毕业设计（论文）-灭火机器人工作原理与设计

i GDGM-QR-03-077-B/0 Guangdong College of Industry & Commerce 毕业综合实践报告 Graduation synthesis practice report 题目 ： 灭火机器人工作原理与设计 (in English) ： The Theory and Design of Fire Fighting Robot 系 别： 电气自动化系 班 级： 07 机 电 一 体 化 1 班 学生姓名： 学 号： 指导老师 ： ii 摘 要 毕业设计灭火机器人的设计对机器人 传感器环境感知、 空间机构、自动控制、多智能决策的研究提出了严格的要求，也提供了一个良好的理论联系实际的实验平台。本论文主要在机器人领域的以下三个方面进行了分析研究： 对多传感器环境感知的研究 机器人以 NXP 公司 ARM7 系列中 LPC21 32 微处理器为核心，以碰撞传感器、红外传感器、光敏传感器、地面灰度传感器、光电编码器等作为检测系统，通过对采集信号的处理，确定机器人周围环境的信息，并根据路径规划出决策行进运动。利用火焰传感器探测火焰，火焰传感器 利用红外敏感型元件对红外信号强度的检测并将其转换为机器人可以识别的信号，从而来检测火焰信号。 准确方便，易于操作。多个传感器的合理运用，使机器人对室内环境分析更加细致，对工作提供更加有利的条件。 自动控制和程序的编写 人对周围环境的反应过程主要是感觉 大脑思考 作出反映 ， 机器人的信息处理流程也是如此。 有了传感器对的环境的感知，便需要有程序让机器对实际情况作出反应，程序的选择和编写也就变得至关重要。通过对多个方案的对比和 分析，我们选择使用 VJC2.0 对程序进行编写。 VJC（图形化与编程语言）是用于能力风暴智能机器人系列产品的软件开发系统，具有基于流程图的编程语言和 C 语言。我们结合实际情况可能出现的问题 进行编程，通过各方面的整合，机器人在有源寻迹灭火、无源寻找火源灭火、避开障碍等多方面有出色的表现。 对机器人机械结构、空间机构的研究 按照设计的要求构思机器人机械结构，机器人必须具备能够自动火源定位、靠近火源及灭火等动作；行走机构实现直行进退、左右拐弯、避开障碍物等动作。并在此基础上分析机构运动学和动力学特性，保证机器人 动作的可靠性和准确性。 关键词 ： 机器人 ， 灭火 ， 传感器 ， 软件 目 录 I 目 录 毕业综合实践报告 . I 目 录 . I 第一章 绪论 . 1 一、国内外机器人技术发展的现状 . 1 二、机器人技术的市场应用 . 1 三、机器人技术的前景展望 . 2 第二章 灭火机器人的总体设计 . 3 一、外部构造 . 3 二、操作面板的设计 . 3 三、电源部分 . 4 （一）、开机充电 . 4 （二）、关机充电 . 5 （三）、更换电池 . 5 第三章 机器人的传动机构和动力驱动 . 6 一、齿轮传动机构 . 6 二、机器人的齿轮箱 . 6 三、动力 . 7 四、机器人的驱动方式 . 8 第四章 对多传感器环境感知的研究 . 9 一、碰撞传感器 . 10 二、红外传感器 . 11 三、光敏传感器 . 12 四、话筒 . 12 五、光电编码器 . 12 第五章 自动控制和程序的编写 . 13 一、编程工具的选择 . 13 （一） 流程图 .13 （二） 图形化编程 .14 二、方形走法的程序开发 . 15 （一）、编程思路 .15 （二）、程序的编写 .15 三、对机器人避障的研究 . 