機器人設(shè)計精選(九篇)
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第1篇：機器人設(shè)計范文
關(guān)鍵詞：上肢康復(fù)訓(xùn)練機器人 青島大學(xué)碩士開題報告范文 青島論文 開題報告
一、 選題的目的和意義
據(jù)統(tǒng)計,我國60 歲以上的老年人已有1.12 億。伴隨老齡化過程中明顯的生理衰退就是老年人四肢的靈活性不斷下降，進而對日常的生活產(chǎn)生了種種不利的影響。此外，由于各種疾病而引起的肢體運動性障礙的病人也在顯著增加，與之相對的是通過人工或簡單的醫(yī)療設(shè)備進行的康復(fù)理療已經(jīng)遠不能滿足患者的要求。隨著國民經(jīng)濟的發(fā)展，這個特殊群體已得到更多人的關(guān)注，治療康復(fù)和服務(wù)于他們的產(chǎn)品技術(shù)和質(zhì)量也在相應(yīng)地提高，因此服務(wù)于四肢的康復(fù)機器人的研究和應(yīng)用有著廣闊的發(fā)展前景。
目前世界上手功能康復(fù)機器人的研究出于剛起步狀態(tài)，各種機器人產(chǎn)品更是少之又少，在國內(nèi)該領(lǐng)域中尚處于空白狀態(tài)，臨床應(yīng)用任重而道遠，因此對手功能康復(fù)機器人的研究有廣闊的應(yīng)用前景和重要的科學(xué)意義。
目前大多數(shù)手功能康復(fù)設(shè)備存在以下一些問題：康復(fù)訓(xùn)練過程中，缺乏對關(guān)節(jié)位置、關(guān)節(jié)速度的觀測和康復(fù)力的柔順控制，安全性能有待提高;大多數(shù)手功能康復(fù)設(shè)備沒有拇指的參與;感知功能差，對康復(fù)治療過程的力位信息和康復(fù)效果不能建立起有效地評價。本課題針對以上問題，采用氣動人工肌肉驅(qū)動的手指康復(fù)訓(xùn)練機器人實現(xiàn)手指康復(fù)訓(xùn)練的多自由度運動，不僅降低了設(shè)備成本，更重要的是提高了系統(tǒng)對人類自身的安全性和柔順性，且具有體積小，運動的強度和速度易調(diào)整等特點。
課題的研究思想符合實際國情和康復(fù)機器人對系統(tǒng)柔順性、安全性、輕巧性的高要求 。它將機器人技術(shù)應(yīng)用于患者的手部運動功能康復(fù)，研究一種柔順舒適、可穿戴的手功能康復(fù)機器人，輔助患者完成手部運動功能的重復(fù)訓(xùn)練，其輕便經(jīng)濟、穿卸方便，尤其適于家庭使用，既可為患者提供有效的康復(fù)訓(xùn)練，又不增加臨床醫(yī)療人員的負(fù)擔(dān)和衛(wèi)生保健。
綜上所述，氣動人工肌肉驅(qū)動手指康復(fù)訓(xùn)練機器人的設(shè)計是氣壓驅(qū)動與機器人技術(shù)相結(jié)合在康復(fù)醫(yī)學(xué)領(lǐng)域內(nèi)的新應(yīng)用，具有重要的科學(xué)意義。
二、 國內(nèi)外研究動態(tài)
2.1 國外研究動態(tài)
美國是研究氣動肌肉機構(gòu)最多的國家，主要集中在大學(xué)。
華盛頓大學(xué)的生物機器人實驗室從生物學(xué)角度對氣動肌肉的特性作了深入研究，從等效做功角度建模，并進行失效機理分析，制作力假肢和仿人手臂用于脊椎反射運動控制研究。
vanderbilt 大學(xué)認(rèn)知機器人實驗室(cognitive robotics lab, crl)研制了首個采用氣動肌肉驅(qū)動的爬墻機器人，并應(yīng)用于驅(qū)動智能機器人(intelligent soft-arm control, isac)的手臂。
伊利諾伊大學(xué)香檳分校的貝克曼研究所對圖像定位的5自由度soft arm 機械手采用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)進行高精度位置控制和軌跡規(guī)劃。亞利桑那州立大學(xué)設(shè)計了并聯(lián)彈簧的新結(jié)構(gòu)氣動肌肉驅(qū)動器，可以同時得到收縮力和推力，并與工業(yè)界合作開發(fā)了多種用于不同部位肌肉康復(fù)訓(xùn)練的小型醫(yī)療設(shè)備。
英國salford 大學(xué)高級機器人研究中心對氣動肌肉的應(yīng)用作了長期的系統(tǒng)研究，開發(fā)了用于核工業(yè)的操作手、靈巧手、仿人手臂以及便攜式氣源和集成化氣動肌肉，目前正在研究10 自由度的下肢外骨骼以及仿人手的遠程控制。
法國國立應(yīng)用科學(xué)學(xué)院(instituted national dissidences appliqués, insa)研究了氣動肌肉的動靜態(tài)性能和多種控制策略，目前正在研制新型驅(qū)動源的人工肌肉以及在遠程醫(yī)療上的應(yīng)用。
比利時布魯塞爾自由大學(xué)制作了新型的折疊式氣動肌肉用于驅(qū)動兩足步行機器人，實現(xiàn)了運動控制。
日本bridgestone 公司在rubber tauter 之后又發(fā)明了多種不同結(jié)構(gòu)的氣動肌肉。德國festoon 公司發(fā)明了適合工業(yè)應(yīng)用的氣動肌腱fluidic muscle，壽命可達1000萬次以上，同時還對氣動肌肉的應(yīng)用作了許多令人耳目一新的工作。英國shadow 公司研制了目前世界上最先進的仿人手。美國的kinetic muscles 公司與亞利桑那州立大學(xué)合作開發(fā)了多種用于肌肉康復(fù)訓(xùn)練的小型醫(yī)療設(shè)備。
lilly采用基于滑動模的參數(shù)自適應(yīng)控制策略，實現(xiàn)了單氣動肌肉驅(qū)動的關(guān)節(jié)位置控制。
2.2 國內(nèi)研究動態(tài)
自20 世紀(jì)90 年代以來，我國陸續(xù)開始了氣動肌肉的研究。
北京航空航天大學(xué)的宗光華較早開始?xì)鈩蛹∪獾难芯浚治隽似浞蔷€性特性、橡膠管彈性及其自身摩擦對驅(qū)動模型的影響，并應(yīng)用于五連桿并聯(lián)機構(gòu)，通過剛度調(diào)節(jié)實現(xiàn)柔順控制。
上海交通大學(xué)的田社平等運用零極點配置自適應(yīng)預(yù)測控制、非線性逆系統(tǒng)控制以及基于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)方法，實現(xiàn)單自由度關(guān)節(jié)的快速、高精度位置控制。
哈爾濱工業(yè)大學(xué)的王祖溫等分析了氣動肌肉結(jié)構(gòu)參數(shù)對性能的影響、氣動肌肉的靜動態(tài)剛度特性以及與生物肌肉的比較，提出將氣動肌肉等效為變剛度彈簧，設(shè)計了氣動肌肉驅(qū)動的具有4 自由度的仿人手臂、外骨骼式力反饋數(shù)據(jù)手套和6 足機器人，采用輸入整形法解決關(guān)節(jié)階躍響應(yīng)殘余震蕩問題。
北京理工大學(xué)的彭光正等先后進行了單根人工肌肉、單個運動關(guān)節(jié)以及3 自由度球面并聯(lián)機器人的位置及力控制，采用了模糊控制、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)等多種智能控制算法，并設(shè)計了6 足爬行機器人和17 自由度仿人五指靈巧手。
哈爾濱工業(yè)大學(xué)氣動中心的隋立明博士也通過實驗得到了氣動人工肌肉的一個更簡潔的修正模型和經(jīng)驗公式并對兩根氣動人工肌肉組成的一個簡單關(guān)節(jié)系統(tǒng)進行實驗建模和采用位置閉環(huán)的控制方法進一步驗證氣動人工肌肉的模型。
上海交通大學(xué)的林良明也對氣動人工肌肉的軌跡學(xué)習(xí)控制進行了仿真研究給出了學(xué)習(xí)的收斂性的初步結(jié)論為下一步的學(xué)習(xí)控制奠定了基礎(chǔ)。其中田社平通過對氣動人工肌肉收縮在頻率域上的數(shù)學(xué)模型并對它的結(jié)構(gòu)及其靜動態(tài)特性進行了理論分析建立了相應(yīng)的靜態(tài)力學(xué)方程。
2003年付大鵬等，以機械手抓取物體為分析對象，采用矩陣法來描述機械手的運動學(xué)和動力學(xué)問題，以四階方陣變換三維空間點的齊次坐標(biāo)為基礎(chǔ)，將運動、變換和映射與矩陣計算聯(lián)系起來建立了機械手的運動數(shù)學(xué)模型，并提出了機械手運動系統(tǒng)優(yōu)化設(shè)計的新方法，這種方法對機械手的精密設(shè)計和計算具有普遍適用意義。
2005年車仁煒，呂廣明，陸念力對5自由度的康復(fù)機械手進行了動力學(xué)分析，將等效有限元的方法應(yīng)用到開式的5自由度的康復(fù)機械手的動力分析中，這種方法比傳統(tǒng)的分析方法建模效率高、簡單快捷，極其適合現(xiàn)代計算機的發(fā)展，的除了機械臂的動力響應(yīng)曲線，為機械手的優(yōu)化設(shè)計及控制提供理論依據(jù)。
2008年北京聯(lián)合大學(xué)張麗霞，楊成志根據(jù)拿取非規(guī)則物品的任務(wù)要求，采用轉(zhuǎn)動機構(gòu)和連桿機構(gòu)相結(jié)合，設(shè)計了五指型機器手，手指彎曲電機與指間平衡電機耦合驅(qū)動，實現(xiàn)了機器手的多角度張開、抓握運動方式,對實用型仿人機器手的機構(gòu)設(shè)計有參考意義。
2009年楊玉維等人對輪式懸架移動2連桿柔性機械手進行了動力學(xué)研究與仿真，。采用經(jīng)典瑞利.里茲法和浮動坐標(biāo)法描述機械手彈性變形與參考運動間的動力學(xué)耦合問題， 綜合利用拉格朗日原理和牛頓.歐拉方程并在笛卡爾坐標(biāo)系下，以矩陣、矢量簡潔的形式構(gòu)建了該移動柔性機械手系統(tǒng)的完整動力學(xué)模型并進行仿真。
