德普施机器人1.doc

摘 要机电一体化又称机械电子学, 现在的机电一体化技术，是机械和微电子技术紧密集合的一门技术，他的发展使冷冰冰的机器有了人性化、智能化。模型能够展示科学原理和技术过程, 简述了分选机构机器人系统, 设计并分析了分选机构机器人的主要机构分选机构机器人横臂，分选机构的横向传输，分选机构的纵向传输。关键词：分选机构，机器人，机电一体化AbstractElectrical and mechanical integration, also known as electronics, mechanical and electrical integration of technology, machinery and micro-electronics technology is close of a collection of technologies, the development of cold machines with human intelligence. Model to demonstrate scientific principles and technical process, on the robot body sorting system design and analysis of the separation of the main body of the robot - sorting bodies robot arm, elected bodies at the horizontal transfer, sorting Vertical transmission of the body.Key Words: Sorting agencies, robotics, mechanical and electrical integration目 录1.机电一体化技术31.1机电一体化技术的定义和内容31.2机电一体化系统组成32. 德普施机器人43.1德普施机器人简介43.2机器人轨迹规划53.3运动轨迹程序63.4实验步骤73.5数据处理73. 总结84. 参考文献91.机电一体化技术1.1机电一体化技术的定义和内容 机电一体化技术综合应用了机械技术、计算机与信息技术、系统技术、自动控制技术、传感检测技术、伺服传动技术,接口技术及系统总体技术等群体技术,从系统的观点出发,根据系统功能目标和优化组织结构目标,以智能、动力、结构、运动和感知等组成要素为基础,对各组成要素及相互之间的信息处理、接口耦合、运动传递、物质运动、能量变换机理进行研究,使得整个系统有机结合与综合集成,并在系统程序和微电子电路的有序信息流控制下,形成物质和能量的有规则运动,在高质量、高精度、高可靠性、低能耗意义上实现多种技术功能复合的最佳功能价值的系统工程技术。1.2机电一体化系统组成1.机械本体 机械本体包括机架、机械连接、机械传动等，它是机电一体化的基础，起着支撑系统中其他功能单元、传递运动和动力的作用。2.检测传感部分 检测传感部分包括各种传感器及其信号检测电路，其作用就是检测机电一体化系统工作过程中本身和外界环境有关参量的变化，并将信息传递给电子控制单元，电子控制单元根据检查到的信息向执行器发出相应的控制。3.电子控制单元 电子控制单元是机电一体化系统的核心，负责将来自各传感器的检测信号和外部输入命令进行集中、存储、计算、分析，根据信息处理结果，按照一定的程度和节奏发出相应的指令，控制整个系统有目的地进行。4.执行器 执行器的作用是根据电子控制单元的指令驱动机械部件的运动。执行器是运动部件，通常采用电力驱动、气压驱动和液压驱动等几种方式。5.动力源 动力源是机电一体化产品能量供应部分，是按照系统控制要求向机械系统提供能量和动力使系统正常运行。提供能量的方式包括电能、气能和液压能。 3 德普施机器人31德普施机器人简介宝贝车机器人BS2版是一个微型自主移动机器人平台，是德普施教育机器人中应用最广泛的一款机器人产品。如图1所示，其底座为铝合金金属架构，坚固耐用，底座上安装一个单片机教学底板，核心是单片机控制器。宝贝车机器人前面有两个轮，分别由两个电机控制；后轮为球体。可以通过单片机控制器来改变两个电机的转速和方向，从而控制小车的运动状态。这也是本课程设计主要任务。单片机控制器是可插拔式的，既可用于机器人的应用软件设计，也可拔下用于其它课程实验；机器人教学底板上附有一个开放的教学面包板，学生可在面包板上搭建丰富的电子电路，用于教学、实训或创新实践。图1教学底板上还有一个标准的输入输出接口，可插接几十种传感器以构建丰富的应用，也可通过该接口设计更加丰富的扩展应用模块。机械人系统的基本构成：BS2-IC模组 1个 教学底板1块 含连续旋转伺服马达2个 机器人运动底盘1个 电池盒 1个 轮子和支撑脚轮 1套 连接螺丝 1套等外部组件（发光二极管（LED）,扬声器，按钮开关，光敏电阻，电阻，电容，红外线LED及接收器等） 驱动形式与执行机构 机器人的驱动形式是通过前面有两个轮和一个为球体的后轮来驱动的（如图2所示）。执行机构是两个伺服电机，伺服马达主要有三根线，分别为：黑、红、白，其中红色的为电源线（最大为6V直流电压）；黑色为地线；白色的为控制信号线（一般输入周期为23ms左右的脉冲序列），通过对这信号线输入脉冲序列来控制电机的运动，可以控制电机的运动速度，运动方向）。