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中国地质大学长城学院毕业设计开题报告学生姓名刘博若学号05208320专业班级08机制03班指导教师耿宏伟职称讲师单 位中国地质大学课题性质设计R 论文课题来源科研 教学 生产 其它R毕业设计题目控制机器人行走设计一、研究的目的、意义目的：研制机器人的最初目的是为了帮助人们摆脱繁重劳动或简单的重复劳动，以及替代人到有辐射等危险环境中进行作业，因此机器人最早在汽车制造业和核工业领域得以应用。随着机器人技术的不断发展，工业领域、军事、海洋探测、航天、医疗、农业、林业也都开始使用机器人。本课题选用轮式作为机器人平台设计研究，两轮式机器人在国内外还处于刚刚起步阶段，其前景广阔，适用性较广，在教学、科研、野外作业、民用运输方面有着广泛的应用前景，在反恐及其它尖端领域具有重大的应用价值。已经初步做出了简单的实验模型，解决了轮式机器人的传动机构难题。该轮式机器人运动响应迅速，具有高机动的零半径转向能力，并且在运动过程中不存在失稳状态。摄像头的密封式结构可以将内部器件密封保护起来，免受外界环境的影响，非常适合在潮湿、多尘土、多辐射或有毒的环境中执行任务。它具有广阔的应用前景，例如，通过搭载视觉传感器或气体传感器等设备，它可以在缺少人干预的环境中进行战场侦察、室内或库房的巡逻及行星探测等任务，也可以通过搭载声光电等设备作为一种新颖的具有移动性和交互性的儿童玩具。意义：在当今世界机器人已经越来越广泛的进入人类的生活，在各个领域内都有着机器人的利用，如机械制造，车辆运用，冶金，医疗等等行业。在军事上，随着机器人的广泛应用，世界各军事大国也在加紧对军用机器人的开发，应用。遥控车辆的操作员一般通过无线电向车辆及其任务系统发出大部分指令和派遣任务。对于车辆所处的环境、活动状态等信息，则主要靠各种传感器来获得。远程车辆没有地形分析能力，也不能进行军事机动，更不能接收其它来源的信息，其所有认知过程都由操作员负责。远程车辆可完成探雷、排雷、爆破、爆炸物处理、未爆物排除、物资处理及单兵侦察与监视等任务。经过初期的可行性研究，遥控车辆的研究集中于标准遥控系统的建立。标准遥控系统包括体系结构的定义及各功能模块的研制，目标是不依赖于具体的车辆平台、任务以及执行硬件，而能够根据需要快速实现车辆的遥控化。美国在波黑战争中就利用标准遥控系统快速地研制了Panther遥控扫雷车(在M60坦克底盘的基础上)以及Mini flail小型扫雷车。遥控机器人车辆是较低级的机器人系统，必须由操作者进行远距离控制，在目前的技术水平条件下，这种车辆的研制易获成功，周期短，费用低。我所进行的设计就是设计出一双轮式的远程控制机器人，以实现在远程的无人减少人员，经济的损失。并通过这次设计检验自己在机械设计这一专业类所学知识的掌握情况，并进一步的查漏补缺，完算自己的知识体系，为以后的工作生活打下坚实的基础。二现状：国内无人车辆的研究起步较晚，直到80年代末才开始这方面的研究。在863高技术计划中，把智能移动机器人技术研究作为一个研究项目，对路径规划、测距系统、图像处理技术、自动技术系统等进行了研究，并取得了许多成绩，制成了无人驾驶的车辆。上海大学谈士力教授等科研人员经过3年多时间的协作攻关，研制成功球形壁面爬行机器人。经专家鉴定，这种机器人的爬行、吸附机理和机构的应用研究，为实用化提供了理论依据和实验平台，并具创新性，其性能达到国际先进水平。球形壁面爬行机器人可用来代替人工进行的一些危险操作，进行各种储存有毒有害介质的球形储存罐的检修工作。其中包括核工业和城市石化工业球形储液罐的视觉检查、超声侧厚和焊缝探伤等作业。球形壁面爬行机器人采用了缩放机构原理、气动驱动、真空吸附的六足移动方案，具备在最小曲率半径为2至5米的球形壁面上完成任意方向的直线移动和原地转向的能力，可采用多种步态行走，并能跨越300毫米高的条形障碍，其球面吸附机构采用具有真空传感功能的铰接式橡胶真空吸盘，机器人的移动速度可达每分钟10米。该机器人的控制系统采用上下微机控制方式，实现了18个关节联动控制，具备自动行走和手动遥控动能。北京邮电大学以孙汉旭教授为首的研究小组承担的国家自然科学基金项目的研究，经过几年的艰苦努力，开发出了拥有我国自主知识产权、国内首创且具有国际先进水平的球形机器人。北京大学相关机构对球形机器人进行了全面查新，结果表明，目前该结构的球形机器人在国内外尚无先例，属创新性研究球形机器人是20世纪90年代机器人研究界提出的一个崭新课题。北京邮电大学机器人实验室研制的球形机器人采用了一种全新、高效的内驱动方式，球形机器人能自如地完成直线、圆弧运动，运动速度达到了3m/s，能够爬上20度的斜坡，并且能够实现原地自转。在静止状态下球形机器人能够沿任意方向启动运动。近些年来，随着航天事业的飞速发展，我国开始了月球车系统的研究。月球车即月球探测机器人，分为有人驾驶和无人遥控两种。我国研究的重点在后者，这是一项复杂的系统工程，涉及到机械、机器人的遥控作业、空间技术、通讯和信号处理、加工自动化和人工智能等诸多学科和领域。主要任务是：从遥感数据验证天文学推理的各种科学理论与事实，对特定地区进行探测，判断月球上的水温、火山、峡谷、月球表面生成与进化过程，对月球表面的太阳辐射线、太阳风、陨石等的活动情况进行探测，对月球上的岩石进行全面的调查与分析，对月球上所有区域的资源数据进行收集，为建立天文台做地盘的调查，做各种元素的加热实验及氦3的抽样实验。月球车的设计是一项复杂的系统工程，其研究涉及到许多学科和领域，如机械、机器人的遥控作业、空间技术、通讯和信号处理、加工自动化和人工智能等。3、 设计内容结合轻型机器人平台的研究，本文主要围绕轻型双轮式机器人的设计进行研究。对机器人的整体方案进行设计，计算并校核机器人的轴部件，并对机器人的控制系统进行研究与设计。 四、进度安排1. 查阅资料，完成开题报告； 2011.12.102011.12.20 2. 结合课题进行外文资料阅读，完成英文翻译； 2011.12.212011.12.31 3. 学习、了解相关的知识，完成文献综述； 2012.1.12012.1.20 4设计并绘制设计的整体图； 2012.1.212012.2.1 5. 设计并绘制控制系统的电路图； 2012.2.22012.3.20 6对设计内容进行修改； 2012.3.212012.4.20 7整理资料，编写设计说明书；准备答辩。 2012.4.212012.5.5五、参考文献1.吴绍斌，陈慧岩，军用地面无人车辆的发展.车辆与动力技术2002年第4期2.王荣本 李兵,世界智能车辆的研究概况.3.冯巧玲，自动控制原理.北京航空航天大学出版社，20034.陈海初,李满天,王振华等,压电陶瓷驱动三自由度精密移动定位微小机器人5.魏丕勇，小型无人地面机动平台驱动与控制方法研究。北京理工大学博士学位论文。2005：51576徐灏，机械设计手册.北京：机械工业社，20027李宜达,控制系统设计与仿真.清华大学出版社，20048.王晓明，电动机的单片机控制.北京航空航天大学出版社，20029.刑俊文，轮式两栖车可升降独立悬架的方案设计和仿真研究.装甲兵工程学院硕士学位论文.200110小栗富士雄，小栗达男，机械设计禁忌手册.机械工业出版社，2003指导教师意见：指导教师签名：年 月 日教研室意见：审查结果： 同 意 不 同 意教研室主任签名：年 月 日中国地质大学长城学院本科毕业设计文献综述系 别： 工程技术系 专 业：机械设计制造及其自动化姓 名： 刘博若 学 号： 05208320 2012年3月1日1. 