17 （一）、机器人的 避障原理 .17 （二）、传感器的分析 .17 （三）、编程思路 .17 （四）、程序的编写 .18 目 录 II 四、对机器人寻迹的研究 . 19 （一）、综合叙述 .19 （二）、寻迹传感器 .19 （三）、编程思路 .19 总 结 . 21 参考文献 . 22 第一章 绪论 1 第一章 绪论 机器人技术作为 20 世纪人类最伟大的发明之一，自 20 世纪 60 年代初问世以 来，经历 40余年的发展已取得长足的进步。 未来的机器人是一种能够代替人类在非结构化环境下从事危险、复杂劳动的自动化机器，是集机械学、力学、电子学、生物学、控制论、计算机、人工智能和系统工程等多学科知识于一身的高新技术综合体。 走向成熟的工业机器人，各种用途的特种机器人的 多 用化，昭示着机器人技术灿烂的明天。 一、 国内外机器人技术发展的现状 为了使机器人能更好的应用于工业，各工业发达国家的大学、研究机构和大工业企业对机器人系统开发投入了大量的人力财力。在美国和加拿大，各主要大学都设有机器人研究室，麻省理工学院侧重于 制造过程机器人系统的研究，卡耐基 梅隆机器人研究所侧重于挖掘机器人系统的研究，而斯坦福大学则着重于系统应用软件的开发。德国正研究开发 “MOVE AND PLAY”机器人系统，使机器人操作就像人们操作录像机、开汽车一样。 从六十年代开始日本政府实施一系列 扶植政策，使日本机器人产业迅速发展起来，经过短短的十几年。到 80 年代中期，已一跃而为 “ 机器人王国 ” 。其机器人的产量和安装的台数在国际上跃居首位。按照日本产业机器人工业会常务理事米本完二的说法： “ 日本机器人的发展经过了 60 年代的摇篮期。 70 年代的实用期。到 80 年 代进人普及提高期。 ” 并正式把 1980 年定为产业机器人的普及元年 ” 。开始在各个领域内广泛推广使用机器人。 中国机器人的发展起步较晚， 1972 年我国开始研制自己的工业机器人。 七五 期间，国家投入资金，对工业机器人及其零部件进行攻关，完成了示教再现式工业机器人成套技术的开发，研制出了喷涂、点焊、弧焊和搬运机器人。 1986 年国家高技术研究发展计划 (863 计划 )开始实施，智能机器人主题跟踪世界机器人技术的前沿，经过几年的研究，取得了一大批科研成果，成功地研制出了一批特种机器人。 20 世纪 90 年代，我国的工业机器人又在 实践中迈进一大步，先后研制出了点焊、装配、喷漆、切割、搬运等各种用途的工业机器人，并实施了一批机器人应用工程，形成了一批机器人产业化基地，为我国机器人产业的腾飞奠定了基础 。 二、 机器人技术的市场应用 机器人融入我们日常生活的步伐有多快？据国际机器人联盟调查， 2004 年，全球个人机器人约有 200 万台，到 2008 年，还将有 700 万台机器人投入运行。按照韩国信息通信部的计划，到 2013 年，韩国每个家庭都能拥有一台机器人；而日本机器人协会预测，到 2025 年，全球机器人产业的“蛋糕”将达到每年 500 亿美元的规模 (现在 仅有 50 亿美元 )。与 20 世纪 70 年代 PC第一章 绪论 2 行业的情况相仿，我们不可能准确预测出究竟哪些用途将推动这个新兴行业进入临界状态。不过看起来，机器人很可能在护理和陪伴老年人的工作上大展宏图，或许还可以帮助残疾人四处走走，并增强士兵、建筑工人和医护人员的体力与耐力。 目前，我国从事机器人研发和应用工程的单位 200 多家，拥有量为 3500 台左右，其中国产占 20，其余都是从日本、美国、瑞典等 40 多个国家引进的。 