2009年羅志增，顧培民研究設(shè)計了一種單電機驅(qū)動多指多關(guān)節(jié)機械手，能夠很好的實現(xiàn)靈巧、穩(wěn)妥的抓取物體，這個機械手共有4指12個關(guān)節(jié)。每個手指有3個指節(jié)，由兩個平行四邊形的指節(jié)結(jié)構(gòu)確保手指末端做平移運動，這種設(shè)計方案很好的實現(xiàn)了控制簡單、抓握可靠的目的。
從目前來看，國內(nèi)對氣動人工肌肉的研究仍處于剛起步的階段。有關(guān)氣動人工肌肉的研究與國外還有相當(dāng)?shù)牟罹鄬鈩尤斯ぜ∪庵械脑S多問題，還沒有進行深入的研究。此外，采用氣動人工肌肉作為機器人驅(qū)動器的研究還不成熟。
三、 主要研究內(nèi)容和解決的主要問題
目前大多數(shù)手功能康復(fù)設(shè)備存在以下一些問題:康復(fù)訓(xùn)練過程中，缺乏對關(guān)節(jié)位置、關(guān)節(jié)速度的觀測和康復(fù)力的柔順控制，安全性能有待提高;大多數(shù)手功能康復(fù)設(shè)備沒有拇指的參與;感知功能差，對康復(fù)治療過程的力位信息和康復(fù)效果不能建立起有效地評價。為此，課題主要研究內(nèi)容：設(shè)計一種結(jié)構(gòu)簡單，易于穿戴，并且安全、柔順、低成本，使用方便的氣動手功能康復(fù)設(shè)備。對氣動手指康復(fù)系統(tǒng)進行機構(gòu)運動學(xué)分析、用mat lab軟件對康復(fù)訓(xùn)練機器人的康復(fù)治療過程的力位信息進行仿真分析。
要實現(xiàn)上述的目標(biāo)，系統(tǒng)中需要著重解決的關(guān)鍵技術(shù)有：
(1)基于已有上肢康復(fù)訓(xùn)練機器人外骨骼機械手機械結(jié)構(gòu)部分的設(shè)計，對手指康復(fù)訓(xùn)練方法分析和提煉。 主要包括：人手部的手指彎曲抓握動作分析，氣壓驅(qū)動關(guān)節(jié)機構(gòu)自由度的優(yōu)化配置。使機械手能夠?qū)崿F(xiàn)手指的彎曲、物體的抓握等手部癱瘓患者不能實現(xiàn)的動作。
(2)對機器人機械機構(gòu)的運動學(xué)分析。主要包括：氣壓驅(qū)動的手指關(guān)節(jié)外骨骼機械機構(gòu)的運動學(xué)分析。
(3)機器人機構(gòu)的力位信息仿真。主要包括：用mat lab軟件進行機器人氣壓驅(qū)動終端的力位信息 仿真。
根據(jù)總體方案設(shè)計以及工作量的要求，外附骨骼機械手系統(tǒng)是上肢康復(fù)訓(xùn)練機器人的一部分，本文主要是研究手指康復(fù)機械系統(tǒng)運動學(xué)、動力學(xué)分析工作。
四、論文工作計劃與方案
論文工作計劃安排：
2010年9月——2011年6月準(zhǔn)備課題階段：
主要工作：學(xué)習(xí)當(dāng)今最先進的機器人設(shè)計技術(shù);學(xué)習(xí)用matlab軟件進行計算仿真及優(yōu)化，查閱國內(nèi)外的資料，對康復(fù)機械手作初步了解。
2011年7月——2011年9月課題前期階段
主要工作：課題方案設(shè)計，擬寫開題報告，開題。
2011年10月——2012年7月課題中期階段
主要工作：開始具體課題研究工作，根據(jù)已有上肢康復(fù)訓(xùn)練機器人外骨骼機械手機械結(jié)構(gòu)部分設(shè)計，對手指康復(fù)訓(xùn)練方法分析和提煉。研究手指康復(fù)機械系統(tǒng)運動學(xué)、動力學(xué)分析工作。
2012年8月——2012年12月課題后期階段
主要工作：對手指康復(fù)機器人進行模擬仿真，對設(shè)計進行優(yōu)化，并在此基礎(chǔ)上進一步完善課題。
2013年1月——2013年4月結(jié)束課題階段
主要工作：整理相關(guān)資料，撰寫論文，準(zhǔn)備進行畢業(yè)論文答辯。
2013年5月——2013年6月論文答辯階段
主要工作方案：
1. 完成學(xué)位課與非學(xué)位課學(xué)習(xí)的同時，進行市場調(diào)研，對手指康復(fù)機械手作初步了解。
2. 查閱資料，了解氣動手指康復(fù)機器人的國內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀。
3. 分析已有上肢康復(fù)訓(xùn)練機器人外骨骼機械手機械結(jié)構(gòu)的部分設(shè)計。
4. 對現(xiàn)有手指康復(fù)訓(xùn)練方法設(shè)計進行分析和提煉，分析其優(yōu)缺點。
5. 開始具體設(shè)計工作。
第2篇：機器人設(shè)計范文
關(guān)鍵詞：服務(wù)機器人；語音；QQ物聯(lián)；物聯(lián)網(wǎng)
中圖分類號：TP242.6 文獻標(biāo)識碼：A 文章編號：2095-1302（2017）06-0-04
0 引 言
2012年4月，中國科技部正式印發(fā)了《服務(wù)機器人科技發(fā)展“十三五”專項規(guī)劃》[1]，中國產(chǎn)業(yè)調(diào)研網(wǎng)的2015-2020年中國服務(wù)機器人市場深度調(diào)查分析及發(fā)展趨勢研究報告認(rèn)為，縱觀國內(nèi)外服務(wù)機器人的發(fā)展，預(yù)測服務(wù)機器人在我國具有廣闊的市場空間。隨著城市化進程加速、人口老齡化和人口素質(zhì)的提高，服務(wù)機器人的商業(yè)應(yīng)用將會加速發(fā)展。
語言是人們傳遞信息的重要方法，隨著人工智能的發(fā)展，社會對智能化的要求越來越高，智能機器人的應(yīng)用范圍越來越廣，通過語音來控制機器人可以大幅提高工作效率。2014年10月，“QQ物聯(lián)智能硬件開放平臺”，開發(fā)者可以充分利用和發(fā)揮騰訊QQ的億萬手機客戶端及云服務(wù)的優(yōu)勢。結(jié)合目前機器人發(fā)展的方向，本文提出了基于QQ物聯(lián)的智能語音服務(wù)機器人系統(tǒng)設(shè)計方法。
1 系統(tǒng)功能分析與總體設(shè)計
1.1 系統(tǒng)功能分析
基于QQ物聯(lián)的語音服務(wù)機器人針對家庭生活場景主要實現(xiàn)以下功能：
（1）QQ物聯(lián)：將QQ賬號體系及關(guān)系鏈、QQ消息通道能力等核心能力與機器人合作，實現(xiàn)用戶與機器人之間的互聯(lián)互通互動，充分利用和發(fā)揮騰訊QQ億萬手機客戶端及云服務(wù)的優(yōu)勢；
（2）無線充電：機器人自動檢測自身電量，當(dāng)電量低于預(yù)設(shè)值時，采用無線充電方式充電；
（3）消息處理：自動連接手機藍牙，語音處理電話等消息。
（4）環(huán)境監(jiān)控：機器人自動檢測房間溫度、濕度、光照強度等，當(dāng)環(huán)境參數(shù)不在預(yù)設(shè)值范圍內(nèi)時，進行語音提醒[1]；
（5）智能安防：當(dāng)檢測到用戶離開房間后，自動切換到安防模式，用戶可通過攝像頭查看室內(nèi)狀況，出現(xiàn)突況時自動聯(lián)系用戶；
（6）語音交互：可與用戶實現(xiàn)簡單的人機交互[2]；
（7）娛樂放松：用戶可通過語音交互播放音樂或簡單笑話等。
1.2 系統(tǒng)總體設(shè)計框架
根據(jù)系統(tǒng)功能要求，設(shè)計本系統(tǒng)的總體框圖如圖1所示。系統(tǒng)包括主控制器模塊和功能模塊，部分包括環(huán)境監(jiān)測模塊，攝像頭模塊，語音識別模塊，無線充電模塊，通訊模塊，移動設(shè)防系統(tǒng)，視頻與音頻處理模塊和小車模塊。環(huán)境監(jiān)測部分主要通過一些傳感器檢查環(huán)境參數(shù)，并不斷返回控制器，控制器可針對這些數(shù)據(jù)做出綜合調(diào)節(jié)。攝像頭模塊負(fù)責(zé)視頻通話與安防。語音識別模塊可識別出人們的一些語言信息，通過識別這些信息來判斷人們的指令，從而更好、更人性化的為人們服務(wù)。無線充電模塊主要維持機器人和小車的正常用電與供電，保證小車和機器人正常工作。通訊模塊的主要功能包括語音外放，語音對講，語音提醒等。無人在家時，如有特殊情況發(fā)生移動設(shè)防系統(tǒng)可自動向主人發(fā)送信息。
2 硬件模塊選型與設(shè)計
2.1 主控制器
本系統(tǒng)的主控制器選用ST公司生產(chǎn)的STM32F103系列芯片。該芯片基于ARM Cortex-M3 32位的RISC內(nèi)核，工作頻率最高可達72 MHz，且內(nèi)置高速存儲器（64 KB的閃存和20 KB的SRAM），豐富的增強I/O端口和聯(lián)接到兩條APB總線的外設(shè)。STM32系列提供了全新的32位產(chǎn)品選項，結(jié)合高性能、實時、低功耗、低電壓等特性，保持高集成度和易開發(fā)的優(yōu)勢，將32位MCU的性能和功效引向一個新的級別[3]。
2.2 QQ物聯(lián)模塊
QQ物聯(lián)通過QQ賬號體系及相關(guān)的關(guān)系鏈來實現(xiàn)用戶與設(shè)備之間的相互連通，充分發(fā)揮QQ手機客戶端和云服務(wù)的優(yōu)勢[4]。本設(shè)計采用了QQ物聯(lián)攝像頭模塊，可通過QQ與攝像頭進行交互。具有如下功能：
（1）遠程監(jiān)控：直接打開手機QQ便可隨時隨地遠程查看攝像頭內(nèi)的視頻。
（2）支持分享設(shè)備：將自己錄制好的精彩視頻或照片分享至QQ好友，實現(xiàn)與好友的互動。
（3）移動偵測報警：家中無人時啟動設(shè)防功能。如果視頻監(jiān)控畫面中出現(xiàn)了移動物體或人體時，將會截圖發(fā)送至手機，同時也會將截圖自動保存在TF卡上。