所有马达使用前必须进行零位校正。 机器人的传感系统原理QT113-D触觉传感器 QT113可以在空气中对大部分的电介质类型材料进行检测，用户可以增加一个金属物体或带金属的物体来增加传感器的检测面积。 技术参数：5v直流供电电压，600 微安额定电流，20 mA管脚输出电流，输出为电平信号。 主要应用于报警系统，接近传感器。 嵌入式蓝牙通信模块 蓝牙收发器为BASIC Stamp提供了一个标准的应用接口，可以利用该模块无线通信的优点，轻松使用。 技术参数： 2.4 GHz 高速跳频（频率），最大4dBm发射功率，最大91.4m的接收范围，1.1标准蓝牙版本，0.1% 误比特率接收灵敏度。 宝贝车 CMUcam CMUcam套件附有印刷的说明书、刻在光盘里的演示程序以及安装说明书。该套件是专门为宝贝机器人设计的，可以从网站上下载完整的电子手册和视频录象。套件如右图。 板卡用的是一个TTL串口通信，主要功能：以17帧每秒的速度跟踪用户定义的颜色点，寻找到这个颜色的中心点；80x143的分辨率；9600波特的串行通信；自动检测一个颜色点然后驱动电机去跟踪物体；控制1个电机或者1个数字I/O口；调整照相机的图象参数。 PWMPAL PWM计数器 波形发生器 PWMPAL PWM计数器、波形发生器模块有四个PWM输出通道，四个控制/计数输入到BASIC Stamp微控器的通道。PWM通道在软件控制下进行设置，或在硬件控制来设置计数器的输入通道。除PWM波形的产生之外，还有4个16位的计数器在工作。当计数器的管脚被用于硬件PWM控制，通信方式则是通过一个双向的串口和P1口进行连接。 特点：四个同步PWM输出；独立控制每个PWM输出的时间和相位；产生频率从0.3Hz到20KHz的信号；输出可以工作在软件或硬件控制模式；四个16位计数器。 应用例子：机器人和电子玩具里的伺服电机或直流电机的控制；方波发生器； 用作过程控制、机器人运动控制监测的计数器。 图23.2机器人轨迹规划实验中，规划该机器人轨迹大致如下图所示：图3.1 机器人轨迹规划3.3 运动轨迹程序根据规划轨迹和程序手册，编制程序如下： $STAMP BS2 $PBASIC 2.5Counter VAR WordPulsewidth VAR WordPulsewidth Comp VAR WordFREQOUT 4,2000,3000SIGNAL Program start/reset. 蜂鸣2S后运动FOR counter=1 TO 594 向前移动2M，用时12.9SPULSOUT 12,670PULSOUT 13,860PAUSE 20NEXTFOR counter=1 TO 1044 顺时针转动10圈，用时22.7SPULSOUT 12,670PULSOUT 13,750PAUSE 20NEXTFOR counter=1 TO 297 向后移动1M，用时6.45SPULSOUT 12,830PULSOUT 13,640PAUSE 20NEXTFOR counter=1 TO 26 逆时针转动1/4圈，用时0.57SPULSOUT 12,750PULSOUT 13,640PAUSE 20NEXTFOR counter=1 TO 911 通过走圆弧，到达原来位置，用时19.8SPULSOUT 12,695PULSOUT 13,860PUASE 20NEXTDEBUG Program over! 提示程序结束END3.4实验步骤1、调整两个电机停止时，程序中PULSOUT 13，x 和PULSOUT 12，y中x、y的数值都为750；2、计算相应的数据，并编写程序；3、输入程序，运行程序，让小车运动，进行多次测量，并做出相应的修改，直到大致完成规划路线为止。3.5数据处理1、执行5秒的脉冲数的计算：执行PULSOUT 13需要1.7ms，执行PULSOUT 12需要1.3ms，执行PAUSE 20需要20ms，执行一次循环语句需要1.6ms，一次共需要24.6ms，所以执行5秒的脉冲数为5000/24.6203 2、车的速度： 直线最大速度的匀速运动中测得：运动6.45秒车子运行的路程约为1m， 3、旋转脉冲 旋转地脉冲主要是通过多次实验来修改的。由于车子车轮在装配时有误差，导致修改次数多而且不能保证旋转角度。最后选取了较为合适的数值编程。4、机电一体化系统创新设计分析1）分析德普施机器人和慧鱼机器人模型的不合理设计。德普斯机器人的宝贝车在行进过程中会受到摩擦、底面不平等因素的影响，行进速度有一定的变化，对于测速带来一定的影响和不利，而测速需要人来进行计时和测距，难免会出现误差，所以我觉得如果再车上设置一个测速器就可以省去很多麻烦和误差。2）构思机械设备的创新优化的设计以及设想。关于测速器的设计和设想：可以在两个轮子上安装一个计数器，计算两个轮子转动的圈数，然后根据轮子的半径计算出移动的距离和时间计算出速度，最后显示出来。3）实训课程的体会和建议。通过这次课程实训，我们了解到这个宝贝车机器人主要是由传动系统和控制反馈系统两部分组成的，这两个系统相辅相成，使得宝贝车能够按照指定路线运动。在这个过程中，充分锻炼了我们的动手能力、合作协调能力和学习能力，在这个过程中我们也有遇到不少的