【正文】 代，世界超級(jí)大國美國和蘇聯(lián)就已經(jīng)發(fā)明了機(jī)器人，并且成功的探索了月球，并且取得了良好的效果。同時(shí)，蘇聯(lián)的“月球人” 20 日到達(dá)月球表面，其攜帶的鑿巖機(jī)所配備的完全智能化使其平穩(wěn)著陸并且進(jìn)入土 壤和巖石后收集樣品，并成功的帶回地球 [1]。 發(fā)展概況 短短的 20 年時(shí)間，使得機(jī)器人的研究狀態(tài)變得異常的活躍，而且還快速的發(fā)濰坊科技學(xué)院學(xué)士論文 引言 2 展，其關(guān)鍵原因在于：第一，機(jī)器人在各個(gè)領(lǐng)域的應(yīng)用范圍逐漸的在變寬。機(jī)器人的作用日益突進(jìn)，對(duì) 人類的生活顯得越來越重要，安全與穩(wěn)定成為了評(píng)估機(jī)器人的標(biāo)準(zhǔn)之一，所以提高機(jī)器人的產(chǎn)量和質(zhì)量已成為這一階段的一個(gè)不可缺少的手段，截至到目前，對(duì)具有步行分割體的機(jī)器人在地面上主要分為三種類型履帶式，足式和輪式。 （ 1 ）履帶式。 （ 2 ）足式。其足式機(jī)器人又可以從移動(dòng)行走上大致可分為兩類：靜態(tài)和動(dòng)態(tài)行走機(jī)器人。四輪移動(dòng)機(jī)器人尤其明顯的幾個(gè)特點(diǎn)，一：操作簡(jiǎn)單，二：穩(wěn)定，三：結(jié)構(gòu)輕巧，四：移動(dòng)速度迅速且靈便容易操控。隨著科技的發(fā)展和進(jìn)步，懸架系統(tǒng)和四輪底盤的出現(xiàn)，使得車輪機(jī)器人可以很容易地適應(yīng)不平坦的地形，這里的越野能力也得到了大大提高的時(shí)代。從 20 世紀(jì) 60年代，日本，法國，美國，俄羅斯和其他一些國家航空領(lǐng)域競(jìng)爭(zhēng)比較激烈。美國“在 20 月”降落在月球表面，在無人操作的情況下，行走，切割堅(jiān)硬的巖石，成功的把土壤和巖石樣本搜集到收容器成功的帶回地球。雖然這只是一個(gè)很小的載荷示范車，但它依賴于先進(jìn)的技術(shù)，再次證明了火星車的性能，并成功完成了一系列的實(shí)驗(yàn)。 2020 年，噴氣推進(jìn)實(shí)驗(yàn)室已成功研制出月球車，該車六條腿，每片含六個(gè)輪子，能夠獨(dú)立操作，獨(dú)立完成自己的角色，越障性能，環(huán)境適應(yīng)性強(qiáng)，使其有一個(gè)質(zhì)的提高的。然而，第二汽車（月球車 2 ）完成的最出色。 其中在第二次世界大戰(zhàn)期間的軍 事，德國已經(jīng)開發(fā)了數(shù)以千計(jì)的遠(yuǎn)程無人機(jī)擁有全制動(dòng)缸自爆，在戰(zhàn)爭(zhēng)中起到了至關(guān)重要的作用。智能移動(dòng)機(jī)器人在現(xiàn)代戰(zhàn)爭(zhēng)和反恐的過程中被應(yīng)用。近年來，美軍已研制成功被稱為“大狗”機(jī)器人，該機(jī)器人可以在戰(zhàn)場(chǎng)上靈活的交付貨物，并具有較強(qiáng)的穩(wěn)定性。甚至影響到外面的世界，也可以靈活地保持自己的平衡。很多高等大學(xué)也一直在研究，取得了一些成果。另外，國防大 學(xué)做了相關(guān)的研究，并制定了測(cè)試車輛的樣品，而且還分析和研究控制系統(tǒng) [4]。前三個(gè)特征可以獨(dú)立驅(qū)動(dòng)，后兩濰坊科技學(xué)院學(xué)士論文 引言 4 者從動(dòng)輪，前輪驅(qū)動(dòng)電機(jī)。 3 .中國科技大學(xué)朱長同志，提出了一個(gè)機(jī)器人及其運(yùn)動(dòng)學(xué)建模和仿真 復(fù)合結(jié)構(gòu)障礙的 機(jī)器人。 背景及意義論文 背景 兩千多年前，就開始用簡(jiǎn)單的木制移動(dòng)世界。機(jī)器人廣泛的不同應(yīng)用，這是我們意想不到的。但是，其基本的 操作系統(tǒng)，應(yīng)用程序，支架等，是大致相同的。