（4）語音對講：利用QQ實現(xiàn)實時語音對講，使得好友之間的關(guān)系更加親密。
2.3 藍牙音響模塊
藍牙技術(shù)是一種短距離通信技術(shù)，頻率為全球共有頻段2.4 GHz[5]，可使不同的設(shè)備無縫共享資源。它采用短距離無線連接，無需專用電纜，使移動用戶不僅擺脫了線纜的束縛，還易于在室內(nèi)或室外流動操作。
2.4 語音識別模塊
本系統(tǒng)采用ICRoute公司生產(chǎn)的LD3320語音控制芯片來實現(xiàn)簡單的語音識別[6]。LD3320的電路原理圖如圖2所示。
2.5 無線充電模塊
本系統(tǒng)采用原理為電磁感應(yīng)的無線充電模塊[7]，使機器人在自身電量不足時能夠進行無線充電，簡化充電過程。
2.6 語音輸出模塊
本系統(tǒng)使用LMD102語音模塊。該模塊價格低廉，穩(wěn)定可靠，支持多路語音，還可通過單片機串口控制。電路原理圖如圖3所示。
2.7 環(huán)境傳感器模塊
環(huán)境參數(shù)主要為測量溫度，濕度和光照等信息。本設(shè)計為了能夠更加準(zhǔn)確地采集光照及溫濕度信息，使用BH1750傳感器來獲取光照強度[8]，利用DHT11采集溫濕度。
3 系統(tǒng)軟件設(shè)計及實現(xiàn)
3.1 系y初始化
系統(tǒng)初始化主要完成堆棧、定時器、串口等的設(shè)置。然后根據(jù)需求調(diào)用相應(yīng)的功能，如獲取環(huán)境參數(shù)等。語音芯片識別這些語句后，經(jīng)各模塊獲取相應(yīng)內(nèi)容，再通過語音反饋給用戶。本系統(tǒng)還聯(lián)合QQ物聯(lián)，通過QQ控制攝像頭，實現(xiàn)視頻通話與語音對講。軟件流程如圖4所示。
3.2 LD3320語音程序設(shè)計
語音識別軟件流程圖如圖5所示。首先對該模塊進行初始化，對語音編碼進行預(yù)處理，然后提取相應(yīng)的特征，進行矢量的量化，最后針對語音的輸入匹配特征，輸出對應(yīng)的語音結(jié)果。在程序設(shè)計中，通過改善算法[9]提高了識別準(zhǔn)確率。
3.3 環(huán)境監(jiān)測程序設(shè)計
首先光照傳感器需要對解析度和透光率進行設(shè)置。解析度一般設(shè)置為2，傳感器返回的值為實際值乘以透光率。所以在代碼中需要經(jīng)過初始化，經(jīng)光亮度讀取和實際亮度計算得出準(zhǔn)確的光照值。光照傳感器程序流程圖如圖6所示。
溫濕度傳感器DHT11包括一個電阻式感濕元件和一個NTC測溫元件，只有4個引腳，控制其時鐘序列滿足要求后，即可取出數(shù)據(jù)，DHT11對時鐘的要求非常嚴(yán)格。數(shù)據(jù)格式為：8 b濕度整數(shù)數(shù)據(jù)+8 b濕度小數(shù)數(shù)據(jù)+8 b溫度整數(shù)數(shù)據(jù)+8 b溫度小數(shù)數(shù)據(jù)+8 b校驗和[10]。圖7所示為DHT11的程序流程圖。
3.4 語音播放程序設(shè)計
語音錄制播放模塊LMD102可以錄制多路聲音。由于此模塊具有USB接口功能，可以直接在特定軟件下合成聲音，無需人工錄制聲音，可以大大減輕工作量。本系統(tǒng)采用串口發(fā)送的方法將信息發(fā)送給芯片，由于每段語音都有特定的ID號，因此只需發(fā)送對應(yīng)的ID號即可播放對應(yīng)的語音。發(fā)送格式為：引導(dǎo)碼+段號+結(jié)束碼。LMD102程序流程圖如圖8所示。
3.5 系統(tǒng)測試
服務(wù)機器人機械框架采用3D打印模式，設(shè)計實物如圖9所示。
系統(tǒng)采取分模塊測試方法：
（1）攝像頭及語音功能、移動設(shè)防功能測試。當(dāng)有物體在攝像頭面前移動時，會有QQ提醒消息，移動設(shè)防功能正常。
（2）藍牙音箱功能測試。打開手機藍牙連接至藍牙音箱，此時會有語音提示，藍牙連接。打開手機音樂，發(fā)現(xiàn)藍牙音箱能夠播放手機音樂，該藍牙音箱測試正常。
（3）環(huán)境參數(shù)測量。為了能夠直觀顯示測試結(jié)果，將測試結(jié)果輸出至屏幕。
（4）語音播放模塊測試。通過外部調(diào)節(jié)使環(huán)境的溫濕度、光照發(fā)生變化，此時服務(wù)機器人會發(fā)出語音環(huán)境異常信息的提示。
對各模塊進行綜合測試，發(fā)現(xiàn)本系統(tǒng)工作正常。
4 結(jié) 語
本文完成了針對家庭生活的基于QQ物聯(lián)的服務(wù)機器人系統(tǒng)設(shè)計。該系統(tǒng)具有以下優(yōu)點：
（1）自動無線充電：解決機器人手動充電的問題，方便機器人長時間工作；
（2）應(yīng)用范圍廣：本項目可適用于老人、孩子和上班族，適用人群廣泛，通過QQ物聯(lián)接入，擴大用戶人群；
（3）功能完善、穩(wěn)定：本作品加入了語音、攝像頭圖像處理、分布式信息管理、WiFi等功能模塊，使機器人擁有較為完備的功能。同時通過改進相關(guān)算法，極大地提高了機器人針對不同場景做出的反應(yīng)速度。
本設(shè)計可廣泛應(yīng)用于家庭和辦公室等一些私人場所。如果將本設(shè)計繼續(xù)優(yōu)化，功能將更加完善，其適用范圍也將更加廣闊。
參考文獻
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第3篇：機器人設(shè)計范文
關(guān)鍵詞： 人工智能 自動控制 偵查
Abstract: this paper is mainly fusion research, multidisciplinary, have muti_function investigation of fire fighting robot, through the circuit board master control system of overall control, using the sensor for the flame and obstacles test, to control the stepping motor and the machine arm to realize the fire investigation of the robot every action, it can automatic obstacle avoidance, automatic looking for fire, automatic fire extinguishing.
Keywords: artificial intelligence automatic control investigation
中圖分類號：TP18文獻標(biāo)識碼：A文章編號：
1 前言
隨著社會的不斷發(fā)展，在社會財富日益增多的同時，導(dǎo)致發(fā)生火災(zāi)的危險性也在增多， 火災(zāi)的危害性也越來越大。各種不可避免的火災(zāi)頻繁出現(xiàn)，給社會造成了許多隱患。在長春就出現(xiàn)了天元大廈大火災(zāi)的慘痛教訓(xùn)，所以隨著社會與國家的發(fā)展，在經(jīng)濟迅速增長的同時，各種火災(zāi)的及時撲救已成為了迫在眉睫需要解決的問題。救火早一刻就少一分的損失。救援人員固然很快，但也需要一定的時間，而且進入火災(zāi)現(xiàn)場還有一定的危險，甚至危及生命。 近幾十年中，大量的高層，地下建筑與大型的石化企業(yè)不斷涌現(xiàn)。由于這些建筑的特殊性，發(fā)生火災(zāi)時，不能快速高效的滅火。為了解決這些難題，盡快救助火災(zāi)中的受害者，最大限度的保證消防人員的安全，研制一種偵查滅火機器人是十分必要和有實際現(xiàn)實意義的。
2機器人整體運作方案分析
本機器人利用了單片機通信技術(shù)，工作人員在火場外的安全區(qū)域內(nèi)可對其進行遠程操控，由于機器人體積小，活動靈活，使其能安全、快速的找到火源，將火撲滅。為消防營救工作爭取了寶貴的時間。滅火機器人采用360度可旋轉(zhuǎn)機械臂，可夾帶消防噴頭至火場，這樣便可控制噴頭噴水方向，機械臂上置有CCD高清攝像頭，在滅火過程當(dāng)中，通過攝像頭反饋來的信息判斷水壓是否供給到位，火場是否有殘余火源等等。另外，機器人底盤采用履帶式的設(shè)計，使其能穿行于各種地形。而履帶是用特殊材料制成，耐高溫，增強了本機器人在火場的耐用性。底盤上也裝有CCD攝像頭，可以方便操作人員清楚地知道機器人所在的方位。控制臺電腦和機器人上的機載控制器采用無線通訊方式, 通過電腦控制界面對機器人發(fā)出指令并接受回饋信號, 指揮機器人在定位后完成各項功能作業(yè)。由于是采用直流步進電機驅(qū)動，所以不能攜帶笨重的水箱作業(yè)，將水箱留在火場外，機器人只夾帶噴頭作業(yè)，這樣既減少了機器人動力來源的功耗，又方便其在狹小的環(huán)境中作業(yè)。
3機器人的系統(tǒng)組成
（1）步進電機
步進電機是將電脈沖信號轉(zhuǎn)變?yōu)榻俏灰苹蚓€位移的開環(huán)控制元件。在非超載的情況下，電機的轉(zhuǎn)速、停止的位置只取決于脈沖信號的頻率和脈沖數(shù)，而不受負(fù)載變化的影響，即給電機加一個脈沖信號，電機則轉(zhuǎn)過一個步距角。這一線性關(guān)系的存在，加上步進電機只有周期性的誤差而無累積誤差等特點。使得在速度、位置等控制領(lǐng)域用步進電機來控制變的非常的簡單。 雖然步進電機已被廣泛地應(yīng)用，但步進電機并不能象普通的直流電機，交流電機在常規(guī)下使用。它必須由雙環(huán)形脈沖信號、功率驅(qū)動電路等組成控制系統(tǒng)方可使用。
