毕业设计（论文）-基于慧鱼模型安全巡视车的创新设计.doc

全套设计加扣 3012250582分类号： 单位代码： 密 级： 学 号：毕 业 设 计 说 明 书设计题目: 基于慧鱼模型安全巡视车的创新设计 作 者 姓 名 系 部 名 称 机制工艺系专 业 名 称 机械设计与制造指 导 教 师 2014年 11 月 6 日山东劳动职业技术学院毕业设计论文目 录目 录I摘 要III第1章 绪 论11.1 慧鱼机器人简介11.2 国内外机器人的发展现状21.3 机器人的用途及慧鱼机器人的前景41.4 课题研究的背景及意义51.4.1 火灾的危害51.4.2 造成人员伤亡案例61.4.3 该课题研究的意义7第2章 安全巡视车的总体设计82.1 安全巡视车的设计方法82.2 巡视车的部件设计分析92.2.1 安全巡视车车架及运动设计92.2.2 安全巡视车的拼接构件102.3 巡视车的主要功能作用102.4 本章小结11第3章 硬件设计123.1 ROBO接线设计123.2 结构设计133.3 硬件选择133.3.1 循迹传感器133.3.2 距离传感器143.3.3 颜色传感器153.3.4 热敏传感器153.3.5 光敏传感器163.4 机器人各部分设计163.5 本章小结18第4章 安全巡视车的软件设计194.1 软件设计的要求194.2 控制程序模块化194.3 主程序204.4 子程序（一）204.4.1 ROOM子程序204.4.2 HOT子程序214.4.3 COOL子程序224.4.4 返回子程序224.5 本章小结23结论与展望24参考文献25致 谢26III全套设计加扣 3012250582摘 要智能机器人被人们称为第三代机器人，是能利用感觉和识别功能做出决策运动的机器人。慧鱼创意组合模型诞生于德国，主要有创意组合包、培训模型、工业模型三大系列，涵盖了机械、电子、控制、气动、汽车技术、能源技术和机器人技术等领域和高新学科，利用工业标准的基本构件（机械元件/电气元件/气动元件），辅以传感器、控制器、执行器和软件的配合，运用设计构思和实验分析，可以实现任何技术过程的还原，更可以实现工业生产和大型机械设备操作的模拟，从而为实验教学、科研创新和生产流水线可行性论证提供了可能。本课题是基于慧鱼组合模型设计的安全巡视车，在火灾的影响日益严重的当今社会，如何在火情发生初期就进行有效的处理成为一个至关重要的问题，该巡视车可以在无人环境下进行安全巡视，发现火情及时报警，配合现有的自动灭火系统，完成消防排险任务。本课题是在张政梅老师的指导下完成的。关键词：智能机器人；慧鱼组合模型；消防；安全巡视；ROBO PRO软件第1章 绪 论1.1 慧鱼机器人简介1964年德国发明家ArturFisher博士发明了“慧鱼创意组合模型”又称“工程积木”，“智能魔方”，简称“慧鱼”。它具有一般机械的零部件模型，如电机、齿轮、开关、蜗轮蜗杆、履带、链条、万向节、齿轴、弹簧等，通过距离感应、热敏感应、颜色感应来实现各种机械运动和机械设备的自动控制，模拟真实的的功能需要。慧鱼创意组合模型主要有组合包、培训模型、工业模型三大系列，涵盖了机械、电子、控制、气动、汽车技术、能源技术和机器人技术等领域和高新学科，利用工业标准的基本构件（机械元件/电气元件/气动元件），辅以传感器、控制器、执行器和软件的配合，运用设计构思和实验分析，可以实现任何技术过程的还原，更可以实现工业生产和大型机械设备操作的模拟，也就是对工业机器人的模拟。机器人技术是综合了计算机、控制论、机构学、信息和传感技术、人工智能、仿生学等多门学科综合而成的高新技术。1988年ISO给工业机器人下了一个统一的定义：“是一种能自动控制，可重复编程，多功能、多自由度的操作机。”工业机器人是机器人的主要研究类型，它并不是简单意义上代替人工的劳动，而是综合了人的特长和机器特长i的一种拟人的电子机械装置，既有人对环境状态的快速反应和分析判断能力，又有机器可长时间持续工作、精确度高、抗恶劣环境的能力。