【正文】 ................................................................ 46 本章小結 ...................................................................................................................... 46 5 結 論 ...................................................................................................................................... 47 總結 .............................................................................................................................. 47 工作展望 ...................................................................................................................... 47 致 謝 .......................................................................................................................................... 49 參考文獻 .................................................................................................................................... 50 附錄 ............................................................................................................................................ 51 附錄 1 3dmax 設計圖 ......................................................................................................... 51 附錄 2 機器人的單元結構圖 ............................................................................................. 52 附錄 3 硬件原理圖 ............................................................................................................. 52 附錄 4 Keil 編程 ................................................................................................................. 54 附錄 5 Labview 原理圖 ...................................................................................................... 55 附錄 6 蛇形機器人的實物圖 ............................................................................................ 55 1 1 緒 論 蛇形機器人研究的背景和意義 隨著科學的日益進步和人們生活水平的不斷提高，機器人作為 20 世紀人類的偉大發(fā)明之一，已經(jīng)逐步地進入了生產(chǎn)和生活領域。 論文主 要介紹了蛇形機器人機械結構的制作方法，各個功能電路的原理，各模塊的集成設計，各部件的選擇及連接方式，各種元件的控制方法，及其實現(xiàn)的功能，充分展示了制作蛇形機器人的整個過程。機械模塊以 UVPC 管為原材料，鋸成蛇身體的單元結構，再以鉚釘連接。蛇的 執(zhí)行 部分主要有直流減速電機 和 MG955 舵機 。 本課題以此為出發(fā)點 ， 以 LPC2131 和 51 單片機為控制器，實現(xiàn)蛇形機器人的 3 個自由度運動 ， 蛇前面裝有攝像頭、紅外避障、數(shù)字遙控接收器、 NRF905 無線數(shù)據(jù)傳輸模塊、超聲波測距模塊、 LCD1602 顯示 ，監(jiān)測部分用軟件 上位機 來實現(xiàn) ，方便人們了解情況。 I \=論文題目：基于 LPC2131 的蛇形機器人 硬 件設計 專 業(yè)：自動化 學 生： 宋代寧 簽名 ： __________ 指導教師：李紅巖 簽名 ： __________ 摘 要 對于地震、 瓦斯、 有毒氣或者空間狹小的場所，作為普通的人 ， 我們難以完成 某 些任務，因此可以去尋找一些人類的替代品。而蛇作為一種無脊椎生物 ， 靠身體的蠕動可以靈活完成這些任務。蛇形機器人分為四個模塊：電源、控制 器 、機械模塊和無線傳輸模塊。 以開關電源為主要部件，給直流電機 和 舵機 分別提供 12V、 5V電壓，控制器用蓄電池作為電源。無線控制部分由 NRF905 進行數(shù)據(jù)的傳輸， 遠程控制由 無線式數(shù)字遙控實現(xiàn)。 關鍵詞： LPC2131，蛇形機器人，直流減速電機，舵機， NRF905 II Subject: Design of snake like robot based on LPC2131 software Specialty: Automation Name: Song Daining (Signature) __________ Instructor: Li Hongyan (Signature) __________ ABSTRACT For earthquake,poison gas or narrow space,as an ordinary people,we are difficult to acplish some certain tasks,so we can go to find some substitute goods for human snake as a kind of invertebrates that creeping can be flexible to plete these