步進電機是純粹的數(shù)字控制電機。它將電脈沖的信號轉(zhuǎn)化為角位移，即給一個脈沖信號，步進電機就轉(zhuǎn)動一個角度，非常適合于用單片機來控制。步進電機具有如下一些特點：
a) 在負(fù)載合適、控制合適的前提下，步進電機的角位移與輸入脈沖數(shù)嚴(yán)格的成正比，因此，當(dāng)它轉(zhuǎn)一轉(zhuǎn)后，沒有累計誤差，具有良好的跟隨性。
b) 由步進電機與驅(qū)動電路組成的開環(huán)數(shù)控系統(tǒng)，既非常簡單、廉價、又非常可靠。同時，它也可以與角度反饋環(huán)節(jié)組成高性能的閉環(huán)數(shù)控系統(tǒng)。
c) 步進電機的動態(tài)響應(yīng)快，易于起停，正反轉(zhuǎn)和變速。
d) 速度可以在相當(dāng)大的范圍內(nèi)平滑調(diào)節(jié)，低速下仍能保證比較大的轉(zhuǎn)矩，因此，一般可以不用減速器而直接驅(qū)動負(fù)載。
e) 步進電機只能通過脈沖電源供電才能運行，它不能直接使用交流電源和直流電源。
f) 當(dāng)負(fù)載較大、沖擊負(fù)載、或者控制不合適的情況下，步進電機存在震蕩和失步的現(xiàn)象，必須對控制系統(tǒng)和機械負(fù)載采取相應(yīng)的措施。
g) 步進電動機自身的噪聲和振動較大，帶慣性負(fù)載的能力較差。
（2）CCD攝像頭
CCD，英文全稱：Charge-coupled Device，中文全稱：電荷耦合元件。可以稱為CCD圖像傳感器。CCD是一種半導(dǎo)體器件，能夠把光學(xué)影像轉(zhuǎn)化為數(shù)字信號。 CCD上植入的微小光敏物質(zhì)稱作像素（Pixel）。一塊CCD上包含的像素數(shù)越多，其提供的畫面分辨率也就越高。CCD的作用就像膠片一樣，但它是把圖像像素轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號。CCD上有許多排列整齊的電容，能感應(yīng)光線，并將影像轉(zhuǎn)變成數(shù)字信號。經(jīng)由外部電路的控制，每個小電容能將其所帶的電荷轉(zhuǎn)給它相鄰的電容。
（3）旋轉(zhuǎn)機械臂
本機器人的制作核心便是這個自由度非常高的旋轉(zhuǎn)機械臂上，由320mm、360mm的兩段鋼架支撐，下面的鋼柱固定在可360度旋轉(zhuǎn)的圓盤上，上下兩個鋼柱間用電機控制其垂直角度，上面鋼架尾部有一個夾子，能夾住消防水槍的噴頭，完成滅火任務(wù)。
4 機器人功能
（1）火情偵查。
機器人的平衡作業(yè)臂采用3節(jié)1m的結(jié)構(gòu)，可繞軸做90°俯仰運動，電機驅(qū)動鋼索完成拉伸和收縮，可由1m伸展至3m。為取得來自于火災(zāi)現(xiàn)場的圖像信號，在作業(yè)臂前端云臺上安裝彩色CCD攝像機，視頻信號采用無線傳輸?shù)姆绞剑诘孛婵刂婆_的顯示屏上可對火災(zāi)現(xiàn)場直接監(jiān)控，并及時調(diào)整機器人的作業(yè)動作。可根據(jù)現(xiàn)場要求加裝溫度傳感器探測火災(zāi)現(xiàn)場的溫度，可燃?xì)怏w傳感器探測建筑物內(nèi)部可燃?xì)怏w的含量以防止自燃的發(fā)生。
（2）救援和滅火。
機器人自身配有攜帶水槍頭的機械手臂、照明燈和載物箱。載物箱可根據(jù)需要裝載氧氣罩、急救工具等。機械手臂上的水槍頭可以進行滅火，照明燈可為現(xiàn)場探測提供照明，還可以幫助受災(zāi)人員。
5 綜述
目前, 已有很多種不同功能的消防機器人用于救災(zāi)現(xiàn)場。從各國的研究情況來看, 消防機器人應(yīng)具有三個方面的作用: 在短時間內(nèi)實現(xiàn)對火情的偵察; 能夠?qū)Ρ焕Щ鹬械娜藛T進行有效地救助; 能夠攜帶一定量的滅火劑進行滅火。
滅火機器人屬于特種機器人范疇，它作為特種消防設(shè)備可替代消防隊員接近火災(zāi)現(xiàn)場實施有效的滅火救援作業(yè)，開展各項火場偵查任務(wù)，尤其是在危險性大或者消防隊員不易接近的場合，滅火機器人的應(yīng)用將大大提高消防部門撲滅惡性火災(zāi)的能力，對減少國家財產(chǎn)損失和滅火救援人員的傷亡具有重要的作用。
參考文獻
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第4篇：機器人設(shè)計范文
關(guān)鍵詞：電氣工程自動化；產(chǎn)業(yè)機器人；設(shè)計要點
國家近些年推出智能戰(zhàn)略計劃，產(chǎn)業(yè)機器人由此應(yīng)運而生。我國部分地區(qū)積極出臺相應(yīng)文件以支持機器人產(chǎn)業(yè)發(fā)展。上海曾出臺《上海市高端裝備制造業(yè)“十二五”發(fā)展規(guī)劃》，指出要重點發(fā)展產(chǎn)業(yè)機器人，將其投用到包裝、焊接、裝配、噴涂、搬運等生產(chǎn)環(huán)節(jié)中，同時關(guān)注研發(fā)機器人的核心部件，包括電機、驅(qū)動器、控制器、傳感器、網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)等。此外，包括廣東、杭州、北京等地都陸續(xù)出臺相關(guān)政策，明確了產(chǎn)業(yè)機器人的發(fā)展方向。電氣工程自動化與產(chǎn)業(yè)機器人的結(jié)合已經(jīng)成為必然趨勢，而如何將電氣工程自動化技術(shù)與產(chǎn)業(yè)機器人的設(shè)計活動以及應(yīng)用環(huán)節(jié)有機融合在一起，則成為當(dāng)前發(fā)展產(chǎn)業(yè)機器人需研究的關(guān)鍵課題。
1產(chǎn)業(yè)機器人中的電氣工程自動化技術(shù)
1.1新生代電氣自動化技術(shù)
電氣自動化技術(shù)是近些年興起且發(fā)展迅速的新型技術(shù)之一，且在電氣自動化技術(shù)不斷升級應(yīng)用的過程中，信息技術(shù)也在不斷發(fā)展，由此不斷催生出各種新型的電氣自動化技術(shù)，包括高精度運動控制、模塊化與嵌入式控制系統(tǒng)設(shè)計、高可靠性實時通信網(wǎng)絡(luò)、復(fù)雜設(shè)施設(shè)備系統(tǒng)仿真技術(shù)等。將其應(yīng)用到產(chǎn)業(yè)機器人領(lǐng)域，則能夠滿足不同產(chǎn)業(yè)的實際需求。面對更高的控制精度要求以及更加簡化與智能化的控制流程要求，在應(yīng)用電氣自動化技術(shù)時，要注重對產(chǎn)業(yè)機器人的核心部件與電氣自動化技術(shù)連接在一起，包括伺服電機、控制器等，同時要注重對服務(wù)型機器人的研發(fā)，確保產(chǎn)業(yè)機器人整體發(fā)展水平較高。
1.2PLC控制系統(tǒng)
在電氣自動化控制技術(shù)中，PLC控制系統(tǒng)是標(biāo)志性的自動化控制技術(shù)的集合控制形式，PLC又稱為可編程邏輯控制器，與工業(yè)生產(chǎn)環(huán)境有較高的適應(yīng)性，在數(shù)字運算操作電子系統(tǒng)的支持下，能夠更加可靠與高效的開展工作，且能夠更加快速的進行編程。和計算機類似，PLC控制系統(tǒng)中主要包括中央處理器、存儲器、外部設(shè)備接口等組件，工作流程則為采樣、用戶程序執(zhí)行和輸出刷新。在PLC系統(tǒng)的支持下，可以幫助產(chǎn)業(yè)機器人在實際的運作過程中實現(xiàn)對機器人的點位控制、智能控制、力矩控制和軌跡連續(xù)控制。PLC控制系統(tǒng)要加強與產(chǎn)業(yè)機器人控制器之間的連接，要形成智能化的控制路徑，以提高機器人的環(huán)境適應(yīng)能力和學(xué)習(xí)能力，并確保產(chǎn)業(yè)機器人能夠穩(wěn)定、高效的完成工作。
1.3機械零件拼接、驅(qū)動與程序編排技術(shù)
在對產(chǎn)業(yè)機器人進行設(shè)計時，電氣工程自動化技術(shù)的一個主要功能在于對機器人的零部件進行組裝設(shè)計。設(shè)計人員要借助電氣自動化技術(shù)對組裝的零件設(shè)備進行質(zhì)量檢測，并對相應(yīng)的信息數(shù)據(jù)進行處理，并實時反饋零部件信息，確保不出現(xiàn)偏差。在完成初步的拼接工作后，設(shè)計人員要借助電氣自動化技術(shù)對零部件進行驅(qū)動檢測，要依托于計算機系統(tǒng)中的驅(qū)動裝置設(shè)定運行信號，判斷機器人根據(jù)信號工作的能力。最后則要進行機器人操作程序的編排，要搭建中心監(jiān)控與操控系統(tǒng)，實時調(diào)整機器人的運行狀態(tài)。此外，還要注重加強機器人和云服務(wù)器之間的連接，提高產(chǎn)業(yè)機器人處理多種環(huán)境的能力，確保產(chǎn)業(yè)機器人的自動化以及智能化操作水平高。
2提高電氣工程自動化背景下產(chǎn)業(yè)機器人設(shè)計水平的具體措施
2.1搭建行業(yè)開放式資源平臺
機器人行業(yè)的發(fā)展規(guī)模在不斷擴大，針對產(chǎn)業(yè)機器人的發(fā)展，設(shè)計人員要關(guān)注搭建行業(yè)開放式資源共享平臺，要以行業(yè)協(xié)會、學(xué)會以及產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟為基石，對上述第三方機構(gòu)加強協(xié)調(diào)，搭建交流平臺，拓寬產(chǎn)業(yè)機器人的開發(fā)渠道和技術(shù)研究渠道，真正的推動機器人行業(yè)在產(chǎn)品、人才、資源、技術(shù)等方面的流動。各個省市可以舉辦機器人競賽和挑戰(zhàn)賽等，激發(fā)愛好者的興趣，并提供可交流經(jīng)驗的競技平臺，以儲備產(chǎn)業(yè)發(fā)展人才，形成科學(xué)的產(chǎn)業(yè)發(fā)展格局。
