基于慧鱼组件的通讯排障机器人设计—控制部分设计

1、 本科毕业设计说明书（论文） 第 29 页 共 29 页1 引言机器人是21世纪技术前沿课题，随着科学技术的发展，机器人在社会各领域的作用越来越大。对机器人的研究已成为热门课题。寻迹机器人是一种被广泛研究的机器人，而且国内外都有许多重要的比赛。它是在给定的区域内延着轨迹完成对各个目标点的访同。其主要指标是速度和顺利完成任务的能力。寻迹机器人涉及到传感器技术，单片机控制、信号处理、电机驱动、人工智能、驱动电源的设计等诸多领域。本文描述的通讯排障机器人利用红外传感器感知外界信号、光电编码器和编程控制来寻线行走。从机器人技术的发展水平来看，机器人主要经历了简单的可编程机器人，低级智能机器人和高级智能

2、机器人三代。机器人有几个方面是我们有必要去发展的理由:一个是机器人干人不愿意干的事，比如说从事，有毒的、有害的、高温的或危险的，把人从这样的危险的环境中解放出来，同时机器人可以干不好干的活，比方说在汽车生产线上我们看到工人天天拿着一百多公斤的焊钳，一天焊几千个点，就重复性的劳动，一方面他很累，但是产品的质量仍然很低；另一方面机器人干人干不了的活，这也是非常重要的机器人发展的一个理由，比方说人们对太空的认识，人上不去的时候，叫机器人上天，上月球，以及到海洋，进入到人体的小机器人，以及在微观环境下，对原子分子进行搬迁的机器人，都是人们不可达的工作。机器人有三个发展阶段，一种是第一代机器人，那么也叫

3、示教再现型机器人，它是通过一个计算机，来控制一个多自由度的一个机械，通过示教存储程序和信息，工作时把信息读取出来，然后发出指令，这样的话机器人可以重复的根据人当时示教的结果，再现出这种动作，比方说汽车的点焊机器人，它只要把这个点焊的过程示教完以后，它总是重复这样一种工作，它对于外界的环境没有感知，这个力操作力的大小，这个工件存在不存在，焊的好与坏，它并不知道，那么实际上这种从第一代机器人，也就存在它这种缺陷，因此，在20世纪70年代后期，人们开始研究第二代机器人，叫带感觉的机器人，这种带感觉的机器人是类似人在某种功能的感觉，比如说力觉、触觉、滑觉、视觉、听觉和人进行相类比，有了各种各样的感觉，

4、比方说在机器人抓一个物体的时候，它实际上力的大小能感觉出来，它能够通过视觉，能够去感受和识别它的形状、大小、颜色。  那么第三代机器人，也是我们机器人学中一个理想的所追求的最高级的阶段，叫智能机器人，那么只要告诉它做什么，不用告诉它怎么去做，它就能完成运动，感知思维和人机通讯的这种功能和机能，那么这个目前的发展还是相对的只是在局部有这种智能的概念和含义，但真正完整意义的这种智能机器人实际上并没有存在，而只是随着我们不断的科学技术的发展，智能的概念越来越丰富，它内涵越来越宽。救灾机器人可以利用自身的优点，能迅速找到遇险者的位置，降低事故危害性，提高救灾效率具有重大意义，但光有这些还不够

5、，灾难往往发生在黑夜里，没有灯光，四处漆黑一片，伸手不见五指，只听见到处都是遇难者发出的哭叫声，营救人员无法正确做出判断，无法到达指定的地点营救被困人员；再者，发生的地点许多通讯设施受到破坏甚至倒塌，以至于没有通讯信号，使得受灾情况无法及时反馈，给指挥带来很大困难。因此，将具有通讯排障于一身的机器人用于灾难环境下辅助“搜索和营救”（SAR）幸存者，是机器人学中的一个新兴而富有挑战性的领域。在国内，机器人的研究刚刚起步，但进展很快。中科院沈阳自动化所在2002年研制了一种蛇形机器人，由16个单自由度关节模块和蛇头、蛇尾组成，在监控系统的无线控制下可实现蜿蜒前进、后退、侧移、翻滚等多种动作，并能通