2000 年已生产各种类型工业机器人和系统 300 台套，机器人销售额 6.74 亿元，机器人产业对国民经济的年收益额为 47 亿元，我国对工业机器人的需求量和品种将逐年大幅度增加。 三、 机器人技术的前景展望 机器人是人类的得力助手，能友好相处的可靠朋友，将来我们会看到人和机器人会存在一个空间里边，成为一个互相的助手和朋友。机器人会不会产生饭碗的问题。我们相信不会出现“ 机器人上岗，工人下岗 ” 的局面，因为人们随着社会的发展，实际上把人们从繁重的体力和危险的环境中解放出来，使人们有更好的岗位去工作，去创造更好的精神财富和文化财富，机器人来做这些危险环境的工作，展望 21 世纪机器人将是一个与 20 世纪计算机的普及一样，会深入地应用到各个领域， 所以很多专家预测，在 21 世纪的前 20 年是机器人从制造业走向非制造业的发展一个重要时期，也是智能机器人发展的一个关键时期，目前国际上很多国家，也对机器人对人类社会的影响的估计提出了新的认识，同时，我们也可以看到机器人技术，涉及到多个学科，机械、电工、自动控制、计算机测量、人工智能、传感技术等等，它是一个国家高技术实力的一个重要标准。 语音识别处理是语音功能的一个重要方面，目前计算机语音识别处理过程基本上一致，是一种基于统计模式识别的理论。我国的语音识别研究起步于五十年代，近年来发展很快，其研究水平基本与国外同 步，在汉语语音识别技术上还有自己的特点和优势。可以预计，语音技术的发展前景无限。第二章 灭火 机器人的 总体设计 3 第二章 灭火 机器人的 总体设计 本设计主要就是针对消防机器人的制作与研究，机器人以 NXP 公司 ARM7 系列中 LPC21 32 微处理器为核心，由碰撞传感器、红外传感器、光敏传感器、地面灰度传感器、光电编码器等作为检测系统以及其它电路构成。电源电路提供系统所需的工作电源，专用电机驱动芯片驱动电机控制小车的前进后退以及转向，光电对管完成寻迹和避障，光敏电阻传感器检测火焰，灭火风扇进行灭火。 一、外部构造 灭火机器人外形呈小车状， 由主板、传感器、液晶显示屏、底盘和上盖组成，如图 2-1 所示。 图 2-1 灭火机器人外形简图 二、 操作面板的设计 操作面板由下载指示、下载口、充电口、开关、复位、运行、电源指示等组成，如图 2-2所示。 图 2-2 机器人 操作面板 第二章 灭火 机器人的 总体设计 4 “开关”按钮 控制 AS 一 Ul 日电源开关的按钮，按此按钮可以打开或关闭机器人电源。 “电源，指示灯 按下 AS 一 Ulll 的开关后，这个灯会发红光，这时可以与机器人进行交流了！ “充电口” 将充电器的相应端插入此口，再将另一端插到电源上即可对机器人充电。具体使用方法见“ 1 . 4AS 一 Ulll 的充电”。 “下载口” “充电口”旁边的“下载口”用于下载程序到机器人主板上，使用时只需将 USB 连接线的相应端插入下载口，另一端与计算机连接好，这样机器人与计算机就连接起来了。 “复位 A SOS 按钮 这按钮用于系统复位。当机器人因故障不能运行的时候，试试这个按钮吧。 打开电源后，按击“运行”键，机器人就可以运行内部已存储的程序，按照你的“指令”行动。例如在运行自检程序时，如果想执行下一个模块的自检，请按“运行”键。 三、 电源部分 本灭火机器人选择在线充电：也就是不用取出电池，直接为机器人充电。充电示意图如图2-3所示。 图 2-3 充电器充电示意图 （一）、 开机充电 AS 一 U 川可以一边充电一边活动，这样很方便，不会影响你对机器人进行编程和调试。