【正文】 器光敏三極管接收而產(chǎn)生光電流，再經(jīng)過進一步放大后輸出，這就完成了電—光—電的轉(zhuǎn)換。時鐘電路給單片機系統(tǒng)提供時間基準設計時采用12MHz晶振。P2作為動作電機的控制端口。在帶有明暗方格的碼盤兩側(cè)分別安置發(fā)光元件和光敏元件，隨著碼盤旋轉(zhuǎn)，光敏元件接收的光通量與方格的間隔同步變化。它是一種非標準的二進制碼。光源的工作溫度范圍要寬。這種編碼器由光源、碼盤和光電敏感元件組成。 直流電機的簡單雙向控制及繼電器圖電路原理圖如下： 編碼器是一種員簡單的數(shù)字式位移電感器，它能夠把角位移或線位移經(jīng)過簡單的變換變成效字量。固態(tài)繼電器有壽命長、可靠性高、靈敏度高、控制功率小、電磁兼容性好、 快速轉(zhuǎn)換、電磁干擾小的優(yōu)點。（4）機器人的材料我們以鋁材為主，4 硬件電路設計繼電器是本系統(tǒng)的執(zhí)行機構，本系統(tǒng)選用D4810型固態(tài)繼電器，固態(tài)繼電器(SSR)與機電繼電器相比，是一種沒有機械運動，不含運動零件的繼電器，但它具有與機電繼電器本質(zhì)上相同的功能。電機的選取以方案（1）的普通直流電機為最佳選擇，其控制比較簡單，功率相對機器人比賽是夠的；而步進電機功率不夠，伺服電機太貴了；在電機驅(qū)動電路的選擇上我認為用繼電器構成開關控制，因為對電機的控制要求不一樣所以對不同的電機采用不同的控制方法。機械開關的可靠性就更高了，他簡單實用。使用光電編碼器判斷角位移和行程位移。（1）方案1 電機驅(qū)動電路采用繼電器構成橋式換向電路，繼電器和主控制電路間用光電隔離器。 若比較條件改為空心矩形截面和空心圓截面型材的截面相等，且D0＝a，設空心圓截面壁厚tD＝，可以計算出正方形空心截面的壁厚為tF＝。機器人本體是被用來支承、連接、固定機器人的各部分，也包括機器人的運動部分。手臂所具有的自由度越多，動作時活動的空間就越大，所做的動作就越精細，完成的任務就越復雜。電機上腰部 轉(zhuǎn)身機構(2)電機做轉(zhuǎn)軸的轉(zhuǎn)身機構 機器人的腰部機構機器人的腰部機構用于實現(xiàn)機器人左右轉(zhuǎn)身的動作，主要部件包括一個滾動軸承、一個自行加工的可固定滾動軸承內(nèi)部圓的零件，以及必備的其它固定零件。但加工比較困難，且不利于固定，造價也很高。特別是能通過將輪向正交速度方向?qū)崿F(xiàn)急停。傳感器把接收到的外部信息輸入到單片機，再通過軟件進行控制，從而單片機發(fā)出命令指揮機器人動作。它包括對各種元器件的功能和接法的了解，以及對各種元器件的選擇和設計方案的選擇。具體任務：深入了解類人型機器人的功能及工作要求，查找與課題有關的文獻資料及參考書目； 學習掌握機構創(chuàng)新設計的基本知識和設計方法，了解控制對象舞蹈機器人的工作原理、動作過程，進行簡單舞蹈動作及相應機構設計；根據(jù)機器人構成、工作原理、主要特點和技術指標，分析比較，加以論證，確定舞蹈機器人運動控制最終方案，完成硬件電路設計，單片機控制程序設計； 制作舞蹈機器人模型，完成各種運動、動作模擬，調(diào)試成功。我國的語音識別研究起步于五十年代，近年來發(fā)展很快，其研究水平基本與國外同步，在漢語語音識別技術上還有自己的特點和優(yōu)勢。與20世紀70年代PC行業(yè)的情況相仿，我們不可能準確預測出究竟哪些用途將推動這個新興行業(yè)進入臨界狀態(tài)?！辈⒄桨?980年定為產(chǎn)業(yè)機器人的普及元年”。在美國和加拿大，各主要大學都設有機器人研究室，麻省理工學院側(cè)重于制造過程機器人系統(tǒng)的研究，卡耐基—梅隆機器人研究所側(cè)重于挖掘機器人系統(tǒng)的研究，而斯坦福大學則著重于系統(tǒng)應用軟件的開發(fā)。今天在汽車裝配線上忙碌的一線機器人，正是當年大型計算機的翻版。近幾年機器人已成為高技術領域內(nèi)具有代表性的戰(zhàn)略目標。機器人作為人類２０世紀最偉大的發(fā)明之一，在短短的幾十年內(nèi)發(fā)生了日新月異的變化。目前機器人行業(yè)的發(fā)展與30年前的電腦行業(yè)極為相似。