从某种意义上来说，机器人是机器进化过程的产物，是工业以及非产业界的重要生产和服务性设备，也是先进制造技术领域不可缺少的自动化设备。工业机器人由机械本体、控制器、伺服驱动系统和检测传感装置构成，是一种仿人操作、自动控制、可重复编程、能在三维空间完成各种作业的机电一体化自动设备，适合于多品种、变批量的柔性生产。它对稳定和提高产品质量，提高生产效率，改善劳动条件和产品的快速更新换代起着重要的作用。从20世纪80年代以来，机器人技术的不断进步，其在各个领域的应用日益广泛，引起了各国专家学者的普遍关注。许多发达国家均把机器人技术的开发和研究列入国家高新技术发展计划。世界各国普遍在高等院校为大学本科生及研究生开设机器人技术的有关课程。为了培养机器人开发、设计、生产、维护方面的人才，我国很多高校也为本科生和研究生开设了机器人学课程。因此，教学型机器人越来越受到科研单位以及高校的重视。教育机器人是一类应用于教育领域的机器人，它一般具备以下特点：首先是教学适用性，符合教学使用的相关需求；其次是具有良好的性能价格比，特定的教学用户群决定了其价位不能过高；再次就是它的开放性和可扩展性，可以根据需要方便地增、减功能模块，进行自主创新；此外它还应当有友好的人机交互界面。目前国内的教育机器人产品近20种，包括上海广茂达公司生产的能力风暴智能机器人、西觅亚科技生产的乐高机器人、慧鱼公司生产的慧鱼机器人等。1.2 国内外机器人的发展现状机器人从20世纪50年代诞生以来，在短短的50多年里得到了迅速的发展，经历了第一代工业机器人的研究、实用化和普及，第二代感知功能机器人的研究、实用化，以及第三代智能机器人的研究等各个阶段。第三代机器人，也是我们机器人学中一个理想的所追求的最高级的阶段，叫智能机器人，那么只要告诉它做什么，不用告诉它怎么去做，它就能完成任务。知思维和人机通讯的这种功能和机能，目前的发展还是相对的只是在局部有这种智能的概念和含义，但真正完整意义的这种智能机器人实际上并没有存在，而只是随着我们科学技术的不断发展，智能的概念越来越丰富，它内涵越来越宽泛。1954年，美国的George.Devol首先把远程控制器的杆结构与数控铣床的伺服轴结合起来，研制出了第一台通用机械手。这种机械手可以通过让其沿一系列点运动，将运动位置以数字形式存储起来，动作执行时，使伺服系统驱动机械手各关节轴来再现这些位置，从而让机械手完成一些简单的工作。正是由于这个机械手具有了编程示教再现功能，因此许多人把它作为现代工业机器人产生的标志。在随后的生产应用中，为了适应各种不同用途需要，相继出现了直角坐标、关节坐标、极坐标等许多种不同结构的机器人。与第一代示教再现型机器人不同，第二代机器人是具有感觉功能的适应控制机器人。这种机器人带有传感器，能感知环境和对象的情况以控制自身动作的变化。智能机器人的研究是一个艰巨而又广泛的问题，随着研究的不断深入，相关科学的飞速发展，智能机器人在不久的将来一定会出现。据UNECE(联合国欧洲经济委员会)和IFR(国际机器人联合会)统计，从20世纪70年代起，世界机器人产业一直保持着稳步增长的良好势头。进入90年代，机器人产品发展速度加快，年销售量增长率平均在10左右；2004年增长率达到了创记录的20，其中，亚洲机器人增长幅度最为突出，增长43。我国的机器人研究开发工作始于上世纪70年代初，到现在已经历了30多年的历程。前10年处于研究单位自行开展研究工作状态，发展比较缓慢。1985年后开始列入国家有关计划，发展比较快。特别是在“七五”“八五”“九五”机器人技术国家攻关和“863”高技术发展计划的重点支持下，我国的机器人技术取得了重大发展。在机器人基础技术方面：诸如机器人机构的运动学、动力学分析与综合研究，机器人运动的控制算法及机器人编程语言的研究，机器人内外部传感器的研究与开发，具有多传感器控制系统的研究，离线编程技术、遥控机器人的控制技术等均取得长足进展，并在实际工作中得到应用。