您要采用这种方式给 AS 一 Ul 日充电时，只需： 1、 将充电器取出； 2、 把充电器充电线插入能力风暴上中的充电插口； 3、 另一端充电器电源插头插入标准电源插座上（ 220V , 50 日 z ）。 第二章 灭火 机器人的 总体设计 5 （二）、 关机充电 AS 一 U 川也可以关机充电。只需将机器人的电源关闭，按击控制按键中的“开关”键，“电 （三）、 更换电池 电池充满电压 8 . 4V ，额定工作电压 7 . 2V ，最低工作电压 SV 。电池可重复充电 1 000 次以上。因为 AS 一 Ul 日里用的是锉电池，没有记忆和充爆问题，所以你可以随时充电随时用。但严禁把电池取下来充电！ 否则有可能会出现短路燃烧等严重后果。 当电池达到使用寿命后，需要更换电池，我们按下面步骤进行： 1、 关闭 AS 一 Ul 日的电源； 2、 将电池取出，更换电池； 3、 重新装上新电池。第 三 章 机器人的传动机构和动力驱动 6 第 三 章 机器人的传动机构和动力驱动 有了传感器对环境的感知，有了程序指令的处理和反映，便需要机械构造对具体功能的执行。这一章我们机器人的传动机构和动力驱动作了只要的介绍。 一、齿轮传动机构 齿轮，顾名思义就像是带了齿的轮子。齿轮传动机构就是齿轮作为主要传动件的传动机构。工作时，首先有一只主动轮先转动起来，转动过程中与另一 个从动轮的齿一个一个的咬和下去，这个与它咬和的齿轮也会跟着旋转，这样运动就从主动轮传递到从动轮，这叫做齿轮的啮合传动。 齿轮的种类很多，它们通过不同的配合可以实现不同的传动类型，如图 5-1传动类型 图 3-1 齿轮的传动方式 图 3-1（ a） 所示的传动类型能够改变运动的形式，齿轮是旋转运动，下方的齿条则是直线运动； 图 3-1（ b） 所示传动类型能够改变了旋转运动的速度； 图 3-1（ c） 所示传动类型不仅改变了运动的速度而且改变了旋转运动的轴线方向。 二、机器人的齿轮箱 为什么齿轮箱里的传动系统不能用一 级传动呢 ？ 这是因为如果只用两个齿轮啮合，为了达到改变速度的要求，就必须一个齿轮超小，一个齿轮超大，这样不仅会造成空间上的浪费，并且对小齿轮性能指标的要求也很高。所以，为了达到一定的传动比，我们有时候需要采用几级传动，一级一级的改变它的速度，直到将输出轴的速度调整到所需要的指标。 对于改变速度的传动形式来说，就有一个传动比的概念。对于齿轮传动，传动比可以用两个齿轮的齿数来定义： I=Z1/Z2 Z1为主动齿轮的齿数， Z2为被动齿轮的齿数 输出的速度可表达为： V 输出 V 动力源 I 第 三 章 机器人的传动机构和动力驱动 7 我们在机器人上用到的齿轮箱展开图（注：为了能看的更清楚，我们将齿轮箱展开，实际情况会略有不同）见图 3-2: 图 3-2 齿轮箱展开图 当然，机器人的脚除了齿轮箱以外，还有其他的部件，轴就是其中一个关键的部件。 轴在日常生活中是比较常见的，它依靠轴孔、轴承配合支撑带孔的零件（如齿轮、涡轮等）并与之一起旋转以传递运动、扭矩或转矩的机械零件。 观察上图，我们可以发现在齿轮头里有三根轴，它们是齿轮的支架，在整个齿轮传动中，我们根据轴的功能将轴分为三种： 1、 输入轴一直接与动力源的输出轴联接 ； 2、 输出轴一直接与其他的相关传动件联接的轴； 3、中间轴一齿软传动中仪作为齿软支架的轴。 三、动力 机器人 的动力来源于位于机器人底盘内的电池。 电池提供电能，而机器人运动需要的是动能。