，腿式，和履帶式，但由于其各有各的優(yōu)點與缺點，現(xiàn)在的科學(xué)家越來越追求綜合性能的提高。 由于環(huán)境較好，基本屬于平坦地面，故主要移動方式為輪式移動，在需要上臺階或樓梯是才使用腿式結(jié)構(gòu)，這是因為腿式結(jié)構(gòu)效率較低，只在必須使用腿式結(jié)構(gòu)的時候才使用，這樣既能提高機器人的移動效率，也能是機器人有較好的越障能力。這樣，驅(qū)動輪在一個方向上具有主動驅(qū)動能力的同時，另外一個方向也具有自由移動（被動移動）的運動特性。 圖 對于下肢部分，由于麥克納姆輪可以進行全方位的移動，故不需要加入關(guān)節(jié)，但需要加入剎車系統(tǒng)，以保證及時停車和在使用腿部功能時不發(fā)生滾動，同時在下肢與輪胎連接處設(shè)計平臺安放電機，使其驅(qū)動輪胎轉(zhuǎn)動。下肢兩個豎直的同軸孔也是用來通過電線的。圖 圖 圖中留出了電機和輪子的安裝空間。麥克納姆輪結(jié)構(gòu)緊湊，運動靈活，是很成功的一種全方位輪。質(zhì)心落在支撐二角形外部則取值為負(fù)。 (3)忽略機器人邁腿過程中由于腿的移動引起的機器人重心位置的改變。機器人在行進過程中的穩(wěn)定裕度越大則機器人越穩(wěn)定，所以在步態(tài)周期的每一個分步中都試圖獲取更大的穩(wěn)定裕度，如圖3中機器人邁1腿過程，為使該分步穩(wěn)定裕度最大，機器人在邁1腿前需通過軀干調(diào)整使重心O1移至線段AB的中點，此時機器人的穩(wěn)定裕度為: 機器人邁2, 3, 4腿時，通過軀干調(diào)整可能實現(xiàn)的最大穩(wěn)定裕度分別為: 故機器人在整個步態(tài)周期內(nèi)的穩(wěn)定裕度為: 同理可得所有24種步態(tài)的周期內(nèi)最大穩(wěn)定裕度為Sm=L1/4，對應(yīng)步態(tài)有14種，其他10種步態(tài)最大穩(wěn)定裕度為Sm=(L1Ψ)/4[18]。通常采用的傳感器分為內(nèi)部傳感器和外部傳感器。編程技術(shù)進一步提高在線編程的可操作性，離線編程的人機界面更加友好、自然語言化編程和圖形化編程的進一步推廣也是今后研究的重點。 機器人的驅(qū)動系統(tǒng)目前，愛機器人的運動控制中較為常見的有直流電機、步進電機和舵機。它內(nèi)部有一個基準(zhǔn)電路，產(chǎn)生周期為20mS，將獲得的直流偏置電壓與電位器的電壓比較，獲得電壓差輸出。 舵機具體參數(shù)項目參數(shù)項目參數(shù)重量55g位移角度0300176。: 機器人的感知系統(tǒng)環(huán)境感知能力是移動機器人除了移動之外最為基本的一種能力，感知能力的高低直接決定了機器人的智能性。值得一提的是，由于AXS 1的通信協(xié)議以及控制方式跟AX12的一樣，所以只需要用daisy總線把它們串連在一起即可控制，所以也就不再重復(fù)介紹了。(2)聲音探測傳感器 聽覺傳感器是機器人另一種必須的外傳感器，它是將聲源通過空氣振動產(chǎn)生的聲波轉(zhuǎn)化為電信號的設(shè)備。同日寸要求控制系統(tǒng)盡可能做到輕型化，這樣可以減輕機器負(fù)載，減少系統(tǒng)的功耗。(6)JTAG調(diào)試:可以實現(xiàn)在線編程、調(diào)試仿真。： [18]在避障和選擇路線上我的想法是這樣的，機器人系統(tǒng)可以通過傳感器來測量周圍環(huán)境，并對環(huán)境建立三維模型，然后通過對環(huán)境的分析來選擇路線，然后再經(jīng)過多少的距離就重新對環(huán)境建模來及時更新環(huán)境模型選擇路線和動作，之前不久的模型也要同時進行考慮，這樣就能夠很好的完成任務(wù)。（3） 對機器人的控制系統(tǒng)進行了簡單的設(shè)計，里面還有諸多問題沒有解決。參考文獻(xiàn)[1] [M].北京:清華大學(xué)出版社，2000. 1819, 4653.[2] Gary and Ronald . Enabling the Space Exploration Initiative:NASA39。 感謝所有幫助過我，和我所結(jié)識的所有的人們，是你們一起成就著我的人生。外文翻譯：Autonomous robot obstacle avoidance using a fuzzy logic control schemeWilliam MartinSubmitted on December 4, 2009CS311 Final Project1. INTRODUCTIONOne of the considerable hurdles to overe, when trying to describe a realworld control scheme with firstorder logic, is the strong ambiguity found in both semantics and evaluations. Although one option is to utilize probability theory in order to e up with a more realistic model, this still relies on obtaining information about an agent39。Rover roundup, 1998:8588.[7] Burg J.,Blazevic P Antilock Braking and Terrain Control Concept for AllTerrain Robotic Vehicle[C]. Proceeding of IEEE International Conferece on Robotics and Automation, 1997:14001405.