【正文】 工作頻率為國際通用的數(shù)傳頻段 433MHz， FSK 調(diào)制，工作電壓 ，功耗小，使。該無線收發(fā)模塊主要特性 如下 ： 體積微小，約 40mm*27mm*5mm，且接收發(fā)射合一。 無線通訊模塊 計算機與機器人的通信，考慮到自主式移動機器人 的特點， 采用 無線通信 的 通信方式。 控制系統(tǒng)結構圖如圖 41所示 ： 圖 41 控制系統(tǒng)結構圖 需要注意的是 ,傳感器能幫助機器人 探測 到周圍的環(huán)境情況，機器人采集到信息進行處理后 ,并 不是所有行動都由他自己來 判斷 ,因為機器人畢竟 沒有完全智能化 ,只能 在一些簡單的地形可以由它自行決定行為 ,但是在復雜的 非結構化環(huán)境 當中 ,還得由人來 進行 控制 ,以免出現(xiàn)損壞 ,或不能較好的完成任務。 決定 產(chǎn)生執(zhí)行任務的行動方式，任務的程序設計。 在控制機器人執(zhí)行任務過程中涉及 到 三 個 方面： 信息 機器 人自身及環(huán)境的信息。系統(tǒng)的控制部分的工作長春工業(yè)大學本科畢業(yè)設計 24 方式要適合于執(zhí)行的任務。 一個在實際工作中的 救援 機器人，他的運動由驅動器系統(tǒng)實現(xiàn)，任務的具體執(zhí)行由 終端機 去 完成。 移動機器人既是一個典型具有非完整約束的非完整控制系統(tǒng)，同時也是一個集環(huán)境感知、動態(tài)決策與規(guī)劃、行為控制與執(zhí)行等多種功能于一體的綜合系統(tǒng)。最早的機器人控制采用順序控制方式，隨著計算機的發(fā)展，機器人采用計算機系統(tǒng)來綜合實現(xiàn)機電裝置的功能，并采用視教再現(xiàn)的控制方式。 移動控制系統(tǒng)的設計 移動機器人控制技術是使移動機器人完成各種任務和動作所執(zhí)行的各種控制手段。在計算機重要貯存好一個運動模型，一個環(huán)境模型，一些與執(zhí)行任務有關的數(shù)據(jù)及一定數(shù)量的執(zhí)行任務的策略和算法，在執(zhí)行任務過程中，計算機接受來自傳感器的機器人目前狀態(tài)的信息和涉及到目前包括工作對象在內(nèi)的環(huán)境狀況的信息。信息主要來自人 機對話和感覺系統(tǒng) 。 4 救援機器人軟件系統(tǒng)的開發(fā) 機器人的控制系統(tǒng)是指機器人的信息處理裝置，在本設計項目中，選擇數(shù)字電子計算機。目前無線電臺通訊的波特率 19200。 無線電臺通訊系統(tǒng)通過 USB 與 PC 上的接口 或 筆記本連接。與有線電通信相比， 不需要架設傳輸線路，不受通信距離限制，機動性好，建立迅速。 無線電臺通訊系統(tǒng) 無線電通信是將需要傳送的數(shù)據(jù)、圖像、聲音、文字等 電信號調(diào)制在無線電波上經(jīng)空間和地面?zhèn)髦翆Ψ降耐ㄐ欧绞?，利用無線電磁波在空間傳輸信息的通信方式。 7． 外殼結構防水，無磁。 5． 具有簡單有效的用戶標校指令。 3． 內(nèi)置溫度補償，最大限度減少傾斜角和指向角的溫度漂移。 該電子輪盤特點： 1．三軸磁阻效應 傳感器測量平面地磁場，雙軸傾角補償。電子羅盤與傳統(tǒng)指針式和平衡架結構羅盤相比能耗低、體積小、重量輕、精度高、可微型化，其輸出信號通過處理可以實現(xiàn)數(shù)碼顯示，不僅可以用來指向，其數(shù)字信號可直接送到自動舵，控制船舶的操縱?；诩軜嫷臋C器人系統(tǒng)的優(yōu)點是： 1． 系統(tǒng)的處理能力強，容易實現(xiàn)復雜的算法； 2． 機器人系統(tǒng)的性能和功能可以根據(jù)實用需求很方便的增減。 3． 使用基于非專用局算機平臺的開發(fā)系統(tǒng)； 4． 能與分布式系統(tǒng)中其他單元共享數(shù)據(jù)，并允許遠程操作； 5． 使用標準的操作系統(tǒng)和標準的控制語言； 本 畢業(yè)設計 設計的 救援 探測機器人符合上述條件，是開放式的機器人。通用開放式機器人系統(tǒng)是今后發(fā)展的趨勢。 紅外傳感器接線 紅外傳感器輸入接口如圖 35，傳感器供電為 5V， HY_OUT 為輸入端 。 