【正文】 序編寫程序整合總裝整合，調(diào)試外型包裝 機(jī)器人總體制作過程 方案的比較論證及方案確定 根據(jù)以上的制作流程圖，我們把設(shè)計分為兩大部分—機(jī)械部分和電氣部分進(jìn)行論證，對多種方案進(jìn)行比較論證后，選出一個最佳的方案，最后再進(jìn)行軟件部分的設(shè)計。傳感器把接收到的外部信息輸入到單片機(jī)，再通過軟件進(jìn)行控制，從而單片機(jī)發(fā)出命令指揮機(jī)器人動作。語音識別等功能是制作機(jī)器人硬件的難點(diǎn)，它要求機(jī)器人具有一定的感覺系統(tǒng)。機(jī)械部分設(shè)計主要包括底盤設(shè)計、尺寸選擇、驅(qū)動方式設(shè)計、電機(jī)選擇等；電氣是機(jī)器人最重要的部分，直接影響著機(jī)器人功能的實現(xiàn)于否。機(jī)器人的設(shè)計首先需作總體方案設(shè)計，包括機(jī)械和電氣兩部分。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(shè)計方案的選擇。硬件設(shè)計是通過對設(shè)計要求的分析，對各種元器件的了解，而得出分立元件與集成塊的某些連接方法，以達(dá)到設(shè)計的功能要求。采用電機(jī)驅(qū)動，運(yùn)動準(zhǔn)確可靠。 舞蹈機(jī)器人設(shè)計的數(shù)據(jù)和要求機(jī)器人身高80～120㎝，表演時機(jī)器人隨音樂翩翩起舞，動作協(xié)調(diào)、靈活； 表演各種舞蹈的基本動作，具體動作可自行設(shè)計。具體任務(wù)：深入了解類人型機(jī)器人的功能及工作要求，查找與課題有關(guān)的文獻(xiàn)資料及參考書目； 學(xué)習(xí)掌握機(jī)構(gòu)創(chuàng)新設(shè)計的基本知識和設(shè)計方法，了解控制對象舞蹈機(jī)器人的工作原理、動作過程，進(jìn)行簡單舞蹈動作及相應(yīng)機(jī)構(gòu)設(shè)計；根據(jù)機(jī)器人構(gòu)成、工作原理、主要特點(diǎn)和技術(shù)指標(biāo)，分析比較，加以論證，確定舞蹈機(jī)器人運(yùn)動控制最終方案，完成硬件電路設(shè)計，單片機(jī)控制程序設(shè)計； 制作舞蹈機(jī)器人模型，完成各種運(yùn)動、動作模擬，調(diào)試成功。通過電路控制和機(jī)械傳動，可使機(jī)器人動作。通過語音識別技術(shù)，可以對小機(jī)器人進(jìn)行語音控制，通過發(fā)出語音命令，控制機(jī)器人的。2 舞蹈機(jī)器人設(shè)計的內(nèi)容和要求 舞蹈機(jī)器人設(shè)計的內(nèi)容隨著現(xiàn)代科技的發(fā)展，機(jī)器人技術(shù)已廣泛應(yīng)用于人類社會生活的各個領(lǐng)域，特別是舞蹈機(jī)器人具有人類外觀特征、可愛的外貌、又兼有技術(shù)含量，極受青少年的喜愛。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(shù)上還有自己的特點(diǎn)和優(yōu)勢。我們相信不會出現(xiàn)“機(jī)器人上崗，工人下崗”的局面，因為人們隨著社會的發(fā)展，實際上把人們從繁重的體力和危險的環(huán)境中解放出來，使人們有更好的崗位去工作，去創(chuàng)造更好的精神財富和文化財富，機(jī)器人來做這些危險環(huán)境的工作，展望21世紀(jì)機(jī)器人將是一個與20世紀(jì)計算機(jī)的普及一樣，會深入地應(yīng)用到各個領(lǐng)域，所以很多專家預(yù)測，在21世紀(jì)的前20年是機(jī)器人從制造業(yè)走向非制造業(yè)的發(fā)展一個重要時期，也是智能機(jī)器人發(fā)展的一個關(guān)鍵時期，目前國際上很多國家，也對機(jī)器人對人類社會的影響的估計提出了新的認(rèn)識，同時，我們也可以看到機(jī)器人技術(shù)，涉及到多個學(xué)科，機(jī)械、電工、自動控制、計算機(jī)測量、人工智能、傳感技術(shù)等等，它是一個國家高技術(shù)實力的一個重要標(biāo)準(zhǔn)。 