机器人创新实验结课论文

机器人创新实验报告机器人名称三足步行机器人实验目的加深对运动中的直立行走机器人重心变化的理解和认识，将“创意之星”机器人套件进行搭建和装配，构建出一个简易三足步行机器人，在保证整个装置稳定的前提下，将程序写入控制卡使其实现既定的动作。了解三足步行机器人概念和了解三足步行机器人结构特征；了解三足步行机器人在中心协调方面的研究意义；熟悉简易的三足步行机器人；熟悉直立机器人运动过程中的重心协调；熟悉机器人模块化的设计思想；掌握掌握用创意之星套件搭建和调试机器人的要领。基本构型现由上至下介绍其基本构成及连接方式。头部俯仰关节如下图所示。编号零件名称数量1CDS5401舵机12舵机塑料轴承13舵机安装板14L51连接件25I5连接件16I7连接件17M3X16螺栓68M3X8十字螺丝69M3自锁螺母6左右腿构型编号零件名称数量1CDS5401舵机22U33323U43414舵盘25舵机安装板226舵机尾端垫片27M3X8十字螺丝48M3X10十字螺丝49M3自锁螺母8中腿构型编号零件名称数量1CDS5401舵机22U33323U43414舵盘25舵机安装板226舵机尾端垫片27M3X8十字螺丝48M3X10十字螺丝49M3自锁螺母8硬件连接方式常用的硬件连接方式有两种各个基本构形之间可以用通用连接件（D8X4、D8X6塑料塞子）连接，也可以用螺栓和螺母连接。如果用通用连接件连接，最终完成的机械手的刚度会差一些；如果用螺栓/螺母连接，机构的刚度会有较大的提高，运动的可靠性有保证，但是需要仔细思考连接的先后顺序，不能先把各个基本构形组装出来之后再拼装，否则可能由于空间限制而无法进行拧螺丝等操作。组装成功的三组机器人效果图如下硬件接线按下述顺序将各个关节的舵机的电缆连接到MULTIFLEX控制卡上关节DOF1DOF2DOF3DOF4DOF5DOF6DOF7控制卡舵机通道CH0CH1CH2CH3CH4CH5CH6连接好MULTIFLEX控制卡的电源、通讯电缆，在计算机上打开UPMRCOMMANDER软件，选择并打开正确的COM端口，以便下载程序。姿态控制调整初始姿态取下各舵机的舵盘，在MULTLFLEX控制卡和舵机都通电的情况下，将其安装在中心位置，确保在满足静态稳定性的情况下尽量使整个机械手的机体在通电之后基本是直的。分步动作设置研究三足机器人行走的重心变化，建立它的分步动作，设计每一步的动作姿态，并调整其持续时间。这一步的关键是把握好机器人行走时的重心移动，根据重心变化调整姿态，否则会使它由于重心不稳而摔倒。通过软件来设计每一步的步幅和关节抬起、转动的角度，直到最后行走动作完成。然后将动作程序下载到控制电路板里，执行动作。再根据动作的执行情况对动作程序进行不断的修改，直至机器人的运动满足设计意图为止。这样，我们的机器人就可以完成我们预想的动作了。关于机器人的构想灭火机器人基于现有的行走机器人和各种传感器，设计这种灭火机器人。机器人灭火可以分为以下三个步骤来进行1、寻找火源机器人开始的时候也许并未探测到房间里什么地方失火了，这时它就需要在房间里进行搜索。机器人搜索火源的时候需要具备以下几个能力1确定自身的位置和前进的道路；2选择合适的前进方向并记录每次前进的方向；3在不正确的时候原路退回。机器人靠感知墙壁与自身之间的距离来确定自己的位置，测距可以选用激光或或者声波反射测距、红外测距等方法。还可以在机器人机构中通过安装距离传感器，并预先在程序中写入相应的控制参数来实现。