这两种能量是怎么转化的呢？电能转化为动能是利用了一种专门的设备一电动机，这种设备是现代工业必不可少的，是工业电气化的标志。直流电机将轴的旋转运动输入到齿轮箱，然后齿轮箱的输出轴控制轮子转动，从而驱动整个机器人的运动。 第 三 章 机器人的传动机构和动力驱动 8 四、机器人的驱动方式 机器人的驱动是采用的差动驱动方式。 差动方式是指将两个有差异的或独立的运动合成为一 个运动。当我们把两个电机的运动合成为一个运动时，这就成了差动驱动。 机器人有两个一样的齿轮头，每个齿轮头都包括一个直流电机。这样两个直流电机分别独立控制 1 个驱动轮，在运行时，我们可以分别确定两个电机各自的转速，组合起来就能实现机器人的各种运动方式，如直行、转弯等，这就实现了差动驱动方式。 第四章 对多传感器环境感知的研究 9 第 四 章 对多传感器环境感知的研究 环境感知是移动机器人设计的关键技术之一。要实现移动机器人避障行走的自主控制，所面临的基本问题是：一方面要求有充分的环境信息，另一方面要求能处理所获得的环境信息并使其转化成控制信息。 获取这些信息的传感器既需要足够大的视场来覆盖整个工作区，又需要较高的采集速率以保证在运动的环境中能够提供实时的信息。 通过对机器人的分析，对各传感器的分析对比，我们选用 火焰传感器探测火焰，焰传感器利用红外敏感型元件对红外信号强度的检测并将其转换为机器人可以识别的信号，从而来检测火焰信号。 准确方便，易于操作。 然而单一火焰传感器的稳定性不理想，在 设计在 中 我们 采用多传感器融合技术，事实上采用多传感器融合技术会大大增加机器人的计算工作量，减缓机器人响应时间。 在机器人的设计中，我们采用 碰撞传感器、红外传感器、光敏传 感器、地面灰度传感器、光电编码器等作为检测系统 相互配合， 通过对采集信号的处理，确定机器人周围环境的信息，进而将所得到的环境特征传输到上位机，由上位单片机进行协调决策，选择机器人的 动作 策略。 图 4-1 灭火机器人的系统结构 第四章 对多传感器环境感知的研究 10 图 4-2 灭火机器人的感官部分 一、 碰撞传感器 机器人的下部放置了一个碰撞系统，保证机器人的正常活动。机器人的碰撞机构能够检测到来自 360 范围内物体的碰撞，使机器人遭遇到来自不同方向的碰撞后，能够转弯避开并保持正常活动 。 碰撞传感器是使能力风暴智能机器人有感知碰撞环上的碰撞信息能力的传感器。在能力风暴智能机器人的左前、右前、左后、右后设置有四个碰撞开关（常开），它们与碰撞环共同构成了碰撞传感器（见图 4-3）。碰撞环与底盘柔性连接，在受力后与底盘产生相对位移，触发固连在底盘上相应的碰撞开关，使之闭合。我们把来自四周的碰撞分为八个方向（见图 4-4） 。 图 4-3 碰撞开关机碰撞环 第四章 对多传感器环境感知的研究 11 图 4-4 碰撞传感器方位 二、 红外传感器 机器人的红外传感器共包含两种器件：红外发射管和红外接收管，看图 3-2 就可以发现红外接收管位于机器人的正前方，两只红外发射管位于红外接收管的两侧。 红外发射管可以发出红外线，红外线在遇到障碍后被反射回来，红外接收管接收到被反射回来的红外线以后，通过 A/D 转换送入 CPU 进行处理。机器人的红外传感器能够看到前方 10cm 一 80cm，甚至更远， 90 范围内的比 210mm 150mm 面积大的障碍物，如果障碍物太小太细、或者在它的可视范围以外，它可就没法看到了。 