[8] Stewart Moorehead, Dimitrios Apostolopoulos. Autonomous Navigation Field Results of a Planetary Analog Robot in Antarctrica[A]. Proc. of the 5th international Symposium on Artificial Intelligence, Robotics and Automation in Space, 1999:237242.[9] Nobuto YOSHIOKA. The Driving Operation Systemamp。然后對其原理進行了闡述。但是要做出能完成某項任務(wù)的機器人我覺得還是很可行的，所以我們要不斷在這方面進行研究，以期望做出更有能力的機器人。 預(yù)計要達(dá)到的控制要求我的機器人每個腿部共有三個驅(qū)動電機，分別控制了上肢的轉(zhuǎn)動，下肢繞上肢轉(zhuǎn)動，和輪胎的轉(zhuǎn)動。由于干擾信號會影響機器人的正常工作，因此要考慮軟硬件任務(wù)的分配和選擇接地、隔離、屏蔽以及工藝性等方面的因素；(3)系統(tǒng)有很好的穩(wěn)定性。為了防止把一次掌聲誤認(rèn)為多次掌聲，傳感器在檢測到一次聲音后，在接下來的800ms內(nèi)不再檢測。當(dāng)AX12舵機內(nèi)部溫度、扭矩、供電電壓等超過額定范圍時，它主動反饋這種情況。移動機器人之所以能在已知或未知的環(huán)境中面向目標(biāo)自主運動，完成一定的作業(yè)功能，是因為它能夠通過多傳感器感知外部環(huán)境信息和自身狀態(tài)。工作電壓7VDC12VDC通訊半雙工異步串行通信工作溫度585攝氏度波特率7343bps1Mbps最大電流900mA指令包數(shù)字信號輸入電壓 7V 10V物理連接TTL多通道（daisy總線）最大扭矩12（Kgf?cm） （Kgf?cm）材料工程塑料轉(zhuǎn)速（秒/60176。AX12舵機是一款智能化、模塊化的動力裝置，主要由一個微處理器、一個精確的直流電機、齒輪減速器、位置傳感器、溫度傳感器以及具備通訊功能的控制芯片等組成，: 舵機內(nèi)部結(jié)構(gòu)和控制圖AX12數(shù)字舵機作為舵機用時，最大轉(zhuǎn)角為300度，作為電機用時可以自由旋轉(zhuǎn)，應(yīng)用范圍廣。經(jīng)過我初步估計電機轉(zhuǎn)速不是很大，如果使用直流電機，由于轉(zhuǎn)速和力矩的影響，需配置減速器，且不能控制角度。機器人運動必須足夠快，受控并安全，避開靜態(tài)和動態(tài)的障礙。外部傳感器主要包括:視覺傳感器、超聲波傳感器、紅外傳感器、接觸和接近傳感器等。第四章 對移動機器人控制系統(tǒng)的簡單設(shè)計 由于本次研究主要內(nèi)容為機器人結(jié)構(gòu)設(shè)計，而且在大學(xué)階段沒有對相關(guān)知識的學(xué)習(xí)，使得我不能對機器人的控制系統(tǒng)做出設(shè)計，以下僅僅是我參考別人的設(shè)計并對我的機器人控制系統(tǒng)的想法。 (5)定義一個簡單的初始狀態(tài)，此時機器人同側(cè)兩足之間距離相等。為了評價方便，通常用質(zhì)心和支撐邊界在前進方向的最小距離來衡量，(前進方向向右)。 ，是通過每個輪子的配合使機器人可以超各個方向移動而不需要轉(zhuǎn)彎的過程。第三章 移動機器人的移動原理 輪式移動原理主要的為麥克納姆輪的移動原理。 主體結(jié)構(gòu)為機器人的主要結(jié)構(gòu)，里面包括了控制系統(tǒng)，四個驅(qū)動電機以及一些傳感器，傳感器包括有紅外傳感器，壓敏傳感器，聲音傳感器等用來充當(dāng)機器人的眼睛、觸覺和聽覺功能。當(dāng)電機驅(qū)動車輪旋轉(zhuǎn)時，車輪以普通方式沿著垂直于驅(qū)動軸的方向前進，同時車輪周邊的輥子沿著其各自的軸線自由旋轉(zhuǎn)。首先是要在機器人機身上安裝傳感器，使其能夠感應(yīng)到前面的障礙物樓梯，然后就是爬樓梯的過程。而腿式移動結(jié)構(gòu)雖然有很好的越野能力，但是結(jié)構(gòu)復(fù)雜，效率低等缺點?？刂破鞅仨毮茉诖_定時間內(nèi)完成對外部中斷的處理，并且可以多個任務(wù)同時進行[17]。軟件結(jié)構(gòu)依賴于微處理器硬件，難以在不同系統(tǒng)間移植。四輪機構(gòu)的運動特性基本上與三輪機構(gòu)相同，由于增加了一個支撐輪，運動更加平穩(wěn)。根據(jù)腿的數(shù)量又可進行分類，如四腿移動機器人六腿移動機器人。面對21世紀(jì)深空探測的挑戰(zhàn)，對各種自主系統(tǒng)的研制是必須的，而移動機構(gòu)又是各種自主系統(tǒng)的最基本和最關(guān)鍵的環(huán)節(jié)。研究和發(fā)展月球探測移動機器人技術(shù)，對包括移動機器人在內(nèi)的相關(guān)前沿技術(shù)的研究將產(chǎn)生巨大的推動作用。 本文主要是介紹了技術(shù)較為成熟的麥克納姆全方位輪的運動原理結(jié)構(gòu)，分析了由四個麥克納姆輪全方位輪組成的全向移動機構(gòu)的運動協(xié)調(diào)原理。 (3) the robot moving principle analysis。自上世紀(jì)九十年代以來，人們廣泛開展了對機器人移動功能的研制和開發(fā)，為適應(yīng)各種工作環(huán)境的