引 言在当今世界机器人已经越来越广泛的进入人类的生活，在各个领域内都有着机器人的利用，如机械制造，车辆运用，冶金，医疗等等行业。在军事上，随着机器人的广泛应用，世界各军事大国也在加紧对军用机器人的开发，应用。其主要的发展方向就是远程遥控机器人的研制和应用。遥控车辆是军用地面无人车辆的起始发展阶段，其研制时间长，技术较为成熟，目前许多国家的部队中都装备有各种不同的遥控车辆。遥控车辆是初级的不具备智能的无人车辆，它由远程受控车辆(以下简称远程车辆)和控制台(单元)组成。操纵者操纵控制台(单元)发出各种指令，经通信连接传送至远程车辆，由远程车辆上的各种执行机构执行各种指令，实现操纵者的控制要求。采用遥控形式的地面车辆(机器人)诞生于二战时期。由于能承担排除地雷和爆炸物、清障、三防侦察以及开辟通道等各种高危工作,世界各国从上世纪70年代末纷纷开始了遥控车辆的研制工作。遥控车辆的操作员一般通过无线电向车辆及其任务系统发出大部分指令和派遣任务。对于车辆所处的环境、活动状态等信息，则主要靠各种传感器来获得。远程车辆没有地形分析能力，也不能进行军事机动，更不能接收其它来源的信息，其所有认知过程都由操作员负责。远程车辆可完成探雷、排雷、爆破、爆炸物处理、未爆物排除、物资处理及单兵侦察与监视等任务。经过初期的可行性研究，遥控车辆的研究集中于标准遥控系统的建立。标准遥控系统包括体系结构的定义及各功能模块的研制，目标是不依赖于具体的车辆平台、任务以及执行硬件，而能够根据需要快速实现车辆的遥控化。美国在波黑战争中就利用标准遥控系统快速地研制了Panther遥控扫雷车(在M60坦克底盘的基础上)以及Mini flail小型扫雷车。遥控机器人车辆是较低级的机器人系统，必须由操作者进行远距离控制，在目前的技术水平条件下，这种车辆的研制易获成功，周期短，费用低。2. 两轮式机器人研究探讨研制机器人的最初目的是为了帮助人们摆脱繁重劳动或简单的重复劳动，以及替代人到有辐射等危险环境中进行作业，因此机器人最早在汽车制造业和核工业领域得以应用。随着机器人技术的不断发展，工业领域、军事、海洋探测、航天、医疗、农业、林业也都开始使用机器人。本课题选用轮式作为机器人平台设计研究，两轮式机器人在国内外还处于刚刚起步阶段，其前景广阔，适用性较广，在教学、科研、野外作业、民用运输方面有着广泛的应用前景，在反恐及其它尖端领域具有重大的应用价值。已经初步做出了简单的实验模型，解决了轮式机器人的传动机构难题。该轮式机器人运动响应迅速，具有高机动的零半径转向能力，并且在运动过程中不存在失稳状态。摄像头的密封式结构可以将内部器件密封保护起来，免受外界环境的影响，非常适合在潮湿、多尘土、多辐射或有毒的环境中执行任务。它具有广阔的应用前景，例如，通过搭载视觉传感器或气体传感器等设备，它可以在缺少人干预的环境中进行战场侦察、室内或库房的巡逻及行星探测等任务，也可以通过搭载声光电等设备作为一种新颖的具有移动性和交互性的儿童玩具。3. 研究启发我所进行的设计就是设计出一双轮式的远程控制机器人，以实现在远程的无人侦查任务，减少人员，经济的损失。并通过这次设计检验自己在机械设计这一专业类所学知识的掌握情况，并进一步的查漏补缺，完算自己的知识体系，为以后的工作生活打下坚实的基础。 参考文献：1.吴绍斌，陈慧岩，军用地面无人车辆的发展.车辆与动力技术2002年第4期2.王荣本 李兵,世界智能车辆的研究概况.3.冯巧玲，自动控制原理.北京航空航天大学出版社，20034.陈海初,李满天,王振华等,压电陶瓷驱动三自由度精密移动定位微小机器人5.魏丕勇，小型无人地面机动平台驱动与控制方法研究。北京理工大学博士学位论文。2005：51577李宜达,控制系统设计与仿真.清华大学出版社，20048.王晓明，电动机的单片机控制.北京航空航天大学出版社，20024中国地质大学长城学院毕业设计中期检查表学生姓名刘博若学号05208320班 级08机制3班指导教师耿宏伟职称讲 师单 位中国地质大学毕业设计（论文）题目控制机器人行走设计已完成工作、存在的问题及下一步的打算已完成的工作:1. 任务书；开题报告；外文翻译；文献综述；毕业设计的书写等；2. 对控制机器行走设计的一些cad图纸的初步绘制。存在的问题:对设计的一些细节考虑的还不够深入，对cad绘图还不够娴熟。下一步打算:认真思考一下上述存在的问题，以便把设计进行更好的完善。 学生签名：刘博若 2012年 5 月 4 日检查意见指导教师签名：年 月 日 中国地质大学长城学院毕业设计任务书学生姓名刘博若学号05208320班 级08机制3班指导教师耿宏伟职称讲师单 位中国地质大学毕业设计题目控制机器人行走设计毕业设计主要内容和要求：结合轻型机器人平台的研究，围绕轻型双轮式机器人的设计进行研究。对机器人的整体方案进行设计，计算并校核机器人的轴部件，并对机器人的控制功能进行研究及设计。 对轻型双轮式机器人进行设计，采用双步进电机操控的方案，以及其控制电路的设计及电路图。主要参考资料：1. 吴绍斌，陈慧岩，军用地面无人车辆的发展.车辆与动力技术2002年第4期2. 王荣本 李兵,世界智能车辆的研究概况.3. 冯巧玲，自动控制原理.北京航空航天大学出版社，20034. 陈海初,李满天,王振华等,压电陶瓷驱动三自由度精密移动定位微小机器人5. 魏丕勇，小型无人地面机动平台驱动与控制方法研究。北京理工大学博士学位论文。2005：51576徐灏，机械设计手册.北京：机械工业社，20027李宜达,控制系统设计与仿真.清华大学出版社，20048. 王晓明，电动机的单片机控制.北京航空航天大学出版社，20029. 刑俊文，轮式两栖车可升降独立悬架的方案设计和仿真研究.装甲兵工程学院硕士学位论文.200110. 小栗富士雄，小栗达男，机械设计禁忌手册.机械工业出版社，200311. 唐国栋，高云国基于L297L298芯片步进电机的单片机控制微计算机信息，2006，22(1)134-136毕业设计应完成的主要工作：1.毕业设计任务书2.毕业设计开题报告3.毕业设计文献综述4. 毕业设计的翻译文章及外文原文5.毕业论文6.相关图纸毕业设计进度安排：序号毕业设计各阶段内容时间安排备注1查阅资料并撰写毕业设计开题报告2011.12.10-2011.12.202指导教师审核开题报告,学生根据指导老师意见做进一步修改2011.12.21-2011.12.223系里组织开开题报告会2011.12.21-2011.12.224由指导老师指导查阅资料，并翻译外文资料2012.12.23-2011.12.315撰写文献综述，经指导老师审阅后着手毕业论文的写作2012.01.01-2012.01.206开始编写毕业设计工作计划，进入毕业设计的撰写2012.01.21-2012.03.067整改设计论文2012.04.29-2012.04.308毕业设计答辩2012.05.05-2012.05.19课题信息：课题性质： 设计 论文 课题来源： 教学 科研 生产 其它发出任务书日期： 2011.12.6 指导教师签名： 年 月 日教研室意见：教研室主任签名：年 月 日 学生签名：中国地质大学长城学院2012届毕业设计控制机器人行走设计摘 要本课题选用轮式作为机器人平台设计研究，通过特殊的运动机构设计，仅通过两个电机的控制即可实现机器人的全方位运动，且结构简单，拆装方便，易于实现轻型化。其结构用空心管将两轮联接成“工”字形状，两轮轴心处各有一内置步进电机，控制车轮的正反转，实现机器人全方位的行走。