图 4-5 红外传感器 设计中我们 运用了 2 只红外发射管（ 970nm ）和一只红外接收模块构成红 外传感系统（见图 3-5) ，主要用来检测前方、左前方和右前方的障碍，检测距离范围为 10 一 80cm , 甚至更远。 我们 可以通过调节两个电位器来调节左右两个红外的检测距离，顺时针红外发射强，检测第四章 对多传感器环境感知的研究 12 距离远，逆时针红外发射弱，检测距离近。逆时针将电位器旋转到底时将关闭红外线发射管。 三、 光敏传感器 光敏传感器位于机器人的正前方。 光敏传感器能够探测光线，我们还可以让它看见特定的颜色。我们如果在机器人的光敏传感器罩上一层滤光纸，则通过它的颜色可以决定机器人能探测什么颜色的光线。 光敏传感器其实是一个光敏电阻，它的阻 值受照射在它上面的光线强弱 影响。 我们设计中所 使 用的光敏电阻的阻值在很暗的环境下为几百 k ，室内照度下几 k ，阳光或强光下 几十 。 四、 话筒 麦克风（ microphone）是能够识别声音声强大小的声音传感器 ，也就是我们所说的话筒。 机器人的话筒 可以 感受到声音的强弱。我们知道我们自己的耳朵并不是所有声音都可以听见的，我们听见的声音在一定的频率范围内， 机器人 的“耳朵”也是这样，它能听见的声音频率范围跟人能听到的范围大致是一样的，大约是 16Hz 一 20000Hz 的机械波。 机器人在听到 我们 的声音命令后，会根据你的 指示（由程序事先输入）采取行动，比如拍一下桌子就开始向前逃跑等等。 五、 光电编码器 在机器人 轮子的内侧装 有码盘 和光耦 （光电编码器）。 光电编码器是一种能够传递位置信息的传感器，它由光电编码模块及码盘组成。 我们的 机器人有 2 只光电编码器，运用反射式红外发射接收模块。反射器（即码盘）是黑白相间的铝合金制成的圆片， 33 等分。当码盘随轮子旋转时，黑条和白条交替经过光电编码器，当从黑条变为白条和从白条变为黑条时，各会产生一个上跳沿或一个下跳沿的脉冲信号，因此 360 度共产生 66 个脉冲（包括上跳沿和下跳沿两种脉冲）， 每个脉冲的分辨率约为 5.45 度，轮子直径为65mm ，则周长方面的分辨率约为 3.09mm 。 图 4-6 光敏传感器 图 4-7 麦克风 图 4-8光电编码器 第 五 章 自动控制和程序的编写 13 第 五 章 自动控制和程序的编写 机器人的智能性的表现，主要包括对外界环境的感知能力和逻辑思维、决策判断能力。处理器就是机器人的大脑，但在我们给他下载程序前，这个大脑是一片空白，我们的写程序就是赋予机器人一定的智慧。机器人对外界环境的感知完全依赖于传感器 ，而对现实情况的反应却完成依靠程序指令。因此，程序的编 写便是至关重要。 一、 编程工具的选择 通过对比和分析，我们选择了 VJC 2.0 编程软件对机器人控制程序进行编写。 VJC，全称图形化与编程语言，是用于能力风暴智能机器人系列产品的软件开发系统，具有基于流程图的编程语言和 C 语言。 在 VJC 中，可以用直观的流程图编程。 VJC 操作简便，有活泼明快的图案和简短的文字说明。我们可以使用形象化的模块，由顶向下搭建流程图，搭建流程图的同时，动态生成无语法错误的 C 语言代码。流程图搭建完毕，程序就已经编写完成，可以立即下载到机器人中运行。 （一） 流程图 流程图是用一些 图形表示各种操作的。用图形表示算法，直观形象，能够比较清楚地显示程序的逻辑关系，因此它是表示算法的较好工具。 下面就通过一个具体的例子来认识流程图。 例：在 50 名学生中，将成绩在 80 分以上者的学号和成绩打印出来。 易于理解。