輪式移動機(jī)器人課程設(shè)計(jì) (2)

1、<p><b>　　課程設(shè)計(jì)說明書</b></p><p>　　課程名稱 </p><p>　　專 業(yè) 班 級 </p><p>　　學(xué) 號 姓 名

2、</p><p>　　指導(dǎo)教師 </p><p><b>　　年 月 日</b></p><p><b>　　摘 要</b></p><p>　　輪式移動機(jī)器人是機(jī)器人家族中的一個重要的分支，也是進(jìn)一步擴(kuò)展機(jī)器人應(yīng)用領(lǐng)域的重

3、要研究發(fā)展方向。自上世紀(jì)九十年代以來，人們廣泛開展了對機(jī)器人移動功能的研制和開發(fā)，為適應(yīng)各種工作環(huán)境的不同要求而開發(fā)出各種移動機(jī)構(gòu)。其中全方位輪可以實(shí)現(xiàn)高精確定位、原地調(diào)整姿態(tài)和二維平面上任意連續(xù)軌跡的運(yùn)動，具有一般的輪式移動機(jī)構(gòu)無法取代的獨(dú)特特性，對于研究移動機(jī)器人的自由行走具有重要愈義。</p><p>　　本文主要是介紹了技術(shù)較為成熟的麥克納姆全方位輪的運(yùn)動原理結(jié)構(gòu)，分析了由四個麥克納姆輪全方位輪組成的全向

4、移動機(jī)構(gòu)的運(yùn)動協(xié)調(diào)原理。 并將其運(yùn)用到輪腿復(fù)合式的機(jī)器人身上，使機(jī)器人移動能力更強(qiáng)。設(shè)計(jì)的主要方面包括（1）</p><p>　　移動方式的選擇；（2）機(jī)器人結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)；（3）機(jī)器人移動原理的分析；（4）對移動機(jī)器人控制系統(tǒng)的簡單設(shè)計(jì)。</p><p>　　關(guān)鍵詞: 輪式移動機(jī)器人，輪腿復(fù)合式，四足</p><p><b>　　目 錄</b>

5、</p><p><b>　　摘 要1</b></p><p>　　1 移動機(jī)器人技術(shù)發(fā)展概況1</p><p>　　1.1 機(jī)器人研究意義及應(yīng)用領(lǐng)域1</p><p>　　1.1.1 機(jī)器人的研究意義1</p><p>　　1.1.2 機(jī)器人的應(yīng)用領(lǐng)域2</p><

6、;p>　　1.2 移動機(jī)器人的發(fā)展概況2</p><p>　　1.2.1 移動機(jī)器人的國內(nèi)發(fā)展概況2</p><p>　　1.2.2 移動機(jī)器人的國外發(fā)展概況3</p><p>　　2 輪式移動機(jī)器人的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)5</p><p>　　2.1輪式移動機(jī)器人系統(tǒng)結(jié)構(gòu)5</p><p>　　2.1.1移動方式

7、的選擇6</p><p>　　2.1.2機(jī)器人移動原理構(gòu)想6</p><p>　　2.1.3機(jī)器人輪子的選擇7</p><p>　　2.1.4機(jī)器人腿部結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)8</p><p>　　2.2輪式移動機(jī)器人主要結(jié)構(gòu)9</p><p>　　3 輪式移動機(jī)器人的控制系統(tǒng)9</p><p>

8、;　　3.1 控制系統(tǒng)硬件選型與配置10</p><p>　　3.1.1 驅(qū)動電機(jī)的選型10</p><p>　　3.1.2 伺服電機(jī)的選型11</p><p>　　3.1.3 輪轂電機(jī)的選型11</p><p>　　3.2 輪式移動機(jī)器人控制系統(tǒng)框架14</p><p>　　4 結(jié)論和總結(jié)17</p

9、><p><b>　　5 致謝19</b></p><p><b>　　參考文獻(xiàn)20</b></p><p>　　1 移動機(jī)器人技術(shù)發(fā)展概況 </p><p>　　1.1 機(jī)器人研究意義及應(yīng)用領(lǐng)域</p><p>　　隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，人類的研究活動領(lǐng)域已由陸地?cái)U(kuò)展到海底

10、和空間。利用移動機(jī)器人進(jìn)行空間探測和開發(fā)，己成為21世紀(jì)世界各主要科技發(fā)達(dá)國家開發(fā)空間資源的主要手段之一。研究和發(fā)展月球探測移動機(jī)器人技術(shù)，對包括移動機(jī)器人在內(nèi)的相關(guān)前沿技術(shù)的研究將產(chǎn)生巨大的推動作用。 </p><p>　　1.1.1 機(jī)器人的研究意義</p><p>　　“機(jī)器人產(chǎn)業(yè)在二十一世紀(jì)將成為和汽車、電腦并駕齊驅(qū)的主干產(chǎn)業(yè)?！睆凝嫶蟮墓I(yè)機(jī)器人到微觀的納米機(jī)器人，從代表尖端技

11、術(shù)的仿人型機(jī)器人到孩子們喜愛的寵物機(jī)器人，機(jī)器人正在日益走近我們的生活，成為人類最親密的伙伴。機(jī)器人技術(shù)和產(chǎn)業(yè)化在中國具有一定的現(xiàn)實(shí)基礎(chǔ)和廣闊的市場前景。</p><p>　　機(jī)器人研究以科技含量高、學(xué)科跨度寬、參與面廣和展示性強(qiáng)等特點(diǎn)在國際上有著很強(qiáng)的影響力。它涉及人工智能、圖像處理、通訊傳感、精密機(jī)構(gòu)和自動控制等多領(lǐng)域的前沿研究和技術(shù)集成。目前已經(jīng)形成了一個國際聯(lián)盟的人工智能和機(jī)器人項(xiàng)目開發(fā)目標(biāo)，被世界各國科

12、研機(jī)構(gòu)和眾多高等院校所重視。全球化的機(jī)器人產(chǎn)業(yè)市場也給商家?guī)砹素S厚的利潤回報(bào)。國內(nèi)的教育和科研機(jī)構(gòu)也日益關(guān)注機(jī)器人事業(yè)的發(fā)展，有關(guān)科研工作在深度和規(guī)模上逐漸提高，清華大學(xué)、中國科技大學(xué)等著名高校基本形成了完整的課程體系，對推動高校的科技創(chuàng)新和產(chǎn)學(xué)研一體化產(chǎn)生了積極作用，也為提高我國在機(jī)器人領(lǐng)域的國際地位作出了積極貢獻(xiàn)。</p><p>　　開展機(jī)器人研究和參與各項(xiàng)競賽活動，旨在進(jìn)一步加強(qiáng)未成年人思想道德教育，提

13、高廣大青少年的科學(xué)素養(yǎng)，發(fā)展自身潛能，引導(dǎo)更多的大中小學(xué)生關(guān)注科技、熱愛科技、走進(jìn)科技，涌現(xiàn)出更多的未來科學(xué)家和未來工程師。在積極推進(jìn)基礎(chǔ)教育和高等教育改革的過程中，滲透科學(xué)技術(shù)教育，努力培養(yǎng)大中小學(xué)學(xué)生的實(shí)踐能力和創(chuàng)新精神，造就適應(yīng)21 世紀(jì)全球科技、經(jīng)濟(jì)發(fā)展需要的新一代。</p><p>　　機(jī)器人研究不但能吸引一大批電子信息產(chǎn)業(yè)制造商、銷售商、金融投資機(jī)構(gòu)和技術(shù)服務(wù)機(jī)構(gòu)提供產(chǎn)品和服務(wù)，而且還促進(jìn)了知名科研機(jī)