在两轮的内侧各有一个挂篮与空心管固定为一体，挂篮内装有蓄电池块，既可作为动力源，还可以当作配重块。挂篮与空心管通过螺丝联接成一体，方便拆卸。在空心管的中端有一摄像头，用于观察反馈现场情况。通过遥控控制电机的转向，可轻松实现机器人的前进，后退，及原地转向。挂篮底部装有蓄电池块，能够起到偏重块作用，保证了轮式机器人的在平路或斜坡上都能够保持静止状态。该机构采用了一种全新、高效的内驱动方式，通过遥控电机的转向，双轮机器人能自如地完成直线、圆弧运动，最高运动速度达到了5m/s，能够爬上30度的斜坡，并且能够实现原地自转。在静止状态下轮式机器人能够沿任意方向启动运动。设计时特意采用弧形空心管，大大提高了机器人的底盘，使得该机器人行走可以直接通过障碍物，具有良好的过障碍能力，这在条件恶劣的道路上行走尤其重要。该轮式机器人在国内外还处于刚刚起步阶段，其前景广阔，适用性较广，在教学、科研、野外作业、民用运输方面有着广泛的应用前景，在反恐及其它尖端领域具有重大的应用价值。关键词： 超轻型机器人轮式平台设计步进电机 the type platform of light robotThis lesson all-directions sport for control for choosing using a type be used as the robot platform the design the research, passing the design of special sport organization, only passing two electrical engineerings can immediately realizing robot, and the construction is simple, and the pack convenient, apt to realize the light Its construction take care of to connect two s with hollow arc-shaped “ work word shape, two axle hearts are each to have a the inside place an into the electrical engineering, control felloe positive and negative turn, realize the robot the all-directions to run about. In two rounds of seamy sides each reach a hang the basket to fix to integral whole with hollow tube, and hang an inside to pack to have the storage battery piece, since can be used as the motive , and can still regard as the heavy piece of Hang the basket to pass the screw with hollow tube to connect the integral whole, convenient unload. In the hollow tube of inside carry to have a the resemble the head, and used for to observe the circumstance of vera the spot. Pass to control from a distance to control the turning of electrical engineering the direction, relaxed realize the robots headway, retreat, and originally turn direction. Hang a bottom to pack to have the storage battery piece, and can rise to over-emphasize a function, and guarantee the round the type robot on the even road or slope to can keep the static appearance. The inside that that organization adopted is an all new, efficiently move the way, and pass the turning of remote control electrical engineering the direction, double the slope for round robot can from if ground completing the straight line, arc the sport, tallest sport the speed come to 5 m/ s, can climbing ascending 30 degrees, and can realize to originally rotate. Under the quiet appearance round type robot can along arbitrarily the direction start the sport. |Design hour the adopt the hollow tube of arc-shaped, and consumedly increased the robots bed rocked, and the making that robot to run about can directly pass the stumbling block, and have the good the obstacle ability, and this is the bad road in the term to up north route to walk particularly important. This type robot at domestic and international still be placed in just the start stage, its foreground is vast, applicability than wide, in the teaching, section , open country the homework, public conveyance aspect have got the extensive and applied foreground, and fear in the anti and the other and sophisticated realm have important of the application is worth a.Key word: the type platform of light robot round design the application Stepper motor目录摘 要11 绪 论11.1 课题研究目的11.2 课题研究意义21.3 国内外发展现状21.3.1国内轻型机器人研究现状21.3.2国外轻型机器人研究成果52 课题方案设计1021步进电机的特点1121步进电机具有如下特点：11212步进电机主要参数及性能指标1222 设计方案1223 受力分析1324 设计校核153 功能实现183.1 机器人的各项参数183.2 机器人的功能193.3 遥控控制功能的实现21331控制器单元的选型22332单片机的确定23333 单片机的最小系统电路27334 两个步进电机控制电路28334 主控制电路图294 结 论303控制机器人行走设计摘 要本课题选用轮式作为机器人平台设计研究，通过特殊的运动机构设计，仅通过两个电机的控制即可实现机器人的全方位运动，且结构简单，拆装方便，易于实现轻型化。