另外現(xiàn)代智能機(jī)器人的運(yùn)行機(jī)制也分為很多分鐘，例如：輪式，腿式，輪腿，和一些特殊類型等等。現(xiàn)在的機(jī)器人不僅要滿足這些結(jié)構(gòu)需要，更需要向前發(fā)展。這個(gè)機(jī)器人是非常高的適應(yīng)性。如果在平坦的地面上，輪系機(jī)器人可以說是最佳的選擇。 濰坊科技學(xué)院學(xué)士論文 引言 5 研究意義 此次對(duì)于機(jī)器人的研究與改進(jìn)，可以使得機(jī)器人的性能有個(gè)顯著地提高，其中高流動(dòng)性的機(jī)器人，適用于不同的環(huán)境，可以幫助人類進(jìn)入人類所不能到達(dá)的領(lǐng)域，或者可以在環(huán)境中生存的一些國防和民生領(lǐng)域，其中在國家高度反恐的號(hào)召與行動(dòng)中也起到了顯著作用。另外憑借其優(yōu)秀的環(huán)境適應(yīng)能力，也為軍事行動(dòng)提供了一個(gè)快速的，良好的一個(gè)平臺(tái)，可以非?？旖莸牡竭_(dá)目的地 [6]。 （ 2 ）對(duì)于任務(wù)的檢測(cè)和航空航天方面的危險(xiǎn)檢測(cè) 越障性能優(yōu)異的智能機(jī)器人，使得它在考古學(xué)，洪水，干旱，山體滑坡等危險(xiǎn)環(huán)境中也發(fā)揮了顯著作用。除此之外，在大型工程建設(shè)一些方面，智能機(jī)器人維護(hù)大壩的安全以及隨時(shí)準(zhǔn)確的檢測(cè)，都會(huì)對(duì)一些受損的橋墩和一些建筑物等進(jìn)行快速有效的探測(cè)與評(píng)估。 國外很早就開始探索其他星球，其中月球和火星是人類研究的主要對(duì) 象。出于這個(gè)原因，移動(dòng)機(jī)器人成為探測(cè)地球外人類的重要手段。無需人類維護(hù)，就可以保持良好的法律和秩序的社會(huì)。其流程與一些路徑規(guī)劃，可以使得其程序運(yùn)作良好，此外，他們可以根據(jù)多少自己的電力，及時(shí)快速的充電，進(jìn)行不間斷濰坊科技學(xué)院學(xué)士論文 引言 6 的，高效率的工作。 移動(dòng)機(jī)器人的發(fā)展，快速發(fā)展，取得了科學(xué)技術(shù)成果顯著，社會(huì)地位也越來越重要，是人類不可缺少的主要工具之一。對(duì)于一些人類很難完成的復(fù)雜任務(wù)，其全部希望一般都寄托在智能機(jī)器人上。基于我們對(duì)傳統(tǒng)的認(rèn)知模型，可以清晰的了解人工智能機(jī)器人所擁有的控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，而且其基于符號(hào)的推理過程來逐漸的實(shí)現(xiàn)其現(xiàn)有要求的運(yùn)行模式，達(dá)成要求，主要是在于 環(huán)境之間的一些不可或缺的組成部分，從關(guān)注模型該模型的控制系統(tǒng)必須是準(zhǔn)確的，并且符號(hào)是相同的。任何一個(gè)系統(tǒng)不可能達(dá)到完美，都有著其自身的局限性，反應(yīng)控制系統(tǒng)同樣也是，其不具備記憶功能，信息不能直接的儲(chǔ)存，也不能在其已有的知識(shí)基礎(chǔ)上進(jìn)行有效的學(xué)習(xí)，這種行為的控制，我們通常稱之為延長反應(yīng)系統(tǒng)，它僅僅控制該協(xié)商類型之間的配方和終端之間的反應(yīng)的一種簡(jiǎn)單方法。每個(gè)單位都有自己的小整體，有自己的感知系統(tǒng)的執(zhí)行單元，構(gòu)成感知和執(zhí)行中的一個(gè)。他的優(yōu)勢(shì)是，他的每一個(gè)單元的功能特性之一是相對(duì)于相對(duì)簡(jiǎn)單的傳感器，并通過一些簡(jiǎn)單的信息處理可以很快得到了良好的經(jīng)營業(yè)績。 論文的主要內(nèi)容 本文主要是對(duì)機(jī)器人的控制系統(tǒng)和結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)進(jìn)行的研究。