6、过安装在蛇头上的微型摄像头将现场图像传回监控系统。国防科技大学在2001年也研制了一种蛇形机器人。中国矿业大学在“211工程”的支持下，已开始研制煤矿救灾机器人。在国外，机器人发展迅速，技术日益成熟，并进入实用化阶段，日本、美国、英国等已开始装备使用。在灾难现场中，机器人应能迅速找到幸存者的位置。日本大阪大学研制出蛇形机器人，能在高低不平的模拟废墟上前进，其顶端带有一部小型监视器，身体部位安装传感器，可以在地震后的废墟里寻找幸存者。美国iRobot公司研制了PackBot系列机器人，能适应崎岖不平的地形环境和爬楼梯，主要执行侦察任务、寻找幸存者、勘探化学品泄漏等任务。 InuKtun公司研制了

7、机器人MicroVGTV ，机身可变位，采用电缆控制，含有直视的彩色摄像头，并带有微型话筒和扬声器，可用于与压在废墟中的幸存者通话，适用于在小的孔洞和空间中执行任务。在自动行走机器人的应用中，希望机器人能够自动按照地面上的某种白色指示线到达某一标志物上并使机器人停止完成相应动作。若采用步进电机驱动可以满足以上要求。但由于地面的各种闪素，比如地面较光滑等，导致机器人在运动过程中出现打滑或丢步，机器人在运动中一旦出现这些现象，就不能准确检测到标志物。本文介绍了一种采用光电检测寻线系统和直流电机驱动相结合的机器人控制系统，可以使机器人非常准确、自动地到达理想的位置并完成相应的动作。轮式机器人地形适应

8、能力强，动载荷小，设计紧凑，其缺点是重量轻，能耗小。本次设计拟选择轮式移动机构。轮式机器人的一个特殊的特征是非完整系统，非完整的含义是，定义系统姿态的广义坐标的最小数M，大于其独立的广义速度数N，也就是MN。相对于其他移动机构，其越野机动性能好，爬坡、越障、跨沟能力强，轮式的牵引性能好，有利于发挥较大的牵引力。相对于步行式行走机构：技术成熟；控制简单。1.1 机器人设计背景根据第四届全国大学生机械创新设计大赛主题与内容的通知精神，经全国大学生机械创新设计大赛组委会批准，第四届全国大学生机械创新设计大赛慧鱼组2010阶段竞赛，将于2010年4月在北京举行。第四届全国大学生机械创新设计大赛慧鱼组竞

9、赛的主题为“珍爱生命，奉献社会”。内容为“在突发灾难中，用于救援、破障、逃生、避难的机械产品的设计与制作”。其中“用于救援、破障的机械产品”指在火灾、水灾、地震、矿难等灾害发生时，为抢救人民生命和财产，所使用的机械；“用于逃生、避难的机械产品”，指立足防范于未然，在突发灾害发生时保护自我和他人的生命和财产安全的机械，也包括在灾难和紧急情况发生时，房屋建筑、车船等运输工具以及其他一些公共场合中可以紧急逃生、避难功能的门、窗、锁的创新设计。全国大学生机械创新设计大赛的目的在于引导高等学校在教学中注重培养大学生的创新设计意识、综合设计能力与团队协作精神；加强学生动手能力的培养和工程实践的训练，提高学

10、生针对实际需求通过创新思维,进行机械设计和工艺制作等实际工作能力；吸引、鼓励广大学生踊跃参加课外科技活动，为优秀人才脱颖而出创造条件。2 机器人轮式机器人总体设计本文设计的通讯排障机器人控制系统由微控制器、驱动单元、通讯模块、人机交互模块等组成。微控制器主要处理各个传感器的信息，完成移动机器人控制算法的运算和决策，控制排障机器人两轮的控制；驱动单元实现排障机器人两轮驱动功能；传感器模块检测排障机器人和障碍物的距离及周围环境的信息；通讯单元实现排障机器人各模块之间和与上位机的通信，实时传输作业现场的图像。本机器人的整体排障控制框图如图2.1所示。图2.1 排障控制图2.1 驱动单元本系统设计的通