其结构用空心管将两轮联接成“工”字形状，两轮轴心处各有一内置步进电机，控制车轮的正反转，实现机器人全方位的行走。在两轮的内侧各有一个挂篮与空心管固定为一体，挂篮内装有蓄电池块，既可作为动力源，还可以当作配重块。挂篮与空心管通过螺丝联接成一体，方便拆卸。在空心管的中端有一摄像头，用于观察反馈现场情况。通过遥控控制电机的转向，可轻松实现机器人的前进，后退，及原地转向。挂篮底部装有蓄电池块，能够起到偏重块作用，保证了轮式机器人的在平路或斜坡上都能够保持静止状态。该机构采用了一种全新、高效的内驱动方式，通过遥控电机的转向，双轮机器人能自如地完成直线、圆弧运动，最高运动速度达到了5m/s，能够爬上30度的斜坡，并且能够实现原地自转。在静止状态下轮式机器人能够沿任意方向启动运动。设计时特意采用弧形空心管，大大提高了机器人的底盘，使得该机器人行走可以直接通过障碍物，具有良好的过障碍能力，这在条件恶劣的道路上行走尤其重要。该轮式机器人在国内外还处于刚刚起步阶段，其前景广阔，适用性较广，在教学、科研、野外作业、民用运输方面有着广泛的应用前景，在反恐及其它尖端领域具有重大的应用价值。关键词： 超轻型机器人轮式平台设计步进电机 the type platform of light robotThis lesson all-directions sport for control for choosing using a type be used as the robot platform the design the research, passing the design of special sport organization, only passing two electrical engineerings can immediately realizing robot, and the construction is simple, and the pack convenient, apt to realize the light Its construction take care of to connect two s with hollow arc-shaped “ work word shape, two axle hearts are each to have a the inside place an into the electrical engineering, control felloe positive and negative turn, realize the robot the all-directions to run about. In two rounds of seamy sides each reach a hang the basket to fix to integral whole with hollow tube, and hang an inside to pack to have the storage battery piece, since can be used as the motive , and can still regard as the heavy piece of Hang the basket to pass the screw with hollow tube to connect the integral whole, convenient unload. In the hollow tube of inside carry to have a the resemble the head, and used for to observe the circumstance of vera the spot. Pass to control from a distance to control the turning of electrical engineering the direction, relaxed realize the robots headway, retreat, and originally turn direction. Hang a bottom to pack to have the storage battery piece, and can rise to over-emphasize a function, and guarantee the round the type robot on the even road or slope to can keep the static appearance. The inside that that organization adopted is an all new, efficiently move the way, and pass the turning of remote control electrical engineering the direction, double the slope for round robot can from if ground completing the straight line, arc the sport, tallest sport the speed come to 5 m/ s, can climbing ascending 30 degrees, and can realize to originally rotate. Under the quiet appearance round type robot can along arbitrarily the direction start the sport. |Design hour the adopt the hollow tube of arc-shaped, and consumedly increased the robots bed rocked, and the making that robot to run about can directly pass the stumbling block, and have the good the obstacle ability, and this is the bad road in the term to up north route to walk particularly important. This type robot at domestic and international still be placed in just the start