14、構(gòu)、高等院校與高科技企業(yè)的合作交流，共同發(fā)展。通過大賽期間舉辦學(xué)術(shù)研討等活動，眾多專家學(xué)者齊聚一堂，探討我國自動化技術(shù)和信息技術(shù)的發(fā)展趨勢，為推動產(chǎn)業(yè)發(fā)展出謀獻(xiàn)策，領(lǐng)銜助跑。</p><p>　　1.1.2 機(jī)器人的應(yīng)用領(lǐng)域</p><p>　　隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，人類的研究活動領(lǐng)域已由陸地?cái)U(kuò)展到海底和空間。利用移動機(jī)器人進(jìn)行空間探測和開發(fā)，己成為21世紀(jì)世界各主要科技發(fā)達(dá)國家開發(fā)空間資源

15、的主要手段之一。研究和發(fā)展月球探測移動機(jī)器人技術(shù)，對包括移動機(jī)器人在內(nèi)的相關(guān)前沿技術(shù)的研究將產(chǎn)生巨大的推動作用。</p><p>　　移動機(jī)器人是一種能夠通過傳感器感知外界環(huán)境和自身狀態(tài)，實(shí)現(xiàn)在有障礙物的環(huán)境中面向目標(biāo)的自主運(yùn)動，從而完成一定作業(yè)功能的機(jī)器人系統(tǒng)。近年來，由于移動機(jī)器人在工業(yè)、農(nóng)業(yè)、醫(yī)學(xué)、航天和人類生活的各個方面顯示了越來越廣泛的應(yīng)用前景，使得它成為了國際機(jī)器人學(xué)的研究熱點(diǎn)。20世紀(jì)90年代以來，

16、以研制高水平的環(huán)境信息傳感器和信息處理技術(shù)，高適應(yīng)性的移動機(jī)器人控制技術(shù)，真實(shí)環(huán)境下的規(guī)劃技術(shù)為標(biāo)志，開展了移動機(jī)器人更高層次的研究。目前，移動機(jī)器人特別是自主機(jī)器人已成為機(jī)器人技術(shù)中一個于分活躍的研究領(lǐng)域[1]。</p><p>　　1.2 移動機(jī)器人的發(fā)展概況</p><p>　　1.2.1 移動機(jī)器人的國內(nèi)發(fā)展概況</p><p>　　機(jī)器人技術(shù)的發(fā)展從無到有

17、，從低級到高級，隨著科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步而不斷深入發(fā)展。移動式機(jī)器人特別是自主式移動機(jī)器人已成為機(jī)器人研究領(lǐng)域的中心之一。</p><p>　　移動式機(jī)器人的研究現(xiàn)狀主要體現(xiàn)在四個方面。一是機(jī)器人的體系結(jié)構(gòu)。目前根據(jù)實(shí)現(xiàn)機(jī)器人感知、決策、行為等功能的不同分為分層遞階結(jié)構(gòu)、行為系統(tǒng)、黑板系統(tǒng)三種體系結(jié)構(gòu)。二是信息感知，這主要來源于傳感器。目前移動式機(jī)器人主要使用的傳感器有聲納、紅外、激光掃描、攝像機(jī)和陀螺等，主要采用多傳

18、感器融合的技術(shù)來獲得信息。三是移動機(jī)器人的控制。目前移動式機(jī)器人主要應(yīng)用基于機(jī)器人幾何中心或輪軸線中心的時間微分方程的運(yùn)動學(xué)模型建模，應(yīng)用推算航行法與外部傳感器獲得的信息進(jìn)行融合的方式定位，利用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的學(xué)習(xí)和容錯能力對移動式機(jī)器人控制和基于規(guī)則的模糊控制機(jī)器人運(yùn)動。四是路徑規(guī)劃，這是導(dǎo)致機(jī)器人能否實(shí)現(xiàn)最終目標(biāo)的關(guān)鍵。根據(jù)規(guī)劃時所利用的信息的不同路徑規(guī)劃可分為基于模型的規(guī)劃和基于情形的規(guī)劃。</p><p>　　

19、移動式機(jī)器人的未來是朝著智能化，情感化發(fā)展的，影響移動式機(jī)器人發(fā)展的主要因素有：導(dǎo)航與定位，多傳感器信息的融合，多機(jī)器人協(xié)調(diào)與控制策略等。</p><p>　　中國與國外相比，目前還存在一定的差距，雖然掌握了機(jī)器人操作機(jī)的設(shè)計(jì)制造技術(shù)、控制系統(tǒng)硬件和軟件設(shè)計(jì)技術(shù)、運(yùn)動學(xué)和軌跡規(guī)劃技術(shù)，生產(chǎn)了部分機(jī)器人關(guān)鍵元器件，但可靠性低于國外產(chǎn)品；機(jī)器人應(yīng)用工程起步較晚，應(yīng)用領(lǐng)域窄，生產(chǎn)線系統(tǒng)技術(shù)與國外比有差距。中國的智能機(jī)器

20、人和特種機(jī)器人也取得了不少成果。但是在多傳感器信息融合控制技術(shù)、遙控加局部自主系統(tǒng)遙控機(jī)器人、智能裝配機(jī)器人、機(jī)器人化機(jī)械等的開發(fā)應(yīng)用方面則剛剛起步。隨著社會文明程度的提高，對機(jī)器人的要求也會越來越高。中國要做好充分的準(zhǔn)備迎接新的技術(shù)挑戰(zhàn)。</p><p>　　1.2.2 移動機(jī)器人的國外發(fā)展概況</p><p>　　美國國家科學(xué)委員會曾預(yù)言 : “ 20 世紀(jì)的核心武器是坦克 ,21 世

21、紀(jì)的核心武器是無人作戰(zhàn)系統(tǒng) , 其中2000 年以后遙控地面無人作戰(zhàn)系統(tǒng)將連續(xù)裝備部隊(duì) ,并走向戰(zhàn)場” 。 為此 , 從 80 年代開始 , 美國國防高級研究計(jì)劃局 (DARPA) 專門立項(xiàng) , 制定了地面天人作戰(zhàn)平臺的戰(zhàn)略計(jì)劃。 從此 , 在全世界掀開了全面研究室外移動機(jī)器人的序幕 , 如 DARPA 的 “戰(zhàn)略計(jì)算機(jī)” 計(jì)劃中的自主地面車輛 (ALV) 計(jì)劃 (1983 — 1990) , 能源部制訂的為期 10 年的機(jī)器人和智能系

22、統(tǒng)計(jì)劃 (RIPS) (1986 —1995) , 以及后來的空間機(jī)器人計(jì)劃 ; 日本通產(chǎn)省組織的極限環(huán)境下作業(yè)的機(jī)器人計(jì)劃 ; 歐洲尤里卡中的機(jī)器人計(jì)劃等。</p><p>　　初期的研究 , 主要從學(xué)術(shù)角度研究室外機(jī)器人的體系結(jié)構(gòu)和信息處理 , 并建立實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)進(jìn)行驗(yàn)證。 雖然由于 80 年代對機(jī)器人的智能行為期望過高 , 導(dǎo)致室外機(jī)器人的研究未達(dá)到預(yù)期的效果 , 但卻帶動了相關(guān)技術(shù)的發(fā)展 , 為探討人類研制智