11、讯排障机器人由4个轮子构成，左侧第一个轮子和右侧第二个轮子为驱动轮，其余为从动轮，驱动轮控制机器人的前后、左右运动。机器人排障部分由独立的电机驱动，可以独立完成排除障碍功能。升降台由两个直流电机驱动，本系统采用DGM4系列电动机构组成机器人的驱动功能，此电动机构由永磁无刷直流电机和变速箱组成，其内部自带有位置传感器，检测电机的运动情况，实时的传输到控制器单元中，实现控制单元的实时控制。2.2 传感器模块红外传感器的测量原理是将发射信号经调制后送红外管发射，光敏管接收调制的红外信号。用红外发射管和接收管自己制作光电对管寻迹传感器。红外发射管发出红外线，当发出的红外线照射到白色的平面后反射，若红外

12、接收管能接收到反射回的光线则检测出白线继而输出低电平，若接收不到发射管发出的光线则检测出黑线继而输出高电平。这样自己制作组装的寻迹传感器基本能够满足要求，但是工作不够稳定，且容易受外界光线的影响，因此对试验的环境要求较高。但光的反射受到多种因素的影响，如反射表面的形状、颜色、光洁度，日光、日光灯照射等不确定因素。如果直接用发射和接收管进行测盘将因为干扰产生错误信号，采用对反射光强进行测量的方法可以提高系统的可靠性和准确性。由于外部场景都是三维的，因此希望机器人的外部传感器能提供有关外部场景的三维立体信息。一般移动机器人上都配备多种传感器，其中触动式传感器和红外光电传感器最为常见。红外光电传感器

13、可以看做是机器人的眼睛，把信息传送给控制系统它们之间相结合提供了对障碍物完整的信息，使机器人能够有实时性好、精确度高的排障功能。在本机器人的左右各安装一个触控式传感器，这样既有效地防止了红外光电传感器检测的盲区，也在一定程度上排除了各个传感器之间的互相干扰，使机器人得到周围环境的准确信息。2.3 通信和人机交互模块整个系统内部模块之间，我们用串口实现它们之间的通信，让控制器集中决策管理，实现各个部分的协调运行；而在机器人独立作业时，操作者在上位机通过无线传输远程遥控机器人，实时地控制系统的运行，越过或排除障碍，合理处理现场作业。2.4 机器人前爪简述前爪是连接在车体上，且在车身的最前面。它的作

14、用是当遇到一些较小的障碍物时能够推开这些相对较小的障碍物，当遇到相对较大的障碍物的时，障碍物会触动安置在机械爪子上的4个不同位置的接触开关，从而启动机械爪子，机械爪子会张开推开障碍物，达到清理道路功能，为后续救灾运输部队提供通畅的道路。因而它具有独立的自由度，要求机械臂能够在平面内沿着轴线作旋转运动，如图2.2所示。 图2.2 机械臂沿轴旋转图2.3（a）所示的机械臂配置为机械推板结构，图2.3（b）所示的为丝杠、旋块、连扳结构，图2.3（c）所示的为驱动装置，图2.3（d）所示的为开关式传感器。 （a） （b） （c） （d）图2.32.5 机器人升降台简述车身上有一个多功能升降台，平台是一

15、个太阳能板，当太阳光充足的时候可以吸收太阳的能量在转换成电能，（当电能过多时候，还能存起来）为机器人的提供能量，机器人本身有电池作为能量。当机器人在运动的时候这个多功能平台可以用来放置救灾物资、药品、救灾工具甚至救灾人员。当到达目的地后，多功能平台可以高高竖起来，然后隐藏在多功能平台下面有两根柱子也会升起来。两根柱子分别有2个独立的功能，一个是雷达，一个是大功率照明灯。如图2.4所示。图2.4 升降台简图3 控制程序设计思路和程序过程图我们设计的通讯排障机器人是以德国慧鱼公司生产的机电产品模型为对象进行装配，我们的机器人分结构和软件两部分。结构赋予其躯体，软件赋予其灵魂。本文主要讲述了利用慧鱼