stage, its foreground is vast, applicability than wide, in the teaching, section , open country the homework, public conveyance aspect have got the extensive and applied foreground, and fear in the anti and the other and sophisticated realm have important of the application is worth a.Key word: the type platform of light robot round design the application Stepper motor目录摘 要11 绪 论11.1 课题研究目的11.2 课题研究意义21.3 国内外发展现状21.3.1国内轻型机器人研究现状21.3.2国外轻型机器人研究成果52 课题方案设计1021步进电机的特点1121步进电机具有如下特点：11212步进电机主要参数及性能指标1222 设计方案1223 受力分析1324 设计校核153 功能实现183.1 机器人的各项参数183.2 机器人的功能193.3 遥控控制功能的实现21331控制器单元的选型22332单片机的确定23333 单片机的最小系统电路27334 两个步进电机控制电路28334 主控制电路图294 结 论3032中国地质大学长城学院2012届毕业设计1 绪 论1.1 课题研究目的在当今世界机器人已经越来越广泛的进入人类的生活，在各个领域内都有着机器人的利用，如机械制造，车辆运用，冶金，医疗等等行业。在军事上，随着机器人的广泛应用，世界各军事大国也在加紧对军用机器人的开发，应用。其主要的发展方向就是远程遥控机器人的研制和应用。遥控车辆是军用地面无人车辆的起始发展阶段，其研制时间长，技术较为成熟，目前许多国家的部队中都装备有各种不同的遥控车辆。遥控车辆是初级的不具备智能的无人车辆，它由远程受控车辆(以下简称远程车辆)和控制台(单元)组成。操纵者操纵控制台(单元)发出各种指令，经通信连接传送至远程车辆，由远程车辆上的各种执行机构执行各种指令，实现操纵者的控制要求。采用遥控形式的地面车辆(机器人)诞生于二战时期。由于能承担排除地雷和爆炸物、清障、三防侦察以及开辟通道等各种高危工作,世界各国从上世纪70年代末纷纷开始了遥控车辆的研制工作。遥控车辆的操作员一般通过无线电向车辆及其任务系统发出大部分指令和派遣任务。对于车辆所处的环境、活动状态等信息，则主要靠各种传感器来获得。远程车辆没有地形分析能力，也不能进行军事机动，更不能接收其它来源的信息，其所有认知过程都由操作员负责。远程车辆可完成探雷、排雷、爆破、爆炸物处理、未爆物排除、物资处理及单兵侦察与监视等任务。经过初期的可行性研究，遥控车辆的研究集中于标准遥控系统的建立。标准遥控系统包括体系结构的定义及各功能模块的研制，目标是不依赖于具体的车辆平台、任务以及执行硬件，而能够根据需要快速实现车辆的遥控化。美国在波黑战争中就利用标准遥控系统快速地研制了Panther遥控扫雷车(在M60坦克底盘的基础上)以及Mini flail小型扫雷车。遥控机器人车辆是较低级的机器人系统，必须由操作者进行远距离控制，在目前的技术水平条件下，这种车辆的研制易获成功，周期短，费用低。我所进行的设计就是设计出一双轮式的远程控制机器人，以实现在远程的无人侦查任务，减少人员，经济的损失。并通过这次设计检验自己在机械设计这一专业类所学知识的掌握情况，并进一步的查漏补缺，完算自己的知识体系，为以后的工作生活打下坚实的基础。1.2 课题研究意义研制机器人的最初目的是为了帮助人们摆脱繁重劳动或简单的重复劳动，以及替代人到有辐射等危险环境中进行作业，因此机器人最早在汽车制造业和核工业领域得以应用。随着机器人技术的不断发展，工业领域、军事、海洋探测、航天、医疗、农业、林业也都开始使用机器人。本课题选用轮式作为机器人平台设计研究，两轮式机器人在国内外还处于刚刚起步阶段，其前景广阔，适用性较广，在教学、科研、野外作业、民用运输方面有着广泛的应用前景，在反恐及其它尖端领域具有重大的应用价值。已经初步做出了简单的实验模型，解决了轮式机器人的传动机构难题。该轮式机器人运动响应迅速，具有高机动的零半径转向能力，并且在运动过程中不存在失稳状态。摄像头的密封式结构可以将内部器件密封保护起来，免受外界环境的影响，非常适合在潮湿、多尘土、多辐射或有毒的环境中执行任务。它具有广阔的应用前景，例如，通过搭载视觉传感器或气体传感器等设备，它可以在缺少人干预的环境中进行战场侦察、室内或库房的巡逻及行星探测等任务，也可以通过搭载声光电等设备作为一种新颖的具有移动性和交互性的儿童玩具。1.3 国内外发展现状1.3.1国内轻型机器人研究现状国内无人车辆的研究起步较晚，直到80年代末才开始这方面的研究。在863高技术计划中，把智能移动机器人技术研究作为一个研究项目，对路径规划、测距系统、图像处理技术、自动技术系统等进行了研究，并取得了许多成绩，制成了无人驾驶的车辆。上海大学谈士力教授等科研人员经过3年多时间的协作攻关，研制成功球形壁面爬行机器人。经专家鉴定，这种机器人的爬行、吸附机理和机构的应用研究，为实用化提供了理论依据和实验平台，并具创新性，其性能达到国际先进水平。球形壁面爬行机器人可用来代替人工进行的一些危险操作，进行各种储存有毒有害介质的球形储存罐的检修工作。其中包括核工业和城市石化工业球形储液罐的视觉检查、超声侧厚和焊缝探伤等作业。球形壁面爬行机器人采用了缩放机构原理、气动驱动、真空吸附的六足移动方案，具备在最小曲率半径为2至5米的球形壁面上完成任意方向的直线移动和原地转向的能力，可采用多种步态行走，并能跨越300毫米高的条形障碍，其球面吸附机构采用具有真空传感功能的铰接式橡胶真空吸盘，机器人的移动速度可达每分钟10米。该机器人的控制系统采用上下微机控制方式，实现了18个关节联动控制，具备自动行走和手动遥控动能。北京邮电大学以孙汉旭教授为首的研究小组承担的国家自然科学基金项目的研究，经过几年的艰苦努力，开发出了拥有我国自主知识产权、国内首创且具有国际先进水平的球形机器人。北京大学相关机构对球形机器人进行了全面查新，结果表明，目前该结构的球形机器人在国内外尚无先例，属创新性研究球形机器人是20世纪90年代机器人研究界提出的一个崭新课题。北京邮电大学机器人实验室研制的球形机器人采用了一种全新、高效的内驱动方式，球形机器人能自如地完成直线、圆弧运动，运动速度达到了3m/s，能够爬上20度的斜坡，并且能够实现原地自转。在静止状态下球形机器人能够沿任意方向启动运动。图1 球形机器人针对国内危险行业与部门实际需求，在国家863计划的大力支持下，国内一些科研院所学校围绕少数型号的危险作业机器人进行了重点攻关，尤其自“十五”863计划实施以来，在危险作业机器人方面取得了较大的进步，获得了一批的成果，中国自行研制的先进“排爆机器人系统”，在最近举行的反恐演习中频频上镜，给人们留下了深刻印象；可以出入险地执行特种侦察任务的无人驾驶侦察车系统，可以携带真枪实弹冲锋陷阵的无人驾驶战车、坦克系统，早已研制成功 。图2 “灵蜥B”型排爆机器人中国科学院自动化研究所研制出了一种智能自主轮式移动机器人，包括：摄像机，为机器人提供他所在环境的外部信息；工控机，通过总线CAN分别与电机驱动/控制器、超声环、红外环进行通信；运动机构，由电机驱动/控制其进行控制。