23、能機(jī)器人的途徑積累了經(jīng)驗(yàn) , 同時 , 也推動了其它國家對移動機(jī)器人的研究與開發(fā)。 進(jìn)入 90 年代 , 隨著技術(shù)的進(jìn)步 , 移動機(jī)器人開始在更現(xiàn)實(shí)的基礎(chǔ)上 , 開拓各個應(yīng)用領(lǐng)域 , 向?qū)嵱没M(jìn)軍。</p><p>　　由美國 NASA 資助研制的 “丹蒂 II ” 八足行走機(jī)器人 , 是一個能提供對高移動性機(jī)器人運(yùn)動的了解和遠(yuǎn)程機(jī)器人探險(xiǎn)的行走機(jī)器人 。 它與其他機(jī)器人 , 如NavLab , 不同之處是它于

24、1994 年在斯珀火山的火山口中進(jìn)行了成功的演示 , 雖然在返回時 , 在一陡峭的、 泥濘的路上 , 失去了穩(wěn)定性 , 倒向了一邊 , 但作為指定的探險(xiǎn)任務(wù)早己完成。 其它機(jī)器人在整個運(yùn)動過程中 , 都需要人參與或支持。 丹蒂計(jì)劃的主要目標(biāo)是為實(shí)現(xiàn)在充滿碎片的月球或其它星球的表面進(jìn)行探索而提供一種機(jī)器人解決方案。美國 NASA 研制的火星探測機(jī)器人索杰那于 1997年登上火星 , 這一事件向全世界進(jìn)行了報(bào)道。 為了在火星上進(jìn)行長距離探險(xiǎn)

25、 , 又開始了新一代樣機(jī)的研制 , 命名為 Rocky7, 并在 Lavic 湖的巖溶流上和干枯的湖床上進(jìn)行了成功的實(shí)驗(yàn)。</p><p>　　德國研制了一種輪椅機(jī)器人 , 并在烏爾姆市中心車站的客流高峰期的環(huán)境和 1998 年漢諾威工業(yè)商品博覽會的展覽大廳環(huán)境中進(jìn)行了實(shí)地現(xiàn)場表演。 該輪椅機(jī)器人在公共場所擁擠的、 有大量乘客的環(huán)境中 , 進(jìn)行了超過 36 個小時的考驗(yàn) , 所表現(xiàn)出的性能是其它現(xiàn)存的輪椅機(jī)器人或

26、移動機(jī)器人所不可比的。 這種輪椅機(jī)器人是在一個商業(yè)輪椅的基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)的。</p><p>　　從最早出現(xiàn)的機(jī)器人到現(xiàn)在涌現(xiàn)出的形態(tài)各異的移動小車，其移動機(jī)構(gòu)的形式層出不窮，以美國、俄羅斯、法國和日本為首的西方發(fā)達(dá)國家己經(jīng)研制出了多種復(fù)雜奇特的三維移動機(jī)構(gòu)，有的已經(jīng)進(jìn)入了實(shí)用化和商業(yè)化階段[2] [3]。面對21世紀(jì)深空探測的挑戰(zhàn)，對各種自主系統(tǒng)的研制是必須的，而移動機(jī)構(gòu)又是各種自主系統(tǒng)的最基本和最關(guān)鍵的環(huán)節(jié)。<

27、;/p><p>　　已經(jīng)出現(xiàn)的移動機(jī)器人的移動機(jī)構(gòu)主要有履帶式、腿式和輪式，其中以輪式的效率最高，但其適應(yīng)能力相對較差，而腿式的適應(yīng)能力最強(qiáng)但其效率最低[4]。</p><p>　　履帶式移動機(jī)構(gòu)是將圓環(huán)狀的循環(huán)軌道卷繞在若干車輪外，使車輪不直接與地面接觸，利用履帶可以緩和地面的凹凸不平。它具有良好的穩(wěn)定性能、越障能力和較長的使用壽命，適合在崎嶇的地面上行使。但由于沉重的履帶和繁多的驅(qū)動輪使得

28、整體機(jī)構(gòu)笨重，消耗的功率也相對較大[5]。</p><p>　　腿式移動機(jī)構(gòu)基本上是模仿人或動物的下肢機(jī)構(gòu)形態(tài)而制成的。因其出色的地面適應(yīng)能力和越野能力，曾經(jīng)得到很多機(jī)器人專家的廣泛重視，在其開發(fā)和研制上投入了大量的時間和精力，也取得了較大的成果。從移動的方式上來看，腿式移動機(jī)器人可分為兩種:動態(tài)行走機(jī)器人和靜態(tài)行走機(jī)器人。根據(jù)腿的數(shù)量又可進(jìn)行分類，如四腿移動機(jī)器人六腿移動機(jī)器人。腿式機(jī)器人雖然具有較強(qiáng)的越野能力

29、，但結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜，運(yùn)動控制的難度較大，而且移動速度較慢[6]。</p><p>　　輪式移動機(jī)構(gòu)具有運(yùn)動速度快、能量利用率高、結(jié)構(gòu)簡單、控制方便和能借鑒至今已很成熟的汽車技術(shù)等優(yōu)點(diǎn)，只是越野性能不太強(qiáng)。但隨著各種各樣的車輪底盤的出現(xiàn)，如日本NASDA的六輪柔性底盤月球漫游車LRTV，俄羅斯TRANSMASH的六輪三體柔性框架移動機(jī)器人Marsokohod，美國CMU的六輪三體柔性機(jī)器人Robby系列以及美國JPL

30、的六輪搖臂懸吊式行星漫游車Rocky系列，已使輪式機(jī)器人越野能力大大增加，可以和腿式機(jī)器人相媲美。于是人們對機(jī)器人機(jī)構(gòu)研究的重心也隨之轉(zhuǎn)移到輪式機(jī)構(gòu)上來，特別是最近日本開發(fā)出一種結(jié)構(gòu)獨(dú)特的五點(diǎn)支撐懸吊結(jié)構(gòu)Micros，其卓越的越野能力較腿式機(jī)器人有過之而不及[6-8]。</p><p>　　輪式結(jié)構(gòu)按輪的數(shù)量分可分為二輪機(jī)構(gòu)、三輪機(jī)構(gòu)、四輪機(jī)構(gòu)、六輪以及多輪機(jī)構(gòu)。二輪移動機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)非常簡單，但是在靜止和低速時非常

31、不穩(wěn)定。三輪機(jī)構(gòu)的特點(diǎn)是機(jī)構(gòu)組成容易，旋轉(zhuǎn)中心是在連接兩驅(qū)動輪的直線上，可以實(shí)現(xiàn)零回轉(zhuǎn)半徑。四輪機(jī)構(gòu)的運(yùn)動特性基本上與三輪機(jī)構(gòu)相同，由于增加了一個支撐輪，運(yùn)動更加平穩(wěn)。以上幾種輪式移動機(jī)構(gòu)的共同特點(diǎn)是它們所有的輪子在行駛過程中，只能固定在一個平面上，不能作上下調(diào)整，因此，地面適用能力差。一般的六輪機(jī)構(gòu)主要就是為了提高移動機(jī)器人的地面適應(yīng)能力而在其結(jié)構(gòu)上作了改進(jìn)，增加了搖臂結(jié)構(gòu)，使得機(jī)器人在行駛過程中，其輪子可以根據(jù)地形高低作上下調(diào)整，從

