【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(jì)答辯準(zhǔn)備。未來研究熱點(diǎn)是將各種智能控制方法應(yīng)用到移動(dòng)機(jī)器人的控制。 學(xué)科分類號(hào) 0807 本 科 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) 題目（中文）： 移動(dòng)機(jī)器人結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) （英文）： Mobile robot structure design 姓 名 陳 霄 鋒 學(xué) 號(hào) 2008180235 院 （系） 工學(xué)院機(jī)械工程系 專業(yè)、年級(jí) 2008級(jí)機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)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(jì)誠信聲明本人鄭重聲明：所呈交的本科畢業(yè)設(shè)計(jì)，是本人在指導(dǎo)老師的指導(dǎo)下，獨(dú)立進(jìn)行研究工作所取得的成果，成果不存在知識(shí)產(chǎn)權(quán)爭(zhēng)議，除設(shè)計(jì)中已經(jīng)注明引用的內(nèi)容外，本設(shè)計(jì)不含任何其他個(gè)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(gè)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(jì)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(duì)機(jī)器人移動(dòng)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(dòng)機(jī)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(dòng)領(lǐng)域已由陸地?cái)U(kuò)展到海底和空間。力求在理論上設(shè)計(jì)出一個(gè)在結(jié)構(gòu)上能夠有較好的移動(dòng)能力和越障能力的移動(dòng)機(jī)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(jī)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(shí)間和精力，也取得了較大的成果。二輪移動(dòng)機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)非常簡單，但是在靜止和低速時(shí)非常不穩(wěn)定。根據(jù)面向的任務(wù)和環(huán)境不同，對(duì)移動(dòng)機(jī)器人運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)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(dòng)機(jī)器人結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)現(xiàn)在主流的移動(dòng)方式基本是輪式，腿式，和履帶式，但由于其各有各的優(yōu)點(diǎn)與缺點(diǎn)，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(dòng)方式為輪式移動(dòng)，在需要上臺(tái)階或樓梯是才使用腿式結(jié)構(gòu)，這是因?yàn)橥仁浇Y(jié)構(gòu)效率較低，只在必須使用腿式結(jié)構(gòu)的時(shí)候才使用，這樣既能提高機(jī)器人的移動(dòng)效率，也能是機(jī)器人有較好的越障能力。這樣，驅(qū)動(dòng)輪在一個(gè)方向上具有主動(dòng)驅(qū)動(dòng)能力的同時(shí)，另外一個(gè)方向也具有自由移動(dòng)（被動(dòng)移動(dòng)）的運(yùn)動(dòng)特性。 圖 對(duì)于下肢部分，由于麥克納姆輪可以進(jìn)行全方位的移動(dòng)，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(shí)停車和在使用腿部功能時(shí)不發(fā)生滾動(dòng)，同時(shí)在下肢與輪胎連接處設(shè)計(jì)平臺(tái)安放電機(jī)，使其驅(qū)動(dòng)輪胎轉(zhuǎn)動(dòng)。下肢兩個(gè)豎直的同軸孔也是用來通過電線的。圖 圖 圖中留出了電機(jī)和輪子的安裝空間。麥克納姆輪結(jié)構(gòu)緊湊，運(yùn)動(dòng)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(jī)器人邁腿過程中由于腿的移動(dòng)引起的機(jī)器人重心位置的改變。機(jī)器人在行進(jìn)過程中的穩(wěn)定裕度越大則機(jī)器人越穩(wěn)定，所以在步態(tài)周期的每一個(gè)分步中都試圖獲取更大的穩(wěn)定裕度，如圖3中機(jī)器人邁1腿過程，為使該分步穩(wěn)定裕度最大，機(jī)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(diǎn)，此時(shí)機(jī)器人的穩(wěn)定裕度為: 機(jī)器人邁2, 3, 4腿時(shí)，通過軀干調(diào)整可能實(shí)現(xiàn)的最大穩(wěn)定裕度分別為: 故機(jī)器人在整個(gè)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(duì)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(jìn)一步提高在線編程的可操作性，離線編程的人機(jī)界面更加友好、自然語言化編程和圖形化編程的進(jìn)一步推廣也是今后研究的重點(diǎn)。 機(jī)器人的驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)目前，愛機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)控制中較為常見的有直流電機(jī)、步進(jìn)電機(jī)和舵機(jī)。它內(nèi)部有一個(gè)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(jī)具體參數(shù)項(xiàng)目參數(shù)項(xiàng)目參數(shù)重量55g位移角度0300176。: 機(jī)器人的感知系統(tǒng)環(huán)境感知能力是移動(dòng)機(jī)器人除了移動(dòng)之外最為基本的一種能力，感知能力的高低直接決定了機(jī)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(cè)傳感器 聽覺傳感器是機(jī)器人另一種必須的外傳感器，它是將聲源通過空氣振動(dòng)產(chǎn)生的聲波轉(zhuǎn)化為電信號(hào)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(jī)器負(fù)載，減少系統(tǒng)的功耗。