16、软件，使机器人按照设计者预定的路线轨迹行走。软件部分主要分主程序和子程序两个部分，分别由寻轨迹、前爪、上部分、直走、后退、向左、向右七个子程序构成一个主程序。3.1 设计思路由于我们的机械的很多动作需要多块接口板联动，而以往的一些方法只是每块接口板单独控制某个动作的进行，互相交换信息的途径很少，而且很慢。所以我们要求设计一种两接口板直接能够实现信息快速直联的通信方法。3.2 设计过程既然慧鱼模型的输入端两端的电压差是9V，输出端的电压差也是9V。如果直连输入端的电路会因电流过大而烧毁。所以我们设计了一根专门用来传输信息的连接线，中间加入了一个限流电阻。保证不因电流过大而烧毁电路。3.3 信息的

17、传递方式如果仅仅是一对输出端和输入端只能传递一种信息那么这种改进依然不能满足我们的需求。要实现一个输入接口输入多种信息，就需要一种新的方法。我们选择的方式是用脉冲来传递信息。经过反复实验，慧鱼模型能够实现的脉冲的具体参数如下（表3.1）表3.1脉冲数据表最小脉冲间隔0.01S脉冲信息数据丢失率0.5%(并且数据丢失率与时间间隔成反比。间隔越长丢失率越低)通过反复试验我们选择了这种方法。原因是这种互联方法高效、相对可靠。3.4 慧鱼软件简介1964年，慧鱼创意组合模型（fischertechnik）诞生于德国，是技术含量很高的工程技术类智趣拼装模型，是展示科学原理和技术过程的理想教具，也是体现世

18、界最先进教育理念的学具，为创新教育和创新实验提供了最佳的载体。慧鱼创意组合模型的主要部件采用优质尼龙塑胶制造，尺寸精确，不易磨损，可以保证反复拆装的同时不影响模型结合的精确度；构件的工业燕尾槽专利设计使六面都可拼接，独特的设计可实现随心所欲的组合和扩充。慧鱼创意组合模型主要有组合包、培训模型、工业模型三大系列，涵盖了机械、电子、控制、气动、汽车技术、能源技术和机器人技术等领域和高新学科，利用工业标准的基本构件（机械元件/电气元件/气动元件），辅以传感器、控制器、执行器和软件的配合，运用设计构思和实验分析，可以实现任何技术过程的还原，更可以实现工业生产和大型机械设备操作的模拟，从而为实验教学、科

19、研创新和生产流水线可行性论证提供了可能，世界知名的德国西门子、德国宝马、美国IBM等一大批著名公司都采用慧鱼模型来论证生产流水线。这里的每一个元器件代表的不同的意思。详见表3.2表3.2元器件元器件图例功能说明MI提供动力独自控制车子正反行走M2提供动力独自控制车子正反行走M3顶起推铲当遇到障碍物时，推动推铲M01驱动升降台通过齿轮带动蜗杆，使升降台上下移动M02翻动升降台通过齿轮轴转动，带动绳索使升降台翻转90°M03推动信号台通过蜗杆转动使信号台升至高空M04提供光源在黑暗的夜里为遇难者和营救者指明道路I7判断车体转向探测到轨迹之后，向M1，M2发出指令 I8探测到轨迹之后，向M

20、1，M2发出指令按键开关式（接触式）传感器是数字传感器的一种。数据仅能设定为两个不同的值，分别用0和1来表示。传感器显示“0”，表示在接触点没有电流通过；“1”则意味着有电流通过。慧鱼模型中的接触传感器是一个三向开关式的。因此，就有三个端点。红色按钮按下，1和3端点接通，同时常闭状态下的1和2端点之间的连接断开。这样起始位置我们就可以任意选择：常闭状态（端点1、2接通），常开状态（端点1、3接通）（图3.1）图3.1 接触式传感器原理图我们可以将不同的传感器和执行装置连接到ROBO接口板上。ROBO接口除了有八个数字输入端，还有几个模拟量输入端。举例说明，对应输入AX和AY的电阻值（0-5.5

