循迹机器人设计

目录

课程设计（论文）任务书 (Ⅰ)

课程设计（论文）成绩评定表 (Ⅲ)

中文摘要............................................................... ........VI 1 设计任务描述 (1)

1.1 设计题目 (1)

1.2 设计要求 (1)

1.2.1 设计目的 (1)

1.3 基本要求 (1)

2 设计思路 (2)

3 软件流程图 (3)

4 各部分模块设计和选取 (4)

4.1 机械结构方案设计 (4)

4.1.1 车模结构特点 (4)

4.1.2车模转向舵机机械结构的设计 (5)

4.1.3电路板 (6)

4.2视频信号采集方案 (6)

4.2．1采集分析 (6)

4.2.2 采集时序 (7)

4.2.3 中断分析 (8)

5硬件电路系统设计与实现 (10)

5.1 硬件电路设计方案 (10)

5.2硬件电路的实现 (10)

5.2.1 以S12为核心的单片机最小系统 (10)

5.2.2 主板 (11)

5.2.3 电机驱动电路 (13)

5.2.4 摄像头 (13)

5.2.5 速度传感器 (13)

6 循迹小车软件设计 (15)

6.1 路径识别与自适应阈值计算 (15)

6.2 抗干扰处理 (15)

6.3 算法实现 (16)

6.3.1 偏航距离的计算 (16)

6.3.2 偏航角度的计算 (16)

6.3.3 曲率的计算 (16)

6.4 速度PID算法 (16)

7 模型车的主要技术参数 (18)

8元器件清单 (19)

小结 (20)

致谢 (21)

参考文献 (22)

附录A软件流程图 ............................................... 错误！未定义书签。

1 设计任务描述

1.1设计题目

循迹机器人设计

1.2设计要求

1.2.1 设计目的

1）了解机器人技术的基本知识以及有关电工电子学、单片机、机械设计、传感器等相关技术。

2）初步掌握机器人的运动学原理、基于智能机器人的控制理论，并应用于机器人的设计中。

3）通过学习，具体掌握循迹机器人的控制技术，并使机器人能独立执行一定的循迹任务。

1.3基本要求

1）要求设计一个能循迹(白底黑线或黑底白线，线宽25mm)的机器人；

2）要求设计机器人的行走机构，控制系统、传感器类型的选择及排列布局。 3）要有循迹的策略（软件流程图）。

2 设计思路

根据此次课程设计的要求，我们选择以16位微控制器MC9S12DG128B单片机作为核心控制单元用于智能车系统的控制，介绍了机器人的行走机构、控制系统、传感器类型的选择及排列布局，并根据软件系统的特点简要的用流程图叙述了小车的软件设计。最终使小车达到智能循迹的功能。

根据以上系统方案设计，循迹小车共包括七大模块：MC9S12DG128B主控模块、传感器模块、电源模块、电机驱动模块、速度检测模块辅助调试模块。

各模块的作用如下：

MC9S12DG128B主控模块，作为整个智能车的“大脑”，将采集光电传感器、光电编码器等传感器的信号，根据控制算法做出控制决策，驱动直流电机和伺服电机完成对智能车的控制。

传感器模块，是智能车的“眼睛”，可以通过一定的前瞻性，提前感知前方的通道信息，为智能车的“大脑”做出决策提供必要的依据和充足的反应时间。

电源模块，为整个系统提供合适而又稳定的电源。

电机驱动模块，驱动直流电机和伺服电机完成智能车的加减速控制和转向控制。

速度检测模块，检测反馈智能车后轮的转速，用于速度的闭环控制。

辅助调试模块，主要用于智能车系统的功能调试、赛车状态监控等方面。

通过对这些模块功能介绍，结合我们在课上对机器人各项知识的了解，我们便可以将小车的大概思路整理出来，具体内容我们在后面的部分都会有相应说明。

3 软件流程图

图3-1 1软件程序流程图

4 各部分模块设计和选取

智能车系统主要包括以下模块：S12单片机模块、驱动电机、舵机、转速反馈和CCD视频采集模块。整体结构框图如图4.1所示。

图4.1 智能车系统功能模块图

以MC9S12DG128为核心，设计寻线方案并尽可能的提高车速，是我这次课程设计课题的关键。

传统的寻线方案是使用“线型检测阵列”的红外传感器，这种方案实现简单，稳定性高，但只能获取有限的点信息，限制了更高级算法的应用，也限制了小车速度的进一步提高。而摄像头获取的信息是面信息，不仅能获得当前小车的偏移量，而且能判断前方通道路面信息，为应用高级的控制算法提供了基础。摄像头所能探测的路线信息远多于“线型检测阵列”探测到的，而且摄像头也有足够远的探测距离以方便对前方路况进行预判。另外一方面16位单片机MC9S12的运算速度和自身A/D端口的采样速度，能够适应对黑白低线数摄像头的有效视频采样和对大量图像数据的处理。

4.1 机械结构方案设计

4.1.1 车模结构特点

本项目采用后轮驱动，前轮转向。使用单个CCD摄像头进行导航，摄像头位于

舵机正上方370mm处。前方用2个传感器探测坡度，其位置位于小车前部100mm处，15度倾角向上偏起。电路板置于小车腹部。整个小车重心在中部偏后，有较好的稳定性。底盘无改动。经过改装后的车模参数如表4.2。

我们在实际调整时的改进办法：

1）、加长舵机柄，从而增大车行进中的车轮转向速度。这样虽然在舵机转速不变的情况下夹块了车轮的转角速度，但是给舵机转向增大了负荷。在实际调试中，出现过舵机里面齿轮被损坏的情况。

2）、由于前轮轴和车轮之间的间隙较大，对车高速转向时的中心影响较大，会引起高速转向下车的转向不足。而且这里是规则中严禁改动的部分，所以我们只能调整前轮内倾角来弥补车轮在高速转弯中遇到的转向不足的问题。在实际调试中，我们发现适当增大内倾角可以增大转弯时车轮和地面的接触面积，从而增大车了地面的摩擦程度，使车转向更灵活，减小因摩擦不够而引起的转向不足的情况。

3）、底盘适当降低，在可以过坡道的情况下，尽量降低底盘，从整体上降低车的中心，使车在转弯时可以更快速。

4.1.2车模转向舵机机械结构的设计

转向系统在车辆运行过程中有着非常重要的作用，合适的前桥调整参数可以保证在车辆直线行驶过程中不会跑偏，即保证车辆行驶的方向稳定性；而在车辆转向后，合适的前桥可以使得车辆自行回到直线行驶状态，即具有好的回正性。基于这个原因，前桥参数调整及转向系统优化设计必然会成为智能车设计中机械结构部分

的重点，在实际操作中，我们通过理论预测进行方案的可行性分析，然后做出实际结构以验证理论数据。

图2.2 改进后的舵机转向机构及安装图

在最终设计的这套机构中，我们综合考虑了速度与扭矩间的关系，尽量减小舵机的负荷，并根据模型车底盘的具体结构，简化了安装方式，实现了预期目标，不过该机构仍存在自身重量太大的问题，我们将在以后的调试过程中逐渐改进。