為了使機器人能更好的應用于工業(yè)，各工業(yè)發(fā)達國家的大學、研究機構和大工業(yè)企業(yè)對機器人系統(tǒng)開發(fā)投入了大量的人力財力。到80年代進人普及提高期。按照韓國信息通信部的計劃，到2013年，韓國每個家庭都能擁有一臺機器人；而日本機器人協(xié)會預測，到2025年，全球機器人產(chǎn)業(yè)的“蛋糕”將達到每年500億美元的規(guī)模(現(xiàn)在僅有50億美元)。 語音識別處理是語音功能的一個重要方面，目前計算機語音識別處理過程基本上一致，是一種基于統(tǒng)計模式識別的理論。知識范圍涉及機構學、力學、電子學、自動控制、計算機、人工智能等。并且把這些元器件焊接在一塊電路板上。目前，機器人技術已日趨成熟，機器人感覺系統(tǒng)可通過各種各樣相應的傳感器技術即可實現(xiàn)。但缺點是加工制作比較麻煩，履帶一般是需要到市場上購買的，且摩擦力很大、能量損耗大（3）前輪偏轉(zhuǎn)后輪驅(qū)動移動式簡圖如下 可以實現(xiàn)車體任意的定位和定向，可以做到零回轉(zhuǎn)半徑。(1)齒輪機構簡圖如下 齒輪機構的優(yōu)點是平穩(wěn)，自鎖性好，精度高。我們還是采用連桿機構，但具體的設計又和前面稍微不同。參看做的很好的機器人的例子，機器人的手臂是機器人復雜程度的重要標志之一。表1 結(jié)構材料優(yōu)缺點比較材料優(yōu)點缺點木材易于獲得；價格較低，使用日常工具易于加工；硬木和層壓板非常強硬而且堅固不如塑料或者金屬強度大；受潮容易變形；在壓力下會有裂縫和碎裂塑料強度大而且耐用；有多種形式可選；包括板材和擠壓型材；容易獲得遇高溫會發(fā)生溶化或下陷；某些塑料收到?jīng)_擊可能會碎裂，有些材料難以獲得；性能較好的塑材比較昂貴金屬強度非常高；鋁材有各種方便使用的形狀；甚至在高載荷以及高溫下也可以保持全方位的穩(wěn)定性是所有材料中最重的；制作過程需要電動工具以及鋒利的鋸條和鉆頭才能完成；更難于加工；價格比較高根據(jù)以上分析：選擇機器人的本體材料，應該從機器人的性能要求出發(fā)，滿足機器人的設計和制作要求，所以應在充分掌握機器人特性和各組成部分的基礎上，從設計思想出發(fā)。壁厚越薄，則效果越明顯。表 2 機器人常用聯(lián)接結(jié)構結(jié)構應用場合扣接零件小型玩具機器人膠接格局所需要的膠粘劑，可用于重量達數(shù)磅的機器人上膠帶暫時性結(jié)構、輕型材料和元件的機器人上鉚接小型到中等尺寸的機器人，以及輕型到中等重量的機器人焊接大型和重型機器人，特別用于惡劣環(huán)境的機器人伴舞機器人負載小，自重輕，對壽命要求不高，因此除特別講究強度、剛度以及抗摩擦磨損性的機構，機械連接上，應使機器人具有較好的堅固性，在機器人做舞蹈動作或行進過程中，各種接插件不能松動、脫落，滿足合適的控制方案，所以選擇鉚接方式。 傳感器采用多種傳感器相互配合使用。一般對于比賽機器人的精度要求不是很高，編碼器可以采用自制的就可以達到效果，而光電檢測（對射式光偶）器已經(jīng)可以從市場上很容易的購買到，所以要提高光電編碼器的抗干擾能力并不難辦到。（1）首先我們采用直流電機。（3）轉(zhuǎn)身和彎腰機構則是連桿機構較為合理，其它機構不是成本高，就是不易于實現(xiàn)，在此我們選用以設計好的連桿機構。交流輸出時，通常使用兩個可控硅或一個雙向可控硅，直流輸出時可使用雙極性器件或功率場效應管。兩開關同時閉合是不允許的，從電路可看出，這會導致電源短路。絕對式編碼器能給出與每個角位置相對應的數(shù)字量輸出，增量式編碼器則只輸出角度的變化增量光學編碼器。通常不但要求光源具有較高的可靠性，而且要求光源的光譜要相光電敏感元件相適應。絕對式光學編碼器通常采用的是格雷(Gray)碼。在我們的機器人中均采用自制的編碼器。采用單機完成控制的系統(tǒng)，在系統(tǒng)中P1口作為光電傳感器的輸入端口，——。單片機采用ATMEL89S51系列單片機，它是十六位的高性能嵌入式控制器，具有40個可編程的I/O口，價格便宜，但功能強大且支持在線編程功能，使用十分方便。為了更好的防止干擾，電路中使用了光電耦合器，一般由三部分組成：光的發(fā)射、光的接收及信號放大。光耦電路如下圖所示：光耦隔離電路圖如下： 鎖存器74HC595模塊74HC595的工作原理，鎖存器一般是由D觸發(fā)器集成的，可以記住一個信號，直到下一個觸發(fā)信號到來為止。 5tm:Z 移位方式：11111100，由低到高。 11腳：。rv Ct6 ~ 方法：送位數(shù)據(jù)到 。 v