在机器人操作机研制方面：已开发出一些先进的操作机和特种机器人，如自动导引车AGV，壁面爬行机器人，重复定位精度为0.024mm的装配机器人；可潜入海底6000m的水下机器人，移动遥控机器人，主从操作机器人等，有些已达实用化水平并用于实际工程。在机器人的应用工程方面：目前国内已建立了多条弧焊机器人生产线，装配机器人生产线，喷涂生产线和焊装生产线。国内的机器人技术研发力量已经具备了大型机器人工程设计和实施的能力，整体性能已达到国际同类产品的先进水平，而整体价格仅为国外同类产品的三分之二甚至一半，具有很好的性能价格比和市场竞争力。综上所述，我国机器人发展已跨过了起步阶段，走上了进步和发展的道路。今后的任务是把机器人技术推广到更多的工业自动化生产领域和其他更广泛的应用领域，大力开展跨国区域交流合作，与国际接轨，早日跻身于世界先进行列。目前我们国家比较有代表性的研究有：工业机器人，水下机器人，空间机器人，核工业的机器人，都在国际上处于领先水平，总体上我们国家与发达国家相比，还存在着很大的差距，但是在上述这些水下、空间、核工业，一些特殊机器人方面，我们还是取得了很多有特色的研究成就。随着电子技术和计算机技术的发生，PLC的功能越来越强大，其概念和内涵也不断扩展。上世纪80年代至90年代中期，是PLC发展最快的时期，年增长率一直保持为3040%。在这时期，PLC在处理模拟量能力、数字运算能力、人机接口能力和网络能力得到大幅度提高，PLC逐渐进入过程控制领域，在某些应用上取代了在过程控制领域处于统治地位的DCS系统。近年，工业计算机技术（IPC）和现场总线技术（FCS）发展迅速，挤占了一部分PLC市场，PLC增长速度出现渐缓的趋势，但其在工业自动化控制特别是顺序控制中的地位，在可预见的将来，是无法取代的。1.3 机器人的用途及慧鱼机器人的前景机器人目前正广泛地应用于日常生活、空间探索、军事应用和工业生产等各个领域，随着科学技术的发展，应用的范围也在不断地扩大。相信以后在实验、采矿、冶金、农业、林业、畜牧业、纺织、食品制造等各个领域里我们都将看到越来越多的机器人的身影。慧鱼创意组合模型主要有组合包、培训模型、工业模型三大系列，涵盖了机械、电子、控制、气动、汽车技术、能源技术和机器人技术等领域和高新学科，利用工业标准的基本构件（机械元件/电气元件/气动元件），辅以传感器、控制器、执行器和软件的配合，运用设计构思和实验分析可以实现任何技术过程的还原，更可以实现工业生产和大型机械设备操作的模拟，从而为实验教学、科研创新和生产流水线可行性论证提供了可能，世界知名的德国西门子、德国宝马、美国IBM等一批著名公司都采用慧鱼模型来论证生产流水线可行性。慧鱼创意组合模型体现不同学科知识点的各种组合包，可以用于大学不同专业以及研究生工程实验和技术创新活动，现在以清华大学、上海交通大学为代表的一批高校建立的慧鱼创新实验室就是利用慧鱼模型组合包系列建立的工程技术实验室，是创新教育的一个全新平台。通过慧鱼模型的使用，不仅可以让学生将多学科、多领域的综合知识融会贯通于实践过程中，更重要的是培养了创新意识和创新能力。1.4 课题研究的背景及意义1.4.1 火灾的危害火灾，作为一种人为灾害，是指火源失去控制蔓延发展而给人民生命财产造成损失的一种灾害性燃烧现象，如图1-1所示。图1-1火灾现场火灾还是一种终极型灾害，任何其他灾害最后都可能导致火灾。火灾能烧掉人类经过辛勤劳动创造的物质财富，使工厂、仓库、城镇、乡村和大量的生产、生活资料化为灰烬，一定程度上影响着社会经济的发展和人们的正常生活。火灾还污染了大气，破坏了生态环境。火灾不仅使一些人陷于困境，它还涂炭生灵，夺去许多人的生命和健康，造成难已消除的身心痛苦。据世界火灾统计中心及欧洲共同体研究测算，如火灾直接损失占国民经济生产总值的2，整个火灾的损失将占国民经济生产总值的10以上。现代社会空前发展，积累了巨大的社会财富。