4.1.3电路板

共用到一块PCB电路板，即车身主板(包括MCU，调试电路，电源电路，红外传感器，加速度传感器电路，测速传感器等) ，其外形尺寸见表4.3。

4.2视频信号采集方案

4.2．1采集分析

本系统所使用的CCD摄像头输出的是PAL制式的视频信号，其一幅图像包含575个图像行，每行最多有767个点（按荧光屏的长宽比为4：3计算），因此其图像解析度能达到575×767≈440000个象素。而对于智能车系统而言，由于受

MC9S12DG128单片机内存和运算速度的限制，这么大解析度的图像是无法处理的。

因此必须降低图像的分辨率。我们最终确定采集图像的分辨率为48×40，即每行采集48个点，每幅图像采集40行。

4.2.2 采集时序

具体说来，采集一场的流程是这样的：

第一步，LM1881分离出的奇场同步信号在DG128的H口产生中断。根据PAL 规范，此时意味着还有22行（约1408μs，视LM1881的信号延时而定）将开始第一个数据行。为确保正确的采集到数据，使定时器定时23.5行（23.5×64μs＝1504μs），定时结束后，开启行中断，准备采集数据。

第二步，定时器定时1504μs时间到，此时开启行通道，允许中断，并使控制ATD转换的行计数器归零，以标志一幅图像的开始。

第三步，大约32μs（0.5行）后，行中断到。由于一场中有280多个行，但ATD 只采集其中的40行，为此设置了一个行计数器，每次行中断都将该计数器加一，当该计数器的值与预存数组里的某个数相等时，表示该行应该采集。根据PAL的规范，在数据行中，行同步信号后6μs（上升沿，如果选下降沿有效，应该是10.3μs）才会有真正的图像数据出现，并持续52μs到该行结束。为此在该行的行中断中使定时器定时6μs，定时时结束后才能开始采集。

第四步，定时器定时6μs时间到。此时应立即开始A TD采集。由于ATD是按序列采集的，一个序列可以连续采集1～8个点，并可设置是单序列还是扫描方式。每个序列采集完成后将产生一次ATD中断。为减少ATD中断次数，在ATD初始化中已设置转换序列长度为8。此时以扫描方式开启ATD，采集48个点需要6次ATD 中断。

第五步，每隔约8μs，A TD中断发生一次。该步中最重要的就是把ATD的数据转移到存储图像的数组中。由于一行中ATD要采集6个序列，因此要记录已经采集的序列数，每次进入ATD中断，都使之加一，当序列数为6时，标志着一个行已

经采集完了。一行采集完后将采集行计数器（注意：不是第三步中提到的行计数器）加一，并应停止ATD，但是S12中并没有使ATD停止直接方法，唯一的办法是使ATD以单序列采集方式再采集一次。但是这次完成后仍然会发生中断，中断处理程序可根据采集的序列数来判断是否是这种额外的情况，如果是，中断处理程序除了读一下ATD数据寄存器以清中断标志位之外，并不需要做任何事。

第六步，ATD中断不断的向图像数组中写入数据，直到行计数器计到40。此时意味着一幅图像数据已经采集完成。此时应关掉行中断，以免其产生额外动作。

第七步，偶场中断到。其实就是奇场同步信号的下降沿，如果没有进行相应设置和接线，将没有这个中断。PAL制式的信号中，奇场同步信号和偶场同步信号以20ms的间隔交替出现，因此可以将此两种信号作为小车调整的基准时间。此后直到下一个奇场中断到来，开始另一场的采集。

可见，程序的运行完全是由各个中断的来推动的。程序的流程图如图4.2。4.2.3 中断分析

视频采集共涉及到6个中断：奇场中断、偶场中断、行中断、定时器中断1、定时器中断2、ATD中断。但是只有3个硬件中断源，即H口中断、定时器中断和ATD中断，对应只有3个中断服务程序。为此需要在中断程序中区分中断的类型。

1）H口中断

H口中断服务程序要区分是奇场中断、偶场中断还是行中断，这是通过寄存器的中断标志为来实现的。

2）定时器中断

定时器中断要区分是定时了多少时间。为此我们设置了一个“服务标志”，不同的定时时间设置不同的服务标志，以使定时器中断程序做不同的处理。

3）ATD中断

ATD中断的首要任务是及时把结果寄存器中的值转移出来，因为ATD是以扫描方式不停的在采集转移不及时，新的结果会把原来的结果覆盖掉。然后ATD中断程序需要根据一系列计数器的值计算本次采集结果对应的图像位置，然后保存到数组

中。最后ATD中断还要判断何时一行结束、何时一场结束。

图4.2 视频采集流程图

5硬件电路系统设计与实现

5.1 硬件电路设计方案

从最初进行硬件电路设计时我们就既定了系统的设计目标：可靠、高效、简洁，在整个系统设计过程中严格按照规范进行。

可靠性是系统设计的第一要求，我们对电路设计的所有环节都进行了电磁兼容性设计，做好各部分的接地、屏蔽、滤波等工作，将高速数字电路与模拟电路分开，使本系统工作的可靠性达到了设计要求。

高效是指本系统的性能要足够强劲。我们主要是从以下两个方面实现的：

1、采用外部A/D转换器实现高速A/D转换，大大提高了图像采集的分辨率；

2、使用了由分立元件制作的直流电动机可逆双极型桥式驱动器，该驱动器的额定工作电流可以轻易达到100A以上，大大提高了电动机的工作转矩和转速。

简洁是指在满足了可靠、高效的要求后，为了尽量减轻整车重量，降低车体重心位置，应使电路设计尽量简洁，尽量减少元器件使用数量，缩小电路板面积，使电路部分重量轻，易于安装。我们在对电路进行详细、彻底的分析后，对电路进行了大量简化，并合理设计元件排列和电路走线，使本系统硬件电路部分的重量、面积都达到了设计要求。

5.2硬件电路的实现

整个智能车控制系统是由三部分组成的：S12为核心的最小系统板、主板、电机驱动电路板。最小系统板可以插在主板上组成信号采集、处理和电机控制单元。为了减小电机驱动电路带来的电磁干扰，我们把控制单元部分和电机驱动部分分开来，做成了两块电路板。

5.2.1 以S12为核心的单片机最小系统

单片机最小系统板使用MC9S12DG128单片机，112引脚封装，为减少电路板空间，板上仅将本系统所用到的引脚引出，包括一路AD转换接口，两路PWM接口，一路计数器接口，一路外部中断接口，17路普通IO接口。其他部分还包括电源滤波电路、时钟电路、复位电路、串行通讯接口、BDM接口。

为提高系统工作稳定性，我们使用有源晶体振荡器为单片机提供时钟。为简化电路，我们取消了复位按键和串行通讯接口电路中的TTL电平与RS-232电平转换电路。

单片机引脚规划如下：

PA口：外部AD转换器并行数据读入。

PAD1：奇偶场信号输入

PB0-PB3:调试LED。

PB4-PB5：模式选择用拨码开关。

PB6：启动开关。

PB7：调试开关。

IRQ：行同步脉冲输入信号。

PT0：光电编码器脉冲输入信号。

PWM7：舵机角度控制信号输出。

PWM5：电机速度控制信号输出。

5.2.2 主板

主板上装有组成本系统的主要电路，它包括如下部件：电源稳压电路、视频同步分离电路、外部A/D转换器电路、摄像头接口、舵机接口、电机驱动器接口、编码器接口、键盘接口、监控模块接口、电源接口、单片机最小系统板插座、跳线、指示灯、按键、开关等。

1）电源稳压电路

本系统中电源稳压电路仅为一路+5V稳压电路，为整个智能模型车自动控制系统中除后轮驱动电机和转向舵机外的所有设备供电。由于整个系统中+5V电路功耗较小，为了降低电源纹波，我们决定使用串联型稳压电路，另外，后轮驱动电机工作时，电池电压压降较大，为提高系统工作稳定性，必须使用低压降电源稳压芯片，常用的低压降串联稳压芯片主要有LM2940和LM1117，LM2940压降虽然比LM1117更低，但是电源纹波较大，所以我们最终选择LM1117设计电源稳压电路。电源稳压电路原理图如图3.2.