機(jī)器人技術(shù)的前景展望機(jī)器人是人類的得力助手，能友好相處的可靠朋友，將來我們會看到人和機(jī)器人會存在一個空間里邊，成為一個互相的助手和朋友。目前，我國從事機(jī)器人研發(fā)和應(yīng)用工程的單位200多家，擁有量為3500臺左右，其中國產(chǎn)占20％，其余都是從日本、美國、瑞典等40多個國家引進(jìn)的。與20世紀(jì)70年代PC行業(yè)的情況相仿，我們不可能準(zhǔn)確預(yù)測出究竟哪些用途將推動這個新興行業(yè)進(jìn)入臨界狀態(tài)。 機(jī)器人技術(shù)的市場應(yīng)用機(jī)器人融入我們?nèi)粘Ｉ畹牟椒ビ卸嗫?？?jù)國際機(jī)器人聯(lián)盟調(diào)查，2004年，全球個人機(jī)器人約有200萬臺，到2008年，還將有700萬臺機(jī)器人投入運(yùn)行。1986年國家高技術(shù)研究發(fā)展計劃(863計劃)開始實施，智能機(jī)器人主題跟蹤世界機(jī)器人技術(shù)的前沿，經(jīng)過幾年的研究，取得了一大批科研成果，成功地研制出了一批特種機(jī)器人。中國機(jī)器人的發(fā)展起步較晚，1972年我國開始研制自己的工業(yè)機(jī)器人?！辈⒄桨?980年定為產(chǎn)業(yè)機(jī)器人的普及元年”。70年代的實用期。其機(jī)器人的產(chǎn)量和安裝的臺數(shù)在國際上躍居首位。從六十年代開始日本政府實施一系列扶植政策，使日本機(jī)器人產(chǎn)業(yè)迅速發(fā)展起來，經(jīng)過短短的十幾年。在美國和加拿大，各主要大學(xué)都設(shè)有機(jī)器人研究室，麻省理工學(xué)院側(cè)重于制造過程機(jī)器人系統(tǒng)的研究，卡耐基—梅隆機(jī)器人研究所側(cè)重于挖掘機(jī)器人系統(tǒng)的研究，而斯坦福大學(xué)則著重于系統(tǒng)應(yīng)用軟件的開發(fā)。走向成熟的工業(yè)機(jī)器人，各種用途的特種機(jī)器人的多用化，昭示著機(jī)器人技術(shù)燦爛的明天。舞蹈機(jī)器人的開發(fā)與實現(xiàn)畢業(yè)論文 1 緒論機(jī)器人技術(shù)作為20世紀(jì)人類最偉大的發(fā)明之一，自20世紀(jì)60年代初問世以來，經(jīng)歷40余年的發(fā)展已取得長足的進(jìn)步。未來的機(jī)器人是一種能夠代替人類在非結(jié)構(gòu)化環(huán)境下從事危險、復(fù)雜勞動的自動化機(jī)器，是集機(jī)械學(xué)、力學(xué)、電子學(xué)、生物學(xué)、控制論、計算機(jī)、人工智能和系統(tǒng)工程等多學(xué)科知識于一身的高新技術(shù)綜合體。為了使機(jī)器人能更好的應(yīng)用于工業(yè)，各工業(yè)發(fā)達(dá)國家的大學(xué)、研究機(jī)構(gòu)和大工業(yè)企業(yè)對機(jī)器人系統(tǒng)開發(fā)投入了大量的人力財力。德國正研究開發(fā)“MOVE AND PLAY”機(jī)器人系統(tǒng)，使機(jī)器人操作就像人們操作錄像機(jī)、開汽車一樣。到80年代中期，已一躍而為“機(jī)器人王國”。按照日本產(chǎn)業(yè)機(jī)器人工業(yè)會常務(wù)理事米本完二的說法：“日本機(jī)器人的發(fā)展經(jīng)過了60年代的搖籃期。