流程图 流程图表示如下： 图 5-1 流程图 第 五 章 自动控制和程序的编写 14 从图 5-2 中，我们可以看出，一个流程图包括以下几个部分： 1）表示相应操作的框； 2）带箭头的流程线； 3）框内外必要的文字说明。 “表示相应操作的框”有以下四种（见图 5-2），流程图使用这四种图框，就能将编程的思想 很好地体现出来。 图 5-2 操作框 （二） 图形化编程 用常规的计算机编程语言（如 C、 FORTRAN 、 JAVA ）编程，需要输入复杂的程序代码，并且编写的程序还要符合特定的语法。而流程图编程不需要记忆计算机语言的语法，不需要使用键盘输入程序代码，只需要按照“先作什么，后作什么”的设想，就可以编出程序。 VJC 正是按这个思想设计的。 VJC 的流程图模型由以下几种基本形状的模块及带有箭头的方向线组成： VJC 的模块包括：执行器模块（蓝色矩形）、单功能传感器模块（紫色平行四 边形）、带判断功能的传感器模块（紫色菱形）、控制模块（红色菱形）和程序模块（黄色矩形或椭圆形）五种。 VJC 流程图支持子程序调用、浮点数和整数、全局变量、简单表达式、复合条件判断以及循环嵌套等。 每一个模块都可以完成一定的功能。只要按清晰的思路连接这些模块，就可以很快地完成第 五 章 自动控制和程序的编写 15 一个程序的编写。 一般的程序甚至是复杂的灭火程序都能够用流程图实现。 二 、 方形走法的程序开发 （一） 、 编程思路 机器人走四边形，就是让机器人完成“前进转弯前进转弯前进转弯前进转弯”的动作，也就是说机器人需要完成四个“前进转 弯”动作。 而要让机器人完成一个“前进转弯”，需要启动电机，使机器人以一定的速度向前运行一段路程，然后停下，旋转 90 ，再停下。这样就走完了四边形的一边。要让机器人走四个边，有一个简便的方法，这就是循环。上述步骤循环 4 次，机器人就能够走出一个四边形了。 （二） 、 程序 的编写 进入 VJC2.0 的流程图编辑界面，编写此程序的步骤如下： 用鼠标点击左边“控制模块库”，从中选择“多次循环”模块。将它拖到流程图生成区，与“主程序”相连，如图 5-3（ a） 所示。鼠标左键双击此模块，就会出现图 5-3（ b） 所示对话框，在对话 框中将循环次数写为 4 ，这意味着下面的循环体要重复执行 4 次。 图 5-3 机器人 多次循环 程序图 点击“执行器模块库 ” ，从中选择“移动”模块（图 5-4（ a） ）所示，连接在流程图中。在模块上左键双击鼠标，打开参数设置对话框（图 5-4（ b） ）。在对话框中可设置平移速度，旋转速度和时间，根据要求选择合适的值，机器人就可以完成走一条边的任务。 第 五 章 自动控制和程序的编写 16 图 5-4 机器人 直行 动作程序图 再点击“执行器模块库 ” ，选择“移动”模块（图 5-5（ a） ），连接在流程图中，在模块上双击鼠标 左键打开参数设置对话框，在“旋转速度”和“时间”状态栏内，分别填写适当的值，使机器人向右旋转 90（图 5-5（ b） ）。 （ a） （ b） 图 5-5 机器人 转弯 动作程序图 最后，打开程序模块库，将“结束”模块添加上去，放在循环体外，就完成了走四边形的流程图的编写 （图 4-5（ a） ） 。 第 五 章 自动控制和程序的编写 17 三 、 对机器人避障的研究 （一） 、机器人的避障原理 在机器人本体上有二个红外发射二极管，分布在机器人的两侧和中间。一个接 收传感器在中间。三个发射管轮流发射红外线。当红外光遇到在其探测范围内的障碍物，并与障碍物构成一定角度时，便有光反射到接收传感器。