2.2科學(xué)進行硬件和軟件系統(tǒng)設(shè)計
2.2.1硬件系統(tǒng)設(shè)計對產(chǎn)業(yè)機器人進行設(shè)計，設(shè)計人員基于生產(chǎn)要求應(yīng)對伺服電機進行科學(xué)選擇，考慮到便于維護和易于實現(xiàn)智能化這兩個要求，應(yīng)選用直流伺服電機。直流伺服電機的精度由電機后端編碼器控制，能夠更加低速和平穩(wěn)的運行，具有較強的過載能力。DSP傳輸控制信號，電機執(zhí)行，并由閉環(huán)控制進行精準(zhǔn)定位，在電機編碼器反饋信號采樣的基礎(chǔ)上，驅(qū)動器可以快速響應(yīng)。其次，要合理的選用和設(shè)計控制器，控制器中應(yīng)包括單片微控制器、DSP數(shù)字信號處理器、PLC可編程邏輯控制器、工業(yè)控制計算機等，同時要在電氣自動化技術(shù)的支持下使用控制算法，形成控制信號后可對控制對象進行精準(zhǔn)控制。設(shè)計人員要根據(jù)產(chǎn)業(yè)機器人的自身特點以及產(chǎn)業(yè)生產(chǎn)的實際要求，科學(xué)的選擇DSP控制器。對繼電器進行設(shè)計，要從操作安全性以及抗干擾性、靈敏度等方面進行把控，可選擇固態(tài)繼電器，其組成部分包括分離電子器和微電子電路等。可以將控制信號輸送到輸入端，從而有效控制大電流負(fù)載驅(qū)動。
2.2.2軟件系統(tǒng)設(shè)計在設(shè)計產(chǎn)業(yè)機器人的過程中，要將產(chǎn)業(yè)機器人的軟件設(shè)計作為要點之一。設(shè)計人員要從上層開發(fā)環(huán)節(jié)、驅(qū)動程序以及底層控制程序三個方面進行科學(xué)設(shè)計。上層開發(fā)設(shè)計的目的在于提供測試控制器，基于此，用戶可以在滿足控制要求的軟件平臺上進行操作。在開發(fā)驅(qū)動時，則要考慮到控制器的抗干擾性，要從提高在不同網(wǎng)絡(luò)下的適應(yīng)性角度出發(fā)進行設(shè)計。在進行底層設(shè)計時，設(shè)計人員則要以伺服驅(qū)動的運動功能為基礎(chǔ)，并借助C語言進行編程開發(fā)，為整個控制系統(tǒng)提供可靠支撐。設(shè)計人員要依托于傳感器的狀態(tài)值自動切換無刷電機和電路電壓，并且可以借助相關(guān)算法提高對電機位置以及電機速度的控制精度。在電氣自動化技術(shù)和PLC控制系統(tǒng)的幫助下，可以實現(xiàn)對產(chǎn)業(yè)機器人運行過程中可能出現(xiàn)的軟件故障的監(jiān)測和診斷，主要包括CAN的通信故障和功率器件的過載故障等。設(shè)計人員應(yīng)選用更加高效的C編譯器，提高兼容性，同時要借助CCS推出的軟件集成開發(fā)技術(shù)，更加科學(xué)的開展設(shè)計工作。
2.3精準(zhǔn)執(zhí)行焊接機器人功能調(diào)試操作
在完成產(chǎn)業(yè)機器人的基礎(chǔ)設(shè)計工作之后，設(shè)計人員要對設(shè)計完成的產(chǎn)業(yè)機器人進行功能調(diào)試。首先要檢查伺服電機的運動極性，要依次施加小電流和大電流。在完成極性檢查之后，設(shè)計人員要對機器人的關(guān)節(jié)活動情況進行檢查，要確保產(chǎn)業(yè)機器人的各個關(guān)節(jié)能夠根據(jù)預(yù)定的程序靈活的進行運動。在調(diào)試產(chǎn)業(yè)機器人的關(guān)節(jié)時，要對基本軸進行預(yù)先調(diào)試，接著要對機器人的腕部軸進行調(diào)試，確保機器人能夠正常的完成上臂帶手腕回轉(zhuǎn)、機器人手腕上下運動以及機器人手臂回轉(zhuǎn)操作。
2.4全面優(yōu)化設(shè)計細(xì)節(jié)
從提高產(chǎn)業(yè)機器人工作效率和工作質(zhì)量的角度出發(fā)，設(shè)計人員要結(jié)合設(shè)計要求對設(shè)計細(xì)節(jié)進行優(yōu)化。要借助電氣自動化技術(shù)和操作平臺對已經(jīng)完成設(shè)計的產(chǎn)業(yè)機器人進行試運行，并找出基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)中可優(yōu)化設(shè)計的細(xì)節(jié)。以采茶機器人的優(yōu)化設(shè)計為例，設(shè)計人員可以將機械結(jié)構(gòu)改為懸臂梁式，即對傳統(tǒng)的Z軸改為與Y軸平行的結(jié)構(gòu)改變成左Y軸與右Y軸相互獨立的結(jié)構(gòu)，并將左Z軸與右Z軸設(shè)置在兩Y軸上。在進行滑臺設(shè)計時，則要從有效控制三軸運行的角度出發(fā)進行設(shè)計，實現(xiàn)對有效運行行程、長度、最大速度以及重復(fù)定位精度等參數(shù)的控制。設(shè)計采摘爪手時，設(shè)計人員要提高其自動化和智能化程度，要使用推拉式電磁鐵，電磁吸力可以幫助制動，同時彈簧彈力可以幫助歸位，此外，在微型軸承的作用下，固定銷、轉(zhuǎn)動鉸鏈間可以實現(xiàn)高效配合，從而提高作業(yè)效率。基于此，設(shè)計人員在進行產(chǎn)業(yè)機器人設(shè)計時，必須依托于產(chǎn)業(yè)生產(chǎn)的實踐要求，對產(chǎn)業(yè)機器人的結(jié)構(gòu)細(xì)節(jié)進行優(yōu)化，確保結(jié)構(gòu)簡單、穩(wěn)定且易于操作。
第5篇：機器人設(shè)計范文
關(guān)鍵詞：采摘機器人；移動通信終端；數(shù)據(jù)丟失率；延遲性
0引言
采摘機器人可有效進行農(nóng)產(chǎn)品的采摘，并可完成采摘后的運輸和包裝等任務(wù)，采摘機器人的發(fā)展水平，是農(nóng)業(yè)經(jīng)濟作物種植水平的體現(xiàn)［1－2］。采摘機器人要求具有較強的移動能力，能夠?qū)Σ烧鳂I(yè)周圍環(huán)境信息進行感知，形成自適應(yīng)調(diào)整的自動化采摘。采摘機器人系統(tǒng)主要涉及領(lǐng)域包含通訊、圖像采集識別、人工智能及系統(tǒng)集成等［3－5］。筆者根據(jù)采摘作業(yè)需求，設(shè)計了一種可進行遠程終端控制的采摘機器人，采用不同的功能模塊實現(xiàn)采摘過程自動行走和采摘環(huán)境感知，同時利用移動通信遠程控制終端對采摘機器人進行指令控制，實現(xiàn)智能化采摘作業(yè)。
1采摘機器人控制系統(tǒng)需求
采摘機器人是一種能夠進行自動移動的無人操作設(shè)備，自身集成多種傳感器，能夠在不同的環(huán)境內(nèi)進行自由運動，同時可根據(jù)搭載作業(yè)裝置的不同而完成不同的采摘任務(wù)；采摘完成后，要求能夠按照規(guī)劃路徑進行運輸［6］。采摘過程中，需要采摘機器人根據(jù)設(shè)定路線進行準(zhǔn)確運動，進行農(nóng)產(chǎn)品采摘，因此要求采摘機器人控制系統(tǒng)能夠精準(zhǔn)進行移動控制，并將位置狀態(tài)信息和采摘過程參數(shù)信息數(shù)據(jù)進行有效傳輸，方便使用者對采摘機器人的作業(yè)狀態(tài)信息進行掌控［7］。根據(jù)以上分析，采摘機器人首先要求能夠自動開啟控制系統(tǒng)，建立有效的數(shù)據(jù)傳輸網(wǎng)絡(luò)，并對控制系統(tǒng)中裝載的控制軟件程序進行運行，接收控制過程相關(guān)指令。控制系統(tǒng)接收到移動終端發(fā)送來的動作指令后，對相關(guān)傳感器進行初始化設(shè)置，按照設(shè)定程序開始程序運行狀態(tài)，實時進行采摘機器人作業(yè)控制和狀態(tài)監(jiān)測，將反饋信息數(shù)據(jù)發(fā)送至控制系統(tǒng)主機，并通過移動通信傳輸?shù)姆绞桨l(fā)送至移動終端［8－10］。當(dāng)采摘機器人控制系統(tǒng)初始化完成后，控制系統(tǒng)主機接收移動終端指令，對指令數(shù)據(jù)進行解析，生成系統(tǒng)可執(zhí)行數(shù)據(jù)，通過總線傳輸?shù)姆绞桨l(fā)送至執(zhí)行機構(gòu)驅(qū)動系統(tǒng)，完成相關(guān)作業(yè)動作。
2采摘機器人控制系統(tǒng)設(shè)計
根據(jù)采摘機器人系統(tǒng)功能需求，設(shè)計的采摘機器人系統(tǒng)各模塊之間能夠?qū)崿F(xiàn)相互通信和數(shù)據(jù)傳輸。采摘機器人控制系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)如圖1所示。工作時，采用GPS進行采摘機器人坐標(biāo)定位，利用超聲波進行作業(yè)過程距離測量，同時可進行采摘機器人作業(yè)時的相關(guān)數(shù)據(jù)管理。采摘機器人控制系統(tǒng)主機可通過遠程控制器接收控制指令，也可以按照設(shè)定好的通信路徑接收控制指令。其控制指令發(fā)送流程如圖2所示。當(dāng)采摘機器人控制系統(tǒng)接收到運行狀態(tài)進行指令和故障指令時，主機對運行狀態(tài)指令進行中止，并按照設(shè)定緊急程序進行相關(guān)動作［11］。手動遠程控制指令通過移動終端發(fā)送，利用無線數(shù)據(jù)傳輸至控制系統(tǒng)主機，實現(xiàn)采摘機器人的遠程控制。路徑指定執(zhí)行指令是按照設(shè)定好的通信路徑，將采摘目標(biāo)狀態(tài)信息發(fā)送至控制系統(tǒng)主機，經(jīng)過接收和解析后，對執(zhí)行機構(gòu)電機進行驅(qū)動，過程中需要傳感器的輔助［12］。采摘機器人系統(tǒng)在通信過程中，要求保證控制系統(tǒng)主機和移動終端能夠通信暢通，控制系統(tǒng)主機對采摘機器人的整體運行狀態(tài)進行實時監(jiān)測，并可將分析處理后的參數(shù)信息發(fā)送至移動終端。采摘機器人系統(tǒng)通訊數(shù)據(jù)主要包含控制系統(tǒng)主機發(fā)出的控制指令和初始化命令、傳感器數(shù)據(jù)信息和故障參數(shù)及控制系統(tǒng)主機與移動終端之間的交互數(shù)據(jù)［13－14］。