此发明机器人能够根据超声传感器、红外传感器和视觉闩杆球进行资助笔帐，利用视觉传感器进行动态目标跟踪、目标特征识别。此外，该机器人还具有语音人一机交互功能。监控人员能够通过无线迈可直接对机器人进行语音控制。同时，机器人能够与人进行交谈、互相问候以及进行自我介绍。近些年来，随着航天事业的飞速发展，我国开始了月球车系统的研究。月球车即月球探测机器人，分为有人驾驶和无人遥控两种。我国研究的重点在后者，这是一项复杂的系统工程，涉及到机械、机器人的遥控作业、空间技术、通讯和信号处理、加工自动化和人工智能等诸多学科和领域。主要任务是：从遥感数据验证天文学推理的各种科学理论与事实，对特定地区进行探测，判断月球上的水温、火山、峡谷、月球表面生成与进化过程，对月球表面的太阳辐射线、太阳风、陨石等的活动情况进行探测，对月球上的岩石进行全面的调查与分析，对月球上所有区域的资源数据进行收集，为建立天文台做地盘的调查，做各种元素的加热实验及氦3的抽样实验。月球车的设计是一项复杂的系统工程，其研究涉及到许多学科和领域，如机械、机器人的遥控作业、空间技术、通讯和信号处理、加工自动化和人工智能等。1.3.2国外轻型机器人研究成果1. 小型无人地面车辆(SUGV)FCS家族中最小的平台将是便携式小型无人地面车辆（SUGV），能够在城市地形中的隧道、下水道和洞穴内执行RSTA任务。小型无人车的目标重量小于13.6公斤，能够携载重达2.72公斤的模块式“即插即用”载荷。根据设想，小型无人地面车辆将能够连续工作6个小时，在地面上能够在距操作人员1000米远的地方遂行作战任务，在隧道中能够在距操作人员200米远的地方遂行作战任务。 图3 小型无人车 SUGV 2. “角斗士”战术无人地面车洛克希德马丁公司研制的“角斗士”机器人士兵是一种多用途系统,主要有两种类型：六轮式和履带式。设计任务包括：侦察、监视和目标探测；工程侦察；直射；通信中继；战术欺骗；作战补给；反狙击部署。该车结构简单，易于运输，适于在沿海战场使用，主要供海军陆战队旅和旅级以下单位使用，“角斗士”全重725公斤，公路行驶速度25千米/小时，越野速度10千米/小时。它采用混合电驱动发动机，能24小时使用。“角斗士”将由高机动性多用途轮式车辆（HUMVEE）或V-22“鱼鹰”倾转旋翼机运输。履带式“角斗士”机器人士兵装备有可保障车辆在黑暗和烟雾中视物能力的摄像机、GPS定位系统、声学和激光搜索系统、可辨别生化武器的传感器等各种设备，也可根据需要装载各种武器和货物。这是一种非公路型无人地面战车，从理论上讲，履带也可以改换成轮胎。“角斗士”拥有相当的智力水平，能根据机器视力算法、探测装置融合算法到达指定地点，并能记住所走过的路线，之后丝毫不差地按原路自动返回，也不会陷入临时设置的障碍坑中。图4 六轮式“角斗士”3. 微型机器人美国新墨西哥冶金技术研究所的佩内洛普波士顿博士和麻省理工学院的斯蒂芬杜伯斯基博士目前正在研制一批只有网球大小的微型机器人。这些采用弹跳方式运动的机器人将被用来探测太阳系中的其他行星。较之“勇气”号和“机遇”号这样的火星车，目前仍处于研制阶段的球形机器人将能够更为容易地抵达那些地形复杂的区域。由于采用了特殊的跳跃式前进机制，这种微型机器人可轻易地越过各种障碍物。不过新型机器人的体积虽小，但装备却一点儿也不含糊它们同样也携带了微型照相机、光谱分析仪和其他多种传感器。这些微型装置最主要的优点在于：重量轻，体积小，一次可成百上千地被投放到指定的探测对象上。当抵达某一行星表面后，大量的微型机器人会组成一个庞大的探测网络并可经由轨道站或者直接将获取的信息传回地球。图5、微型机器人4、双轮行走运输机器人三洋电机开发出了可依靠上体倒立来保持平衡的双轮行走机器人“FLATHRU”，并在从2002年6月19日起至25日于福冈举行的“机器人世界杯2002福冈釜山”上做了参考展示（图）。 FLATHRU的构造为：头部位于筒状身体上部，底部左右各设计有一个轮子，头部兼作载物平台。当然移动时使用轮子。但是，直接靠轮子移动会形成“2点支撑”，机器人站不稳，最严重时甚至会跌倒。为此，新型机器人对轮子的驱动力进行了控制，使其上体的重心始终位于连接两轮的轴线上，能够在上体倒立的同时保持平衡。销售日期尚未确定。推出这种机器人主要是探求市场对于“生活辅助机器人”的需求。 新型机器人通过前进和后退时将上体向前方或后方探出、使得重心前移或后移。此时根据车轮速度改变上体倾斜角度，来巧妙地掌握平衡。这样一来，“即使地面稍有凹凸不平，也可以正常移动，不会跌倒”。 为了使头部的物品放置平台保持水平，在头部也设置了关节。除了考虑物品本身的重力外，还考虑到机器人加减速时作用于物体的惯性力，通过使头部前后左右地移动来保持平台的水平。因此，在为用户取水杯时，杯中的水不会撒出来。 图6、远程控制运输机器人5、美改进型轮式机器人由美国卡内基梅隆大学研制的改进型轮式机器人自动越野车“流浪者”（Nomad），将再次返回南极，对南极做更为出色的考察工作，在表面冰层寻找新的生命形式。Nomad原型车于1997年装配成功，曾经穿过智利的阿塔卡马沙漠，跋涉220公里，成功完成越野旅行试验。它也曾在南极从事过寻找陨石的工作。这次，改进后的Nomad准备再返南极，在冰层顶部寻找活微生物的痕迹。它装有新的导航系统，可以自动行驶很长距离，还装有风力发电装置，可以补充太阳能电池的电力损耗。卡内基梅隆大学的研究人员最近在新罕布什尔州马斯科姆湖的冰面上进行了有关试验，以研究“流浪者”机器人越野车靠风电和太阳能电力供电的可能性。结果，该车成功地穿过马斯科姆湖的冰雪湖面，行驶了10公里。这项工作是“在南极用机器人探索生命计划”（LORAX）的一部分，该计划打算测量在南极高原近表面冰层生存的微生物的分布状况。卡内基梅隆大学、美国宇航局和美国陆军寒冷地区研究与工程实验室共同进行的这项研究，主要是在马斯科姆湖的湖面上进行长距离自主导航实验，实验模拟南极高原的冰盖层。美国陆军寒冷地区研究和工程实验室负责向宇航局和卡内基梅隆大学提供后勤支持和实验设施。寒冷地区研究和工程实验室做出整个实验区的冰厚度测量，并证实45厘米厚冰层为机器人越野车在南极实验的安全条件。科研人员一直在对“流浪者”上的传感器和计算机不断进行改进，以实现独立行走和测量。1997年，“流浪者”穿过阿塔卡马沙漠；2000年，“流浪者”独立行走在南极发现陨石，并成为靠自己能力完成南极大陆科学考察的第一个机器人。野外试验的目标是确立“流浪者”机器人车在冰雪上的可移动性，而自主导航技术是满足在南极的“穿越”需求。宇航局艾姆斯研究中心的皮特森是该计划的主要研究人员。卡内基梅隆大学机器人研究所的威特格林和埃博斯特勒负责机器人越野车的设计、分析和研发其自主导航系统。加州大学伯克利分校的研究人员则负责研发荧光光谱仪，以识别南极冰层中微生物的存在和含量。图7、自动越野车“流浪者”（Nomad）2 课题方案设计关于机器人我的设计方案是采用步进电机驱动，步进电机是一种将电脉冲转化为角位移的执行机构。通俗一点讲：当步进驱动器接收到一个脉冲信号，它就驱动步进电机按设定的方向转动一个固定的角度(即步进角)。可以通过控制脉冲个数来控制角位移量，从而达到准确定位的目的，同时也可以通过控制脉冲频率来控制电机转动的速度和加速度，从而达到调速的目的。步进电机分三种：永磁式(PM)，反应式(VR)和混合式(HB)。