到80年代進(jìn)人普及提高期。開始在各個領(lǐng)域內(nèi)廣泛推廣使用機(jī)器人。七五期間，國家投入資金，對工業(yè)機(jī)器人及其零部件進(jìn)行攻關(guān)，完成了示教再現(xiàn)式工業(yè)機(jī)器人成套技術(shù)的開發(fā)，研制出了噴涂、點(diǎn)焊、弧焊和搬運(yùn)機(jī)器人。20世紀(jì)90年代，我國的工業(yè)機(jī)器人又在實踐中邁進(jìn)一大步，先后研制出了點(diǎn)焊、裝配、噴漆、切割、搬運(yùn)等各種用途的工業(yè)機(jī)器人，并實施了一批機(jī)器人應(yīng)用工程，形成了一批機(jī)器人產(chǎn)業(yè)化基地，為我國機(jī)器人產(chǎn)業(yè)的騰飛奠定了基礎(chǔ)。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(jī)器人；而日本機(jī)器人協(xié)會預(yù)測，到2025年，全球機(jī)器人產(chǎn)業(yè)的“蛋糕”將達(dá)到每年500億美元的規(guī)模(現(xiàn)在僅有50億美元)。不過看起來，機(jī)器人很可能在護(hù)理和陪伴老年人的工作上大展宏圖，或許還可以幫助殘疾人四處走走，并增強(qiáng)士兵、建筑工人和醫(yī)護(hù)人員的體力與耐力。2000年已生產(chǎn)各種類型工業(yè)機(jī)器人和系統(tǒng)300臺套，機(jī)器人產(chǎn)業(yè)對國民經(jīng)濟(jì)的年收益額為47億元，我國對工業(yè)機(jī)器人的需求量和品種將逐年大幅度增加。機(jī)器人會不會產(chǎn)生飯碗的問題。 語音識別處理是語音功能的一個重要方面，目前計算機(jī)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。可以預(yù)計，語音技術(shù)的發(fā)展前景無限。本課題要求設(shè)計一具有簡單人體功能的、模擬舞蹈動作的類人型機(jī)器人，完成簡單人體舞蹈的基本動作：可以前進(jìn)后退，左右側(cè)行，左右轉(zhuǎn)彎和前后擺動手臂，行走頻率為每秒兩步，舉手投足、轉(zhuǎn)圈、頭部動作靈活、并具備的語音功能。機(jī)器人包括底座、頭部、上身、下肢、以及電路控制板，分別控制手臂、頭部和底盤運(yùn)動的電機(jī)及傳動機(jī)構(gòu)等。知識范圍涉及機(jī)構(gòu)學(xué)、力學(xué)、電子學(xué)、自動控制、計算機(jī)、人工智能等。規(guī)定的翻譯、論文工作。涵蓋行進(jìn)、轉(zhuǎn)圈、舉手投足、頭部等動作； 整套動作持續(xù)4分鐘左右；機(jī)器人結(jié)構(gòu)緊湊、體積小，重量輕；靈活的多功能機(jī)器手臂：活動空間大，可360度旋轉(zhuǎn)。3 方案設(shè)計及方案論證 設(shè)計制作與調(diào)試流程設(shè)計就是根據(jù)題目的要求而對硬件和軟件進(jìn)行規(guī)劃，并選擇最合適的硬件電路和軟件程序來達(dá)到目的。并且把這些元器件焊接在一塊電路板上。軟件設(shè)計是分析設(shè)計的硬件用程序?qū)崿F(xiàn)其功能，并且調(diào)試優(yōu)化產(chǎn)品功能。根據(jù)機(jī)械基礎(chǔ)知識，從整體上來講，機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計必須與機(jī)器人所要完成的功能相適應(yīng)。舞蹈機(jī)器人要求完全自動控制，必須采用單片機(jī)為控制核心，它類似于機(jī)器人的大腦，接收和處理所有外界信息，指揮并控制機(jī)器人的所有動作。目前，機(jī)器人技術(shù)已日趨成熟，機(jī)器人感覺系統(tǒng)可通過各種各樣相應(yīng)的傳感器技術(shù)即可實現(xiàn)。