tasks by the body. This topic is based on this opinion,so it uses LPC2131 and 51 singlechip microputer as the controller to achieve the three degrees of freedom movement of the snakelike , infrared obstacle avoidance,digital remote control receiver,NRF905 wireless data transmission module, ultrasonic distance measuring module, LCD1602 display, and monitoring part with PC software are carried in front of the snake,so people know the situation. Snakelike robot is divided into four modules: power supply,controller,mechanical module and wireless transmission module. The snake39。工業(yè)生產(chǎn)中的用力進行超精密加工的并聯(lián)機器人，海洋勘探領域中的水下機器人，太空探索領域中的行星探測器如美國的火星車流水線上代替人工的工業(yè)機器人，類人機器人和仿生機器人。傳統(tǒng)的設計方法已 經(jīng)不能滿足機器人在非結構化的未知環(huán)境下作業(yè)的要求，要解決的主要問題之一：就是能實現(xiàn)新的運動方式，傳統(tǒng)的輪式移動機器人的運動平滑、效率高 ,但需要相對光滑的地面 ,不能夠適應惡劣的環(huán)境。步行機器人有著諸如運動的速度慢和穩(wěn)定性差等弊端，這就促使人們去進一步尋找靈活的運動模式，而自然界的蛇的運動是一種“無肢運動” ， 它不需要輪子和腿，蛇由于在結構上無肢可以爬樹、游水、鉆洞、繞過障礙物、穿越沙漠、在平坦的地面爬行、更是能達到行動如飛 。蛇運動的典型特點是 ： 運動方式多變化、良好的地面適應性和運動穩(wěn)定性。 如果開發(fā)出多臺分散的自律機器蛇，群體協(xié)調動作，這樣不但可以在單純作業(yè)的場合通過多臺機器蛇的并列處理來提高工作效率，還能減少局部故障對 整體的影響，并且 2 在開發(fā)時逐漸擴展系統(tǒng)，也比較容易使機器蛇的各關節(jié)連在一起，后為確保整體的協(xié)調性需要采用分布式并行計算機技術，并開發(fā)運動控制軟件利用從各種傳感器得到的信息控制其運動使它躲避障礙物或越過崎嶇的地形。美國 Chrikjian and burdick 首次從多自由度方向開始對蛇形機器人的動力學原理和結構進行了分析 ,而且對蛇的一些幾何結構提出了模塊化的形式。 NEC 公司結合多剛體力學原理，創(chuàng)造出了多剛體關節(jié)的蛇形機器人，它可以很容易的實現(xiàn)三維空間運動，應用在許多危險及人不能接受的情況下進行搜索和營救的工作，但由于蛇形機器人需要多個關節(jié)，而多剛體結構不適合這種運動，因此，這種多剛體的蛇形機器人不能夠實際仿真蛇的運動。從此之后，法國、加拿大、瑞典等科學家也相繼開展了與之相關課題的研究。中科院開放實驗室現(xiàn)金也開始了對蛇形機器人的研究，并在可重構思想的基礎之上提出一種新型的結構；國防科技大學也研發(fā)了屬于自己的蛇形機器人，而且可以在水中實現(xiàn)各種復雜的運動，雖然蛇形機器人的研究在我國起步比較晚，但發(fā)展速度之快， 前所未有。正是由于蛇形機器人具有輪式機器人及步行機器人所沒有的靈活運動方式和廣泛的應用前景，研究和設計蛇形仿生冗余度機器人受到越來越多人的重視。 電源部分，主要采用的是開關穩(wěn)壓電源，可以分別輸出所需要的 5V 和 12V 電壓，且電流均可以達到 5A，即總共可以輸出 85W 的電能，能夠滿足整個蛇身運動所需要的 3 能量，由于舵機所需要的啟動電流特別大，每個舵機可以達到 ，同時啟動的 3 個舵機對電源的穩(wěn)定性有較大的影響，直流減速電機需要 12V 電壓供電，而直接供電電流達不到的要求，故采用 L298N 作為驅動，加以外圍電路，實現(xiàn)直流減速電機的運動，因此給 51 單片機和 ARM 單片機的供電另行采用 5V 的蓄電池，這樣可以使整個系統(tǒng) 處于穩(wěn)定的運行狀態(tài)。而 LPC2131 主要控制的是舵機、直流電機、紅外避障模塊、無線遙控。同理，對直流減速電機進行輸出控制，實現(xiàn)蛇身的前進運動，補充一個自由度，繼而實現(xiàn) 3 維運動。 無線傳輸模塊主要分為控制蛇身運動的數(shù)字遙控、對數(shù)據(jù)傳輸?shù)?NRF905 和網(wǎng)絡攝像頭。 NRF905 工作在 433MHZ 的頻率范圍內，主要有數(shù)字輸入、數(shù)字輸出、 SPI 接口，需要提供 3V 電壓，最大發(fā)射功率可以達到 10dBm，在進行通訊時先將數(shù)據(jù)采集到后打包，壓縮至緩存中，然后發(fā)射，待到接收端開啟接收模式后，將打包后的數(shù)據(jù)解開，之后一位一位顯示出來。 上位機模塊主要是利用 Labview 軟件，在 Keil 里面編寫好下位機模塊后，通過 905把數(shù)據(jù)傳輸?shù)缴衔粰C之后，再由串口 把數(shù)據(jù)傳輸?shù)诫娔X里面，通過 Labview 編程之后，得到一個上位機的界面，再把數(shù)據(jù)從這個界面中用曲線和數(shù)字的形式顯示出來。 4 本文的結構安排 本課題以 LPC2131 和 STC51 單片機為控制芯片，設計了多關節(jié)蛇 形搜尋機器人。對 LPC2131 和 51 單片機進行簡單介紹，闡述其主要功能及原理；深入 分析 超聲波、無線數(shù)傳、遠程控制、設的運動理論。 第四章：通過硬件檢查，軟件編譯，再聯(lián)合調試，給出精確度。 5 2 理 論概述 本課題是基于 LPC2131 的蛇形機器人的設計與實現(xiàn)。然后，介紹下生物蛇運動的思想和各模塊的運行原理。 LPC2131的簡介 本次設計所用的主控制器 LPC2131 是 ARM7 系列里面 EasyARM 的最常用的 芯片， 是兼容 于 LPC21 系列的 指令系統(tǒng) 集，應用了菲利普公司的 ARM7TDMIS 核 。 LPC2131 是以實時仿真和嵌入式為基礎的的 32/16 位的 ARM7TDMISTM CPU 的微控制器，根據(jù)需要用戶可以更換兼容的 CPU 進行仿真調試，類似的有， LPC213 LPC2138 等，他們帶有 32kb、 64kb 的嵌入式 高速閃存處理器。如今 隨著 閃存 ROM 技術的 更新?lián)Q代 ， 靈活的跳線組合，還有用戶