智能化機(jī)器人設(shè)計說明書(編輯修改稿)
2025-08-16 01:33 本頁面
【文章內(nèi)容簡介】 掃描照相機(jī)、圖像采集卡等設(shè)備，對外界數(shù)據(jù)進(jìn)行自動采集、分析和處理，從而達(dá)到對信息進(jìn)行檢測的目的，進(jìn)而建立智能化數(shù)據(jù)信息采集系統(tǒng)，進(jìn)行信息處理、信息管理，設(shè)施性能預(yù)測，資源執(zhí)策支持，以全面提升對外界信息獲取的水平。同時還要實(shí)現(xiàn)對智能信息采集車行走的地面信息有特別的識別分析能力，這些信息一定要準(zhǔn)確、高效的采集才能保證智能采集車正常運(yùn)行。研究的主要內(nèi)容；智能信息采集車輔助系統(tǒng)功能分析。車載采集設(shè)備供電需求分析，傳感器輸出數(shù)據(jù)與信息采集的系統(tǒng)數(shù)據(jù)需求分析，各個設(shè)備工作相互關(guān)系分析。供電的設(shè)計與優(yōu)化；對車上傳感器的供電的設(shè)計與優(yōu)化；對傳感器、陀螺儀、照相機(jī)等設(shè)備供電控制的設(shè)計；包括對激光傳感器、加速度傳感器、超聲傳感器接口設(shè)計以及同步控制接口設(shè)計。智能數(shù)據(jù)信息采集車行進(jìn)路線和地面狀況如何分析處理判斷的設(shè)計、輔助系統(tǒng)標(biāo)定、實(shí)驗(yàn)方案設(shè)計及數(shù)據(jù)分析處理，如光電編碼和器陀螺的標(biāo)定，實(shí)驗(yàn)方案設(shè)計以及數(shù)據(jù)的分析處理。智能信息采集車的結(jié)構(gòu)與工作原理2．1 數(shù)據(jù)獲取裝置的設(shè)計隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，感覺傳感器種類越來越多，其中視覺傳感器成為智能采集車自動驅(qū)動行走和駕駛的重要部件。視覺的典型應(yīng)用領(lǐng)域?yàn)樽灾魇街悄軐?dǎo)航系統(tǒng)，對于視覺的各種技術(shù)而言圖像處理技術(shù)已相當(dāng)發(fā)達(dá)，而基于圖像的理解技術(shù)還很落后，機(jī)器視覺需要通過大量的運(yùn)算也只能識別一些結(jié)構(gòu)化環(huán)境簡單的目標(biāo)。視覺傳感器的核心器件是圖像數(shù)據(jù)信息獲取裝置（如圖21）。智能數(shù)據(jù)信息采集車可以分為四大組成部分：信息收集裝置部分、傳感器檢測部分、執(zhí)行部分、CPU。智能數(shù)據(jù)采集車要實(shí)現(xiàn)自動導(dǎo)引功能和避障功能就必須要感知導(dǎo)引線和障礙物，感知導(dǎo)引線相當(dāng)給采集車的一個視覺功能。可以實(shí)現(xiàn)采集車自動識別路線，選擇正確的行進(jìn)路線，并檢測到前方的障礙物自動躲避繞行以免在數(shù)據(jù)采集過程中發(fā)生相撞事故。反射式紅外傳感器ST188采用高發(fā)射功率紅外廣電二極管和高靈敏度光電晶體管組成。檢測距離可調(diào)整范圍為4－15mm；采用非接觸檢測方式?？捎糜贗C卡電度表脈沖數(shù)據(jù)采集、集中抄表系統(tǒng)數(shù)據(jù)采集和傳真機(jī)紙張檢測等。反射式紅外傳感器中包含一個發(fā)射器LED和一個光探測器著兩個元件被封裝在同一個塑料殼體中，并且排列成適合他們工作的理想位置。LED發(fā)出的一束光被一個表面反射后又回到探測器中。封裝在矩形殼體中的是發(fā)射器LED和探測器裝置。虛線表示光線從發(fā)射器LED中發(fā)出并反射回探測器；探測器檢測到的光強(qiáng)大小取決于物體表面的反射率，而這一光強(qiáng)就是傳感器的輸出值。反射式傳感器在高度受控的理想環(huán)境下的工作性能更好，因?yàn)橛绊懰敵龅耐饨缫蛩赜泻芏?，如環(huán)境光的變動、傳感器與被探測物體之間的距離，以及被探測物體的反射率等。為了減少環(huán)境光的干擾，首先需要調(diào)整傳感器的方位使環(huán)境光不能直接射到探測器。圖21 信息獲取裝置為了使我們設(shè)計的智能數(shù)據(jù)信息車擁有更多的功能，除了有空間中的信息數(shù)據(jù)獲取之外，我們還增加了鉆井裝置如圖22來獲取土壤信息，對土壤等物質(zhì)也能深入探測它的數(shù)據(jù)信息，比如說土壤成分結(jié)構(gòu)等。這大大增加了智能數(shù)據(jù)信息采集車的勘探功能。