3采摘機器人控制系統(tǒng)軟件設(shè)計
按照采摘機器人的功能需求和作業(yè)控制過程，所設(shè)計的采摘機器人控制系統(tǒng)程序執(zhí)行流程架構(gòu)如圖3所示。采摘機器人進行遠程移動終端控制時，要求具有較高的定位準(zhǔn)確度，能夠?qū)崿F(xiàn)動態(tài)數(shù)據(jù)接收與發(fā)送，按照設(shè)定的數(shù)據(jù)交互協(xié)議對定位數(shù)據(jù)進行采集和處理［15］。GPS定位模塊在執(zhí)行數(shù)據(jù)采集程序時，首先根據(jù)數(shù)據(jù)格式特征進行解析，將定位數(shù)據(jù)按照解析格式進行發(fā)送，保證數(shù)據(jù)傳輸過程的準(zhǔn)確性。采摘機器人GPS定位模塊數(shù)據(jù)采集和分析處理流程圖，如圖4所示。采摘機器人作業(yè)過程中，要求能夠?qū)Σ烧h(huán)境內(nèi)的相關(guān)障礙進行檢測和判斷，保證執(zhí)行采摘任務(wù)過程中不出現(xiàn)碰撞。因此，采用超聲模塊，對相關(guān)障礙物與采摘機器人本體之間的距離進行測量。當(dāng)超聲波測距儀檢測到障礙物與采摘機器人本體之間的距離時，與設(shè)定好的避障比例進行對比，并做出按照原路徑運動或避障的控制指令。采摘機器人測距模塊數(shù)據(jù)采集分析處理流程圖如圖5所示。控制系統(tǒng)主機與移動控制終端之間通過移動無線通信進行連接，執(zhí)行TCP通信協(xié)議，確保數(shù)據(jù)傳輸過程的安全性，使控制系統(tǒng)主機能夠準(zhǔn)確接收到移動終端指令。控制主機在進行作業(yè)指令發(fā)送時，構(gòu)建采摘機器人控制器與控制主機之間的移動通信網(wǎng)絡(luò)，相互進行指令數(shù)據(jù)交互，直至采摘機器人控制器能夠按照設(shè)定控制指令執(zhí)行相關(guān)采摘作業(yè)。采摘機器人系統(tǒng)主機應(yīng)用程序流程圖如圖6所示。采摘機器人控制系統(tǒng)中，移動終端能夠保證使用人員進行遠程指令發(fā)送，同時進行采摘機器人作業(yè)狀態(tài)實時監(jiān)測。移動終端應(yīng)用程序的主要任務(wù)是進行移動通信網(wǎng)絡(luò)的組件和采摘機器人作業(yè)狀態(tài)與控制指令數(shù)據(jù)的傳輸。采摘機器人控制主機與移動終端進行數(shù)據(jù)傳輸交互時，可保證使用人員實時監(jiān)測到采摘機器人在作業(yè)現(xiàn)場的實時動態(tài)數(shù)據(jù)。
4系統(tǒng)性能試驗
利用移動通信終端進行采摘機器人作業(yè)控制時，指令發(fā)送過程存在不同程度的通信延遲，造成控制指令傳輸過程實時性和穩(wěn)定性波動。采摘機器人控制系統(tǒng)建立完成后，進行通信模塊測試，利用移動通信終端向控制系統(tǒng)主機發(fā)送指令，并在移動通信終端查看指令返回結(jié)果。指令發(fā)送過程中，采用5種不同強度等級的通信信號，每種強度的通信信號進行100次試驗，試驗過程中記錄傳輸過程中的最大延遲時間和平均延遲時間。試驗完成后，統(tǒng)計指令發(fā)送接收過程中的數(shù)據(jù)丟失率，結(jié)果如表1所示。由表1試驗數(shù)據(jù)可以看出：當(dāng)通信信號強度低于2級時，信息指令數(shù)據(jù)出現(xiàn)較大的丟失，并造成指令信息傳遞過程有較大的延遲性，無法保證采摘機器人的實時控制；信號強度高于3級時，指令數(shù)據(jù)傳輸過程中無數(shù)據(jù)丟失現(xiàn)象，且數(shù)據(jù)傳輸過程中的延遲現(xiàn)象不會對采摘機器人的控制過程產(chǎn)生影響。
5結(jié)論
第6篇：機器人設(shè)計范文
【關(guān)鍵詞】STM32 電腦鼠 機器人
電腦鼠機器人是一種能夠在迷宮中行進、位置記憶、搜尋終點和優(yōu)化路徑等功能，按照電腦鼠競賽規(guī)則，機器人必須在陌生與未知的迷宮環(huán)境中以最快速度及最短時間到達終點完成比賽任務(wù)以獲得勝利。本文研究的電腦鼠機器人選擇了高性能的32位ARM Cortex-M3架構(gòu)內(nèi)核的處理器作為控制核心設(shè)計了電腦鼠機器人的軟硬件系統(tǒng)，實現(xiàn)了電腦鼠機器人系統(tǒng)的穩(wěn)定快速行走能力、記憶迷宮搜尋軌跡能力和優(yōu)化最短執(zhí)行路徑能力，相比傳統(tǒng)基于8位單片機的電腦鼠系統(tǒng)，極大提升了系統(tǒng)整體性能，同時能夠借助本文研究的電腦鼠系統(tǒng)設(shè)計案例，進而研究與發(fā)明更加復(fù)雜的機械控制系統(tǒng)。
1 電腦鼠機器人整體設(shè)計方案
電腦鼠機器人軟硬件系統(tǒng)由基于STM32的核心處理器、電源穩(wěn)壓電路系統(tǒng)、傳感器系統(tǒng)、行走電機執(zhí)行系統(tǒng)、液晶顯示系統(tǒng)和無線網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)六個子模塊組成，其中基于STM32的核心處理器子模塊是整個電腦鼠機器人的控制中心，負(fù)責(zé)與其它五個子模塊的信息傳輸，并運行整體系統(tǒng)的軟件程序，實現(xiàn)電腦鼠的流程控制、運算優(yōu)化和數(shù)據(jù)存儲；電源穩(wěn)壓電路系統(tǒng)負(fù)責(zé)給系統(tǒng)硬件提供穩(wěn)定可靠的電源，傳感器系統(tǒng)讓電腦鼠機器人能夠感知迷宮周圍環(huán)境，行走電機執(zhí)行系統(tǒng)能讓電腦鼠機器人快速直行或轉(zhuǎn)彎，液晶顯示系統(tǒng)可以通過屏幕讓人們獲得機器人的各種狀態(tài)信息，無線網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)能實現(xiàn)電腦鼠機器人與遠程計算機的聯(lián)網(wǎng)。電腦鼠機器人整體結(jié)構(gòu)示意圖如圖1所示。
2 電腦鼠機器人硬件設(shè)計
電腦鼠機器人的硬件系統(tǒng)核心處理器采用ST公司的STM32F103R8T6，它的時鐘頻率最高可達72MHz，內(nèi)置64K的Flash、20K的RAM、12位AD、4個16位定時器、3路USART通訊口等多種資源，具有極高的性價比。
電路方面，由TPS76033電路、TPS5430電路、TPS77333電路組成電源穩(wěn)壓電路系統(tǒng)，其中TPS76033電路負(fù)責(zé)給陀螺儀供電，TPS5430電路負(fù)責(zé)給紅外發(fā)射驅(qū)動電路、紅外發(fā)射電路、紅外接收電路供電、其余由TPS77333電路供電；行走電機執(zhí)行系統(tǒng)由電機驅(qū)動電路、編碼器（IE2-512）與空心杯電機（1524SR）組成，由系統(tǒng)核心處理器輸出控制信號給電機驅(qū)動電路，從而使電機實現(xiàn)正轉(zhuǎn)、反轉(zhuǎn)、速度、停止，空心杯電機與編碼器是一體的，編碼器、空心杯電機與車輪組合用于測量轉(zhuǎn)向、轉(zhuǎn)角、轉(zhuǎn)速、距離，對空心杯電機實現(xiàn)精確的控制；液晶顯示系統(tǒng)選用12864規(guī)格的顯示屏，無線網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)由ZigBee CC2530模塊和WIFI模塊構(gòu)成，負(fù)責(zé)連接遠程計算機組建無線傳感網(wǎng)絡(luò)或云計算網(wǎng)絡(luò)。
3 電腦鼠機器人軟件設(shè)計
電腦鼠機器人控制軟件采用針對STM32系列芯片的C語言編寫，軟件流程圖如圖2所示。首先，電腦鼠機器人進行初始化確定系統(tǒng)初始控制參數(shù)；開啟電機驅(qū)動模式、紅外檢測模式以及中斷模式，對電腦鼠機器人身體姿態(tài)進行檢測修正，并等待迷宮探測搜尋的“啟動指令”。“啟動”后電腦鼠機器人開始探測搜尋迷宮，按照一定的控制策略進行迷宮搜尋（如右手、左手、向心等法則），執(zhí)行電腦鼠機器人的行走控制、路口檢測和路程控制程序，以最快的速度完成整個迷宮的探測和搜尋任務(wù)。
根據(jù)迷宮比賽規(guī)則要求，電腦鼠機器人到達迷宮終點后，必須返回到起點位置，并根據(jù)之前電腦鼠機器人搜尋迷宮的情況，計算和找出一條最優(yōu)最短的從起點直達終點的路徑并調(diào)用沖刺子程序，完成迷宮起點到終點的最快沖刺，完成迷宮比賽任務(wù)。
4 系統(tǒng)測試
本測試是通過2個不同布局的8*8迷宮和1個不同布局的16*16迷宮，把本文設(shè)計的基于STM32系列控制核心的電腦鼠機器人和傳統(tǒng)基于8位單片機的電腦鼠機器人進行比較，得到兩種電腦鼠機器人完成任務(wù)的數(shù)據(jù)（任務(wù)完成時間），如表1所示，可以看出，本文設(shè)計的電腦鼠機器人在性能上提高了20%以上。
5 結(jié)語
本文主要偏重于硬件系統(tǒng)的設(shè)計同時輔助了精簡的控制軟件，采用高性能STM32處理器，通過配置高精度傳感器和優(yōu)質(zhì)行走電機，優(yōu)化電腦鼠循跡算法，實踐表明，本設(shè)計電腦鼠機器人性能得到極大提升，滿足電腦鼠迷宮競賽的要求，可供同行進行參考。