图5.1 电源稳压电路

2）视频同步分离电路

我们的智能模型车自动控制系统中使用黑白全电视信号格式CMOS摄像头采集通道信息。摄像头视频信号中除了包含图像信号之外，还包括了行同步信号、行消隐信号、场同步信号、场消隐信号以及槽脉冲信号、前均衡脉冲、后均衡脉冲等。因此，若要对视频信号进行采集，就必须通过视频同步分离电路准确地把握各种信号间的逻辑关系。我们使用了LM1881芯片对黑白全电视信号进行视频同步分离，得到行同步、场同步信号,具体原理不再赘述。视频同步分离电路原理图5.2所示。

图5.2 视频同步分离电路

3）外部A/D转换器电路

由于摄像头输出的黑白全电视信号为模拟信号，所以必须经过A/D转换之后才能由单片机进行处理。虽然S12单片机具有A/D转换器的功能，但是速度较慢。实际使用发现，在将单片机超频并且降低A/D转换质量之后，每行图像仍只能采集78个点，使得图像分辨率不高，赛道检测信息量不足。为此，我们使用TLC5510芯片制作了外部A/D转换器。

除以上三部分外，主板上还具有摄像头、舵机、电机驱动器、编码器、键

图5.3 外部A/D转换器电路

盘、监控模块、电源、单片机最小系统板等设备的接口，并准备了若干指示灯、按键、跳线、开关等用于系统调试。

5.2.3 电机驱动电路

电机驱动板为一个由分立元件制作的直流电动机可逆双极型桥式驱动器，其功率元件由四支N沟道功率MOSFET管组成，额定工作电流可以轻易达到10A以上，大大提高了电动机的工作转矩和转速。该驱动器主要由以下部分组成：PWM信号输入接口、逻辑换向电路、死区控制电路、电源电路、上桥壁功率MOSFET管栅极驱动电压泵升电路、功率MOSFET管栅极驱动电路、桥式功率驱动电路、缓冲保护电路等。

5.2.4 摄像头

本智能车寻线采用CMOS图像传感器方式，普通单板摄像头。普通CMOS图像传感器通过行扫描方式，将图像信息转换为一维的视频模拟信号输出。具体参数如下：

摄像头参数：320线；

照度：0.5LUX 0.01LUX；

输出制式：PAL制式标准视频信号；

镜头及视角：3.6mm 92°；

供电电压/消耗功率：9V 100mA；

5.2.5 速度传感器

智能车在实际速度控制中对反应车速的控制信号波形要求不是太高，因此我们在满足比赛要求的基础上尽量简化电路，使用自制的光电编码器来测速。我们使用线切割在直径为30mm的圆盘周围加工出32个细缝，自制了一个32线的光电编码器。我们使用红外光电对射管作为采集码盘脉冲的传感器。电路如图3.7所示。

图3.7 光电编码器电路

第二章智能汽车整体设计

6 循迹小车软件设计

在控制算法中，主要用到了以下三方面的内容：摄像头循线控制算法，记忆解决道路S型控制算法和PID速度控制算法。其中循线控制算法用来控制舵机的转向，记忆控制算法主要用来解决S型，PID控制算法主要用来控制智能车的快速加速、减速和速度的平稳。

6.1 路径识别与自适应阈值计算

所谓路径识别，简单的理解就是把图像中反映路径的部分提取出来。这是一个图像分割的过程。图像分割是计算机进行图像处理与分析中的一个重要环节，是一种基本的计算机视觉技术。在图像分割中，把要提取的部分称为“物体（Object）”，把其余的部分称为“背景（Background）”。分割图像的基本依据和条件有以下4个方面：

1）分割的图像区域应具有同质性，如灰度级别相近、纹理相似等；

2）区域内部平整，不存在很小的小空洞；

3）相近区域之间对选定的某种同质判据而言，应存在显著的差异性；

4）每个分割区域边界应具有齐整性和空间位置的平整性。

图像分割的基本方法可以分为两大类：基于边缘检测的图像分割和基于区域的图像分割。

这种算法的特点是运算量小，但是能跟踪环境光线的逐渐变化。由于环境光线不管在时间上还是空间上都是逐渐变化的，所以这种分割算法产生严重错误的概率极小，小于1/10000。

6.2 抗干扰处理

抗干扰处理包括以下方面的内容：

1）消除信号产生和传输的过程中造成的噪声；

2）消除赛道不理想或光线不均匀形成的干扰；

3）消除赛道中的交叉线、断续线；

4）识别起跑线。

信号产生和传输的过程中造成的噪声具有普遍性，但是只有当其非常严重时才

对路径的识别造成影响。所以采取以下滤波算法：当某点的灰度值与其左边和右边点的灰度值的差同时大于某个正阈值或同时小于某个负阈值时，认为该点是干扰点，取其左右两边灰度值的平均值作为该点的灰度值。

这种算法的实质是搜索连续的黑线。因为赛道是连续的，而干扰却大部分是离散分布的。

6.3 算法实现

6.3.1 偏航距离的计算

由于循迹机器人已经获得了通道道中心线的位置，所以计算偏航距离的问题是选取何处的中心线的距离为当前的偏航距离。控制算法的执行周期为40ms，如果小车的速度为2m/s，则在两次控制算法的执行中间，小车要前进8cm，小车所处的环境将发生比较大的改变，所以赛车的控制只能算是半实时控制，这是所有使用摄像头作为主要寻线传感器的参赛队都避免不了的问题。

6.3.2 偏航角度的计算

计算偏航角度的实质是直线拟合问题，因为赛道中心线所在的直线确定了，而直线的斜率与偏航角度一一对应。直线拟合最有效的方法是最小二乘法，但是直接应用存在一个问题，即如何确定进行直线拟合的区间？在整个成功识别出通道的区间内进行直线拟合显然是欠缺考虑的，因为在弯道的情况下，这种方法拟合出的是一条弦线，而不是当前该弯道处的切线。摄像头视野越大，弯道曲率越大，弦线偏离切线的程度也就越大。为了能够在直道和弯道上都能正确的拟合出正确的直线，我们采用了直线检测的方法，即首先根据残差的大小确定直线的范围，然后在这一范围内进行直线拟合。

6.3.3 曲率的计算

首先对获得的路径进行滤波，使得路径尽可能平滑，然后取其两个端点和中间点，计算这3个点组成的三角形的外接圆的半径，半径的倒数就是这段路径的曲率。经过多次实验，这种方法的误差一般不大于20%，对智能车的控制来说已经足够了。

6.4 速度PID算法

根据偏差的比例（Proportional）、积分（Integral）、微分（Derivative）的线性组合进行反馈控制（简称PID控制），数字PID控制算法是电机微机控制中常用的一种基本控制算法[9]。

在连续系统中，模拟PID 调节器是一种线性调节器，控制系统原理框图如图5.10。

图5.10 PID 控制系统原理框图

控制规律为：

1()()[()()]t P D

I

de t u t K e t e t dt T T dt

=+

+?