特别是在城市地区，社会人口相对集中，建筑设施鳞次栉比，一旦发生火灾，会严重危害人们的生命财产安全，造成惨重的损失。因此，我国政府高度重视消防安全工作。在我国，火灾危害之烈，损失之巨，不亚于地震和洪水的危害。近年来，我国城市火灾频频，深圳、广州、上海、长沙、石河子、吉林、浙江等地发生的特大火灾所造成的危害及后果，给人们留下了极其深刻的印象，火灾给国家和人民的生命财产造成了巨大的损失。近年来，城市建筑越来越高， 高层建筑火灾也是层出不穷，并有愈演愈烈之势。消防硬件设备的更新更是赶不上楼层高度增加的速度，高层建筑失火后，现有的消防设备很难对起火点进行准确的灭火，导致火势进一步蔓延救援难度不断增加，死伤人数及财产损失也呈上升趋势，高层建筑火灾的防控已经成为一个社会性的难题。1.4.2 造成人员伤亡案例火灾2013年1月1日凌晨2点多，有人在跨年，有人在刷微博，更多的人还在睡梦中。而在杭州萧山瓜沥镇空港新城友成机械工程有限公司，一场无情的大火在蔓延，连续烧了9个小时，并在新年的第一天，带走了3位英勇的消防战士，其中一人，结婚仅仅10余天。2013年10月12日-石景山消防支队消防干部刘洪坤、刘洪魁在抢险中遇难牺牲。2014年5月1日，上海两名90后消防员钱凌云和刘杰受轰燃和热气浪推力影响，从13楼坠落，送医抢救无效英勇牺牲。1.4.3 该课题研究的意义近几年来发生的火灾造成的财产及人员的损失让我们明白火灾的危害，消防员付出自己宝贵的生命挽救人民的损失。本课题研究的安全巡视车是一款可以进入不同环境下进行搜索、排爆、抢救的一款多功能机器人。它可以进入高温、易爆的场合进行作业，配合现有的自动灭火系统，弥补现有消防系统所存在的缺陷，进而协助消防员进行救灾。它不仅可以防止消防员在救灾过程牺牲宝贵的生命，也能最大程度的挽回人民的财产利益。第2章 安全巡视车的总体设计安全巡视车的背景是在于现阶段社会的高速发展中，人们的生活方式变化巨大，各种电器用品的不规则使用以及各大商场的管理不力往往会造成火灾，给人民的生活财产带来损失。如何在火灾发生的时，及时进行救灾过程减少人员财产的损失是人们所面临的问题所在。本课题研究是基于慧鱼组合模型的安全巡视车是一个机电一体化设计。巡视车的机电一体化是指在系统的主功能、信息处理功能和控制功能等方面引用了电子技术，并把机械装置、执行部件、计算机等电子设备以及软件等有机结构组成的系统。安全巡视车总体图如图2-1所示。图2-1 安全巡视车总体图2.1 安全巡视车的设计方法机器人的设计一定要做到目标明确，通过对命题的分析我们得到了比较清晰开阔的设计思路。作品的设计需要有系统性规范性和创新性。设计过程中需要综合考虑材料、加工、制造成本等给方面因素。安全巡视车的设计是提高机器人性能的关键。在设计方法上我们借鉴了参数化设计、优化设计、系统设计等现代设计发发明理论方法。采用了CAD、PROE等软件辅助设计。下面是我们设计机器人的流程，如图2-2所示。明确机器人任务要求建模分析确定基本参数巡视车的功能分析 参数优化 讨论分析设计零部件分组分析方案集中分析挑选可行方案 确定方案 组合安装 程序设计 安装调试完善改进结束图2-2 机器人设计流程2.2 巡视车的部件设计分析2.2.1 安全巡视车车架及运动设计利用慧鱼各个构件进行拼接，最后建立电动小车模型，该电动小车前后轮各装有1个电机，通过电机的旋转带动车轮转动。小车没有偏转轮及其偏转轮转向系统，没有自由轮和半自由轮，通过齿轮与电机相连由电机控制。不管是直行或是转弯，所有车轮，任何时候，都严格遵循行驶意图转动，不受任何干扰。车轮通过齿轮与电机相连，前后结构相同。实现了用改变两侧电机的调速的汽车动力差速转向，行驶非常稳定可靠。它还可较高速转弯。同侧前后车轮转速始终相等，前后车轮行驶轨迹始终重合。小车转小弯时，车身、车轮行驶宽度也几乎不变，也就是没有内轮差，完全避免了转小弯时内后轮无法通过的现象。小车在小弯道行驶时也更加方便、灵活和自由。