參考文獻
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作者簡介
蒙飚（1981-），男，廣西壯族自治區(qū)柳州市人。現(xiàn)為柳州職業(yè)技術(shù)學(xué)院副教授。工學(xué)碩士學(xué)位。研究方向為無線傳感網(wǎng)、自動控制技術(shù)。
第7篇：機器人設(shè)計范文
【關(guān)鍵詞】滅火，機器人，傳感器
1.機器人技術(shù)的發(fā)展
機器人技術(shù)的發(fā)展，它應(yīng)該說是一個科學(xué)技術(shù)發(fā)展共同的一個綜合性的結(jié)果，同時，為社會經(jīng)濟發(fā)展產(chǎn)生了一個重大影響的一門科學(xué)技術(shù)，它的發(fā)展歸功于在第二次世界大戰(zhàn)中各國加強了經(jīng)濟的投入，就加強了本國的經(jīng)濟的發(fā)展電子技術(shù)，計算機技術(shù)以及制造技術(shù)等相關(guān)技術(shù)的發(fā)展為機器人了提供了強大的技術(shù)保證。
2.滅火機器人的誕生
近幾十年中，大量的高層、地下建筑與大型的石化企業(yè)不斷涌現(xiàn)。由于這些建筑的特殊性，發(fā)生火災(zāi)時，不能快速高效的滅火。為了解決這一問題，盡快救助火災(zāi)中的受害者，最大限度的保證消防人員的安全，消防機器人研究被提到了議事日程。而機器人技術(shù)的發(fā)展也為這一要求的實現(xiàn)提供了技術(shù)上的保證，使得消防機器人應(yīng)運而生。從二十世紀(jì)八十年代開始，世界許多國家都進行了消防機器人的研究。美國和蘇聯(lián)最早進行消防機器人的研究，而后日本、英國、法國等國家都紛紛開展了消防機器人的研究，目前已有多種不同類型的消防機器人用于各種火災(zāi)場合。
3.滅火機器人的主要設(shè)計內(nèi)容
滅火機器人設(shè)計了以ATMEGA128單片機作為主控制器，光敏電阻作為本系統(tǒng)的火焰?zhèn)鞲衅鳎肧T178型光電對管進行尋線和避障，L298作為直流電機的驅(qū)動芯片。所做工作和確定的成果如下：（1）以單片機ATMEGA128為核心擬定了系統(tǒng)組成方案，完成了系統(tǒng)的電路硬件總體設(shè)計，包括供電模塊、單片機系統(tǒng)、尋線系統(tǒng)、電機驅(qū)動系統(tǒng)、壁障系統(tǒng)、火焰檢測系統(tǒng)以及滅火系統(tǒng)和各個模塊間接口。
（2）完成主要功能模塊的程序設(shè)計，分別完成對各個功能模塊的程序進行調(diào)試工作。
4.整體方案設(shè)計
課題要求設(shè)計一個簡易滅火機器人模型，能到指定區(qū)域進行滅火工作（以蠟燭模擬火源，分布在機器人行走的場地中）。機器人必須通過內(nèi)部設(shè)備采集現(xiàn)場環(huán)境情況進行分析并做出相應(yīng)的動作，以達到機器人智能滅火的目的。根據(jù)題目要求，本系統(tǒng)主要由控制器模塊、電源模塊、直流電機及其驅(qū)動模塊、避障傳感器模塊、避障模塊、火焰?zhèn)鞲衅鳌缁鹣到y(tǒng)及其驅(qū)動模塊等模塊構(gòu)成，本系統(tǒng)的方框圖如圖所示。
5.滅火機器人設(shè)計的細(xì)節(jié)問題
（1）機器人對火源的認(rèn)定：發(fā)生火災(zāi)時，起火點溫度高，紅外線強度大，并激發(fā)較為強烈的光譜。根據(jù)這種情況，機器人設(shè)計中應(yīng)安裝有‘空氣二氧化碳含量監(jiān)測儀’、‘紅外線探測器’、‘光譜強度監(jiān)測儀’以及‘靈敏溫度傳感器’等監(jiān)測儀器。監(jiān)測儀收集到的信息傳送到機器人核心單片機中，單片機對收集到的信息進行處理分析，判斷是否有火災(zāi)發(fā)生，并輸出相對應(yīng)信號。
（2）機器人對火源位置的判定：機器人核心單片機中可以儲存所在位置的三維立體地圖，單片機在對監(jiān)測儀收集到的信息進行處理時如發(fā)現(xiàn)有火災(zāi)發(fā)生便可根據(jù)三維立體地圖大體確定火災(zāi)發(fā)生地點。如果是人控機器人，則在機器人設(shè)計時應(yīng)安裝攝像頭（該攝像頭應(yīng)具有在黑暗、煙霧等環(huán)境下工作的能力）根據(jù)機器人錄像得到的圖像信息，人為判定是否存在火災(zāi)問題以及火源位置。
（3）機器人如何到達火原位置：先前問題中已經(jīng)提到，在機器人中央處理芯片中預(yù)存有該位置的全景三維立體地圖，機器人在認(rèn)定有火災(zāi)發(fā)生并確定大概火災(zāi)地點后可根據(jù)地圖導(dǎo)航前往火災(zāi)地點。
（4）機器人如何躲避障礙物：對于機器人如何躲避障礙物問題，可在機器人設(shè)計中加入避障前進系統(tǒng)，如‘超聲波探測儀’等儀器，可利用超聲波反饋進行判定前方是否有障礙物并作出相應(yīng)對策如‘繼續(xù)前進’、‘拐彎’等。如果是人控機器人，則可根據(jù)機器人提供的視頻，人為控制機器人的前進。
（5）關(guān)于機器人如何適當(dāng)停位：機器人可根據(jù)紅外線檢測以及光譜強度判定大概溫度并分析繼續(xù)前進是否會對機器人本身造成傷害，以此確定機器人前進距離，以及是否繼續(xù)前進。
（6）關(guān)于機器人供能以及驅(qū)動：機器人構(gòu)造中設(shè)有電源電路和電機驅(qū)動等電路。電源電路會為系統(tǒng)提供工作所需的電源，系統(tǒng)采用單電源供電電路時比較簡單，但是考慮到電動機起動瞬間電流很大，會造成電源電壓不穩(wěn)，影響單片機和輸入電路工作的穩(wěn)定性和可靠性，因此采用雙電源供電方案。將電機電源和單片機電源完全隔離。提高電動機的供電電壓，可以提高機器人的運行速度，從而可以提高滅火的效率。電機驅(qū)動在機器人設(shè)計中的地位相當(dāng)重要，機器人前進和滅火都需要電機驅(qū)動。機器人本就要求小巧輕便，所以電機要求體積小，重量輕，裝配簡單，使用方便。
6.結(jié)語。火災(zāi)發(fā)生原因多種多樣，對于不同原因造成的火災(zāi)處理方法也不相同。所以在機器人中央處理芯片程序設(shè)計中應(yīng)編入對不同情況的火災(zāi)進行處理的方法以便機器人能夠使用正確的方法熄滅火源，將損失降到最低程度。（1）在機器人管轄范圍內(nèi)，如果某處有火災(zāi)發(fā)生，火源檢測器就會檢測到，發(fā)出信號給機器人。（2）機器人接收到信號后立即駛向該報警處。（3）當(dāng)機器人距離火焰一定距離后，利用紅外檢測儀以及光譜檢測儀尋找到火源具體的位置 并駛近該位置進行滅火。
參考文獻：
第8篇：機器人設(shè)計范文
關(guān)鍵詞:步行機器人 機械機構(gòu) 設(shè)計 仿真
中圖分類號:TP24 文獻標(biāo)識碼:A 文章編號:1672-3791(2012)06(a)-0041-01
步行機器人的研究對理論和實踐具有重要的理論價值和現(xiàn)實意義。它不僅可以豐富機器人研究的相關(guān)理論。還可以推動人工智能技術(shù)、仿生學(xué)、計算機圖形學(xué)、通信技術(shù)等相關(guān)學(xué)科的發(fā)展。隨著機器人逐漸被運用到越來越多的領(lǐng)域中,機器人的工作環(huán)境發(fā)生了變化,工作任務(wù)進一步復(fù)雜化,這就對機器人性能提出了更高的要求。由于步行機器人具有體積小、對環(huán)境的適應(yīng)性強、能耗小、避障礙能力強,移動盲區(qū)小等特征和優(yōu)點,因而它具有廣泛的實際運用領(lǐng)域,也吸引人們的普遍關(guān)注。
由于該機器人的設(shè)計要求實現(xiàn)步行和身體擺動等較為復(fù)雜的運動,設(shè)計的結(jié)構(gòu)也相對較為復(fù)雜,對設(shè)計尺寸也有相關(guān)對嚴(yán)格的規(guī)定,同時還要求采用單電機進行驅(qū)動。為了滿足這些要求,文章設(shè)計了一種結(jié)構(gòu)緊湊、易于控制的機械機構(gòu)。
1 傳動機構(gòu)設(shè)計
由于是步行機械機構(gòu)的設(shè)計,因而雙足行走的驅(qū)動機構(gòu)需要作重復(fù)的非完整圓周旋轉(zhuǎn)運動。而傳達機構(gòu)的作用就是將電機的連續(xù)旋轉(zhuǎn)運動轉(zhuǎn)變?yōu)橹貜?fù)的非完整圓周旋轉(zhuǎn)運動。一般情況下,為了實現(xiàn)這一轉(zhuǎn)化,我們在設(shè)計中可以采用曲柄搖桿機構(gòu)。一般來說,中間構(gòu)件會比較長,這使得傳遞的線路也會比較長,容易產(chǎn)生誤差。而線路長又會積累誤差,這樣一來,在傳遞過程中比較容易產(chǎn)生較大的誤差積累。與此同時,機構(gòu)運動經(jīng)過中間構(gòu)件進行傳遞還會增加能耗,降低機械的使用效率。除了會出現(xiàn)這些問題之外,死點的存在也會在很大程度上限制連桿機構(gòu)的運用。
鑒于曲柄搖桿機構(gòu)存在的缺陷,在這種步行機器人的機械機構(gòu)的設(shè)計中,我們考慮采用齒輪傳動。齒輪傳動是機械傳動中比較常用的一種方式,它具有其它傳動不可比擬的特點和優(yōu)勢,比如傳動結(jié)構(gòu)緊湊、傳遞比較穩(wěn)定、傳動工作可靠、傳動效率高、傳動裝置使用壽命長等。在一般的錐齒輪傳動中,從動齒輪只能隨著主動錐齒輪做旋轉(zhuǎn)運動。如果我們延長主動錐齒輪的軸,在從動錐齒輪的另一邊再安裝第二個錐齒輪和從動錐齒輪齒合。由于在旋轉(zhuǎn)方向上,第二個和第一個的旋轉(zhuǎn)方向相反,所以該機構(gòu)就自動被鎖住了,無法運行。