（5.1）

式中：p K ：比例增益，p K 的倒数称为比例带；I T ：积分时间常数；D T ：微分时间常数；()u t ：控制量；()e t ：偏差，等于给定量与反馈量的差。

在计算机控制系统中，数字PID 控制算法通常又分为位置式PID 和增量式PID 本次设计中，我们采用增量式PID 。

7 模型车的主要技术参数

8元器件清单

智能化机器人设计说明书

机械装备设计制造综合技能大赛 设 计 说 明 书 姓名：孙小平洪耀林徐海昌 指导老师：黄伟玲 2014年9月17日 江西·赣州

摘要 随着计算机技术，人工智能技术的迅速发展以及智能采集器的不断改进和推陈出新，智能信息采集装置已经取得了很大进展。但是对于应用比较复杂通用性较高的全自动信息采集车还没有突破性的进展。智能数据信息采集车的研究将会告别信息相互孤立缺乏联动性的现象，是一个复杂的，面向智能化的，不断发现的过程。近年来，很多关于信息采集的研究和设计，尤其是智能数据信息采集车更是吸引了很多人的眼球。对于智能信息采集车来说，不但要有环境信息获取功能，还要有对信息理解和信息处理的功能。对自动信息采集车的研究是针对环境空间的识别，然后建立相应数据通道，通过雷达和无线装置把获取的数据传送到终端。 智能信息采集车采用了应用范围广，性价比高的基于单片机的多数据通道采集系统，将来自传感器的信号通过转换器转换为数字信号后由单片机采集然后利用SPI通信将数据送到主机进行数据的存储后期处理与显示实现数据处理功能强大的智能化高端信息采集设备。 智能数据信息采集车是一个集自动驾驶、环境感知、规划决策等功能于一体的综合系统。它集中的运用了人工智能、导航、传感器及自动控制等技术；应用了计算机、信息传递、通信交流等现代装备，是典型的高新技术综合体。 关键词：智能信息采集车、智能化、传感器、数据通道、现代装备

第一章绪论 (1) 1.1 信息采集的现状及发展概述 (1) 1.2信息采集车国内外研究现状 (2) 1.3智能信息采集车的背景意义 (4) 1.4 设计要求及内容 (6) 第二章智能信息采集车的结构与工作原理 (6) 2.1 数据获取装置的设计 (6) 2.2 行走方案选择 (7) 2.3基本结构 (9) 2.4工作原理 (11) 第三章智能信息采集车的功能与特点 (12) 3.1 智能信息采集车的功能 (12) 3.2智能信息采集车的特点 (13) 第四章智能信息采集车的设计思路 (15) 4.1 基本工作思路 (15) 4.2动力选择思路 (15) 4.3设计后的调整 (16) 第五章总结与展望 (17) 参考文献 (18)

机器人创新设计作品说明材料

机器人创新设计作品说明材料学校名称：景德镇高等专科学校 作品名称：探索者机器人创新设计 作品设计成员： 作品设计时间：二零一二年十月十九日

摘要 本文主要介绍了一个基于ARM7 LPC2138，32 位的高性能主控芯片控制的探索者机器人的创新设计，该设计包括C语言编程，声控、振动、触碰、光强、闪动、黑标、白标、近红外等多种传感控制，图形化编程及便携式编程三种编程模式，能满足任何软件水平的用户实现简单或复杂的自动化控制程序及其他功能实现。 在设计中，详细的展现了探索者机器人的各个功能模块、传感器的属性功能工作状况。最后，实现整个实验功能创新设计。

目录 摘要 (1) 第一章引言 (1) 1.1 探索者机器人创新设计概 述 (2) 1.2 探索者机器人创新设计特点 (2) 1.3 探索者机器人创新设计目的 (3) 1.4 探索者机器人创新设计意义和前景 (4) 第二章、主控板 (5) 第三章、红外接收头 (5) 第四章、语音模块 (5) 第五章、LED 模块 (6) 第六章、舵机 (6) 第七章、传感器 (7) 7.1 黑标/白标传感器 (8) 7.2 近红外传感器 (8) 7.3 姿态传感器 (9) 7.4 闪动传感器 (9) 7.5 声控传感器 (10) 7.6 触碰传感器 (10) 7.7 振动传感器 (11) 7.8 触须传感器 (11) 7.9 光强传感器 (11) 第八章、编程手柄说明 (12) 第九章、C 语言编程基础指南 (13) 9.1 安装编程环境 (13) 9.2 第一个ARM 软件 (18) 9.3 烧写程序 (21) 9.4 ARM 主控板端口列表 (22) 9.5 库函数 (24) lib_io.c………………………………….…………………….………… 24

湘机小学2013机器人创意比赛创意设计(环保小卫士”——智能垃圾桶机器人)

环保小卫士 ——智能垃圾桶机器人 设 计 报 告 作 者：莫棫涵、桂健秦 指导老师：王南霞 作者单位：湘潭市岳塘区湘机小学 第六届湖南省机器人 创新设计大赛参赛作品

一、作者简介： 姓名：桂健秦 性别：男 民族：汉 出生年月：2002年5月14日 就读学校：湖南省湘潭市岳塘区湘机小学 就读班级：五【5】班 性格：有耐心，很细心，做事认真 个人爱好：乒乓球，篮球，电脑，射击类游戏，看书 姓名：莫棫涵 性别：男 民族：汉 出生年月：2002年3月1日 就读学校：湖南省湘潭市岳塘区湘机小学 就读班级：五【5】班 性格：开朗、阳光、自尊心极强 个人爱好：篮球、运动、读书、机器人设计制作

二、作品简介： 现在，大家都在宣传和建设“两型社会”，但我们还是可以看到这样的现象：公共场所垃圾桶的周围经常满是垃圾，有时垃圾桶满了也没能及时清理；垃圾桶有老鼠窜来窜去；夏天的时候，垃圾桶的苍蝇、蚊子特多；经过垃圾桶时臭味难闻；有些人还是没有社会公德，手中的垃圾随便扔到地上或垃圾不入垃圾桶；虽然有分类垃圾桶，人们却很少把垃圾分类入桶…… 同时我们也了解到清洁工人每天在清理垃圾时都很辛苦，于是我们想到研制环保小卫士，这种环保小卫士实际上是一种智能的垃圾桶机器人，他能服务社区, 为社区保洁，充当环何卫士的职能，干最脏、最苦、最累的活，并能提醒人们注意公共卫生，养成好公共环境卫生好习惯，宣传两型环保知识，提高人们生活和居住环境质量。 我们设想我们研制的环保小卫士有脑子，有嘴巴，有眼睛，有手和脚，能自动分类垃圾，并能对垃圾进行简单的处理。 首先，这个垃圾桶是封闭的（但能透气），老鼠、苍蝇不能随便进入垃圾桶，当检测到有废物丢入垃圾时，提醒人们进行分类入桶，然后自动打开垃圾盖，并能再次对垃圾进行二次分类。 其次，这个垃圾桶能进行垃圾处理。对不可回收的垃圾进行粉碎等处理，并可能利用垃圾来发电，为自己提供能源。垃圾桶具有自动清理功能，垃圾满了能自动行走到垃圾场“倒”垃圾，使垃圾桶更干净。 第三，能监测周围的环境情况，显示出环境污染指数。并能对破坏环境的不良行为时能进行提醒，拍照作记录，促使大家养成良好习惯。减轻清洁工人的劳动。