土壤信息的獲取一方面可以對地質(zhì)硬度做出分析，為智能車的運(yùn)動提供安全保障，以免使車陷入泥土里。另一方面收集的土壤信息還可以經(jīng)處理器處理后傳送到接收端為科研所用。圖22 鉆井?dāng)?shù)據(jù)信息獲取裝置2．2 行走方案選擇履帶行走裝置由行走架、引導(dǎo)輪、履帶張緊裝置、托鏈輪、支重輪、履帶總成以及驅(qū)動 輪等組成，左右兩條履帶包繞在上述4種輪子之外，由張緊裝置張緊，直接與地面接觸如圖23所示。驅(qū)動輪驅(qū)動履帶繞四種輪子轉(zhuǎn)動，不直接在地面上滾動。導(dǎo)向輪是張緊履帶，并引導(dǎo)它正確卷繞。若干個支重輪在履帶軌面上滾動，傳遞垂直載荷給履帶。托鏈輪支持著履帶的上半邊， 使之不下垂，并可減小其上下振動。上述四種輪子和張緊裝置，除驅(qū)動輪外都集裝在一個輪 架(即臺車架，也稱履帶架)上，從而形成一個臺車。每輛履帶車輛都有左、右兩個臺車。整 車重量通過臺車架、支重輪傳給下方履帶，使下方履帶緊壓在地面上。當(dāng)驅(qū)動輪被最終傳動齒輪(從動齒輪)帶動時，輪齒拉動履帶，地面立即產(chǎn)生作用在履帶上的反作用力，使臺車架相對地面產(chǎn)生向前或向后的運(yùn)動，整車也就隨之運(yùn)動。圖23 履帶式行走輪式在硬質(zhì)路面的機(jī)動性非常好，速度更快；而且輪式底盤也更輕，對路面的承重要求相對較低。輪式車也大多輕便，非常靈活；另外，輪式車的地盤多為向地錐形，可以分散底盤下的沖擊力，加上大多數(shù)輪式車的輪軸結(jié)構(gòu)隱蔽在車內(nèi)，兩項(xiàng)加起來，一定程度上減少了輪軸受損的可能。但輪式在軟質(zhì)地面上對地面壓強(qiáng)太大，非常容易陷車，而且不能承載厚重的裝甲板。但是我們的信息采集車是太陽能驅(qū)動的全自動采集車，沒有過重的裝備要承擔(dān)。相比之下我們選擇了輪胎式。研究的智能數(shù)據(jù)信息采集車比較獨(dú)特。建立了六個車輪的線性二自由度數(shù)學(xué)模型如圖24通過數(shù)學(xué)計算的方法分析了該車輛的操縱穩(wěn)定特性，對車輛的穩(wěn)態(tài)響應(yīng)進(jìn)行了數(shù)值分析。另外還應(yīng)用虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)對信息采集車建立了多體系統(tǒng)動力學(xué)仿真模型，并在此基礎(chǔ)上模擬分析了該車的操縱動力學(xué)特性，包括穩(wěn)態(tài)轉(zhuǎn)向特性試驗(yàn)及雙移線試驗(yàn)。它在非道路條件下具有較強(qiáng)的動力性、通過性和良好的機(jī)動性能。它車身小，質(zhì)量輕，適合在雪地、山地、沼澤、水淹地、泥濘地及沙地等非道路地形條件下使用。要保持車輛行駛的穩(wěn)定性，使采集車直道穩(wěn)定、彎道轉(zhuǎn)向輕便，必須確定車輪定位參數(shù)，包括主銷后傾、主銷內(nèi)傾和前輪外傾。采集車的布局以精簡、可靠、穩(wěn)定為前提。電路底板采用萬通板搭建，放置于車前部。編碼器安裝于車最后。通過調(diào)整布局，基本上使車重心維持在中心偏后處。
圖24車輪分布 智能數(shù)據(jù)信息采集車基本結(jié)構(gòu)車載設(shè)備采取加固和固定措施，并具備快速拆裝、整車美觀的特點(diǎn)。車載設(shè)安裝不破壞原車車體及設(shè)備結(jié)構(gòu)，同時車輛改裝后需符合有關(guān)車輛的安全技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，確保車輛的車速、轉(zhuǎn)彎半徑、爬坡度、制動距離、越壕寬度、接近角、離去角、涉水深度等技術(shù)指標(biāo)應(yīng)與原載車的相應(yīng)指標(biāo)相同或接近。保證車輛行駛的安全性和穩(wěn)定性。信息采集車的主體采用越野型尖峰車型，硬件設(shè)備安裝于車頂和車前；車頂從前到后依次安裝通信天線、雷達(dá)裝置、主取景器。車前有太陽能收集裝置收集整個車所需的動力能源，車前取景器能夠上下轉(zhuǎn)動可以更大范圍收集前方的信息。智能信息采集車以STC12C5A60S2單片機(jī)為控制核心，具有光電循跡檢測、超聲波避障、電機(jī)驅(qū)動等主要功能。首先，兩組電機(jī)（同側(cè)兩個電機(jī)為一組）分別控制左右
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