軟件編程可以豐富機(jī)器人的功能，使機(jī)器人動作更加完善。 機(jī)械部分 機(jī)械部分包括：底盤機(jī)構(gòu)的設(shè)計、彎腰機(jī)構(gòu)的設(shè)計、轉(zhuǎn)身機(jī)構(gòu)的設(shè)計、手臂機(jī)構(gòu)的設(shè)計、轉(zhuǎn)頭機(jī)構(gòu)的設(shè)計、及材料與型材選擇。它的缺點(diǎn)是不能原地轉(zhuǎn)動，速度慢，控制復(fù)雜，移動困難，操縱性差，機(jī)械復(fù)雜，電機(jī)性能要求嚴(yán)格，價格昂貴。但缺點(diǎn)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。車底盤、四輪、驅(qū)傳動裝置、舵機(jī)和控制盒的行走信道共同組成行走系統(tǒng)。（4）輪式差速驅(qū)動 驅(qū)動輪萬向輪圖 采用兩個驅(qū)動輪，兩個萬向輪，萬向輪用于平衡。因此它是比較適合的一種底盤機(jī)構(gòu)。(1)齒輪機(jī)構(gòu)簡圖如下 齒輪機(jī)構(gòu)的優(yōu)點(diǎn)是平穩(wěn)，自鎖性好，精度高。（2）連桿機(jī)構(gòu)簡圖如下電機(jī)下腰部腿部 結(jié)構(gòu)簡單，容易實現(xiàn)，更重要的是它的運(yùn)動規(guī)律正好符合人體運(yùn)動的原理。(3)連桿機(jī)構(gòu)簡圖二具體實現(xiàn)方式如下：先通過一根軸穿過鞠躬機(jī)構(gòu)與機(jī)器人上半身的兩只手臂固定，然后電機(jī)通過一個搖桿連接到彎腰機(jī)構(gòu)的一個長方形槽中，在電機(jī)轉(zhuǎn)動的過程中，帶動鞠躬機(jī)構(gòu)做以與手臂固定軸為中心的前后彎腰鞠躬動作，所需的零件包括一根軸，一個帶有與軸相同大小的孔和在孔同一側(cè)的開有長方形槽的鋁條。：鞠躬機(jī)構(gòu)的裝配順序如下：(1) 取適當(dāng)長度的鋁條打軸孔和磨長方形槽，在上身支架兩端打相同的孔，軸穿過該鋁條后穿過兩個支架并固定好(2) 加工可固定于電機(jī)軸上的搖桿，一端可固定住電機(jī)，另一端固定搖桿的軸并與加工好的鋁條的長方形槽相結(jié)合(3) 將電機(jī)固定在上身左邊支架的一側(cè)(4) 為了防止彎腰機(jī)構(gòu)前傾，用兩根橡膠帶做一定的固定，以使電機(jī)拉住機(jī)構(gòu)向下彎腰時更加穩(wěn)定在彎腰機(jī)構(gòu)中，如果將機(jī)構(gòu)的位置和方向調(diào)換過來，動作就可變?yōu)榧绲淖笥覔u擺，因為設(shè)計水平有限，沒有將兩種動作結(jié)合在一起的機(jī)構(gòu)設(shè)計出來。我們還是采用連桿機(jī)構(gòu)，但具體的設(shè)計又和前面稍微不同。滾動軸承的特點(diǎn)在于當(dāng)內(nèi)圓固定時，外圓可以轉(zhuǎn)動，反之亦然。這種機(jī)構(gòu)的缺點(diǎn)是電機(jī)軸受力較大，電機(jī)容易損壞，同時要求電機(jī)有足夠的轉(zhuǎn)矩。由于頭部機(jī)構(gòu)比較簡單，在此和手部一起畫出來，因為設(shè)計要求沒有點(diǎn)頭動作，我們只要一個電機(jī)來達(dá)到頭部動作就可以了。參看做的很好的機(jī)器人的例子，機(jī)器人的手臂是機(jī)器人復(fù)雜程度的重要標(biāo)志之一。 本次設(shè)計機(jī)器人的手臂由一根橫桿構(gòu)成，左右兩端分別固定左右手的兩個電機(jī)，可做前后360度的旋轉(zhuǎn)，中間固定機(jī)器人的頭部電機(jī)，可帶動頭部做360度的旋轉(zhuǎn)，其中手臂的機(jī)構(gòu)還可以繼續(xù)擴(kuò)展，在肩部上和臂末端可再擴(kuò)展兩個電機(jī)，實現(xiàn)三個自由度的動作。 