智能循迹小车___设计报告

智能循迹小车___设计报告

智能循迹小车设计 专业：自动化 班级：自动化132 姓名：罗植升莫柏源梁 桂宾 指导老师： 2014年4月——2010年6月

本课题是基于STC89C52单片机的智能小车的设计与实现，小车完成的主要功能是能够自主识别黑色引导线并根据黑线走向实现快速稳定的寻线行驶。小车系统以 STC89C52单片机为系统控制处理 器； 采用红外传感获取赛道的信息，来对小车的方向和速度进行控制。此外，对整个控制软件进行设计和程序的编制以及程序的调试，并最终完成软件和硬件的融合，实现小车的预期功能。

当今世界，传感器技术和自动控制技术正在飞速发展，机械、电气和电子信息已经不再明显分家，自动控制在工业领域中的地位已经越来越重要，“智能”这个词也已经成为了热门词汇。现在国外的自动控制和传感器技术已经达到了很高的水平，特别是日本，比如日本本田制作的机器人，其仿人双足行走已经做得十分逼真，而且具有一定的学习能力，还据说其智商已达到6岁儿童的水平。 作为机械行业的代表产品—汽车，其与电子信息产业的融合速度也显著提高，呈现出两个明显的特点：一是电子装置占汽车整车（特别是轿车）的价值量比例逐步提高，汽车将由以机械产品为主向高级的机电一体化方向发展，汽车电子产业也很有可能成为依托整车制造业和用车提升配置而快速成为新的增长点；二是汽车开始向电子化、多媒体化和智能化方向发展，使其不仅作为一种代步工具、同时能具有交通、娱乐、办公和通讯等多种功能。 无容置疑，机电一体化人才的培养不论是在国外还是国内，都开始重视起来，主要表现在大学生的各种大型的创新比赛，比如：亚洲广播电视联盟亚太地区机器人大赛（ABU ROBCON）、全国大学生“飞思卡尔”杯智能汽车竞赛等众多重要竞赛都能很好的培养大学生对于机电一体化的兴趣与强化机电一体化的相关知识。但很现实的状况是，国内不论是在机械还是电气领域，与国外的差距还是很明显的，所以作为机电一体化学生，必须加倍努力，为逐步赶上国外先进水平并超过之而努力。 为了适应机电一体化的发展在汽车智能化方向的发展要求，提出简易智能小车的构想，目的在于：通过独立设计并制作一辆具有简单智能化的简易小车，获得项目整体设计的能力，并掌握多通道多样化传感器综合控制的方法。所以立“智能循迹小车”一题作为尝试。 此项设计是在以杨老师提供的小车为基础上，采用AT89C52单片机作为控制核心，实现能够自主识别黑色引导线并根据黑线走向实现快速稳定的寻线行驶。

工业机器人课程设计说明书

工业机器人课程设计基于Matlab的工业机器人运动学和雅克比运动分析 班级： 学号 姓名：

目录 摘要 ..................................................................................................................................................... - 2 - PUMA560机器人简介 ...................................................................................................................... - 3 - 一、PUMA560机器人的正解 .......................................................................................................... - 4 - 1.1、确定D-H 坐标系 .................................................................................................................... - 4 - 1.2、确定各连杆D-H 参数和关节变量 ........................................................................................ - 4 - 1.3、求出两杆间的位姿矩阵 ......................................................................................................... - 4 - 1.4、求末杆的位姿矩阵 ................................................................................................................. - 5 - 1.5、M A TLAB 编程求解 .................................................................................................................. - 6 - 1.6、验证 ......................................................................................................................................... - 6 - 二、PUMA560机器人的逆解 .......................................................................................................... - 7 - 2.1、求1θ ........................................................................................................................................ - 7 - 2.2、求3θ ........................................................................................................................................ - 7 - 2.3、求2θ ........................................................................................................................................ - 8 - 2.4、求4θ ........................................................................................................................................ - 9 - 2.5、求5θ ........................................................................................................................................ - 9 - 2.6、求 6 θ ...................................................................................................................................... - 10 - 2.7、解的多重性 ........................................................................................................................... - 10 - 2.8、M A TLAB 编程求解 ................................................................................................................ - 10 - 2.9、对于机器人解的分析 ........................................................................................................... - 10 - 三、机器人的雅克比矩阵 ............................................................................................................... - 11 - 3.1、定义 ....................................................................................................................................... - 11 - 3.2、雅可比矩阵的求法 ............................................................................................................... - 11 - 3.3、微分变换法求机器人的雅可比矩阵 ................................................................................... - 12 - 3.4、矢量积法求机器人的雅克比矩阵 ....................................................................................... - 13 - 3.5、M A TLAB 编程求解 ................................................................................................................ - 14 - 附录 ................................................................................................................................................... - 15 - 1、M ATLAB 程序 ........................................................................................................................... - 15 - 2、三维图 ...................................................................................................................................... - 24 -

工业机器人课程设计

河南机电高等专科学校《机器人应用技术》课程作品 设计说明书 作品名称：多功能机械手 专业：机电一体化技术 班级：机电124班 扣号： 姓名：流星 2014 年 10 月 1 日

目录 一课题概述 (2) 1、选题背景 (2) 2、发展现状和趋势 (3) 3、研究调研 (4) 二机械手组成及工作过程 (6) 1、整体结构分析 (6) 2、所需器材 (6) 3、底座部分 (8) 4、躯干部分 (9) 5、上臂部分 (10) 6、手爪部分 (11) 7、机械手系统的总调试 (12) 三软件部分 (13) 1、机械手软件编制流程图 (13) 2、机械手运行控制程序图 (14) 四设计体会 (15) 一课题概述 1、选题背景 随着我国经济的高速发展，各种电子产品和各种创新机械结构的出现，工业机器人的作用在装配制造业产业中的地位更加重要了。另一方面随着人们生活水平的提高传统制造产业劳动力生产成本进一

步提高，这也使企业意识到用高速准确的机械自动化生产代替传统人工操作的重要性。其中机械手是其发展过程中的重要产物之一，它不仅提高了劳动生产的效率，还能代替人类完成高强度、危险、重复枯燥的工作，减轻人类劳动强度，可以说是一举两得。在机械行业中，机械手越来越广泛的得到应用，它可用于零部件的组装，加工工件的搬运、装卸，特别是在自动化数控机床、组合机床上使用更为普遍。目前，机械手已发展成为柔性制造系统FMS和柔性制造单元FMC中一个重要组成部分。把机床设备和机械手共同构成一个柔性加工系统或柔性制造单元，可以节省庞大的工件输送装置，结构紧凑，而且适应性很强。但目前我国的工业机械手技术及其工程应用的水平和国外比还有一定的距离，应用规模和产业化水平低，机械手的研究和开发直接影响到我国机械行业自动化生产水平的提高，从经济上、技术上考虑都是十分必要的。因此，进行机械手的研究设计具有重要意义。 在这样一个大的背景下结合自己的专业机电一体化，我们选择多功能机械手来作为我们的设计题目。结合专业特点使用德国慧鱼机器人教学模型作为我们实现这一课题的元件。利用慧鱼模型的各种机械结构组装出机械手的机械部分，用pc编程实现对机械手的自动控制，利用限位开关来保护电机和控制机械手位置的准停。 这个课题可以充分的体现机电一体化的由程序自动控制机械结构的运动，对自己以前的所学的课程也是一种巩固。另一方面这个机械手可以实现一定的搬运功能具有很强的实用性能。 2、发展现状和趋势