32、而提高了移動機(jī)器人的越野能力[9]。</p><p>　　2 輪式移動機(jī)器人的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)</p><p>　　2.1輪式移動機(jī)器人系統(tǒng)結(jié)構(gòu)</p><p>　　已經(jīng)出現(xiàn)的移動機(jī)器人的移動機(jī)構(gòu)主要有履帶式、腿式和輪式，其中以輪式的效率最高，但其適應(yīng)能力相對較差，而腿式的適應(yīng)能力最強(qiáng)但其效率最低。式移動機(jī)構(gòu)在救災(zāi)機(jī)器人中是最為普通的運(yùn)動方式，輪式機(jī)器人移動機(jī)構(gòu)普遍具有結(jié)構(gòu)

33、簡單、運(yùn)動速度快、能源利用率高的、機(jī)動性好強(qiáng)的特點(diǎn)，同時具有自重輕、不損壞路面、作業(yè)循環(huán)時間短和工作效率高等優(yōu)勢。控制的角度看，編程簡單并有較高的可靠性，每個輪子都可以獨(dú)立驅(qū)動。與履帶式移動機(jī)器人相比，當(dāng)跨越不平坦地形時，輪式機(jī)器人有著固有的不足，限制了其運(yùn)動能力，其穩(wěn)定性和對環(huán)境的適應(yīng)性完全依賴于環(huán)境本身的狀況，對于進(jìn)入復(fù)雜的環(huán)境完成既定任務(wù)存在嚴(yán)重的困難。輪式移動機(jī)構(gòu)按輪的數(shù)量可分為2輪、3輪、4輪、6輪、8輪。該結(jié)構(gòu)存在著一定的局

34、限性，只能在相對平坦、表面較硬的路面上行駛，如遇到軟性地面(如沼澤、草地、雪地、沙地等)容易打滑、沉陷，但可根據(jù)具體地面環(huán)境采用一些預(yù)防措施來緩解該類情況的出現(xiàn)，如采用不同種類的款式輪胎以提高其越野能力，象沙漠車輛、山地車輛等。</p><p>　　2.1.1移動方式的選擇</p><p>　　現(xiàn)在主流的移動方式基本是輪式，腿式，和履帶式，但由于其各有各的優(yōu)點(diǎn)與缺點(diǎn)，現(xiàn)在的科學(xué)家越來越追求

35、綜合性能的提高。輪式移動機(jī)構(gòu)具有運(yùn)動速度快、能量利用率高、結(jié)構(gòu)簡單、控制方便和能借鑒至今已很成熟的汽車技術(shù)等優(yōu)點(diǎn)，只是越野性能不太強(qiáng)。而腿式移動結(jié)構(gòu)雖然有很好的越野能力，但是結(jié)構(gòu)復(fù)雜，效率低等缺點(diǎn)。對于履帶式主要是由于沉重的履帶和繁多的驅(qū)動輪使得整體機(jī)構(gòu)笨重，消耗的功率也相對較大。</p><p>　　針對本次設(shè)計(jì)的環(huán)境主要是人為環(huán)境，地勢較平坦，但也需要對臺階、樓梯等障礙物進(jìn)行考慮，所以我打算設(shè)計(jì)輪腿結(jié)合式的移

36、動方式，在平坦的道路利用輪式結(jié)構(gòu)效率高，迅速等優(yōu)點(diǎn)，在需要上臺階，上樓梯等地方采用腿式結(jié)構(gòu)進(jìn)行越障。由于機(jī)器人中含腿式結(jié)構(gòu)且需要上臺階和爬樓梯所以采用四腿結(jié)構(gòu)，這是因?yàn)殡m然對于臺階就算是輪式結(jié)構(gòu)也能滿足要求，但是對于爬樓梯輪式結(jié)構(gòu)就不行了，所以需要腿式結(jié)構(gòu)的存在，生活中樓梯隨處可見，如果要使機(jī)器人有較好的環(huán)境適應(yīng)能力，上樓梯是必須要克服的。我決定選擇四輪腿式結(jié)構(gòu)，而基本結(jié)構(gòu)如圖2.1。中間為機(jī)器人主體，里面有機(jī)器人的控制系統(tǒng)和驅(qū)動上肢轉(zhuǎn)

37、動的電機(jī)，四肢末端為輪胎，機(jī)器人每條腿都分為上肢和下肢，中間為關(guān)節(jié)，下肢可繞其轉(zhuǎn)動。</p><p>　　圖2.1機(jī)器人基本結(jié)構(gòu)</p><p>　　2.1.2機(jī)器人移動原理構(gòu)想</p><p>　　由于環(huán)境較好，基本屬于平坦地面，故主要移動方式為輪式移動，在需要上臺階或樓梯是才使用腿式結(jié)構(gòu)，這是因?yàn)橥仁浇Y(jié)構(gòu)效率較低，只在必須使用腿式結(jié)構(gòu)的時候才使用，這樣既能提高機(jī)

38、器人的移動效率，也能是機(jī)器人有較好的越障能力。在平路上的移動原理將在2.1.3節(jié)講述，對于上臺階與爬樓梯的原理基本相同，故我只說明我對爬樓梯的移動原理的構(gòu)想。</p><p>　　首先是要在機(jī)器人機(jī)身上安裝傳感器，使其能夠感應(yīng)到前面的障礙物樓梯，然后就是爬樓梯的過程。在準(zhǔn)備爬樓梯的時候，首先要把輪子上的剎車系統(tǒng)啟動，是輪子不能轉(zhuǎn)動。然后爬樓梯的過程如同人走樓梯一樣，先輪流上前腳，等前腳站穩(wěn)，再輪流上后腳。<

39、/p><p>　　2.1.3機(jī)器人輪子的選擇</p><p>　　現(xiàn)在市面上的輪子有很多，有標(biāo)準(zhǔn)輪，小腳輪，麥克納姆輪，球形輪，正交輪等。我決定選用麥克納姆輪，因?yàn)樗芎芎玫南蚋鱾€方向移動且沒有球形輪那么難控制，而且現(xiàn)在麥克納姆輪的制作也比較成熟，下面是麥克納姆輪的原理與協(xié)調(diào)運(yùn)動原理：</p><p>　　麥克納姆外形像一個斜齒輪，輪齒是能夠轉(zhuǎn)動的鼓形輥?zhàn)?，輥?zhàn)拥妮S線與

40、輪的軸線成α角度。這樣的特殊結(jié)構(gòu)使得輪體具備了三個自由度：繞輪軸的轉(zhuǎn)動和沿輥?zhàn)虞S線垂線方向的平動和繞輥?zhàn)优c地面接觸點(diǎn)的轉(zhuǎn)動。這樣，驅(qū)動輪在一個方向上具有主動驅(qū)動能力的同時，另外一個方向也具有自由移動（被動移動）的運(yùn)動特性。輪子的圓周不是由普通的輪胎組成，而是分布了許多小滾筒，這些滾筒的軸線與輪子的圓周相切，并且滾筒能自由旋轉(zhuǎn)。當(dāng)電機(jī)驅(qū)動車輪旋轉(zhuǎn)時，車輪以普通方式沿著垂直于驅(qū)動軸的方向前進(jìn)，同時車輪周邊的輥?zhàn)友刂涓髯缘妮S線自由旋轉(zhuǎn)。

41、 圖2.2為采用全方位移動機(jī)構(gòu)的車輪組合情況，輪中的小斜線表示觸地輥?zhàn)拥妮S線方向。每個全方位輪都由一臺直流電機(jī)獨(dú)立驅(qū)動，通過四個全方位輪的轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)向適當(dāng)組合，可以實(shí)現(xiàn)機(jī)器人在平面上三自由度的全方位移動。4個全方位輪組成的機(jī)器人底座的力分析如圖，其中 為輪子滾動時小輥?zhàn)邮艿捷S向的摩擦力； 為小輥?zhàn)幼鰪膭訚L動時受到的滾動摩擦力；ω為各輪轉(zhuǎn)動的角速度。</p><p>　　2.1.4機(jī)器人腿部結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)</p&