21、千欧）可以转换成0-1024之间的数字量。该接口板最重要的作用在于输入量的逻辑连接。一旦连接正确建立了，我们就可以通过接口板测试窗口来测试接口板和与它相连的模型。如前所提及的，测试窗口显示了接口板的各种输入和输出：数字量输入 I1I8I1I8 是接口板的数字量输入。这里可以接各种传感器。数字量输入只有两种状态0和1，或者Y和N。开关(迷你按键开关),光电传感器或者干簧管(磁性传感)可以作为数字量输入来连接。你可以将一个迷你传感器接到接口板上，比如I1，来检查这些端口的功能(用开关上的触点1 和 3 )。一按下开关，I1的的显示接出现一个检查标志。如果你连了开关的另一种方式（触点1 和 2），当

22、你按下开关的时候检查标志就消失了。马达输出 M1M4M1 M4是接口板的输出。这里可以连接所谓的执行器，可以是马达、电磁铁或者灯。这四路马达输出可以改变方向和8级调速。速度可以用滑块控制，旁边也有数字作为速度显示。如果你要测试输出，可以将一个马达接到输出端，比如M1。灯输出 O1O8每个马达输出也可以用作一对单个的输出。这些输出不仅可以用作灯的控制，也可以用作单向马达的控制(比如传送带马达)。如果你要测试其中一个输出，可以将一个灯接到输出，比如O1。可以将灯的另一个接到接口板的接地插孔（）。模拟量输入 AXAY模拟量输入 AX 和 AY测量所连接传感器的阻抗。这里可以连接用来测温的 NTC 电

23、阻，电位计，光敏电阻或者光敏晶体管。 模拟量输入 A1A2这两个可以测量010V电压输入。距离传感器 D1D2只有特殊的距离传感器可以接到距离传感器输入端D1和D2。数字信号和模拟信号对D1和D2都有效。扩展板 EM1EM3这里可以连接扩展接口板 (ROBO 接口板最多可以接三块货号为93294的I/O扩展板，但智能接口板最多只能接一块货号为16554的扩展板)。可以用点击窗口上部标签的方法在不同的扩展接口板之间切换。ROBO I/O扩展板和ROBO接口板相连，而且两台设备都上电之后，ROBO I/O扩展板上的绿色LED“Ext.mode”应该会闪动。此时，扩展板已经由接口板识别并准备运行。为

24、了实现自动控制的功能，我们编写了以下简单的控制程序。向右转：这个是一个简单的让机器人向右转弯的子程序。这个是给机器人一个M1马达反转，M2马达正转的指令。这样就使机器人向右拐弯了。（如图3.2）向左转：这个是一个简单的让机器人向左转弯的子程序。这个是给机器人一个M1马达正转，M2马达反转的指令。这样就使机器人向左拐弯了。（如图3.3）倒退：这个是一个简单的让机器人向直行的子程序。这个是给机器人一个M1马达正转，M2马达正转的指令。这样就使机器人向前行走了。（如图3.4）直行：这个是一个简单的让机器人向直行的子程序。这个是给机器人一个M1马达正转，M2马达正转的指令。这样就使机器人向前行走了。（

25、如图3.5） 图3.2 右转程序图 图3.3 左转程序图 图3.4 倒退程序图 图3.5 直行程序图4 机器人软件系统我们的机器人从总体上分三个部分，即寻迹功能、排障功能、升降功能。机器人主要被用在地震灾难以及雪灾地区，要求机器人按照指定的轨迹线路行走，一旦失去轨迹，机器人会自动发出寻找轨迹的指令，直到发现轨迹，机器人会自动锁定轨迹并会继续沿着轨迹行走，直到到达目的地，机器人会发出指令使寻线系统停止，紧接着机器人会发出升降指令，继而升降台启动，当升降台到达顶端时，会触动限位开关，启动雷达通讯设施和大功率照明灯。这是我们所设计机器人的一整套流程概述，下面就各软件功能的实现进行详细分析。4.1 光