迎宾机器人设计

1引言 1.1设计目的 机器人可以干人不愿意干的事，把人从有毒的、有害的、高温的或危险的，这样的环境中解放出来，同时机器人可以干不好干的活，比方说在汽车生产线上我们看到工人天天拿着一百多公斤的焊钳,一天焊几千个点，就重复性的劳动，一方面他很累，但是产品的质量仍然很低；另一方面机器人干人干不了的活，这也是非常重要的机器人发展的一个理由，比方说人们对太空的认识，人上不去的时候，叫机器人上天，上月球，以及到海洋，进入到人体的小机器人，以及在微观环境下，对原子分子进行搬迁的机器人，都是人们不可达的工作。 机器人是一个具有有类人的功能，比如说作业功能；感知功能；行走功能；还能完成各种动作，还有一个特点是根据人的编程能自动的工作，这里一个显著的特点，就是可以编程，改变工作、动作、工作的对象和工作的一些要求。是人造的机器或机械电子装置，所以这种机器人仍然是个机器。但是目前还没有一个统一的有关机器人定义，一般来说认为机器人是计算机控制的可以编程的目前能够完成某种工作或可以移动的自动化机械，这是美国工程师协会定的一个定义，但日本和其他国家也对机器人有不同的看法，从完整的更为深远的机器人定义来看，应该更强调机器人智能，所以又提出来机器人的定义是能够感知环境，能够有学习、情感和对外界一种逻辑判断思维的这种机器。那么这给机器人提出来更高层次的要求，所以要求设计出机器人。 1.2设计背景 首先我介绍一下机器人产生的背景，机器人技术的发展，它应该说是一个科学技术发展共同的一个综合性的结果，也同时，为社会经济发展产生了一个重大影响的一门科学技术，它的发展归功于在第二次世界大战中，各国加强了经济的投入，就加强了本国的经济的发展。 另一方面它也是生产力发展的需求的必然结果，也是人类自身发展的必然结果，那么人类的发展随着人们这种社会发展的情况，人们越来越不断探讨自然过程中，在改造自然过程中，认识自然过程中，实现人们对不可达世界的认识和改造，这也是人们在科技发展过程中的一个客观需要。 “迎宾机器人”是一个机电结合的制作。在现实当中，当客人来到门口时，会向客人热情的说一句“欢迎光临”，同时记下进入人数，同样当有客人从门口离

RIC机器人创新挑战赛主题与规则

机器人创新挑战赛主題与规则 ――全民健身1.机器人创新挑战赛简介 ( )机器人创新挑战赛是一项青少年机器人比赛项目。要求参加比赛的代表队自行设计、制作机器人并进行程式设计。参赛的机器人可在特定的竞赛场地上，按照一定的规则进行比赛。在中国青少年机器人竞赛中设置机器人创新挑战赛的目的是通过信息技术及科学原理的融合运用，启发参赛者的科技运用及创意，并以机器人设计的竞赛活动，达到推动创新科学教育的目的，激发我国青少年对机器人技术的兴趣。 2.竞赛主題 本届挑战赛的主题为“全民健身”。 全民健身是指全国人民，不分男女老少，全体人民增强力量，柔韧性，增加耐力，提高协调，控制身体各部分的能力，从而使人民身体强健。 全民健身旨在全面提高国民体质和健康水平，以青少年和儿童为重点，倡导全民做到每天参加一次以上的体育健身活动，学会两种以上健身方法，每年进行一次体质测定。为纪念北京奥运会成功举办，国务院批准从年起，将每年月日设置为“全民健身日”。 伴随着全民健身活动的蓬勃开展，人们的生活观念发生巨大变化。在一些大中城市，为健康而消费成为新时代提高生活质量的一种时尚。部分新兴体育项目，如攀岩、马术、蹦极、保龄球、滑板、女子拳击、沙弧球、跆拳道、高尔夫球等运动，尤其受到年轻人的青睐。 . 比赛场地与环境 场地 场地图（不含黑边）的尺寸为长宽。 图为训练场地示意图。实际比赛场地可能略有不同。

参赛队可以把待命区内当前不动或机器人不用的物品放到待命区外，只要这个动作不具有任何策略性。 如因其它原因而非机器人的动作使场地中的模型断裂、失效、移动或被启动，如果可能，裁判员应尽快将它恢复。 起始区与终止区 场地中有一块起始区（区域）和一块终止区（区域）。起始区是机器人准备、启动的地方，终止区是机器人最终停止的地方。起始区为：*。 赛场环境 机器人比赛场地环境为冷光源、低照度、无磁场干扰，但由于一般赛场环境的不确定因素较多，例如，场地图下面有纹路和不平整；场地图本身有皱褶；尺寸有误差；光照条件有变化等等。参赛队在设计机器人时应考虑各种应对措施。. 机器人和器材 本节提供设计和构建机器人的原则和使用器材的要求。参赛前，所有机器人必须通过检查。竞赛中号遥控机器人首先启动，号机器人启动后，通过无线手柄遥控的方式去启动号机器人，号机器人应让其自动运行完成规定任务，参赛队员不得再对号机器人进行干预。不允许使用智能循迹模块。 每个参赛队只能使用两个机器人完成所有比赛项目。赛场上只能有两个控制器，不能再把其它控制器带到比赛区，即使该控制器只是用于配重或装饰或放在场外的盒子里。 机器人最多可以使用个传感器，它们可以是触碰传感器、光电传感器、颜色传感

智能循迹小车分析方案

智能循迹小车设计 专业：自动化 班级：0804班 姓名： 指导老师： 2018年8月——2018年10月 摘要：

本课题是基于AT89C52单片机的智能小车的设计与实现，小车完成的主要功能是能够自主识别黑色引导线并根据黑线走向实现快速稳定的寻线行驶。小车系统以 AT89S52 单片机为系统控制处理器；采用红外传感获取赛道的信息，来对小车的方向和速度进行控制。此外，对整个控制软件进行设计和程序的编制以及程序的调试，并最终完成软件和硬件的融合，实现小车的预期功能。 引言