42、gt;<p>　　我設(shè)計(jì)的腿部分為上肢和下肢兩個部分，上肢連接著機(jī)器人的主體和下肢，下肢連接著輪胎，由于要使機(jī)器人腿能夠滿足運(yùn)動要求，所以還需在上肢與機(jī)器人主體連接處設(shè)計(jì)一個關(guān)節(jié)，一個使腿部結(jié)構(gòu)能在機(jī)器人側(cè)面平面旋轉(zhuǎn)360度，如圖2.4所示。而且由于要控制轉(zhuǎn)動和其轉(zhuǎn)動的角度故需要在上肢與下肢關(guān)節(jié)處安裝小型電機(jī)，所以要留出空間安裝電機(jī)和線路。</p><p><b>　　圖 2.3</

43、b></p><p>　　對于下肢部分，由于麥克納姆輪可以進(jìn)行全方位的移動，故不需要加入關(guān)節(jié)，但需要加入剎車系統(tǒng)，以保證及時停車和在使用腿部功能時不發(fā)生滾動，同時在下肢與輪胎連接處設(shè)計(jì)平臺安放電機(jī)，使其驅(qū)動輪胎轉(zhuǎn)動。一個輪胎對應(yīng)一個電機(jī)，這樣才能通過改變每個輪胎的轉(zhuǎn)速來控制方向等復(fù)雜的移動。</p><p>　　下肢除了像上肢一樣的結(jié)構(gòu)外，多加了兩個在旁邊的箱體結(jié)構(gòu)，并且下部分較寬大

44、是用來與輪胎相連。上面的箱體是用力啊裝一個小型電機(jī)，通過下肢上端兩個同軸的孔與一根軸相連，來控制下肢繞上肢的轉(zhuǎn)動，而箱體的旁邊上端的孔是用來通過電線。下面的箱體是存放控制輪胎的電機(jī)，右邊有用來安放齒輪的空間和通孔來固定齒輪。下肢兩個豎直的同軸孔也是用來通過電線的。下肢總長約1米，下肢主體寬度約20厘米。</p><p>　　2.2輪式移動機(jī)器人主要結(jié)構(gòu)</p><p>　　主體結(jié)構(gòu)為機(jī)器人

45、的主要結(jié)構(gòu)，里面包括了控制系統(tǒng)，四個驅(qū)動電機(jī)以及一些傳感器，傳感器包括有紅外傳感器，壓敏傳感器，聲音傳感器等用來充當(dāng)機(jī)器人的眼睛、觸覺和聽覺功能。結(jié)構(gòu)主要為一箱體結(jié)構(gòu)，里面按需要放置電機(jī)及系統(tǒng)硬件。我構(gòu)想的主體結(jié)構(gòu)如圖2.8所示。</p><p><b>　　圖 2.4</b></p><p>　　圖2.4中整個主體是沒有加上任何傳感器和裝置的外殼，四個小箱體是安放控

46、制上肢的電機(jī)，旁邊的孔是用來通過電線的，大箱體中間是安放控制系統(tǒng)的電板。在整個零配件都安放好以后可在上方添加一塊板用來保護(hù)內(nèi)部元件。按照我的設(shè)想，在這個機(jī)器人的基礎(chǔ)上可以在主體上方添加其他功能。主體長1.5米寬0.5米高0.3米。</p><p>　　3 輪式移動機(jī)器人的控制系統(tǒng)</p><p>　　由于本次研究主要內(nèi)容為機(jī)器人結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，而且在大學(xué)階段沒有對相關(guān)知識的學(xué)習(xí)，使得我不能對機(jī)器

47、人的控制系統(tǒng)做出設(shè)計(jì)，以下僅僅是我參考別人的設(shè)計(jì)并對我的機(jī)器人控制系統(tǒng)的想法。</p><p>　　3.1 控制系統(tǒng)硬件選型與配置</p><p>　　移動機(jī)器人的運(yùn)動控制系統(tǒng)是機(jī)器人系統(tǒng)的執(zhí)行機(jī)構(gòu)，對系統(tǒng)精確地完成各項(xiàng)任務(wù)起著重要作用，有時也可作為一個簡單的控制器。構(gòu)成機(jī)器人運(yùn)動控制系統(tǒng)的要素有:計(jì)算機(jī)硬件系統(tǒng)及控制軟件、輸入/輸出設(shè)備、驅(qū)動器、傳感器系統(tǒng)。</p><

48、;p>　　3.1.1 驅(qū)動電機(jī)的選型</p><p>　　步進(jìn)電機(jī)是數(shù)字控制電機(jī)，它將脈沖信號轉(zhuǎn)變成角位移，即給一個脈沖信號，步進(jìn)電機(jī)就轉(zhuǎn)動一個角度，因此非常適合于單片機(jī)控制。步進(jìn)電機(jī)可分為反應(yīng)式步進(jìn)電機(jī)（簡稱VR）、永磁式步進(jìn)電機(jī)（簡稱PM）和混合式步進(jìn)電機(jī)（簡稱HB）。</p><p>　　步進(jìn)電機(jī)區(qū)別于其他控制電機(jī)的最大特點(diǎn)是，它是通過輸入脈沖信號來進(jìn)行控制的，即電機(jī)的總轉(zhuǎn)動角

49、度由輸入脈沖數(shù)決定，而電機(jī)的轉(zhuǎn)速由脈沖信號頻率決定。步進(jìn)電機(jī)的驅(qū)動電路根據(jù)控制信號工作，控制信號由單片機(jī)產(chǎn)生。其基本原理作用如下：</p><p><b>　　(1)控制換相順序</b></p><p>　　通電換相這一過程稱為脈沖分配。例如：三相步進(jìn)電機(jī)的三拍工作方式，其各相通電順序?yàn)锳-B-C－D,通電控制脈沖必須嚴(yán)格按照這一順序分別控制A,B,C，D相的通斷。&

50、lt;/p><p>　　(2)控制步進(jìn)電機(jī)的轉(zhuǎn)向</p><p>　　如果給定工作方式正序換相通電，步進(jìn)電機(jī)正轉(zhuǎn)，如果按反序通電換相，則電機(jī)就反轉(zhuǎn)。</p><p>　　(3)控制步進(jìn)電機(jī)的速度</p><p>　　如果給步進(jìn)電機(jī)發(fā)一個控制脈沖，它就轉(zhuǎn)一步，再發(fā)一個脈沖，它會再轉(zhuǎn)一步。兩個脈沖的間隔越短，步進(jìn)電機(jī)就轉(zhuǎn)得越快。調(diào)整單片機(jī)發(fā)出的脈沖頻

51、率，就可以對步進(jìn)電機(jī)進(jìn)行調(diào)速。</p><p>　　步進(jìn)電機(jī)是依靠有序的步進(jìn)脈沖運(yùn)動的，利用單片機(jī)控制步進(jìn)電機(jī)運(yùn)動是非常適合的。整個系統(tǒng)包含PIC16F877，步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動器L298和步進(jìn)電機(jī)。本設(shè)計(jì)是單片機(jī)控制兩臺步進(jìn)電機(jī)。PIC16f877單片機(jī)的作用是接受命令，完成相應(yīng)的功能，并作為脈沖邏輯分配器，輸出步進(jìn)電機(jī)所需要的時序脈沖。步進(jìn)電機(jī)可以向任意方向旋轉(zhuǎn)和停止，實(shí)現(xiàn)了所謂“位置控制”的動作。每個輸入脈沖決定