在設(shè)計工作的實際中,如果我們只運用第一個主動錐齒輪的一半齒,去掉另一半齒,同時還去掉兩個主動錐齒輪被削齒對面的一半,通過這樣對齒輪的設(shè)計和調(diào)整,去掉一部分齒輪,就能夠?qū)㈦姍C的連續(xù)旋轉(zhuǎn)運動轉(zhuǎn)變?yōu)橹貜?fù)的非完整圓周旋轉(zhuǎn)運動。
2 步行機構(gòu)設(shè)計
如圖1所示,稈d所指的是大腿,桿e所指的是小腿,桿f所示的是腳板。在稈a和桿f之間采取相應(yīng)的措施,使得他們之間相對固定。輪b所指的是驅(qū)動輪,并且,它的驅(qū)動桿是桿a。通過一點相應(yīng)的連接措施,使桿a鉸接在輪c上。這樣的結(jié)構(gòu)方式使得桿a的運動形式為平動,這是由輪b和輪C所確定的。在實際運動中,首先由桿a和桿f一起作平動,與此同時,他們的平動會同時帶動桿e進行運動,而桿e進行運動又會帶動桿d進行運動。這樣一來,看似桿d、e、f一起在作步行運動,而事實上是輪b、輪C和桿a在發(fā)揮著作用,桿d和桿e并不發(fā)揮主動的作用,他們只是作為從動件在整個機構(gòu)設(shè)計中發(fā)揮作用。在這個步行機構(gòu)設(shè)計中,只要作為腳板f的面積足夠大,能夠承受住桿件的重量和運動時帶來的壓力,使得地面上的投影始終不超越支撐多邊形的范圍,這樣一來,該機械機構(gòu)就可以實現(xiàn)雙足步行,而不需要步行穩(wěn)定控制器的的支持就可以(如圖1)。
3 步行機器人仿真研究
為了驗證該步行機器人機械機構(gòu)設(shè)計的效果,我們進行了仿真研究。通過詳細(xì)的設(shè)計機構(gòu)參數(shù),我們的得出了具體的單腿運動參數(shù)。這些運動參數(shù)是以下一個情況。由1位置開始運動,桿a從這里順時針旋轉(zhuǎn)10°便到達2位置,與此同時,桿b由1位置逆時針旋轉(zhuǎn)至2位置;桿a反向逆時針旋轉(zhuǎn)40°至3位置,與此同時,桿b繼續(xù)逆時針旋轉(zhuǎn)40°至3位置;桿a繼續(xù)逆時針旋轉(zhuǎn)10°至4位置,與此同時,桿b反向順時針旋轉(zhuǎn)10°至4位置;桿a反向順時針旋轉(zhuǎn)40°返回1位置,與此同時,桿b繼續(xù)順時針返回1位置,通過這樣的旋轉(zhuǎn)運動從而使一個步行周期得以完成。
4 結(jié)語
科學(xué)技術(shù)的進步必將推動機器人設(shè)計的進一步發(fā)展和進步。隨著整個社會對機器人要求的進一步提高,機器人的功能將進一步增強。而機械機構(gòu)設(shè)計在機器人的設(shè)計中占有重要的地位和作用,直接影響機器人整體功能的發(fā)揮。文章主要探討分析了一種步行機器人的機械機構(gòu)的設(shè)計問題,這種機器人便于控制,采用單相電機進行驅(qū)動,運用齒輪傳達機構(gòu)和步行機構(gòu)使其實現(xiàn)穩(wěn)定的靜態(tài)步行。通過對該機器人的仿真研究,結(jié)果表明該步行機器人能夠?qū)崿F(xiàn)設(shè)計時所期望的運動軌跡。總的來說,該機器人的機械機構(gòu)的設(shè)計是正確的,結(jié)構(gòu)緊湊,傳動效率高,因此,在實踐中,值得推廣和應(yīng)用該種機器人的機械機構(gòu)設(shè)計方案。
參考文獻
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第9篇：機器人設(shè)計范文
關(guān)鍵詞：除冰；自主行走；運動仿真
【中圖分類號】TP242
當(dāng)前全球氣候變化異常，凍雨天氣也是時常有可能發(fā)生。由于建造的有些高壓輸電設(shè)施在設(shè)計時并沒有考慮嚴(yán)重惡劣天氣的影響，不能保證有足夠的強度，因此，利用電線除冰機器人除去附著的冰塊，來彌補輸電設(shè)施的強度不足問題，是一種可行的方法。
1 功能分析
機器人的總功能由以下幾個功能單元組成：
（1）能在架空高壓線上以期望的速度平穩(wěn)爬行；根據(jù)實際線路的要求，在線行走速度為1m/s。
（2）能除去附著在電線上的冰塊，行走一次至少除去一半以上的附冰。
（3）能夠跨越高壓線路上的防震錘、線夾、絕緣子、線塔和跳線等障礙。
（4）具有一定的爬坡能力；根據(jù)輸電線路的實際情況，其最大坡度出現(xiàn)在山谷到山頂兩塔桿之間，坡度為55°。但是由于桿塔附近跳線與耐張線夾之間角度要大于此值，因此確定機器人的最大爬坡角度為75°。
（5）在故障情況下有可靠的自保安措施，防止機器人摔落。提供足夠的空間安裝攜帶電源等。
機器人功能目標(biāo)的約束條件為：
（1）外形：機器人得外形尺寸不得大于500mm*1000mm*2000mm。
（2）運動：要求機器人在輸電線路行走時要快速、穩(wěn)定、安全、可靠。
（3）重量：根據(jù)線路承載的要求，機器人重量越小越好，規(guī)定重量≤50kg。
（4）機器人承載重量≥7kg，主要是能夠攜帶電源等。
2 功能原理設(shè)計
在上述機器人的功能目標(biāo)中，在線行走、除冰和越障是電線除冰機器人機構(gòu)設(shè)計的關(guān)鍵功能。由于機器人在行走、除冰和越障時既要保證機器人姿態(tài)平穩(wěn)，又要保持與其它導(dǎo)線和桿塔金屬部件及拉線的安全間距，并且還要容易控制。
2.1 行走功能
機器人的在線行走可以考慮用輪子壓著鋼索前行，這跟地面行走類似，只不過地面行走時只需要一個輪子靠重力壓住地面即可，而在線行走則需要一對輪子在同一個地方沿相反的方向同時壓住鋼索才能前進。為保持平衡，機器人重心應(yīng)該在鋼索下面，起到圓周定向的功能。
也可以從仿生的觀點出發(fā)，模仿人在鋼絲行走的方式，可采用機器人主體懸掛在鋼索上，用機械手交替握住鋼索前行。
2.2 除冰功能
除去電線上附冰的方式，可以類似人在其它場合除冰的方式。模仿冰雕藝術(shù)家，用刀片對冰進行切削；模仿路面的除雪除冰，用車將冰壓碎，撒融冰劑；電流加熱；振動；除冰槍擊碎；模擬工人在高壓線上除冰，敲碎。
2.3 越障功能
機器人在線越障操作類似人的空中攀援行為。因此，仿生設(shè)計是解決機器人在線越障這一難題的有效方法。人體遇到線路障礙如懸垂線夾或防震錘，采用從線路下方穿越的方式越障，首先，人體進行姿態(tài)調(diào)整，將人體重心放到起支撐作用的手上如左手。然后，另一只手右手松開，并立即向前伸出@過障礙，抓住線路的另一端，立即調(diào)整姿態(tài)，使重心前移，調(diào)整到另一只手右手上。然后，松開剛才起支撐作用的手左手，繞過障礙也抓住線路的另一端，從而完成了障礙的穿越。
通過對人體跨越障礙的方法分析，機器人的越障功能完全可以通過模仿人體跨越障礙的方法實現(xiàn)。按照仿生機械設(shè)計的原理，機器人設(shè)計成具有類似人體手臂功能的機械臂結(jié)構(gòu)，幫助機器人完成越障的任務(wù)。從上述分析看出，機器人至少要有兩臂組成，方能實現(xiàn)越障功能。從人體兩臂跨越障礙的過程中，我們可以了解到，人體要不斷地調(diào)整重心，使之保持在一定的范圍內(nèi)，否則就無法實現(xiàn)跨越障礙的功能。而機器人要采用兩臂結(jié)構(gòu)，勢必要解決重心調(diào)整的難題。最有效的解決方法是采用具有多自由度的多只手臂結(jié)構(gòu)。在這里，初步選用3只手臂機器人。
3 確定方案
初步擬訂幾種能夠完成功能的方案，進行分析。
方案一：用兩對齒輪咬碎電線上的冰塊前行，一對齒輪除去冰塊，另一對咬著電線前行。
方案二：像人體懸掛在繩索上行走一樣，行走并拍擊電線除冰。
方案三：利用六對具有凹圓槽的齒輪，呈一定規(guī)律分布行走越障，使用電機帶動除冰棒工作完成除冰。
比較各種方案的優(yōu)缺點：
第一種方案分析：
（1）前進用的齒輪和除冰的齒輪分開，采用不同結(jié)構(gòu)：前進用的齒輪界面形狀和蝸輪形狀類似，適應(yīng)電線的圓柱形狀；除冰的齒輪采用較大的齒寬，先用齒輪壓碎冰，然后用一個錐形的圓筒將壓碎的冰塊排出。
（2）四齒輪安裝四電動機，電瓶掛在下面。
（3）前進用的齒輪間距在工作時不能調(diào)節(jié)，除冰的齒輪間距工作時可調(diào)節(jié)。
（4）如果還有少量碎冰粘在電線上，則錐形圓筒也能起到除冰功能；如果殘留的冰太多，則齒輪后退以后繼續(xù)壓冰，知道錐形圓筒能通過。
此方案不能完全實現(xiàn)跨越障礙的功能，適用范圍不夠廣，不能完全實現(xiàn)除冰的自動化，需要較多的人工參與。
第二種方案分析：
將人體懸掛行走與雙臂攀緣進行綜合，完成機器人的功能。機器人采用多只具有人體手臂關(guān)節(jié)的機械臂結(jié)構(gòu)，機械臂上部安裝驅(qū)動行走機構(gòu)。當(dāng)機器人行走時，機械臂只起連接作用。遇到障礙時，機械臂之間相互配合，采用仿人攀緣策略調(diào)整姿態(tài)，跨越障礙。由于采用多只多自由度機械臂，機器人可以完成更為復(fù)雜的空中姿態(tài)調(diào)整，因而可跨越各種類型的線路障礙。
此方案能實現(xiàn)跨越障礙的功能，適用范圍廣，當(dāng)上升角度過大時不能完全實現(xiàn)除冰的自動化，仍需要人工參與。
第三種方案分析：
機器人行走越障機構(gòu)是由六對具有凹圓槽的齒輪對和一個電機組成，齒輪對兩對一組，分三組每組夾角120°平均分布于電機軸上，相鄰的四對齒輪組的凹圓槽壓緊電線，通過齒輪帶連接獲取電機動力，實現(xiàn)機器人線上行走功能。
當(dāng)機器人運動到瓷瓶左側(cè)位置時，停止行走。此時機器人進入越障狀態(tài)，以靠近瓷瓶的兩組齒輪對為中心，松開另一組的齒輪對，電動機產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)動力，使另一組齒輪對越過瓷瓶障礙，到達瓷瓶右側(cè)，并且壓緊輸電線路。再以瓷瓶右側(cè)的齒輪組為中心，重復(fù)上一步動作，完成越障。
評分法對三種方案進行分析，最終確定第三種方案。
參考文獻：