当今世界，传感器技术和自动控制技术正在飞速发展，机械、电气和电子信息已经不再明显分家，自动控制在工业领域中的地位已经越来越重要，“智能”这个词也已经成为了热门词汇。现在国外的自动控制和传感器技术已经达到了很高的水平，特别是日本，比如日本本田制作的机器人，其仿人双足行走已经做得十分逼真，而且具有一定的学习能力，还据说其智商已达到6岁儿童的水平。 作为机械行业的代表产品—汽车，其与电子信息产业的融合速度也显著提高，呈现出两个明显的特点：一是电子装置占汽车整车<特别是轿车）的价值量比例逐步提高，汽车将由以机械产品为主向高级的机电一体化方向发展，汽车电子产业也很有可能成为依托整车制造业和用车提升配置而快速成为新的增长点；二是汽车开始向电子化、多媒体化和智能化方向发展，使其不仅作为一种代步工具、同时能具有交通、娱乐、办公和通讯等多种功能。 无容置疑，机电一体化人才的培养不论是在国外还是国内，都开始重视起来，主要表现在大学生的各种大型的创新比赛，比如：亚洲广播电视联盟亚太地区机器人大赛

机器人设计说明书

机械制造装备设计说明书 设计日期：2015年6月16日

前言 机器人（Robot）是自动执行工作的机器装置。它既可以接受人类指挥，又可以运行预先编排的程序，也可以根据以人工智能技术制定的原则纲领行动。它的任务是协助或取代人类工作的工作，例如生产业、建筑业，或是危险的工作。

目录 1、机器人型号.................................................................................. 错误！未定义书签。 2、关节机械原理图 ....................................................................... 错误！未定义书签。 3、各关节运动范围及最快速度 (4) 4、拆装过程 (6) 5、零件明细表 (6) 6、所拆关节减速器工作原理 ....................................................................................... 小结.......................................................................................................................................... 参考文献................................................................................................. 错误！未定义书签。

机械创新设计大赛获奖作品

全国大学生第一届机械创新设计大赛获奖作品 展示 全国一等奖 北京化工齿动多功能平行 口钳北京化工齿动多功能平行 口钳 北京化工齿动多功能平行 口钳 大 连理工机械式自动节水 水龙头 第二炮兵工程学院军地两用全自动担架车 第二炮兵工 程学院军地两用全自动担 架车 东 南大学自适应可翻转探测 车 东 南大学自适应可翻转探 测车 东南大学自适应可翻转探测 车 东 南大学自适应可翻转探测 车 福 大节流阀型高楼逃生器 福大节流阀 型高楼逃生器 福大节流阀型高楼逃生器 国 防科大行星轮式登月车 国 防科大行星轮式登月车 国 防科大行星轮式登月车

国防科大行星轮式登月车 哈工并联与 分布控制机器人 哈 工并联与分布控制机器人 哈 工并联与分布控制机器 人 哈工并联与分布控制机器人 哈 工并联与分布控制机器人 哈 工并联与分布控制机器人 哈 工并联与分布控制机器 人 哈工并联与分布控制机器人 哈 工程仿生机器蟹 哈 工程仿生机器蟹 哈 工程仿生机器蟹 哈工程仿生机器蟹 哈 工大微定位仿生机器人 哈 工大微定位仿生机器人 海 军工程大学摆式特种发 动机 天津大学爬杆喷漆机器人 天 津大学爬杆喷漆机器人 中 国农大菌液自动抽取喷涂 机 中国农大菌 液自动抽取喷涂机

重庆大学半球体螺旋沟槽数 控研磨机 重 庆大学半球体螺旋沟槽数 控研磨机 重 庆大学半球体螺旋沟槽数 控研磨机 全国二等奖 北工大助力器 北工大助力 器 北工大助力 器 长 春理工轮足式机器人 长春理工轮足式机器人 长 春理工轮足式机器人 长 春理工轮足式机器人 大 连理工蚯蚓爬行器 大连理工蚯蚓爬行器 东 北大学圆柱凸轮数控铣 削加工装置 哈工程螺旋 传动管道机器人 海 军工程大学舰船探测者 海军工程大学舰船探测 华 东理工易拉罐有偿回收 / 华南理工健身洗衣机 华 南农大气动式龙眼去核机

工业机器人课程设计--多功能机械手-精品

《机器人应用技术》课程作品 设计说明书 作品名称：多功能机械手 专业：机电一体化技术 班级：机电124班 2014 年10 月1 日

目录 一课题概述 (2) 1、选题背景 (2) 2、发展现状和趋势 (3) 3、研究调研 (4) 二机械手组成及工作过程 (6) 1、整体结构分析 (6) 2、所需器材 (6) 3、底座部分 (8) 4、躯干部分 (9) 5、上臂部分 (10) 6、手爪部分 (11) 7、机械手系统的总调试 (12) 三软件部分 (13) 1、机械手软件编制流程图 (13) 2、机械手运行控制程序图 (14) 四设计体会 (15)

一课题概述 1、选题背景 随着我国经济的高速发展，各种电子产品和各种创新机械结构的出现，工业机器人的作用在装配制造业产业中的地位更加重要了。另一方面随着人们生活水平的提高传统制造产业劳动力生产成本进一步提高，这也使企业意识到用高速准确的机械自动化生产代替传统人工操作的重要性。其中机械手是其发展过程中的重要产物之一，它不仅提高了劳动生产的效率，还能代替人类完成高强度、危险、重复枯燥的工作，减轻人类劳动强度，可以说是一举两得。在机械行业中，机械手越来越广泛的得到应用，它可用于零部件的组装，加工工件的搬运、装卸，特别是在自动化数控机床、组合机床上使用更为普遍。目前，机械手已发展成为柔性制造系统FMS和柔性制造单元FMC中一个重要组成部分。把机床设备和机械手共同构成一个柔性加工系统或柔性制造单元，可以节省庞大的工件输送装置，结构紧凑，而且适应性很强。但目前我国的工业机械手技术及其工程应用的水平和国外比还有一定的距离，应用规模和产业化水平低，机械手的研究和开发直接影响到我国机械行业自动化生产水平的提高，从经济上、技术上考虑都是十分必要的。因此，进行机械手的研究设计具有重要意义。 在这样一个大的背景下结合自己的专业机电一体化，我们选择多功能机械手来作为我们的设计题目。结合专业特点使用德国慧鱼机器人教学模型作为我们实现这一课题的元件。利用慧鱼模型的各种机械结构组装出机械手的机械部分，用pc编程实现对机械手的自动控制，

搬运机器人结构设计与分析设计说明

搬运机器人结构设计与分析 摘要 在当今大规模制造业中，企业为提高生产效率，保障产品质量，工业机器人作为自动化生产线上的重要成员，逐渐被企业所认同并采用。工业机器人的技术水平和应用程度在一定程度上反映了一个国家工业自动化的水平。目前，工业机器人主要承担着焊接、喷涂、搬运以及堆垛等重复性并且劳动强度极大的工作。 本课题主要对搬运机器人的机械部分展开讨论，对原有的机械结构提出了新的改进方法，并把现在的新技术应用到本课题中，从而使得搬运机器人更加适用于现在的工业工作环境。通过详细了解搬运机器人在工业上的应用现状，提出了具体的搬运机器人设计要求，并根据搬运机器人各部分的设计原则，进行了系统总体方案设计以及包括：机器人的手部、腕部、臂部、腰部在的机械结构设计。此搬运机器人的驱动源来自液压系统，执行元件包括：柱塞式液压缸、摆动液压缸、伸缩式液压缸等。通过液压缸的运动来实现搬运机器人的各关节运动，进而实现搬运机器人的实际作业。 关键词：搬运机器人；液压系统；机械结构设计；操作