红外线探测即离 IOcm 一 SOcm 900 范围内的比ZIOmmxl5Omm 面积大的障碍物。在传感器的卜有一个可变电阻可以通过调节电阻来调节红外线发射距离。碰撞传感器在接触到障碍物时，会向 CPU 发送一个电平信号，而光敏电阻在避障时只是做为一个辅助判断。 （二） 、传感器的分析 红外传感器：红外传感器一般成对使用，由红外发射和红外接收传感器构成。红外发射二极管顾名思义就是发射红外线 的二极管。红外接收管就是对红外光这个波段很敏感的光电二极管。它的光谱范围 700nm 一 IOO0nm , 94Onm 时光敏度最高。因其只对特定波段的光敏感，所以有较好的分光灵敏度，可避免受到灵敏度以外光信号的干扰。同理，远红线传感器对波长在6.0 1000 m 光较敏感。 光敏电阻：是一种对特定波长光照敏感的电阻。在光照下产生载流子，经外加电场作用形成漂移运动，电子和空穴分别向电源正极和负极移动参与导电，从而是电阻值下降。阻值受温度影响较大，一般低温下敏感度较高，高温下敏感度较低。常用的制作材料为硫化 镉 （ CDS ) ，用此材料做成的光敏电阻它感受光的波段和 人眼相近。 碰撞传感器：实际上就是一个行程开关，它通过接触碰撞产生一个 开关量。 （三） 、 编程思路 机器人避障流程图如 图 5-6所示。 图 5-6 机器人避障流程图 第 五 章 自动控制和程序的编写 18 （四） 、程序的编写 程序如图 5-7 所示： 图 5-7 机器人避障程序团 第 五 章 自动控制和程序的编写 19 四 、 对机器人寻迹的研究 （一） 、 综合叙述 在自主式智能导航系统中，机器人要实现自动导引功能就必须要感知引导线，即常说的“寻迹”，这相当于给机器人一个视觉功能。他能沿引导线运动。引导 线采用与地面颜色有较大差别的线条作引导。寻迹传感器安装在机器人的底部，用来探测引导线的位置信息，并把它传输到CPU 中处理， CPU 根据传感器传回引导线的位置信息来调整电机的运行速度，从而达到调整机器人运动姿态的目的。在引导线上某些位置加上特定的标记，使机器人能在这些点能够停卜来，播放一段音乐或是语音后继续。语音部分通过外接一个 MP3 播放卡来实现。 （二） 、寻迹 传感器 寻迹传感器是一对光电二极管。一个发射管，一个接收管。当发射光照射到不同颜色物体上时所吸收强度不一样，导致反射光 强度不一样，这样对不同颜色接 收管接收的光强度也不一样。寻迹传感器如 图 5-8： 图 5-8 寻迹传感器 传感器上的可变电阻，可以调节发射红外线的强度。 （三） 、编程思路 在白色的地面上，贴黑色引导线，在黑色引导线上做一些位置标记，这里的位置标记为一条比两传感器位置宽的黑线，这样当两个传感器同时检测到黑线时，机器人就认为这是一个停留点。机器人沿着黑色引导线运动，并在标记处停留并 图 5-9 机器人 寻迹流程图 第 五 章 自动控制和程序的编写 20 播放语音信号。这个程序我们把它分成两部分来做，一部分是寻迹部分，另一部分为与 MP3 通信部分，即 MP3 播放卡的控制。 流程图如图 5-9。 （四） 、程序的编写 程序如图 5-10 所示： 图 5-10 机器人寻迹程序图总 结 21 总 结 针对 毕业设计对灭火机器人的 要求， 经过一个多月的分析和研讨，我们 在已有平台上 设计并 改进 了这个机器人 。机器人要有合理的空间机构、灵敏的外界感知能力、灵活的行走底盘、稳定的行走驱动系统、快速准确的运动规划等等，才能在 实际情况下真正做到及时发现火源、准确消灭火源 。 这次设计，我们从 整体概念