即， 直接連接到每個(gè)車輪與框架，它具有行走功能。配有獨(dú)立的驅(qū)動(dòng)控制濰坊科技學(xué)院學(xué)士論文 引言 7 可以在不跨越障礙，避障等功能轉(zhuǎn)彎半徑來實(shí)現(xiàn)。這包括機(jī)器人主體的行結(jié)構(gòu)和尺寸。主要在于機(jī)器人所具有的的環(huán)保意識(shí)，動(dòng)態(tài)上的決策功能和規(guī)劃上等一些多種的功能。另外，我們?cè)谝苿?dòng)機(jī)器人的設(shè)計(jì)上，應(yīng)該遵循一系列的設(shè)計(jì)原則： 1：一般的機(jī)構(gòu)應(yīng)該很容易滿足并快速拆卸， 以方便我們平時(shí)的測(cè)試，調(diào)試，維修等。 3：角模塊化設(shè)計(jì)，我們必須在每個(gè)功能模塊設(shè)備之間隔開一定不能互相干擾。為了成功地避開障礙物，機(jī)器人必須在轉(zhuǎn)向性能的自主權(quán)和靈活性。 濰坊科技學(xué)院學(xué)士論文 輪式機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)控制 8 2 輪式機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)控制 2． 1 移動(dòng)機(jī)器人控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) 本次設(shè)計(jì)的論述移動(dòng)機(jī)器人為以 STC12C5408AD 為控制核心的 后驅(qū)四輪機(jī)器人。 原理 單片機(jī)系統(tǒng)是一種基于信號(hào)采集模塊平臺(tái)上的，對(duì)路面一些標(biāo)記信號(hào)精準(zhǔn)的讀取，然后由虛擬量直接快速的轉(zhuǎn)換為機(jī)器系統(tǒng)本身能夠有效識(shí)別的數(shù)字信號(hào)，然后再經(jīng)過智能信息化處理，輸入到單片機(jī)中，之后單片機(jī)可以通過我們己經(jīng)寫入到了的程序，對(duì)其已經(jīng)讀取到的信號(hào)在進(jìn)行進(jìn)一步的判斷，最后就可以通過驅(qū)動(dòng)模塊和轉(zhuǎn)向控制模塊來完成 機(jī)器人的最后運(yùn)動(dòng)狀態(tài)。 元器件的選擇 本次設(shè)計(jì)主要實(shí)現(xiàn)信號(hào)采集與分析、直流電機(jī)控制兩大功能，但是單片機(jī)系統(tǒng)的運(yùn)行程度決定了機(jī)器人的最終運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，機(jī)器人性能的好壞絕大部分取決于單片機(jī)的選擇。其多種功能與快速處理器于 一體，同時(shí)還具有了 ISP 的功能，用戶可以根據(jù)自己的需求，在自己目標(biāo)的系統(tǒng)上，經(jīng)過一系列的額串口與 PC 連接，就可以快速直接的由 PC客戶端對(duì)他進(jìn)行 ISP 下載編程，幾秒鐘的時(shí)間就可以完成 [7]。控制系統(tǒng)在運(yùn)行的過程中，其電機(jī)所消耗的電量要遠(yuǎn)遠(yuǎn)的大于控制系統(tǒng)的消耗，并且控制濰坊科技學(xué)院學(xué)士論文 輪式機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)控制 9 系統(tǒng)在運(yùn)行過程中，機(jī)器人出現(xiàn)的的加減速與一系列的拐彎動(dòng)作這都會(huì)導(dǎo)致使用電壓的不穩(wěn)定，所以我們?cè)谠O(shè)計(jì)與安裝時(shí)，要使得電機(jī)驅(qū)動(dòng)電源與控制系統(tǒng)電源相互獨(dú)立互不干擾，對(duì)單片機(jī)系統(tǒng)設(shè)計(jì)一個(gè)獨(dú) 立核心供電系統(tǒng)，以便于勇來確保單片機(jī)能夠充分的得到 5V 電源，用于正常的運(yùn)轉(zhuǎn)。 