裝配順序：(1) 選擇合適鋼性材料鉆好孔后將左右手兩個電機(jī)和頭部電機(jī)固定住(2) 將上述做好的機(jī)構(gòu)通過一塊鋼片鉆孔后用螺釘固定在前后彎腰的機(jī)構(gòu)上(3) 將兩個傳動桿固定到左右兩個手臂電機(jī)上，在傳動桿的另一端固定直徑大小適合的兩根鋼軸作為機(jī)器人的手臂用(4) 將一個傳動桿固定在機(jī)器人的頭部電機(jī)的軸上，作為機(jī)器人可360度轉(zhuǎn)動的脖子 材料與型材選擇機(jī)器人制作前，必須選擇用于機(jī)器人本體的主要結(jié)構(gòu)材料。對機(jī)器人本體材料選擇，不僅僅有助于確定它的強(qiáng)度、重量、尺寸，而且確定了整體結(jié)構(gòu)的難度水平、可能需要的特殊工具以及達(dá)到可接受結(jié)果所需要的技術(shù)水平。表1 結(jié)構(gòu)材料優(yōu)缺點(diǎn)比較材料優(yōu)點(diǎn)缺點(diǎn)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(qiáng)硬而且堅固不如塑料或者金屬強(qiáng)度大；受潮容易變形；在壓力下會有裂縫和碎裂塑料強(qiáng)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(qiáng)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(jī)器人的本體材料，應(yīng)該從機(jī)器人的性能要求出發(fā)，滿足機(jī)器人的設(shè)計和制作要求，所以應(yīng)在充分掌握機(jī)器人特性和各組成部分的基礎(chǔ)上，從設(shè)計思想出發(fā)。伴舞機(jī)器人臂部是運(yùn)動的，其整體也是運(yùn)動的，所以，機(jī)器人運(yùn)動部分的材料質(zhì)量要輕。關(guān)節(jié)連接件的設(shè)計合適，既要保證機(jī)器人行動起來靈活自如，動作順滑平穩(wěn)，又要具有一定的承受負(fù)載能力。伴舞機(jī)器人是仿人機(jī)器人，材料截面對構(gòu)件質(zhì)量和剛度施加重要的影響，因此通過合理選擇構(gòu)件的截面可以較好地滿足機(jī)器人的使用要求，如空心圓截面，空心矩形截面，工字截面等。壁厚越薄，則效果越明顯。此時，正方形空心截面比空心圓截面的剛度提高了40％～60％。從設(shè)計，裝配的角度來看，矩形截面也有一定方便之處。其基本框架是使用連接件和角撐支架來搭建的。表 2 機(jī)器人常用聯(lián)接結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)應(yīng)用場合扣接零件小型玩具機(jī)器人膠接格局所需要的膠粘劑，可用于重量達(dá)數(shù)磅的機(jī)器人上膠帶暫時性結(jié)構(gòu)、輕型材料和元件的機(jī)器人上鉚接小型到中等尺寸的機(jī)器人，以及輕型到中等重量的機(jī)器人焊接大型和重型機(jī)器人，特別用于惡劣環(huán)境的機(jī)器人伴舞機(jī)器人負(fù)載小，自重輕，對壽命要求不高，因此除特別講究強(qiáng)度、剛度以及抗摩擦磨損性的機(jī)構(gòu)，機(jī)械連接上，應(yīng)使機(jī)器人具有較好的堅固性，在機(jī)器人做舞蹈動作或行進(jìn)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?？紤]到電機(jī)的起動電流和制動時比較大，會造成電源電壓不穩(wěn)定容易對單片機(jī)和傳感器的工作產(chǎn)生干擾，所以，電機(jī)驅(qū)動電路和單片機(jī)以及傳感器電路用TLP5214光耦隔離。同時還可以采用相互獨(dú)立的電源供電。在機(jī)器人的控制系統(tǒng)中最主