CX20206 是 SONY 公司的專用集成前置放大器，由前置放大器、限幅放大器、帶通濾波器、檢波器、積分器、整型電路組成。 電源保護電路如圖 32： 長春工業(yè)大學本科畢業(yè)設計 20 圖 32 電源保護電路 超聲波傳感器接線 超聲波傳感器 發(fā)射電路 如圖 33 所示： 圖 33 超聲波發(fā)射電路 傳感器主板 8 路超聲波傳感器接口，其定義如圖 34 所示： 圖 34 超聲波傳感器接口 超聲波發(fā)射電路：由 555 定時器產(chǎn)生 40KHZ 的脈沖信號，加到超聲波探頭的引長春工業(yè)大學本科畢業(yè)設計 21 腳上，使內(nèi)部的壓電晶片產(chǎn)生共振，向外發(fā)射超聲波。 3 探測機器人硬件系統(tǒng) 傳感器采集系統(tǒng) 救援機器人的傳感器主板如圖 31 所示： 圖 31 傳感器主板 圖中只顯示了一個超聲波傳感器，其他 8 路沿主板均勻排列，將收集到的信息存到采集卡里，并傳輸給計算機。 封裝形勢 : 工程材料 。 工作電流 : 小于 300mA。 給探測機器人配置了 8 路紅外傳 感器。紅外傳感器的探測范圍最大半徑為 米。 因此，根據(jù)測距原理，測距系統(tǒng)由超聲發(fā)射和接受部分、微機控制部分和數(shù)據(jù)傳輸部分 這四部分 組成。目前超聲波測量的距離一般為幾米到幾十米，是 一種 適合短距離 測量的方式。在超聲波測量系統(tǒng)中，頻率取得太低，外界的雜音干擾較多；頻率取得太高，在傳播的過程中衰減較大。超聲波測距原理是通過超聲波發(fā)射傳感器向某一方向發(fā)射超聲波，在發(fā)射時刻的同時開始計時，超聲波在空氣中傳播，途中碰到障礙物就立即返回來，超聲波接收器收到反射波就停止計時。 長春工業(yè)大學本科畢業(yè)設計 18 圖 29 3CCD感光器 超聲波傳感器 共設計了 8 路超聲波傳感器安裝在傳感器箱體內(nèi)壁上，超聲波傳感器的固定是用2 個螺釘固定在箱體上。而民用單 CCD 的像素反而比 3CCD 的要高，像索尼、松下、夏普這些數(shù)碼攝像機的制造大商，可以把民用數(shù)碼攝像機的總像素提高到 300萬，在一定程 度上實現(xiàn)了數(shù)碼相機的級別。 但是普遍來說， 3CCD 的成像質量是要比單 CCD 的成像質量高，而因為 CCD 感光器件的價格昂貴，所以 3CCD 的數(shù)碼攝像機也會比較昂貴。 3CCD 的像素計算方法簡單，每個 CCD 的像素乘以三，最后得出的就是數(shù)碼攝像機的總像素 [26]。因此，許多采用光學方法測量外徑的儀器，把 CCD器件作為光電接收器。 CCD 圖像傳感器 可直接將光學信號轉換為模擬電流信號，電流信號經(jīng)過放大和模數(shù)轉換，實現(xiàn)圖像的傳輸、處理、獲取、存儲和復現(xiàn)。 CCD 的作用 類似 膠片，但它 能夠 把光信號轉換成電荷信號。 植入在 CCD上的微小光敏物質稱作 像素 ?？梢苑Q為 CCD 圖像控制器 ,也叫 圖像 傳感器 。 本設計選用 3CCD 感光器。所以首先應選擇視覺傳感器。 圖 28 傳感器模塊與計算機模塊連接 傳感器系統(tǒng)的設計 首先，機器人的傳感器就像人體上的感覺器官，它可以探測到周圍的環(huán)境，然后長春工業(yè)大學本科畢業(yè)設計 17 經(jīng)過綜合性的測量、計算，對他的行為進行選擇判斷。 在傳感器模塊與蓋板之間有一條扁平電纜連接，在末端分成兩個插頭，其中一個是插在 傳感器主板上，是 24V電源插頭，為傳感器層頂?shù)挠秒娫O備提供 24V電源插頭；另一個插在傳感器主板上的一個擴展卡上。 傳感器上的蓋板則是用 8顆 M5內(nèi)六角沉頭螺釘固定的，一個連接機構需兩個螺釘，其它六個與這兩個均勻分布，這樣的拆卸非常方便。注意，這里的螺釘是直接連接到蓋板上的，并且計算機固定架僅僅靠著幾顆螺釘連接。 計算機模塊與傳感器模塊的連接 計算機模塊與傳感器模塊的連接很簡單，設計的原則就是模塊化設計，各模塊的拆裝應該簡單明了。 圖 26 電源驅動模塊與底盤模塊連接 傳感器模塊與電源驅動模塊的部分連接 傳感器模塊與電源驅動模塊的部分連接連接方法如圖 27 圖 27 傳感器模塊與電源驅動模塊連接 如圖所示，這里蓋板的連接方式與傳感器蓋板的連接方式相同，用 8 顆 M5 內(nèi)六角沉頭螺釘固定。