鑒于以上的研究目標(biāo)，提出如下總體設(shè)計(jì)要求： 1 機(jī)器人動(dòng)作靈活，控 制方便； 2 采用模塊化設(shè)計(jì) 3 感知能力要豐富，方便對(duì)其行為控制全面研究； 4 在保證功能實(shí)現(xiàn)的前提下，盡量減少系統(tǒng)硬件的成本； 5 便于擴(kuò)展、調(diào)試、及維護(hù)。的層和層之間的通信有標(biāo)準(zhǔn)的物理層和協(xié)議層，這些層是高度可擴(kuò)展的。移動(dòng)機(jī)器人平臺(tái)的典型四輪機(jī)器人，前兩個(gè)腳 輪，兩個(gè)獨(dú)立的后輪驅(qū)動(dòng)，后左和后右車輪安裝直流電動(dòng)機(jī)和電動(dòng)機(jī)控制器，移動(dòng)機(jī)器人平臺(tái)和攀登障礙物，三維空間，以提供一個(gè)導(dǎo)航平臺(tái)。 移動(dòng)機(jī)器人的電源和驅(qū)動(dòng)模塊 在移動(dòng)機(jī)器人中使用的功率模塊和功能模塊的每個(gè)功能單元，主要內(nèi)容有：對(duì) DSC （ TMS320F28335 ）函數(shù)在數(shù)據(jù)處理單元的運(yùn)動(dòng)控制代理功能 ARM9 的圖像采集和處理單元和直流電 機(jī)及檢測(cè)驅(qū)動(dòng)器和其他功能單元 [10]。感測(cè)的傳感器單元的系統(tǒng)的硬件組件，其功能是提供外部環(huán)境，如視覺，力，觸覺機(jī)器人，機(jī)器人本身可以感知的狀態(tài)和位置。 我們所看到的傳感器主板電源，主要的是由兩針接口 POWER 輸入之 后，然后根據(jù)后來信號(hào)的分離分成兩路，其中一路可以經(jīng)過對(duì)保險(xiǎn)管與 TVS 管進(jìn)行有掉的恢復(fù)，從而為傳感器系統(tǒng)提供 24 的電源，然而另一路則就直接的為 PC 提供一系列的電源電壓供應(yīng)。 濰坊科技學(xué)院學(xué)士論文 輪式機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)控制 11 IP1 D23 F1 D24 RATT SW 3A D22 + C2 C3 + F2 1000q/50V 3A BATOND 圖 電源輸入以及簡(jiǎn)單保護(hù)電路 移動(dòng)機(jī)器人運(yùn)動(dòng)控制研究 本文章所研究的四輪機(jī)構(gòu)也像普通的機(jī)器人一樣采用輪子，小腿，小支架的形式以及其他機(jī)構(gòu)并存的情況下進(jìn)行有效的運(yùn)動(dòng) 。 車體結(jié)構(gòu)與運(yùn)動(dòng)學(xué)分析 看下列結(jié)構(gòu)圖形，很明顯的看到兩后輪的雙驅(qū)動(dòng)裝置，電機(jī)與電機(jī)之間互不干1 2 1 2 1 2 IP2 COMPUTER POWER1 濰坊科技學(xué)院學(xué)士論文 輪式機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)控制 12 擾，電壓穩(wěn)定為直流電壓，速度恒定輸出，而且隨時(shí)可以根據(jù)需要調(diào)節(jié)電壓的大小來控制其轉(zhuǎn)速。 圖 車體結(jié)構(gòu)圖 圖 車體運(yùn)動(dòng)路徑 圖 3為車體運(yùn)動(dòng)路徑示意圖。根據(jù)以上假設(shè)，可以推斷出以下關(guān)系式： Ex=?to dttv )(cos? (1) Ey=?to dttv )(sin? (2) θ =?to dtt)(? (3) 在允許的誤差內(nèi)我們可以認(rèn)為， : cosθ =1 （ 4） sinθ =θ （ 5） 兩 電機(jī)電壓包的穩(wěn)定是用來確保后輪中 V（速度）是常量，即 v=v0，則式（ 1），（ 2）和（ 3）可表示如下： Ex=v0t （ 6） Ex= ?to dttv )(0 ? （ 7） θ =?to dtt)(?