此外，小车中没有主减速器和差速器，电机小巧，越野通过性好，行驶平顺性好，整车中也不用分动器和差速锁等，没有转向机构，也就不再需要其它动力系统和操纵系统，电动机功率全用于驱动牵引。因此，小车动力相当强悍。2.2.2 安全巡视车的拼接构件六面拼接体的6个面上各有一个U形槽或凸起的接头，两者相互配合，实现六面体的连接。它有多种长度，可根据模型的不同加以选用。在实现有角度连接时，可选用三角形连接体，这些连接体有多种角度7.5，15，30等，具体角度在其侧面有标注。慧鱼模型的齿形构件种类较多，有斜齿，直齿；齿轴，齿条；单齿轮，组合齿轮等。慧鱼模型的蜗杆的类型较多，所有的外啮合齿轮都可以用作涡轮。慧鱼模型提供了多种长度的金属，塑料杆件，可用作导轨，连杆和传动轴等。2.3 巡视车的主要功能作用安全巡视车是在结合各类机械传动装置及传感器，控制接口板的基础上实现的。安全巡视车的作用是在发现火情时，第一时间进入火灾现场并利用传感器找到火灾发生源，通过电器机械的合力运行，推动巡视车上的灭火装置消灭火源。位于巡视车内的各种传感器与ROBO接口板协同工作，保证机械传动系统的正常运行，可以通过系统的显示状况让外面的消防员知道现场的大体状况做出进一步的工作部署。安全巡视车的功能分类如图2-3所示。 巡视车实现的功能分类 循迹功能 感应与灭火功能 寻找轨迹 循迹前进 距离感应 热感应寻找火源 消除隐患图2-3巡视车的功能分类2.4 本章小结本章根据安全巡视车的任务要求，从安全巡视车的本体结构和控制方法对比分析入手，初步确定安全巡视车的运动形式、驱动方案、传动方案和控制方案，为下一步组合安装做准备。27第3章 硬件设计3.1 ROBO接线设计程序控制的硬件部分包括：慧鱼控制器（如图3-1）2块，COM口电缆线1根，慧鱼可充电电源1块，电线若干。利用COM口与电脑通信,将电机M连接到慧鱼接口板（ROBOInter-face）的输出M通过控制电机的转速实现小车的弯道行驶接线方法见表3-1。图3-1 慧鱼控制器表3-1 接线方法主控制板一号扩展板输入口输出口输入口输出口I1距离传感器M1电机 （1）I1颜色识别器M1马达(低头）I2热敏传感器/光敏电阻M2电机（2）I2M2电磁气阀I3寻线传感器M3空气泵I3M3灯I4寻线传感器M4马达（摆头)I4M4I5微动开关M5I5M5I6微动开关I7微动开关3.2 结构设计智能车采用履带驱动，前后各用一个直流双向电机驱动，调制两个轮子的转速从而达到控制转向的目的。将轨迹传感器装在车体前部的下方，当传感器I3检测到黑线的边界时，控制系统控制左轮电机减速，车向右修正，当车的右边传感器I4检测到黑线时，控制系统控制右轮电机减速，车向左修正，黑线在车体的中间时，传感器一直检测到黑线，当偏离黑线时就开始修正，从而使小车沿着黑色的轨道行走。寻物的原理和循线一样，在车头的前方装了超声波距离传感器，当传感器检测到障碍物时，智能车按照预先设定的数值继续前进，直到到达设定距离。3.3 硬件选择和数字量输入返回1和0值不同，模拟量输入可以分辨连续的输入，所有的模拟量输入返回一个0-5000之间的值。而ROBO接口板有各种不同的模拟量输入接口来测量不同的物理量。具体来说，模拟量输入可以适应用来测量电阻测量距离的不同的传感器。通常的慧鱼传感器中，温度传感器和光电传感器将被测量装换成电阻值。所以必须将这些传感器接到AX和AY输入端。距离传感器输入端D1和D2可以接到慧鱼特殊传感器，可以测量障碍物的距离。3.3.1 循迹传感器如图3-2所示，轨迹传感器可以寻找到白色表面的黑色轨道。传感器检测表面应为5mm-30mm，它包含两个发射和两个接收装置，连接该传感器需要有两个数字量输入端和9V电源端。轨迹传感器中的光敏二极管的外型与一般二极管一样，只是它的管壳上开有一个嵌着玻璃的窗口，以便于光线射入，为增加受光面积，PN结的面积做得较大,光敏二极管工作在反向偏置的工作状态下，并与负载电阻相串联，当无光照时它与普通二极管一样，反向电流很小,称为光敏二极管的暗电流；当有光照时，载流子被激发，产生电子-空穴，称为光电载流子。