機器人共有四組這樣的減振機構，左右各兩組。這兩個模塊連接較其它模塊有所不同，電源及驅動模塊與運動底盤連接，它的穩(wěn)定性直接影響機器人的工作效率，為了減小底盤移動產(chǎn)生的震動，在與電源及驅動模塊的連接中，加進一個減震機構，如圖所示，這個結構剛性比較好，可以消除一些由于路面不平產(chǎn)生的震動。 RS232 串口：用于與 PC 主機通訊和控制程序運作。 5．轉矩控制：通過調(diào)節(jié)電流實現(xiàn)轉矩控制 6．保存和運行程序：可以完全脫離 PC 主機獨立運行，實現(xiàn)所有控制功能。 3．位置控制：采用限位開關，參考位及高分辨率的編碼器，可以實現(xiàn)高精度定位控制。 MCDC 2805 運動控制器由功能強大的 16 位處理器和性能卓越的數(shù)字濾波器組成智能化的 MCDC 2805 能實現(xiàn)以下功能 ： 1．速度控制：在絕大多數(shù)應用中，均能達到優(yōu)異的速度同步性能，同時轉矩波動最小內(nèi)置 PI 調(diào)節(jié)器能準確到達指定位置。直流電機上的電壓大小影響它的轉速和扭矩 [22]。使用壽命一般為普通蓄電池的兩倍。 免維護蓄電池由于自身結構上的優(yōu)勢，電解液的消耗量非常小，在使用壽命內(nèi)基本不需要補充蒸餾水 [21]。 能源的供給 本機器人的能源 供給 裝置配置了兩單元 免維護 鉛酸蓄電池， 電極 主要由鉛及其氧化物制成，電解液是硫酸溶液的一種 蓄電池 。在機器人設計中，要根據(jù)機器人的用途、機器人的工作環(huán)境以及機器人本身的體系結構來確定所需提供的動力，進而選取合適的電動機。在機器人使用的電驅動器中，步進電機與數(shù)字電子計算機的結合上，表現(xiàn)出很好的發(fā)展前景。 按照能源的不同 ，可分為液動，氣動，電動三大類 [20]。 能源驅動的設計選擇 救援機器人在不同狀態(tài)下消耗電能如表 22所示： 長春工業(yè)大學本科畢業(yè)設計 11 表 22 機器人消耗電能 運行狀態(tài) 電流（ A） 待機（所有傳感器處于休眠狀態(tài)） 靜止（所有傳感器工作） 2A 前進（最大速度 3m/s) 旋轉（最大速度 1r/s) 從表中可以看出，機器人的功耗控制較低，并且散熱系統(tǒng)設計利用金屬殼作為散熱器。 （ 224） 根錐角 δ f1=δ 1θ f1=176。 外錐距 Re=de1/2sinδ 1= （ 212） 齒寬 b1=φ RRe= （ 213） 齒寬系數(shù) φ R=b/Re= （ 214） 平均分度圓直徑 dm1=de1 ( R)=170 （ 215） 中錐距 Rm=Re(( R)= （ 216） 平均模數(shù) Mm=me1 ( R)= （ 217） 切向變位系數(shù) Xt=0 徑向變位系數(shù) Xε =（ 1cosδ 2/ucosδ 1） =0 （ 218） 齒頂高 ha1=me（ 1+x1） =667 （ 219) 齒根高 hf1=me（ 1+c＊ x1） = （ 220） 頂隙 c= c＊ m （ 221） 齒距角 θ a1=θ f2=θ f1 （ 222） 齒根角θ f1=arctan(hf1/Re)=176。 錐齒輪的設計 這是輪式移動方式中，傳動是通過錐齒輪來實現(xiàn)的。 本設計還附加了輪式底盤的移動方式， 2輪加萬向輪，因為盡管履帶移動方式的穩(wěn)定性比較強，但機動性比較差，所以，在必要的時候，可以根據(jù)地形的不同，裝配不同的移動方式。 但是同步帶一旦選定，長度，寬度就是固定的，因此基本屬于定制，設計不同的履帶式平臺就需要不同的同步帶。所以同步帶廣泛應用于要求傳動比準確地中，小功率傳動中，如家用電器，計算機，儀器及機器人，機床，化工，石油等機械。傳動噪音比帶傳動，鏈傳動和齒輪傳動小，耐磨性好，不需有潤滑，壽命比摩擦帶長。同步帶通常以鋼絲或玻璃纖維為抗拉體，氯丁橡膠或聚氨酯為基體，這種帶薄而且輕，故可以用于較高速度。同步帶 /齒形帶傳動具有帶傳動，鏈傳動和齒輪傳動的優(yōu)點。 從以上對同步帶性能的分析中可以得出結論，選用梯形雙面齒同步帶作為移動裝置設計履帶能夠滿足設計性能及工作的環(huán)境條件要求。 因為同步帶傳動具有準確的傳動比，無滑差，