Abstract In the modern large-scale manufacturing industry,enterprises to improve productivity, and,guarantee product quality, as an important part of the automation production line, industrial robots are gradually approved and adopted by enterprises. Industrial robot technology standards and application level, to a certain extent, reflect a level of national industrial automation. Currently, Industrial robot mainly tasked with welding, spraying, handling and stacking, repetitive and intensity of significant work. The subject of the main part of the handling of their machinery discussions, and on the original mechanical structure proposed for the new improved method, which makes the handling robot is more applicable to the present industrial working environment.Through a detailed understanding of the robot in the industrial application,to propose specific handling robot design requirements,and according to the robot design principles of various parts, for the system as well as including:the robot's hand, wrist, arm, waist, the design of mechanical structures.The transfer robot driven by the source from the hydraulic system, and the implementation of components including:plunger hydraulic cylinders, hydraulic cylinders, swing, telescopic hydraulic cylinders, etc.Through the hydraulic cylinder movements to implement the joint transport robot motion,And realize the operational handling robot. Keywords：Transfer robot；Hydraulic System；Mechanical Design；Operating

机器人课程设计说明书

机器人课程设计说明书 指导教师： 院系： 班级：

： 学号：

一、课程设计的容 1、目的和意义 机器人涉及机械、电子、传感、控制等多个领域和学科。本课程设计是在《机器人学》课程的基础上，利用多传感技术、控制技术实现机器人控制系统的综合与应用，达到锻炼学生综合设计能力的目的。让我们把理论与实践结合起来，掌握更多技能。 2、设计容 （一）、机器人硬件 本课程设计使用实验室已有的移动机器人。机器人有两个驱动轮、一个从动轮，驱动轮由舵机直接驱动。机器人控制器为89S52单片机。机器人结构图如图1所示。 图1 机器人结构简图

（二）、设计任务 利用多传感器技术，实现对机器人的轨迹规划及控制。具体为：控制机器人在规定的场地避开障碍物走遍整个场地。 二C51单片机编程环境与机器人智能 1、单片机与C51系列单片机 （一）、单片机 单片机是一种集成电路芯片，是采用超大规模集成电路技术把具有数据处理能力的中央处理器CPU随机存储器RAM、只读存储器ROM、多种I/O口和中断系统、定时器/计时器等功能（可能还包括显示驱动电路、脉宽调制电路、模拟多路、A/D转换器等电路）集成到一块硅片上构成的一个小而完善的微型计算机系统，在工业控制领域的广泛应用。从上世纪80年代，由当时的4位、8位单片机，发展到现在的32位300M的高速单片机。 （二）、C51系列单片机 MCS51是指由美国INTEL公司生产的一系列单片机的总称。这一系列单片机包括了好些品种，如8031，8051，8751等，其中8051是最典型的产品，该系列单片机都是在8051的基础上进行功能的增、减、改变而来的。 本课程设计所用的AT89S52单片机是在此基础上改进而来的。AT89S52是一种高性能、低功耗的8位单片机，含8k字节ISP可反复擦写1000次的FLASH只读程序存储器，兼容标准MCS51指令系统及其引脚结

智能机器人创新设计

智能机器人创新设计 This model paper was revised by the Standardization Office on December 10, 2020

智能机器人创新设计 第一阶段 智能机器人作品创新设计 智能机器人创新设计评选的目的是为了激发青少年的创新意识，鼓励机器人爱好者在机器人开发和使用中自主创新，以创新为主题，设计制作各种新颖的机器人项目，实现机器人的机械、电子、气动、软件以及传感器等方面的扩展应用，从而推动机器人应用的不断发展。 一.创新设计选题 智能机器人创新设计第一步是选题，选题应该遵循以下基本原则。 1.题目来源于生活，服务于生活 2.科学性、新颖性、展示性。 3.根据自身能力判断可行性。 二.创新设计途径 1.模仿：在已有成果的基础上，充分利用智能机器人技术，模仿其结构和控制原理。在过程中实践，在实践中应用。 2.改进：在参考原有功能和设计结构的基础上，进一步丰富和完善智能系统，使之功能更全面，更高效。 3.发明创造：历史上没有的。 三.评选原则 1.可行性原则：所设计的机器人应具备良好的可操作性和安全性。作品完成后还应充分考虑到其他人员在使用时是否能顺利启动，或者使其经过一定的努力也可以完成某一项功能或任务。鼓励设计者利用现有资源，整合费旧材料以最少的资本投入完成相关活动，显现出环保节能意识。 2.创新性原则：创新是技术活动的本质所在，在设计机器人作品时，师生应根据日常生活经验，展开丰富、科学的联想，并积极附注于实践。创造新方法、新成果、新价值。 3.智能性原则：机器人创新设计不同于一般的科技发明，其核心重在体现作品自身的智能化（如感知、规划、动作和协同等能力）。设计好的机器人创新作品可按照周围环境所提供的信息，利用各种传感器和动力装置进行信息的获取和输出，并能按照预设的程序指令决定自己的行动，要有一定的自主能力。这也正是机器人创新设计的魅力所在。

循迹小车设计思路

1 方案与论证 1.1控制芯片的选择 方案一：选用AVR单片机Atmega128L，Atmega128L是高性能、低功耗的AVR ? 8 位微处理器，64引脚。采用先进的RISC 结构，具有133 条指令，大多数可以在一个时钟周期内完成。它具有两个独立的预分频器和比较器功能的8 位定时器/计数器和两个具有预分频器、比较功能和捕捉功能的16 位定时器/计数器及具有独立预分频器的实时时钟计数器。片内带有模拟比较器。具有上电复位以及可编程的掉电检测功能。 其片内资源丰富，具有：8个外部中断，4个定时计数器，53个I/O口，可解除I/O口资源不足的困难。其引脚大多数都有具有第二功能，功能强大。. 方案二：采用AT89S52单片机，AT89S52 单片机是一种低功耗、高性能CMOS 8位微控制器，具有8K 在系统可编程存储器。使用Atmel 公司高密度非易失性存储器技术制造，与工业80C51 产品指令和引脚完全兼容。片上Flash允许程序存储器在系统可编程，亦适于常规编程器。AT89S52有5个中断源，和3个定时计数器。 方案三：采用FPGA（现场可编辑门列阵）作为系统控制器。FPGA可以实现各种复杂的逻辑功能，规模大，集成度高，体积小，稳定性好，并且可利用EDA 软件进行仿真和调试。FPGA采用并行工作方式，提高了系统的处理速度，常用于大规模实时性要求较高的系统。 方案比较：由三种方案可以看出，以Atmega 128L核心可以方便地实现对各个部分的控制和外接，而AT89S52而需要外扩大量的I/O口才能满足需要，而FPGA的高速处理能力得不到充分发挥且价格较贵，所以我们选择方案一。 （2）轨道行程控制方案的选择 为了使电动车能够识别黑线不跑离轨道，我们在系统中加装了光电传感器和金属传感器。 1.2 路面检测 我们采用检测黑线的方法来控制智能小车的行走轨迹，使用了两个红外对管来检测黑线，同时用超声波传感器检测小车周围的障碍物。 方案一：采用热探测器。热探测器是利用所接收到的红外辐射后，会引起温度的变化，温度的变化引起电信号输出，且输出的电信号与温度的变化成比例，温度变化是因为吸收热辐射能量引起的，与吸收红外辐射的波长没有关系，即对红外