52、了步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)動的角度。步進(jìn)電機(jī)只是根據(jù)輸入脈沖數(shù)旋轉(zhuǎn)和停止，適合于位置控制，把運(yùn)動所必需的脈沖數(shù)，以動作所需要的速度輸入給電機(jī)，就能夠正確的控制位置而運(yùn)動。</p><p>　　步進(jìn)電機(jī)的運(yùn)行要有一個電子裝置進(jìn)行控制，這個裝置就是步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動器，它是將控制系統(tǒng)發(fā)出的脈沖信號放大以驅(qū)動步進(jìn)電機(jī)。步進(jìn)電機(jī)的轉(zhuǎn)速與脈沖信號的頻率成正比，控制脈沖信號的頻率可以對電機(jī)精確調(diào)整；控制脈沖數(shù)可以對電機(jī)精確定位。選擇步進(jìn)電機(jī)為移

53、動機(jī)器人驅(qū)動電機(jī)。上層系統(tǒng)計(jì)算移動機(jī)器人的角度和距離等信息傳給下層系統(tǒng)，通過分析得到機(jī)器人的運(yùn)動狀態(tài)，計(jì)算等到輪子的步數(shù)等。完成軟件的編寫，實(shí)現(xiàn)了對步進(jìn)電機(jī)的預(yù)期控移動機(jī)器人的兩個重要部分（視覺處理和運(yùn)動控制）。</p><p>　　3.1.2 伺服電機(jī)的選型</p><p>　　所有的主控制功能是微處理器，驅(qū)動為DA模擬轉(zhuǎn)換器，以產(chǎn)生一個模擬扭矩需求信號。從這個角度上，這臺機(jī)器非常很像一

54、個模擬伺服放大器。反饋的信息是來自隸屬該電機(jī)軸的一個編碼器。編碼器生成脈沖流可確定傳輸路程，并通過計(jì)算脈沖頻率，是可以測定轉(zhuǎn)速的。</p><p>　　數(shù)碼驅(qū)動通過求解一系列的方程式，履行同樣類似的功能。微處理器是與數(shù)學(xué)模型（或“算法"）的等效的編程模擬系統(tǒng)。這模型預(yù)測系統(tǒng)的行為。它響應(yīng)一個給定輸入的信號并產(chǎn)生速度。它同樣也考慮到額外信息如輸出速度，速率轉(zhuǎn)變中的投入和各種調(diào)校設(shè)定。解決所有方程需數(shù)額需有

55、限的時間，即使是一個快速的處理器一次處理通常也是100ms和2ms之間。在此之間，在改變輸入或輸出，先前的計(jì)算值將有沒有回應(yīng)時，扭矩要求必須保持恒定。因此更新時間成為數(shù)字伺服和一臺高性能系統(tǒng)關(guān)鍵的因素，它必須保持及時更新[4]。調(diào)試數(shù)字伺服電機(jī)可按鈕或從一個計(jì)算機(jī)或終端調(diào)試。電位器調(diào)整是涉及的。調(diào)試數(shù)據(jù)是設(shè)置在伺服算法的各種系數(shù)，因此，它決定了系統(tǒng)的性能。即使如果調(diào)諧進(jìn)行使用按鈕，終值也可以上傳到終端，讓其進(jìn)行簡單的重復(fù)。</p&

56、gt;<p>　　在某些應(yīng)用中，因負(fù)載慣量各異，例如一個機(jī)器手臂卸載后又帶有沉重的負(fù)荷。改變慣性可能是一個系數(shù)為20或以上，而這樣的變化需要該驅(qū)動器重新調(diào)整，以保持其穩(wěn)定。這只不過是在操作系統(tǒng)的適當(dāng)點(diǎn)通過發(fā)送新的調(diào)試參數(shù)來實(shí)現(xiàn)的。</p><p>　　3.1.3 輪轂電機(jī)的選型</p><p>　　圖3-2為輪子的示意圖，設(shè)移動機(jī)器人與跟蹤物體的原始距離為，上層系統(tǒng)傳送移動機(jī)

57、器人與跟蹤物體的距離為，則移動機(jī)器人運(yùn)動的距離為L=-。設(shè)計(jì)選用步進(jìn)角為1.8°的步進(jìn)電機(jī)。</p><p><b>　　輪子轉(zhuǎn)動的角度為：</b></p><p><b>　　步進(jìn)電機(jī)的步數(shù)位：</b></p><p>　　當(dāng)=時，機(jī)器人不運(yùn)動，步進(jìn)電機(jī)沒有轉(zhuǎn)動。</p><p>　　圖

58、3-3為移動機(jī)器人直線運(yùn)動示意圖，當(dāng)移動機(jī)器人的上層傳達(dá)一個角度為a=0°時，在直角坐標(biāo)系上，沒有往X軸上有分量，移動機(jī)器人則直線運(yùn)動。當(dāng)L>0時，移動機(jī)器人前進(jìn)。當(dāng)L<0時，移動機(jī)器人后退。當(dāng)移動機(jī)器人直線運(yùn)動時，左輪和右輪保持相同的速度運(yùn)動和轉(zhuǎn)向[5]。則輪子移動的距離就是移動機(jī)器人與跟蹤物體的距離。則步進(jìn)電機(jī)的步數(shù)位：</p><p>　　圖3-4為機(jī)器人前進(jìn)并轉(zhuǎn)彎運(yùn)動示意圖，當(dāng)機(jī)器人

59、上層系統(tǒng)傳送“機(jī)器人旋轉(zhuǎn)a°和L>0”的命令時，則移動機(jī)器人從X1-Y1坐標(biāo)系運(yùn)動到X2-Y2坐標(biāo)系。</p><p>　　移動機(jī)器人先完成轉(zhuǎn)彎在進(jìn)行前進(jìn)。在轉(zhuǎn)彎時，從圖可知左輪為正轉(zhuǎn)，右輪為反轉(zhuǎn)。輪子移動的距離為：</p><p>　　則輪子移動的角度為：</p><p>　　則驅(qū)動步進(jìn)電機(jī)的脈沖數(shù)為：</p><p>　　

60、轉(zhuǎn)彎完成后，移動機(jī)器人為直線運(yùn)動。左輪為正轉(zhuǎn)，右輪為正轉(zhuǎn)。公式參考4-3.</p><p>　　移動機(jī)器人前進(jìn)左轉(zhuǎn)和后退轉(zhuǎn)彎時，我們可以參照前進(jìn)右轉(zhuǎn)時計(jì)算。</p><p>　　對本類移動機(jī)器人的控制就是通過控制算法求出輪子的步速，通過改變單片機(jī)輸出的脈沖波，完成對移動機(jī)器人的底層控制。</p><p>　　3.2 輪式移動機(jī)器人控制系統(tǒng)框架</p>

61、<p>　　移動機(jī)器人控制系統(tǒng)的任務(wù)根據(jù)移動機(jī)器人所要完成的功能以及從傳感器反饋回來的信號支配機(jī)器人的執(zhí)行機(jī)構(gòu)完成機(jī)器人的工作目標(biāo)。控制系統(tǒng)由機(jī)器人所要達(dá)到的功能、機(jī)器人的本體結(jié)構(gòu)和機(jī)器人的控制方式?jīng)Q定的。</p><p>　　移動機(jī)器人的運(yùn)動控制系統(tǒng)是機(jī)器人系統(tǒng)的執(zhí)行機(jī)構(gòu)，對系統(tǒng)精確地完成各項(xiàng)任務(wù)起著重要作用，有時也可作為一個簡單的控制器[10]。構(gòu)成機(jī)器人運(yùn)動控制系統(tǒng)的要素有:計(jì)算機(jī)硬件系統(tǒng)及控制軟