jw|%I （輸出數(shù)據(jù)）是二個獨立過程，實際應用時互不干擾。 jDR =~_| ，后送06H。m
fF^W{ 語音部分為了實現(xiàn)本次設計的機器人最具特色的智能語音功能，經(jīng)仔細分析論證后最終采用為凌陽公司的專用語音處理16位單片機：SPCE061A，簡稱61單片機。 麥克風輸入電路： 61板麥克風輸入電路麥克風輸入電路對于語音識別的效果有最直接最重要的影響，在61板的麥克風輸入電路中，加入了許多濾波措施，并加入了AGC增益，在對61板語音輸入和語音識別的測試中，即使是用最普通最低廉的麥克風，錄入語音都比較清晰，語音識別也非常敏感和正確，這也說明了61板電路設計的合理性。采用直流電供電的電機按照其內(nèi)部結(jié)構又可分為直流電機和步進電機。伺服電機在調(diào)速范圍，機械特性和調(diào)節(jié)特性的線性度，響應快速性等方面均占優(yōu)，且當控制電壓改變?yōu)榱銜r能立即停止轉(zhuǎn)動；普通電機則做不到。根據(jù)電樞反應原理，電機 轉(zhuǎn)速n的計算公式為 電機 IaUa 圖5 .1 電樞控制的原理圖 n=n0KhTem （） 式中n0＝Ua/Kt,Kh=Ra/KtKe ,而Ua為電樞電壓，Kt為轉(zhuǎn)矩常數(shù)，Ra為電樞電阻，Ke 為電勢常數(shù)，電機的電磁轉(zhuǎn)矩Tem應為 Tem＝CtφIa= KtIa （） 式中Ia為電樞電流，Ct為常數(shù)，φ為磁通量。隨著控制電壓Ua增大，電機的機械特性曲線平行地向轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)矩增加的方向移動，但斜率不變，所以電樞控制時電機的機械特性是一組平行線。動態(tài)特性本質(zhì)上是由過渡過程來描述的。從式()知，當時，；當時間t=4τm時，電機角速度ω=，一般可認為(b) ωLa ω0 Ua M Ea tτm 直流電機等效電路 電機的過度過程已結(jié)束。他必須和電機的電源分開，形成單獨供電。 舞蹈動作的編輯舞蹈最顯著的特征是步調(diào)、節(jié)奏和動作幅度，反映在機器人上就應該控制機器人的各個關節(jié)的的電機轉(zhuǎn)動快慢、時間和角度。 主程序設計主程序單片機初始化等待語音信號是否為開始YY執(zhí)行對話N執(zhí)行舞蹈開始舞蹈結(jié)束NY 主程序流程圖根據(jù)前述的機械結(jié)構設計與電路設計，單片機上的控制程序主要包括一個主程序和相應的中斷服務子程序。對碰撞的處理，實際上就是改變保存舞蹈動作的寄存器，由于一定時間讀取一次動作數(shù)據(jù)，可以理解，對碰撞的處理僅在碰撞后的這個規(guī)定時間內(nèi)。 SCLK_595=1 。 _nop_() 。 temp=temp_0。 state0_A=in0。 。(2) BSR_GetResult()。15條語音命令分為三組存放，第一組的第一條命令是機器人的待命狀態(tài)指令，第二條命令即為導入第二組數(shù)據(jù)，第三條命令為導入第三組數(shù)據(jù)。這部分調(diào)試過程中發(fā)現(xiàn)有一個亮著的LED不會閃動，檢查了整個電路沒有發(fā)現(xiàn)問題，于是我把幾個光耦對換了位置，發(fā)現(xiàn)原來不閃動的LED會閃了，但是對換光耦位置的另一個LED出現(xiàn)了同樣的問題。經(jīng)分析，這是屬于正常情況，因為其啟動需要克服很大的慣性，而其電源又不能在瞬間提供很大的電流，所以就沒有動靜。在長達十周的機器人機械設計及制作過程中，我深刻體會到科技技術的無窮魅力，在浩瀚的知識中遨游才感覺自己的才疏學淺。我想這也是創(chuàng)新，不拘泥。謝 辭在此設計制作過程中，得到了我的指導老師：許敏老師、郝衛(wèi)東老師畫龍點睛式的指導，使我在設計過程中開闊了思路，少走了許多不必