行进中如果遇到障碍物，机器人应该做出相应的动作，如转弯，后退等。2、发现并确认火源的位置这里的发现指的是机器人到达火场附近的时候如何感知到着火了。对于这一点，也要使用相应的传感器来进行探测。经过我的了解，一般失火的现场会具有以下特征光、热、烟、红外线。因此可以用光传感器来探测火焰的亮度；用温度传感器来探测温度的变化；用烟雾报警器进行探测；用红外线传感器来探测红外能量。一般情况下如果房间里的火情比较明显（没有被物体遮住），机器人进了房间之后只要原地转一个圈就知道有没有失火，火源在哪里。但是如果火情比较隐蔽，那么机器人就需要在房间里进行一定的搜索。这个搜索过程，我认为应该结合距离传感器和光传感器、温度传感器综合进行，最笨的方法就是沿空间内所有的障碍物行走一圈，总能够发现隐蔽的火源。这一步骤的简化还有待于进一步的深入研究。3、灭火当机器人发现了火源，也知道了火的位置的时候就可以开始灭火了。通常灭火采用以下几种方式水、泡沫、干粉、风力。对于机器人灭火而言最简单的方法就是风力灭火。但是风力灭火存在一个缺陷，就是普通风扇吹出的风不是集中的，最好进行一定的改进，使它吹出的风像我们使用的电吹风那样，会达到较好的灭火效果。还有一个问题也是很重要的，机器人有可能在很远的距离就发现了火焰，但是它不可能在很远的距离进行灭火，如果靠的太近，又会导致机器人构建的损坏。因此机器人在进行灭火之前要想办法到达灭火的有效距离。通过查阅相关资料，我了解到用来探测火焰的红外传感器有一个特性能够帮助灭火机器人。火焰离红外传感器的距离越远，传感器的反馈值就越小，可以根据这一原理，通过实验来确定灭火的有效距离。当然还有一个不可忽视的方面，就是机器人的机械结构。一是机器人的大小，越大的机器人肯定越不灵活，也给控制带来了难度；再一个就是机器人的驱动系统，电动机的功率和速度都必须充分考虑；其它诸如灭火的效率等，都需要在大量的实践中来获取相关参数和设计经验。以上是我个人对于灭火机器人设计方面的一些想法，方案尚不成熟，有些细节和实施方案还有待改进，有意深入研究，将这一方案完善起来。收获体会为时八周的机器人创新实验，使我对机器人的构建组装、动作设计和姿态控制有了较为深入的了解，熟悉了“创意之星”机器人实验套件的灵活运用，动手能力也得到了很大的提高，也积累了一些结构设计方面的宝贵经验，直可说是受益匪浅。开始的几次，我们都是分工来做，将机器人的主要构件一一搭建完成后，再将其组装在一起。对于结构比较简单的机器人，这种方法确实大大提高了工作效率，可是一旦遇上机器人结构复杂，在组装的时候就遇到了困难。由于机械结构空间的限制，在把构件两两连接在一起时，就因为螺钉无法拧入而出现了无法连接的问题。无奈之下，只好重新拆开，再次连接，这无疑浪费了时间。后来的几次我们吸取了教训，拿到结构图时先不急着各自去组装各个独立关节，而是仔细研究各个机构的连接和紧固关系，充分考虑空间构型，考虑好组装的先后顺序之后再动手，果然提高了效率。这就是“磨刀不误砍柴工”的道理吧。再就是动作和姿态控制问题。由于事先没有考虑到摩擦力和机构自身机械构造的影响，导致我们预期的动作实现的并不是很理想。比如说最简单的直线行走，步幅及动作顺序都设计得十分合理，可是机器人执行动作的时候经常出现“东倒西歪”的现象，或者走的根本不是直线，有时甚至会摔倒或“散架”。我们通过想方设法地增加或减少机构的配重，调整动作姿态，改善各构件的连接刚度，使机器人在行走时重心尽可能平稳，摩擦力尽可能增大，以保证其运动的平顺。通过这门课程的学习，