62、件、輸入/輸出設(shè)備、驅(qū)動器、傳感器系統(tǒng)，它們之間的關(guān)系如圖1.1所示[11]。</p><p>　　圖3.5機(jī)器人控制系統(tǒng)構(gòu)成要素</p><p>　　機(jī)器人控制系統(tǒng)一般要滿足一下幾個基本要求:</p><p>　　(1)制系統(tǒng)的小型化、輕型化、標(biāo)準(zhǔn)化、模塊化。由于機(jī)器人控制系統(tǒng)是放置于機(jī)器人本體上的，為了方便安裝和連接，要求控制系統(tǒng)盡可能小型化;同日寸要求控制系統(tǒng)

63、盡可能做到輕型化，這樣可以減輕機(jī)器負(fù)載，減少系統(tǒng)的功耗;另外，為了系統(tǒng)口常的維護(hù)目_具有良好的可擴(kuò)展性，系統(tǒng)盡可能的標(biāo)準(zhǔn)化、模塊化；</p><p>　　(2)有良好的可靠性。由于干擾信號會影響機(jī)器人的正常工作，因此要考慮軟硬件任務(wù)的分配和選擇接地、隔離、屏蔽以及工藝性等方面的因素；</p><p>　　(3)系統(tǒng)有很好的穩(wěn)定性。穩(wěn)定性是控制系統(tǒng)的基本要求，機(jī)器人運(yùn)動中首要和基本的問題是實(shí)

64、現(xiàn)穩(wěn)定的行走。</p><p>　　根據(jù)移動機(jī)器人控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)要求，結(jié)合本機(jī)器人的系統(tǒng)功能和特點(diǎn)，按照模塊化的設(shè)計(jì)思想，提出了機(jī)器人控制系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)方案。如下圖所示:</p><p>　　控制系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)方案</p><p>　　該方案是以ATmega128芯片為核心，分模塊化設(shè)計(jì)，各子模塊功能為:</p><p>　　(1)微處理器模塊:

65、是控制系統(tǒng)的核心，包括微控制器及其相關(guān)外圍電路主要進(jìn)行各種信息、數(shù)據(jù)的處理，協(xié)調(diào)系統(tǒng)中各功能模塊完成預(yù)定的任務(wù)；</p><p>　　(2)驅(qū)動模塊:控制機(jī)器人系統(tǒng)中的舵機(jī)和傳感器模塊預(yù)定的任務(wù);實(shí)現(xiàn)舵機(jī)速度和位置的控制，完成前進(jìn)、后退、直行、轉(zhuǎn)彎、避障、抓取等動作；</p><p>　　(3)傳感器模塊:有速度、位置、距離、聲音等傳感器，主要負(fù)責(zé)移動機(jī)器人移動過程中的障礙物、聲音等檢測;

66、</p><p>　　(4)電源模塊:負(fù)責(zé)整個移動機(jī)器人的電源供給，使系統(tǒng)能離線運(yùn)動，主要由12V蓄電池及相關(guān)調(diào)壓穩(wěn)壓電路組成；</p><p>　　(5)串口通信模塊:根據(jù)RS232通信標(biāo)準(zhǔn)與上位機(jī)進(jìn)行串口通信;</p><p>　　(6)JTAG調(diào)試:可以實(shí)現(xiàn)在線編程、調(diào)試仿真。</p><p>　　控制系統(tǒng)的總體方案確定之后，就要進(jìn)行系

67、統(tǒng)的硬件電路設(shè)計(jì)和軟件程序設(shè)計(jì)[20]。</p><p>　　圖3.6 控制系統(tǒng)總體方案</p><p>　　我的機(jī)器人每個腿部共有三個驅(qū)動電機(jī)，分別控制了上肢的轉(zhuǎn)動，下肢繞上肢轉(zhuǎn)動，和輪胎的轉(zhuǎn)動。由于機(jī)器人是輪腿結(jié)合的，所以在使用足式移動時，需將輪胎剎住，不能讓其轉(zhuǎn)動。同時每個AX-12舵機(jī)都能控制角度，所以可以使腿部的轉(zhuǎn)動完全受控制，不會受重力或慣性影響。</p><

68、;p>　　我的機(jī)器人最長可達(dá)2米的樣子，最高可達(dá)1.3米左右，在使用輪式移動時，根據(jù)環(huán)境條件來控制機(jī)器人的高度和長度來進(jìn)行移動。對于臺階及樓梯則采用足式移動，對于臺階，首先機(jī)器人重心要稍偏低，然后先抬起一只前腳上臺階，等站穩(wěn)后在上另一只前腳，之后再向前走一小短距離，這里通過紅外感應(yīng)來測距，決定前進(jìn)多少之后再開始抬起一只后腳上臺階，最后是另一只后腳上臺階。對于上樓梯，過程差不多只不過由于樓梯寬度只比輪胎大一些所以沒有上完前腳再往前走

69、的那一步，而是接著上后腳，當(dāng)然上樓梯時機(jī)器人的角度要把握好防止機(jī)器人摔下樓梯。爬樓梯過程圖應(yīng)像圖4.4和圖4.5所示：</p><p>　　圖3.4機(jī)器人以協(xié)調(diào)步態(tài)爬越樓梯</p><p>　　圖3.7機(jī)器人樓梯爬越實(shí)驗(yàn)[18]</p><p>　　在避障和選擇路線上我的想法是這樣的，機(jī)器人系統(tǒng)可以通過傳感器來測量周圍環(huán)境，并對環(huán)境建立三維模型，然后通過對環(huán)境的分析

70、來選擇路線，然后再經(jīng)過多少的距離就重新對環(huán)境建模來及時更新環(huán)境模型選擇路線和動作，之前不久的模型也要同時進(jìn)行考慮，這樣就能夠很好的完成任務(wù)。以我現(xiàn)在的知識，我覺得人很難把機(jī)器人系統(tǒng)做的能像人腦一樣進(jìn)行思考，所以就很難做出完全符合要求的機(jī)器人。但是要做出能完成某項(xiàng)任務(wù)的機(jī)器人我覺得還是很可行的，所以我們要不斷在這方面進(jìn)行研究，以期望做出更有能力的機(jī)器人。</p><p><b>　　4 結(jié)論和總結(jié)<

71、/b></p><p>　　我的設(shè)計(jì)經(jīng)過我閱讀一些關(guān)于移動機(jī)器人的文獻(xiàn)資料，設(shè)計(jì)出了一種輪腿結(jié)合式的移動機(jī)器人，它有較好的越障能力。設(shè)計(jì)主要完成了一下內(nèi)容：</p><p>　　根據(jù)自己的想法和對一些資料的研究，選擇了四足的輪腿式移動方式，并對其移動原理進(jìn)行了分析。</p><p>　　靠自己不成熟的想法設(shè)計(jì)了一種機(jī)器人結(jié)構(gòu)，并完成了零件的3維圖形和3維裝配圖