26、电检测寻线系统寻线系统即机器人的“眼睛”，在机器人的寻迹行走中起着非常重要的作用，为机器人行走过程中定位的准确性提供了保障。每一套寻线系统由比较电路板和光发射接收板两大部分组成。比较电路板主要是将光发射接收板输入的模拟信号经比较器比较后，转换为数字信号，输入到单片机中。光发射接收板主要功能是完成光的发射、接收和将光信号转换为模拟信号。每一块光发射接收板就是机器人的一个检测点，一般情况每个机器人需安装多个检测点，以保证机器人在运动过程中有较大的偏向检测能力和纠错能力。 这里的寻迹是指机器人轮式机器人在白色地板上沿着黑线行走，通常采用的方法是红外探测法。红外探测法，即利用红外线在不同颜色的物体表面

27、具有不同的反射性质的特点，在轮式机器人行驶过程中不断地向地面发射红外光，当红外光遇到白色纸质地板时发生漫反射，反射光被装在轮式机器人上的接收管接收;如果遇到黑线则红外光被吸收，轮式机器人上的接收管接收不到红外光。单片机就是否收到反射回来的红外光为依据来确定黑线的位置和轮式机器人的行走路线。红外探测器探测距离有限，一般最大不应超过3cm。寻迹是机器人的一种简单视觉，在机器人的运动中起着非常重要的作用，为机器人运动过程中位置的准确性提供了保障。因此需要对场所进行适当地改造才能够进行使用。比较简单的方法是在平整的地面上粘贴寻迹线和定位点，让机器人能够自动地按照地面上的寻迹线的指示到达目的地。为了机器

28、人能在任意区域内沿寻迹线行走，自动排开障碍，能停在指定地点。本控制系统采用红外光电传感器检测路面寻迹线，使用传感器检测障碍物，光电码盘测距，用光电传感器或者微动开关检测、判断机器人是否到位，应用动态控制电动机的转动方向和转速。利用有限状态机和硬件描述语言设计机器人控制器，实现机器人前进、后退、转弯、绕障、停止的精确控制。为实现智能行走，我们利用了光敏传感器（如图4.1）。用光对地面进行照射，由于黑线和地面对光反射程度不同，光敏传感器可以感应黑线所反射的光，而感应不到地面（白色）反射光，这样就可以依黑线对传感器进行触发，通过两个光敏传感器交替触发，设置与之对应的程序和转弯机构对车体进行控制，从而

29、完成前进、转弯等动作。图4.1 光敏传感器在程序中光敏传感器的符号如图4.2，它是有两个传感器组成，分别控制着左右两边，在实验中，我们为了模拟现场的环境，把白色的桌子当作路面，在桌子上贴了一条黑色的带子，带子宽4厘米，作为机器人寻线的轨迹。图4.2 传感器程序图根据最初的想法，只要机器人沿着设定的轨迹行走就可以了。可是后来我们在试验中发现这样还不够，我们不能保证机器人在行走的过程中不出错，万一在行走过程中，偏离了或者直接跑出了轨迹，那么机器人该如何做出判断。所以我们考虑到要用到子程序，所以我在程序中新建一个程序，再新建一个名为寻轨迹的子程序（图4.3），这样做有别于其它子程序。图4.3 寻轨迹

30、子程序机器人应该缓慢旋转至少360度。如果机器人找到轨迹，就停下来。否则机器人将反方向旋转360度，直到找到轨迹为止。根据现在的要求编制图4.4程序：图4.4 寻轨迹程序图图中光敏传感器“0”表示寻到轨迹，“1”表示没有寻到轨迹。机器人首先会沿着左边扫描，其次是右边扫描。只要其中一个传感器寻到轨迹，它就会立刻退出“寻轨迹”程序。为了使机器人能够精确地旋转360度，我在后面加了一个脉冲计数器，如图4.5。当机器人成功地寻找到轨迹，它就会沿着轨迹驶去。根据这个思想，我们初步建立了如图4.6的程序。在程序里我们加了直走的程序（图4.7），我们不难发现在寻轨迹子程序中，我们设定的是一旦传感器找到轨迹就