永磁式步进电机一般为两相，转矩和体积较小，步进角一般为75度或15度；反应式步进电机一般为三相，可实现大转矩输出，步进角一般为15度，但噪声和振动都很大，在欧美等发达国家80年代已被淘汰：混合式步进电机混合了永磁式和反应式的优点，分为两相和五相，两相步进角一般为18度而五相步进角一般为072度，这种步进电机的应用最为广泛。21步进电机的特点21步进电机具有如下特点：1、一般步进电机的精度为步进角的3-5，步距值不受各种干扰因素的影响。简而言之，转子运动的速度主要取决于脉冲信号的频率，而转子运动的总位移量取决于总的脉冲个数。2、位移与输入脉冲信号相对应，步距误差不长期积累。因此可以组成结构较为简单而又具有一定精度的丌环控制系统，也可以在要求更高精度时组成闭环控制系统。3、步进电机外表允许的最高温度取决于不同的磁性材料。步进电机温度过高首先会使电机的磁性材料退磁，从而导致力矩下降乃至于失步，因此电机外表允许的最高温度应取决于不同电机磁性材料的退磁点，一般来讲，磁性材料的退磁点都在摄氏130度以上，有的甚至高达摄氏200度以上。所以步进电机外表温度在摄氏8090度完全正常。4、步进电机的力矩会随转速的升高而下降。当步进电机转动时，电机各相绕组的电感将形成一个反向电动势；频率越高，反向电动势越大。在它的作用下，电机随频率(或速度)的增大而相电流减小，从而导致力矩下降。5、步进电机有启动频率要求和加速过程。虽然步进电机低速时可以正常运转，但若高于一定速度就无法启动，并伴有啸叫声。步进电机有一个技术参数为“空载启动频率，即步进电机在空载情况下能够正常启动的脉冲频率，如果脉冲频率高于该值，电机不能正常启动，可能发生丢步或堵转。在有负载的情况下，启动频率应更低。如果要使电机达到高速转动，脉冲频率应该有加速过程，即启动频率较低，然后按一定加速度升到所希望的高频(电机转速从低速升到高速)。6、 无刷，电动机本体部件少，可靠性高；控制性能好，起动、停车、反转及其他运行方式的改变，都在少数脉冲内完成，在一定的频率范围内运行时，任何运行方式都不会丢步；停止时有自锁能力。 212步进电机主要参数及性能指标l、相数m 电机上独立成系统而存在的回路个数即是相数。步进电机的相数可以为任意数，m通常为2，3，4，5，62、步距角p在不带任何减速装置的情况下，输入一个脉冲信号，步进电机所转过的机械角位移即步距角。3、距角特性步进电机静转矩和失调角的关系称为矩角特性。静转矩是指步进电机转子静止时，控制绕组通以直流电，由失调角(定转子中心线间夹角)的存在而引起的电磁转矩。当绕组内电流不变时，静转矩随失调角在一个齿距角范围内变化一个周期，在近似分析中视距角特性为正弦曲线。4、最大静转矩瓦即距角特性上最大电磁转矩值，它的值取决于绕组内电流的值及通电相数1331。22 设计方案如图所示，其结构用空心管将两轮联接成“工”字形状，两轮轴心处各有一内置步进电机，控制车轮的正反转，实现机器人全方位的行走。在两轮的内侧各有一个挂篮与空心管固定为一体，挂篮内装有蓄电池块，既可作为动力源，还可以当作配重块。挂篮与空心管通过螺丝联接成一体，方便拆卸。在空心管的中端有一摄像头，用于观察反馈现场情况。通过遥控控制电机的转向，可轻松实现机器人的前进，后退，及原地转向。挂篮底部装有蓄电池块，能够起到偏重块作用，保证了轮式机器人的在平路或斜坡上都能够保持静止状态。该机构采用了一种全新、高效的内驱动方式，通过遥控电机的转向，双轮机器人能自如地完成直线、圆弧运动，最高运动速度达到了5m/s，能够爬上30度的斜坡，并且能够实现原地自转。在静止状态下轮式机器人能够沿任意方向启动运动。设计时特意采用弧形空心管，大大提高了机器人的底盘，使得该机器人行走可以直接通过障碍物，具有良好的过障碍能力，这在条件恶劣的道路上行走尤其重要。通过控制两个步进电机同步同向转动，双轮机器人能实现快速直线行驶，其结构简单，不存在失稳状态，易于控制。又可通过控制步进电机同步反向转动，迅速实现后退，其反应灵活，操作方便。还可单独控制左右一侧电机的转动，实现机器人的左右转弯，必要时还可控制两侧电机的同步异向转动，机器人能实现原地转向。该设计平台操作简便，用途广泛，在未来各领域都能有着广阔的发展空间。车轮的电机采取内置，没有导线在外裸露，不易被障碍物挂住或挂断导线，使机器人适应恶劣环境的能力增强；轮子与地面接触产生的摩擦力为驱动力，没有被动摩擦轮，运动效率高；轮子与地面接触面小，对路面条件要求低，适应环境能力强。这种轮式机器人用最少的自由度，以欠驱动的方式实现了机器人的全方位运动。并在弧形管的中间安装一摇控摄像头，通过控制摄像头的云台可控制摄像头实现左右、高低转动，扩大了摄像头的观察视野，使得摄像头能够全视距观察现场情况。在特殊场合下，还可通过搭载武器、传感器等特殊装备，来完成一些特殊任务，减少在战争中的人员伤亡。这种机器人平台在教学、科研、野外作业、民用运输方面有着广泛的应用前景，在反恐及其它尖端领域具有重大的应用价值。23 受力分析为了便于受力分析，我们可将该轮式超轻型机器人作为一整体，其受力可简化为重力G、地面的反作用力F、摩擦力，其受力分析取三种情况进行研究，超轻型机器人在平路上行驶，爬坡，以及在斜坡上的静止。下面从三种情况开始分析：1.在平路上行驶时在平路上行驶时，如图所示，在路面受力分析如下，G-重力 N-地面反作用力 Ff-摩擦力在平路上时，机器人受本身重力G，地面的反作用力N，和摩擦力Ff.可知电机的额定功率P为240W，额定电压为48V，额定转速为190转/分，机器人全重M为65kg，额定输出转矩为12N.m ,R为270mm。解方程组，可求出机器人在平路上最大的直线行驶速度为5 m/s.2.在斜面上行驶G-重力 N-地面反作用力 Ff-摩擦力爬坡时，如图所示，由摩擦力对机器人的反作用力，使得扇形挂篮逆时针转动，起到偏心的作用，从而使得该机器人能轻松实现爬坡，并通过对电机的调节能实现机器人在斜坡的静止。对超轻型机器人爬坡时的两种状态进行分析：上坡时，在电机的作用下，机器人向上运动，受自身重力G 和斜面的作用力N，和摩擦力影响。其平衡公式如下：机器人在斜坡上静止时，牵引力F 和重力沿斜面向下分力 G*sin与摩擦力Ff 平衡，可求出最大的爬坡度。24 设计校核 由于本机器人大部分的结构采用的是现有零件，故仅对其连接轴进行校核。由于中间周在整个的运动过程中并没有随之转动，故将其视为梁计算。可知中间轴的结构如下图所示:1、对轴的强度进行校核（1）、作剪力图、弯矩图，判断危险面。由上图可知危险面为I、II、III。（2）、计算弯曲截面系数。（3）、校核最大正应力作用点的强度。（4）、校核最大切应力作用点的强度。截面面积可知合金刚的强度系数为740MPa。0.57MPa740MPa故轴的强度足够。2、对轴的刚度进行校核轴的挠度图如下：由图可知危险点为轴的中点，对其进行校核有故轴的刚度足够。3 功能实现3.1 机器人的各项参数整车主要技术参数外形尺寸860*430*780整车质量不大于65 kg最高车速不大于18km/h续行里程450变速0-18km/h12V蓄电池主要技术参数蓄电池类型高能免维护铅酸蓄电池电池容量9Ah标称电压12V48V电动机主要技术参数电机类型无刷无齿额定功率240W额定转速190r/min额定电压48V额定输出转矩12N.M48V控制器和充电器的主要技术参数欠压保护420.5V过流保护15A1A充电电流1.6A1.8A充电电压59.20.4V浮充电压54.80.4V浮充电流0.4A0.1A充电时间69小时充电输入AC220V50HZ数码摄像头主要技术参数产品名SP-200AP CFG1镜头1/4“彩色SONY芯片佳能镜头420线1.0LUX F=3.985.8mm22倍光学变焦3.2 机器人的功能机器人的整车图如下:1、运动功能整个机器人在平时的直线运动中能达到18km/h的运动速度，并能实现在运动中向左、向右的转弯。