在外电场的作用下，光电载流子参于导电，形成比暗电流大得多的反向电流，该反向电流称为光电流。光电流的大小与光照强度成正比，于是在负载电阻上就能得到随光照强度变化而变化的电信号。 图3-2 循迹传感器3.3.2 距离传感器如图3-3所示，机器人寻物的关键问题之一是在运动过程中如何利用传感器对环境的感知。任何类型的传感器都有各自的优点和不足.选用时需要仔细考虑各种因素。在机器人运动规划过程中传感器主要为系统提供两种信息：机器人附近障碍物的存在信息；障碍物与机器人之间的距离。超声波距离传感器是靠发射某种频率的声波信号，利用物体界面上超声反射，散射检测物体的存在与否，如图3-3所示。超声波在空气中传播时如果遇到其它媒介，则因两种媒质的声阻抗不同而产生反射。因此，向空气中的被测物体发射超声波，检测反射波并进行分析，从而获到障碍物的信息。超声波使由换能晶片在电压的激励下发生振动产生的，它具有频率高、波长短、绕射现象小，特别是方向性好、能够成为射线而定向传播等特点。超声波对液体、固体的穿透本领很大，尤其是在阳光不透明的固体中，它可穿透几十米的深度。超声波碰到杂质或分界面会产生显著反射形成反射成回波，碰到活动物体能产生多普勒效应超声波探头主要由压电晶片组成，既可以发射超声波，也可以接收超声波。小功率超声波探头多作探测作用。图3-3 距离传感器3.3.3 颜色传感器如图3-4所示，颜色传感器检测从某个表面或对象反射的光，光源和色彩传感器都放在目标表面附近。来自光源(如白炽灯或荧光灯、白色LED或校准后的RGBLED模块)的光弹跳离开表面，被色彩传感器测得。反射离开表面的色彩与表面的颜色有关，完成光到数字的转换。图3-4 颜色传感器3.3.4 热敏传感器如图3-5所示，NTC热敏传感器是一个模拟信号传感器，接口板检测到的是其电阻的阻值，其电阻的阻值随温度的上升而减小。确定火源的距离，在利用距离传感器走到一定的距离位置，解除隐患。图3-5 热敏传感器3.3.5 光敏传感器如图3-6所示，光敏传感器是一个模拟信号传感器，能够灵敏的感知自然光的变化，无须提供专门的光发射装置。图3-6 光敏传感器3.4 机器人各部分设计行走部分：安全巡视车采用履带式行走结构,如图3-7所示。这种移动方式支撑面积大、接地比压小，同时由于履带支撑面上有履齿，不易打滑，牵引附着性好。机器人两侧的履带分别由一个带有齿轮的直流电动机驱动。功率2.4W、额定转速为400r/min。图3-7 安全巡视车履带 寻物部分：由于慧鱼创意组合模型中自带有超声波距离传感器，因此将超声波距离传感器固定在机器人的正前方，用于机器人寻物。距离传感器反映机器人与障碍物的距离大小，测量距离约为4m，相应的检测数值以cm在程序检测界面显示。将其直接连到智能接口板的D1或D2端即可。寻物部分如图3-6所示。图3-6 寻物部分循线部分：机器人循线的功能由轨迹传感器进行控制，可以找到白色表面的黑色轨道。传感器检测表面应为5mm-30mm，它包含两个发射和两个接收装置，连接这个传感器需要两个数字量输入端和9v电源端。循线部分如图3-7所示。辨色部分：机器人的辨色功能由颜色传感器进行控制，可以识别多种不同颜色。传感器表面包含一个发射和一个接收装置，连接这个传感器需要有一个数字量输入端和9v电源端。辨色部分如图3-7所示。 图3-7 循线辨色部分 热感应部分：机器人的温度感应功能由NTC热敏电阻进行控制，连接这个传感器需要一个数字量输入端。灭火部分：机器人的灭火功能由一个气泵和电磁气阀以及两个微型电机构成，连接这些装置需要四个输出端口。3.5 本章小结本章按照模块化的设计方法，将机器人本体结构分为行走部分、寻物部分、循线部分、感应部分和灭火部分，并且本着结构尽量简单实用的原则分别对这五部分进行了规划设计，并选择关键的电气元件对各个部分结构进行组装，完成机器人的机械结构设计和功能结构设计。