31、退出该程序，此时我们的机器人与轨迹可能是斜着的或者是垂直的，所以此时退出寻轨迹程序时不正确的，我们要保证机器人与轨迹在同一条直线上，我们在此基础上完善了一下主程序（图4.8）。图中I7为右边的光敏传感器，I8为左边的光敏传感器。当左边偏离轨迹，即I8图4.5 寻轨迹程序图失去轨迹，便马上发出指令，左边的马达M1正转，右边的马达M2反转，这样一来就使得整个车身回到轨迹上来。当右边偏离轨迹也是一样，这时左边的马达M1反转，右边的马达M2正转，同样使车身回到轨迹上。最后形成循环，让车一直沿着轨迹走。 图4.6 主程序 图4.7 直走子程序图4.8 主程序同样，当遇到弯处，光敏传感器会发出与出轨同样的

32、指令，使马达M1、M2作出相应的动作。当I7、I8同时跑出轨迹是，程序给出的指令是返回“寻轨迹”指令中，这样做完全可以达到我们的目的，可是这样一来，我们发现，这样所花去的时间很多，我们应该尽可能的减少在过程中所花去的时间，尽可能早的到达目的地，所以，我们在I7、I8同时出轨时，给马达发出一个向后的指令，这样一来，就使车身后退，让光敏传感器重回轨迹中，车身只需稍加调整就可继续行走，为了安全起见，我们将最后的指令接回到“寻轨迹”指令中，如图4.9。4.2 前爪排障系统前面我们解决了寻轨迹的问题，我们也说过，我们的机器人是用在灾难现场的，路上难免有一些障碍物，比如石头、树木、以及毁坏的建筑，当出现这

33、些“拦路虎”的时候我们的机器人要能够把它解决掉。所以我们在车身最前面安装了一对推钳（图4.10）。图4.9 主程序设计前爪的目的主要是在行走过程中遇到障碍物时能将它推开，所以在程序中应该放在寻轨迹的下面，即图4.11.然而在前爪子程序中，要注意的事是要先将两个驱动马达制动（图4.12）。 图4.10 前爪效果图图4.11 主程序图4.12 前爪子程序接着我们给了它0.5秒钟的等待。图4.13。图4.13 前爪子程序紧接着我们就要使前爪驱动马达M3启动，带动丝杠旋转，使前面的两个推板往外推，直到碰到触动式传感器I2，马达M3将发转，经过反复试验，我们得出马达发转回来需要8秒左右的时间。当时间一到

34、，马达M3将停止。如图4.14。图4.14 前爪子程序可是这样还是不行，当执行完前爪程序后，主程序就停止了，也就是说前爪程序只执行了一次，当再遇到障碍物时，机器人就不作任何反应了，这不是我们所要求的，我们是想让它一碰到传感器就能够打开，所以我们把程序稍加改动了一下，如图4.15。图4.15 主程序4.3 升降系统我们的机器人已经可以在路面上行走以及排除道路上的障碍物，可我们的机器人不可能一直沿着轨迹走，必须要有个终点，那么到了终点后机器人要怎样才能知道，并给出相应的回应。我们为了使机器人明白，在机器人的前臂上安装了一个感光传感器（图4.16）。图4.16 感光传感器效果图由于条件有限，我们就拿

35、光作为信号，如图4.17。当感光传感器感应到光源，升降台就会开始缓慢升起，当碰到限位开关，马达就会启动,直到平台升至最高点，接着打开大功率照明灯照明。如图4.18。图4.17 光信号图4.18 平台升顶图考虑到灾区通讯的困难，和与外界联系不到，我们就设计了一个雷达接收器，采用移动技术（相当于把移动的信号站背在身上），当移动或联通的手机信号发不出信号时候，当靠近我们的通讯排障机器人时候，让人们手机恢复信号，或者给卫星电话提供更强的信号，保持通讯的正常。第一时间了解到受困人员的位置和受灾情况。及时的通讯能保证外界和内部的信息汇总，给大家一个彼此知道的感觉，也能让被救人员安心。程序如图4.19。图4