在原地的时候，能实现以半径为1米的原地转向。车体的最大爬坡度为30度。 2、侦察功能 由于在车上安装有焦距为6mm，水平拍摄视野为60度的摄像机，车子在运行过程中能对其经过的地形进行拍照，能所控制者得到车体运行中所经过地形的具体情况。3、远程控制功能 通过远程的控制平台，操作者能实现在远程对车辆的运动进行控制，使的车辆能更好的完成其任务。由于使用了远程操控技术，当车辆用于战场时，其能大大的减少人员的伤亡。4、远程通信功能 由于车辆上装有摄像机，如果在其上在装载一话筒，就能实现车辆携带人员与后方基地人员的远程通信，能更好参加战斗。5、载物功能 在战时可以在车辆的中间轴上加载物体，能通过车体的运输将战时所缺少的物品无伤亡的送到战场，减少了损失。3.3 遥控控制功能的实现移动机器人运动控制即控制机器人按规划的轨迹运动，控制的好坏对机器人的性能有着直接的影响。移动机器人运动控制器是移动机器人的执行机构，对系统平稳运行起着重要作用。世界各国都很重视移动机器人运动控制的研究工作，并且投入了大量的人力和物力。目前，轮式移动机器人常见的控制方法是双闭环控制移动机器人的左驱动轮速度和右驱动轮速度，其控制算法主要是PID控制算法和模糊逻辑控制算法。国外：PID控制是最早发展起来的控制策略之一。由于PID控制器具有简单而固定的形式，算法简单、可靠性高，在很宽的操作条件范围内都能保持较好的鲁棒性，能给设计人员提供一种简单而直接的调节方式，故在工业控制过程中，PID控制器是应用最多的一种控制方式。自1965年美国加利福尼亚大学控制论专家zadeh首次提出了用“隶属函数”概念来定量描述事物模糊性的模糊集合理论以来，其理论和方法日臻完善zadeh把模糊控制应用于自动控制领域，开辟了模糊控制理论及其工程应用的新时代。从90年开始，DSP(Digital Signal Processor)技术和FPGA(Field Programmable Gate Array)芯片技术在美国得到高速发展，出现了一批高性能低价格的DSP，这些DSP的重要特性是它们的兼容性好而且浮点运算速度快，使运动控制器能够浓缩在一块PCISAPCI控制卡上，而且每个伺服轴的更新速率可以达到20s，而FPGA芯片技术则使通过软件来更新硬件成为可能，如果将DSP和FPGA与PC相结合，则可充分利用现有的操作环境和资源，进一步降低系统的成本，增加系统的通用性。目前，国内外高级运动控制器大多做成了ISAPCI插卡形式，这种插卡形式能充分地利用计算机现有的软件资源，总的看来，这种插卡形式的控制器功能强大，但结构也很复杂。从技术水平上看，国内的运动控制器(卡)落后于国外。目前国外的高性运动控制卡主要有：美国PMAC运动控制卡：应用领域涉及机器人、数控机床、雕刻机、旋转刀、X-Y系统等各类自动化设备。日本三菱电机公司推出的第二代高性能Q系列运动控制器。主要特点有：体积小巧高速运动控制、配置灵活、SSCNET控制功能，Motion SFC编程，上位监控，可实现复杂的运动控制。但结构复杂，价格昂贵。英国BALDOR公司推出的各种运动控制卡：功能很强，她采用类似Basic的结构语言Mint，通俗易懂，编程比较容易。这种卡有总线型(PCL LSA)，独立型(串口、USB)，驱动集成型(步进、伺服)多种形式，可以满足不同应用领域的特殊需要。国内:在机器人运动控制器中，处理器件接受高层控制级的指令，计算和输出多路控制信号，协调各驱动轮，并对系统状态进行监控。目前，许多机器人的运动控制系统均采用专用的微处理器，如以DSP为核心的微处理器制作专用的主板，采用专用的编程语言，并将控制算法固化在EPROM中。运动控制算法是移动机器人运动控制的关键，由于PID控制器结构简单、参数易于调整，因此在移动机器人运动控制中得到了广泛的应用，但是移动机器人运动控制系统的模型在实际系统中存在控制参数难以调整、控制系统存在噪声影响等问题，即用传统的比例控制器己不能达到较好的控制效果。模糊逻辑法模拟驾驶员的驾驶思想，将模糊控制本身所具有的鲁棒性与基于生理学上的“感知一动作”行为结合起来，为移动机器人在未知环境中运动提出了一种新思路，模糊控制不需要建立数学模型，可以利用语言描述复杂的非线性系统，是一种基于非数学模型的控制方法，但是难以建立完善的推理规则。331控制器单元的选型移动机器入运动控制系统的核心是微控制器，作为机器入控制器的核心部件，高性能的CPU是必需的，选择一个什么样的微控制器对于机器人小车的性能、控制系统的设计方式有很大的影响，应具体分析控制系统的特征和要求进行微控制器的选择， 应以运算速度、功能、兼容性、整个移动机器人系统的结构、通信方式及通信速率、电机控制方式、ROM及RAM的大小为依据来选择合适的微控制器。目前微控制器主要有数字信号处理器DSP、现场可编程逻辑门阵列FPGA和单片机等类型。DSP具有数据处理能力强、速度快等优点，且其体积较小，有利于电路板布局，但是DSP在中断处理、位处理或逻辑操作方面不如单片机，芯片价格尤其是浮点器件价格较贵，系统开发成本较高；FPGA是Filed Programmable Gate Array的缩写，即现场可编程逻辑门阵列。FPGA是在CPLD的基础上发展起来的新型高性能可编程逻辑器件，它一般采用SRAM工艺，也有一些专用器件采用Flash工艺或反熔丝(AntiFuse)212艺等。FPGA的集成度很高，其器件密度从数万系统门到数千万系统门不等，可以完成极其复杂的时序与组合逻辑电路功能，适用于高速、高密度的高端数字逻辑电路设计领域，但其系统开发成本较高。单片机虽然在运算任务的完成上不如DSP，但是其成本低、易于开发、相关资料较全，配合一定的外围芯片能够很好地完成本系统的控制任务，随着微电子工艺水平的提高，单片微型计算机技术有了飞跃的发展。单片机型号之多，已到了难以统计的地步。在MSC5l系列单片机内核805180C5l的基础上Intel，Philips，Siemens等大公司纷纷推出各种派生芯片。如目前应用最广的8位单片机89C51，价格低廉、功能强大。但在一些复杂的系统中，就不得不考虑16位单片机。MCS96系列16位单片机广泛应用于伺服系统、变频调速等各类要求实时处理的控制系统。考虑到机器人尺寸的限制，功耗等因素选择一个功能齐全的单片机是比较合适的，定位合理的方案，可获得较高的性能价格比。332单片机的确定ATmega128带128K字节FLASH 的在线可编程8位微控制器。是AVR 系列中功能最强的单片机。一特 点：(1) 先进的RISC精简指令集结构 高性能 低功耗的 AVR 8位微控制器 133条功能强大的指令大部分在单时钟周期内执行 32 x 8个通用工作寄存器+ 外设控制寄存器 全静态操作 工作在16 MHz下具有16MIPS的性能 片内带有执行时间为两个时钟周期的硬件乘法器(2) 非易失性程序和数据存储器 128K 字节在线可重复编程 Flash 擦写次数 1000次 BOOT区具有独立的加密位 可通过片内的引导程序实现在系统编程,写操作时真正可读 4K字节EEPROM 擦写次数 100, 000 次 4K 字节内部SRAM 最大 64K 字节可选外部存储器空间 程序加密位 在线可编程SPI 接口(3) JTAG (符合IEEE std. 1149.1标准) 接口 边界扫描能力 广泛的片内Debug 支持 通过JTAG接口对Flash, EEPROM, 熔丝位