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机器人机构设计CAD作业 1170723 王汀 2011 11 18 作业提纲 1 前言 本文对亚太大学生机器人大赛的规则进行了分析 具体阐述了参赛方案的设计和实现过程 使我们对机器人大赛的内容有了更具体的了解 从而更透彻的理解和学习了机器人的人工智能控制技术 2 比赛规则分析 1 机器人数量有三台机器人 一台手动机器人 一台自动机器人和一台收集机器人 2 场地结构与规格3 比赛限制 3 比赛方案的设计 1 机器人规格2 比赛过程方案 4 参赛方案的实现 1 手动机器人 1 轮子设计 本设计采用了四个驱动轮的结构 不但给予了机器人更大的驱动力 而且可以使机器人灵活的实现全向行进 为了便于机器人行驶 所以增加了正面的宽度 四个轮子的布局并不是十字形的 而是采用了前两轮夹角120 后两轮夹角90 而且本设计采用了全向轮结构 由大轮边缘套小轮组成的复合轮子结构 可以实现机身在不转向的情况下进行各个方向的直线或曲线运动 4 参赛方案的实现 2 转向杆设计 在转向杆的顶端安装了摇杆转向装置 转向杆与转动机械机构相连 通过对与转向杆相连的转动机械机构的转动 能够改变转向轮的方向 从而改变机器人的行驶方向 4 参赛方案的实现 3 车身设计 底盘使用钢制 矩形 硬质铝合金 在底板上安装材质为硬质铝合金的座位 人可坐在上面 座位下安装压力传感器 机器人前部安装有操作盘 机器人整体长1 5米 高1 2米 人坐上不得超过隧道的高度1 6米 所以机器人宽度应在0 8米左右 4 参赛方案的实现 4 货叉与升降臂设计 货叉升降的高度差应在0 8米左右 铝合金材质 在与机身结合处安装转轴 使其可以自行折叠立起 机器人底盘前部安装升降臂 铝合金材质 升降臂伸展高度在1 5米左右 手臂顶部设计为三维转轴 便于机械手的全方位转动 4 参赛方案的实现 5 控制电机的选择 直流电机调速性能优良 调速方便 平滑范围广 所以本系统决定选用直流电机 电机型号的选择主要是根据电机转矩 功率损耗 功率损耗 转速和外形尺寸的要求 经过比较 最后决定采用瑞士的MAXON公司生产的型号为RE36型功率70W的空芯杯转子直流电机 4 参赛方案的实现 2 收集机器人 收集机器人组成示意图 4 参赛方案的实现 2 收集机器人 1 运动控制模块它的功能就是根据一定的算法来解析决策系统的指令 使机器人的执行机构实现相应的动作 所以这个模块设计的关键在于控制电机的硬件电路的搭建和控制算法的编写 4 参赛方案的实现 2 信息采集模块它的主要功能是利用各种传感器 红外 超声 视觉等 采集周围环境的具体信息 并将数据传送给决策模块 以供其进行进一步的分析和判断 3 通信模块通信模块的主要任务是完成决策指令的传输 将决策模块发出的指令信息传送给运动控制模块 使其实现相应的动作 4 参赛方案的实现 4 决策模块这个模块是整个系统的核心所在 相当于人的 大脑 决策模块一方面要接收信息采集模块传送过来的环境信息 进行相应的分析判断 做出最佳的决策 另一方面还要将做出的运动决策通过通信模块传送给运动控制模块 保证机器人执行相应的动作 4 参赛方案的实现 3 自动机器人 运用传感器 单片机 信号处理 电机驱动及自动控制等技术来实现环境感知和自动行驶 基于MC9SDGl28单片机设计了自动机器人的智能控制系统 硬件系统中的路径识别功能由红外光电传感器实现 速度控制由典型PID控制器进行调节 4 参赛方案的实现 1 核心控制模块系统的核心控制采用飞思卡尔半导体公司的16位HCSl2系列单片机MC9S12DGl28 其主要特点是高度的功能集成 易于扩展 低电压检测复位功能 看门狗计数器 低电压低功耗 自带PWM输出功能等 4 参赛方案的实现 2 路径识别模块系统路径识别单元采用10对发射和接收红外光电传感器作为路径检测元件 采用专用的红外发射管和接收管 对于机器人场地的天蓝和白两种颜色 发射管发出同样的光强 接收管接收到的光强不同 因此输出的电压值也不同 从而判断出白色引导线所在的位置 为机器人行驶的角度决策和速度决策提供依据 4 参赛方案的实现 3 电机驱动模块车速控制单元采用RS 380SH型直流电机 对机器人速度进行闭环控制 并采用飞思卡尔公司MC33886电机驱动H桥芯片作为电机的驱动元