(6)JTAG調(diào)試:可以實(shí)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(jī)器人系統(tǒng)可以通過傳感器來測(cè)量周圍環(huán)境，并對(duì)環(huán)境建立三維模型，然后通過對(duì)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(duì)環(huán)境建模來及時(shí)更新環(huán)境模型選擇路線和動(dòng)作，之前不久的模型也要同時(shí)進(jìn)行考慮，這樣就能夠很好的完成任務(wù)。（3） 對(duì)機(jī)器人的控制系統(tǒng)進(jìn)行了簡單的設(shè)計(jì)，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(shí)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(duì)其原理進(jìn)行了闡述。但是要做出能完成某項(xiàng)任務(wù)的機(jī)器人我覺得還是很可行的，所以我們要不斷在這方面進(jìn)行研究，以期望做出更有能力的機(jī)器人。 預(yù)計(jì)要達(dá)到的控制要求我的機(jī)器人每個(gè)腿部共有三個(gè)驅(qū)動(dòng)電機(jī)，分別控制了上肢的轉(zhuǎn)動(dòng)，下肢繞上肢轉(zhuǎn)動(dòng)，和輪胎的轉(zhuǎn)動(dòng)。由于干擾信號(hào)會(huì)影響機(jī)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(cè)到一次聲音后，在接下來的800ms內(nèi)不再檢測(cè)。當(dāng)AX12舵機(jī)內(nèi)部溫度、扭矩、供電電壓等超過額定范圍時(shí)，它主動(dòng)反饋這種情況。移動(dòng)機(jī)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(yùn)動(dòng)，完成一定的作業(yè)功能，是因?yàn)樗軌蛲ㄟ^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(hào)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(jī)是一款智能化、模塊化的動(dòng)力裝置，主要由一個(gè)微處理器、一個(gè)精確的直流電機(jī)、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(jī)內(nèi)部結(jié)構(gòu)和控制圖AX12數(shù)字舵機(jī)作為舵機(jī)用時(shí)，最大轉(zhuǎn)角為300度，作為電機(jī)用時(shí)可以自由旋轉(zhuǎn)，應(yīng)用范圍廣。經(jīng)過我初步估計(jì)電機(jī)轉(zhuǎn)速不是很大，如果使用直流電機(jī)，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(jī)器人運(yùn)動(dòng)必須足夠快，受控并安全，避開靜態(tài)和動(dòng)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(duì)移動(dòng)機(jī)器人控制系統(tǒng)的簡單設(shè)計(jì) 由于本次研究主要內(nèi)容為機(jī)器人結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，而且在大學(xué)階段沒有對(duì)相關(guān)知識(shí)的學(xué)習(xí)，使得我不能對(duì)機(jī)器人的控制系統(tǒng)做出設(shè)計(jì)，以下僅僅是我參考別人的設(shè)計(jì)并對(duì)我的機(jī)器人控制系統(tǒng)的想法。 (5)定義一個(gè)簡單的初始狀態(tài)，此時(shí)機(jī)器人同側(cè)兩足之間距離相等。為了評(píng)價(jià)方便，通常用質(zhì)心和支撐邊界在前進(jìn)方向的最小距離來衡量，(前進(jìn)方向向右)。 ，是通過每個(gè)輪子的配合使機(jī)器人可以超各個(gè)方向移動(dòng)而不需要轉(zhuǎn)彎的過程。第三章 移動(dòng)機(jī)器人的移動(dòng)原理 輪式移動(dòng)原理主要的為麥克納姆輪的移動(dòng)原理。 主體結(jié)構(gòu)為機(jī)器人的主要結(jié)構(gòu)，里面包括了控制系統(tǒng)，四個(gè)驅(qū)動(dòng)電機(jī)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(jī)器人的眼睛、觸覺和聽覺功能。當(dāng)電機(jī)驅(qū)動(dòng)車輪旋轉(zhuǎn)時(shí)，車輪以普通方式沿著垂直于驅(qū)動(dòng)軸的方向前進(jìn)，同時(shí)車輪周邊的輥?zhàn)友刂涓髯缘妮S線自由旋轉(zhuǎn)。首先是要在機(jī)器人機(jī)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(dòng)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(diǎn)。控制器必須能在確定時(shí)間內(nèi)完成對(duì)外部中斷的處理，并且可以多個(gè)任務(wù)同時(shí)進(jìn)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(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)特性基本上與三輪機(jī)構(gòu)相同，由于增加了一個(gè)支撐輪，運(yùn)動(dòng)更加平穩(wěn)。根據(jù)腿的數(shù)量又可進(jìn)行分類，如四腿移動(dòng)機(jī)器人六腿移動(dòng)機(jī)器人。面對(duì)21世紀(jì)深空探測(cè)的挑戰(zhàn)，對(duì)各種自主系統(tǒng)的研制是必須的，而移動(dòng)機(jī)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(cè)移動(dòng)機(jī)器人技術(shù)，對(duì)包括移動(dòng)機(jī)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(dòng)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(yùn)動(dòng)原理結(jié)構(gòu)，分析了由四個(gè)麥克納姆輪全方位輪組成的全向移動(dòng)機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)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(duì)機(jī)器人移動(dòng)功能的研制和開發(fā)，為適應(yīng)各種工作環(huán)境的