第4章 安全巡视车的软件设计智能小车控制系统由软件和硬件两大部分组成，软件和硬件相互配合才能完成任务。在进行控制系统设计时，除了系统硬件设计外，大量的工作就是如何根据每个生产对象的实际需要设计应用程序。因此，软件设计在小车的控制系统设计中占重要地位。对于本系统，软件更为重要。在智能小车控制系统中，控制系统软件可采用慧鱼自带的ROBOPRO控制软件。控制程序以及流程图和数字流程图可以生成图形化的用户界面，简单方便实用。4.1 软件设计的要求按照任务要求，安全巡视车车完成一系列复杂动作如:寻找轨迹发现蓝色停止寻线寻物感应温度排除险情回到线上继续寻线红色转向180返回停止。4.2 控制程序模块化软件设计的程序大体可分为循迹和边界识别两大部分。本系统软件采用模块化结构，由主程序寻找轨迹子程序、沿轨迹行走子程序边界识别子程序边界返回子程序和其他子程序构成。各模块如图4-1所示划分。 图4-1 各模块的划分4.3 主程序主程序开始，气泵开始工作，开始寻线，判断I3输入是否为0，为0则进入I4，为1则进行转向直到I3为0。判断I4是否为0，为0则小车沿直线行走，为1则原地旋转循环I3、I4判断，直到同时为0。判断EM1I1接口输入信号值，若大于等于2030则进入ROOM子程序；若小于2030则继续判断是否大于等于1906；若是则进入BACK子程序，若否则继续寻线，如图4-2所示。图4-2 主程序4.4 子程序（一）此程序适合应用于环境较为单一燃烧面积小的场合。4.4.1 ROOM子程序小车顺时针旋转2.3秒后判断I1距离传感器输入值是否小于等于20，若否则逆时针旋转，若是则前进至I1值等于13位置，小车停止。判断I2光敏电阻数值是否小于等于1800，若否则进入COOL子程序，若是则EM1M1马达顺时针旋转直到I2值为1000时停止旋转，进入HOT子程序，HOT子程序结束后EM1M1马达逆时针旋转至I7限位开关闭合，停止旋转，进入COOL子程序。如图4-3所示。图4-3 ROOM子程序4.4.2 HOT子程序EM1M2电磁气阀导通直到I2光敏电阻输入值大于1170为止。如图4-4所示。图4-4 HOT子程序4.4.3 COOL子程序小车逆时针旋转2.3秒。如图4-5 所示。图4-5 COOL子程序4.4.4 返回子程序小车逆时针旋转4.5秒。如图4-6所示。图4-6 返回子程序4.5 本章小结本章在控制系统硬件设计的基础上，完成了控制系统的软件设计。首先，根据安全巡视车的动作要求和各模块所实现的功能将主程序分为ROOM、COOL、HOT、RED四个子程序进行控制；然后利用ROBOPRO编程软件绘制了自动程序的流程图。结论与展望本次毕业设计按照任务书的进度要求，查阅相关文献资料，明确设计步骤。第一步是设计主题了解慧鱼模型的基本构成，然后拼接出模型，运用软件使其实现必要的功能。课题开展之初，我遇到了很多问题，对课题的开展无从下手，后来在张老师发来的材料中找到了设计灵感，结合平时从电影中看到的科技元素，构思设计出了这一款安全巡视车。在组装过程中，由于没有进行严谨的结构细节设计，导致前期模型反复拆装了多次，这使我深刻的认识到在以后的工作中要注意把我细节，前期多一分努力，工作中就少一分困难。在整个毕业设计过程中，我感觉最困难的部分就是程序的调试环节，当我按照理想环境编写完程序，在实际实验中却是漏洞百出，开始我百思不得其解，后来我联想到了平时实训课过程中应用到的公差，于是对程序中的虚拟数值进行了简单的微调，最终使小车实现了设定的功能。这通过这次毕业设计，让我明白书本上的知识需要用实践去检验，不能太盲目的一味遵循书本知识，生活中的实践才是真理，越是不懂的东西才越要去学，互相学习是一种很好的学习途径，团队合作是今后成功不可缺少的一部分。在这个以人为本的社会中，安全巡视车的发展前景广阔，它可以与现有的闭式喷淋灭火系统相结合，搭载专用灭火器，优势互补，完成区域、专一