72、。</p><p>　　對機(jī)器人的控制系統(tǒng)進(jìn)行了簡單的設(shè)計(jì)，里面還有諸多問題沒有解決。</p><p>　　在對移動方式的選擇上我首先就選擇了麥克納姆輪，因?yàn)辂溈思{姆輪工藝已經(jīng)比較成熟，而且能全方位移動。然后對其原理進(jìn)行了闡述。接著是機(jī)器人的結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)。首先設(shè)計(jì)重要的腿部結(jié)構(gòu)，然后是主體部分，這個過程都是運(yùn)用UG7.5來完成的。之后對電機(jī)類型進(jìn)行選擇，最終選擇了舵機(jī)，因?yàn)槠鋬?yōu)秀的功能。在對

73、控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)中，由于自身知識的匱乏，我查閱了許多資料，最終簡單的設(shè)計(jì)了控制系統(tǒng)的框架，并沒有對內(nèi)部指令等進(jìn)行編輯。希望以后能夠?qū)W習(xí)此方面的知識。</p><p>　　移動機(jī)器人運(yùn)動控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)主要包括系統(tǒng)的功能和體系結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，功能設(shè)計(jì)主要完成控制功能和算法的軟件設(shè)計(jì)，而體系結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)是功能在硬件上的實(shí)現(xiàn)[12]。根據(jù)面向的任務(wù)和環(huán)境不同，對移動機(jī)器人運(yùn)動控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)也不同。目前機(jī)器人運(yùn)動控制系統(tǒng)存在主要問題有

74、:系統(tǒng)局限于專用微處理器、專用機(jī)器人語言，開放性差;軟件結(jié)構(gòu)依賴于微處理器硬件，難以在不同系統(tǒng)間移植;擴(kuò)展性差。針對這些不足，進(jìn)行機(jī)器人運(yùn)動控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)時應(yīng)考慮以下要求:</p><p>　　(1)開放式系統(tǒng)結(jié)構(gòu)。采用開放式軟件、硬件結(jié)構(gòu)，可以根據(jù)需要方便擴(kuò)充功能，使其適用于不同目的的科研需求;</p><p>　　(2)合理的模塊化設(shè)計(jì)。硬件根據(jù)系統(tǒng)要求和電氣特性進(jìn)行模塊化設(shè)計(jì)，不僅方便

75、安裝和維護(hù)，而且提高系統(tǒng)的可靠性;軟件按功能分成不同模塊，便于修改、添加;</p><p>　　(3)實(shí)時性、多任務(wù)要求?？刂破鞅仨毮茉诖_定時間內(nèi)完成對外部中斷的處理，并且可以多個任務(wù)同時進(jìn)行;</p><p>　　(4)網(wǎng)絡(luò)通信功能，便于資源共享和多機(jī)器人協(xié)同;</p><p>　　(5)具有一定智能，能根據(jù)實(shí)際情況判斷和決策，如給定速度突變或在合理范圍之外時的處

76、理、對故障的自動診斷等[1]。</p><p>　　我的心得也就這么多了，總之，不管學(xué)會的還是學(xué)不會的的確覺得困難比較多，真是萬事開頭難，不知道如何入手。最后終于做完了有種如釋重負(fù)的感覺。此外，還得出一個結(jié)論：知識必須通過應(yīng)用才能實(shí)現(xiàn)其價(jià)值！有些東西以為學(xué)會了，但真正到用的時候才發(fā)現(xiàn)是兩回事，所以我認(rèn)為只有到真正會用的時候才是真的學(xué)會了。 </p><p>　　在設(shè)計(jì)過程中，我通過查閱有關(guān)

77、資料，與同學(xué)交流經(jīng)驗(yàn)和自學(xué)等方式，使自己學(xué)到了不少知識，也經(jīng)歷了不少艱辛，但收獲同樣巨大。在整個設(shè)計(jì)中我懂得了許多東西，也培養(yǎng)了我獨(dú)立工作的能力，樹立了對自己工作能力的信心，相信會對今后的學(xué)習(xí)工作生活有非常重要的影響。而且大大提高了動手的能力，使我充分體會到了在創(chuàng)造過程中探索的艱難和成功時的喜悅。雖然這個設(shè)計(jì)做的也不太好，但是在設(shè)計(jì)過程中所學(xué)到的東西是這次課程設(shè)計(jì)的最大收獲和財(cái)富，使我終身受益。</p><p>

78、<b>　　5 致謝</b></p><p>　　經(jīng)過一個星期的奮戰(zhàn)我的課程設(shè)計(jì)終于完成了。在沒有做課程設(shè)計(jì)以前覺得課程設(shè)計(jì)只是對這幾年來所學(xué)知識的單純總結(jié)，但是通過這次做課程設(shè)計(jì)發(fā)現(xiàn)自己的看法有點(diǎn)太片面。課程設(shè)計(jì)不僅是對前面所學(xué)知識的一種檢驗(yàn)，而且也是對自己能力的一種提高。通過這次課程設(shè)計(jì)使我明白了自己原來知識還比較欠缺。自己要學(xué)習(xí)的東西還太多，以前老是覺得自己什么東西都會，什么東西都懂，

79、有點(diǎn)眼高手低。通過這次課程設(shè)計(jì)，我才明白學(xué)習(xí)是一個長期積累的過程，在以后的工作、生活中都應(yīng)該不斷的學(xué)習(xí)，努力提高自己知識和綜合素質(zhì)。 </p><p>　　在這次課程設(shè)計(jì)中也使我們的同學(xué)關(guān)系更進(jìn)一步了，同學(xué)之間互相幫助，有什么不懂的大家在一起商量，聽聽不同的看法對我們更好的理解知識，所以在這里非常感謝幫助我的同學(xué)。 </p><p>　　課程設(shè)計(jì)已經(jīng)接近尾聲了，在這段時間中我所做的工作是比

80、較膚淺的，由于該設(shè)計(jì)與常規(guī)機(jī)械有所不同，這也使我的設(shè)計(jì)顯得有所欠缺，設(shè)計(jì)過程中也遇到了不少的問題，在關(guān)鍵問題上，老師給了我很大的幫助和指導(dǎo)，論文能夠完成，首先要感謝我的老師，在設(shè)計(jì)的整個過程中都給予了我悉心的指導(dǎo)讓我少走了許多的彎路。老師的治學(xué)嚴(yán)謹(jǐn)和科學(xué)研究的精神是我永遠(yuǎn)學(xué)習(xí)的榜樣，這也將影響到我今后的工作和學(xué)習(xí)。</p><p>　　最后，我還要感謝我的老師和同學(xué)們，謝謝！</p><p&g

81、t;<b>　　參考文獻(xiàn)</b></p><p>　　[1] 王文學(xué)，孫萍，徐心和.足球機(jī)器人系統(tǒng)結(jié)構(gòu)與關(guān)鍵技術(shù)研究[[J].控制與決策，2001，16(2): 233-235.</p><p>　　[2] 柳洪義，宋偉剛.機(jī)器人技術(shù)基礎(chǔ)「M].北京:冶金工業(yè)出版社，2002. 16-29,49-50, 165-174.</p><p>　　[

82、3] 祖莉，王華坤.智能移動機(jī)器人運(yùn)動控制系統(tǒng)及算法的設(shè)計(jì)[[J].機(jī)器人技術(shù)與應(yīng)用，2002, 24(5): 39-42.</p><p>　　[4]王福瑞.單片機(jī)微機(jī)測控系統(tǒng)設(shè)計(jì)大全[M]．北京航空航天大學(xué)出版社,1998．</p><p>　　[5] 王鴻鈺. 步進(jìn)電機(jī)控制技術(shù)入門[M]. 同濟(jì)大學(xué)出版社，1990.</p><p>　　[6] 孫迪生，王炎.