36、.19 升降台子程序当没有电力供应时：利用太阳能发电系统由太阳能电池组、太阳能控制器、蓄电池（组）组成。还需要配置逆变器。输出电源为交流220V或110V，还能给大家提供电源。各部分的作用为：（一）太阳能电池板：太阳能电池板是太阳能发电系统中的核心部分，也是太阳能发电系统中价值最高的部分。其作用是将太阳的辐射能力转换为电能，或送往蓄电池中存储起来，或推动负载工作。太阳能电池板的质量和成本将直接决定整个系统的质量和成本；（二）太阳能控制器：太阳能控制器的作用是控制整个系统的工作状态，并对蓄电池起到过充电保护、过放电保护的作用。在温差较大的地方，合格的控制器还应具备温度补偿的功能。其他附加功能如光

37、控开关、时控开关都应当是控制器的可选项；（三）蓄电池：一般为铅酸电池，小微型系统中，也可用镍氢电池、镍镉电池或锂电池。其作用是在有光照时将太阳能电池板所发出的电能储存起来，到需要的时候再释放出来。（四）逆变器：在很多场合，都需要提供220VAC、110VAC的交流电源。由于太阳能的直接输出一般都是12VDC、24VDC、48VDC。为能向220VAC的电器提供电能，需要将太阳能发电系统所发出的直流电能转换成交流电能，因此需要使用DC-AC逆变器。在某些场合，需要使用多种电压的负载时，也要用到DC-DC逆变器，如将24VDC的电能转换成5VDC的电能（注意，不是简单的降压）。知道了这些太阳能供电

38、系统的用处，可以用在一般雪灾，地震，海啸等大灾过去后，电缆的断裂，电塔的塌陷，或者一些大规模停电的时候，我们设计的机器人就能利用顶上的太阳能板，利用大自然的资源充电，给一些急需电源的设备提供电源。比如医疗器械，通讯设备的后续充电等。5 总体调试5.1 软件的安装机器人驱动光盘配件，执行里面的安装程序，将机器人的特定软件安装到自己的计算机里面。在安装的过程中，只要根据安装界面所提供的提示信息来安装软件就可以了。安装完成后，关闭对话框。然后就可以运行该程序把机器人和电脑来连接起来，给我们的机器人一点人类的思想。可以给机器人导入自己所编写的程序，把自己的想法给机器人，让它按照你自己的意愿来做事。5.

39、2 连接先安装好电池，再用数据线将机器人和电脑相连接，打开机器人的电源开关，让电脑和机器人之间能正常地通信。在第一次使用机器人的时候，要求我们来安装一下驱动程序，在驱动光盘中，运行相应的程序就可以安装驱动。5.3 调试完成前面两个步骤，接下来就是检测机器人。我们可以利用软件给我们的机器人灌入一些思想，给它空白的大脑填充一点记忆。接着再进行相应的操作，机器人就可以执行相应的程序来完成相应的动作。如果我们连接的完全正确，机器人就会执行里面的程序，它所展示的动作就会和我们设计的一样。如果机器人展示的动作不是这个动作，那说明一定某个地方出现错误，需要我们来重新的检查一下连接情况，还有电机的安装顺序，以

40、及后面主控板上面连线的连接情况。来确保以后动作的正常运行。结束语两年前，我怀着对大学一如往昔的深爱、向往与期待重新踏入校园。两年后，“文以治国、工以立国、商以富国”的信念，让我必须满怀使命、挺起胸膛的说：“我们，以及我们正在把握和即将把握的企业，理应成为中国经济崛起的脊梁。”两年充实的生活告诉我，民族需要掌握先进理念、具有国际视野、熟悉具体环境的实战先锋；也告诉我，只有不断经历考验、挫折、甚至失败，才能逼近我们最终的理想。生于斯时，长于斯境，唯有以双倍的努力、十倍的耐心、百倍的豪情和千倍的执着来完成原赋的使命。在此，首先要对我的恩师，致以最深的感谢。在我懵懂时，她用振聋发聩的棒喝让我警醒；在我迷失时，她用循循善诱的教诲抹去我心头的尘埃；在我痛苦