前言：中文期刊網(wǎng)精心挑選了機器人設(shè)計范文供你參考和學(xué)習(xí)，希望我們的參考范文能激發(fā)你的文章創(chuàng)作靈感，歡迎閱讀。
機器人設(shè)計范文1
關(guān)鍵詞：機器人；輪腿式；電子控制
中圖分類號：TP242 文獻標(biāo)識碼：A
0.引言
機器人是給人提供方便或拓展人活動范圍的工具：提供方便，諸如掃地機器人；拓展人的活動范圍，諸如科考類機器人。在自然和人類社會中，存在一些人類無法到達的地方及不適合人類達到的場合，如災(zāi)難發(fā)生的礦井、防災(zāi)救援和反恐等。
與雙足和四足機器人相比，六足和八足機器人具有獨特的非連續(xù)支撐行走方式，即在某條腿失穩(wěn)情況下機器人仍具有良好的運動穩(wěn)定性，同時具有不同的步態(tài)以應(yīng)對不同的地形環(huán)境；與八足機器人相比，六足具有相對簡單的機械結(jié)構(gòu)，同時也使得控制算法生成較方便可以預(yù)見，這些優(yōu)點將使六足機器人成為在復(fù)雜環(huán)境下機器人作業(yè)的最佳選擇。同時，采用六足在需要時可將其中的兩足轉(zhuǎn)化成操作臂，進行手臂操作。因此，對六足機器人的研究具有深遠(yuǎn)的理論價值和工程應(yīng)用意義。
因此課題進行研究的是一款陸地移動機器人――多功能六足輪腿式機器人。所述多功能六足輪腿式機器人，輪腿融合并且腿臂可轉(zhuǎn)換，將在救援行動和探測活動中得到廣泛應(yīng)用；如果在機器人上搭載更多的模塊，其將具有更多的功能并可以被應(yīng)用在更多的領(lǐng)域中。
1.機器人機械本體設(shè)計
1.1 六足輪腿設(shè)計
根據(jù)對昆蟲生理結(jié)構(gòu)的分析，根據(jù)仿生學(xué)的知識設(shè)計了如圖1中左圖所示六足機器人。該機器人由6條腿和機器人本體構(gòu)成，6條腿分別分布在機器人本體兩側(cè)，每側(cè)三條腿。現(xiàn)在以編號為②的腿進行腿部結(jié)構(gòu)的詳細(xì)介紹。腿部由連桿CE、CB、AB組成，在C、B、A處分別通過轉(zhuǎn)動副連接，腿在A處通過轉(zhuǎn)動副與主體相連。在這一腿部機構(gòu)中CE最長、CB長度中等、BA長度最短，以此模擬六足類昆蟲腿部的真實情況，便于模擬昆蟲實際運動方式。
對機器人腿的自由度進行分析，以腿②為例，該腿部機構(gòu)中，活動構(gòu)件數(shù)為3，運動副中低副的個數(shù)為3，高副的個數(shù)為0，因此該機構(gòu)的自度為：
F=3n-2Pl-Ph=3×3-2×3-1×0=3
因此該腿部機構(gòu)的自由度為3，要使連桿AB、BC、CE獲得確定的運動，需要增添3個驅(qū)動。因此在A、B、C三個轉(zhuǎn)動副處添加電機作為驅(qū)動，即通^控制3個電動機即可使整個機構(gòu)如昆蟲的足一樣前后移動，同理剩余的5條腿也是如此運動。至此，基于模擬昆蟲運動，完成了六足機器人機械本體的設(shè)計。
由于機器人執(zhí)行任務(wù)的需求，需要在到達指定位置時進行一些抓取操作。但為了進行抓取操作再增添操作臂則顯得太過于復(fù)雜，因此將機器人腿與操作臂進行結(jié)合設(shè)計，機器人前部的腿①與腿⑥可以轉(zhuǎn)換成機械臂，后部的4條腿用于支撐，將前部的腿轉(zhuǎn)換成操作臂進行抓取操作。
設(shè)計的機器人通過機械腿和輪式結(jié)構(gòu)進行移動，前部的兩條腿可以轉(zhuǎn)換成機械臂進行夾持操作。在平緩的公路上機器人可以通過輪式結(jié)構(gòu)移動，在崎嶇的路面上可以通過機械足進行移動，這樣的設(shè)計大大提高了移動效率。
1.2 操作臂設(shè)計
如2.1所述，腿①與腿⑥可以從腿部結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)換為操作臂，在腿部結(jié)構(gòu)的末端F處可以增添夾持手。設(shè)計該夾持機構(gòu)時以結(jié)構(gòu)簡單、能進行簡單操作為原則，在設(shè)計時模擬螃蟹的夾持手。
根據(jù)仿生學(xué)知識設(shè)計如圖2所示的夾持手，該夾持手由上下兩部分對稱的夾持指組成，下面以上部夾持指為例進行詳細(xì)的說明。該夾持手由連桿OJ、JL、NK組成在O、J、K、N處分別通過轉(zhuǎn)動副連接，O、N處轉(zhuǎn)動副與夾持手基座相連。下部夾持指的結(jié)構(gòu)與上部夾持手完全一樣。上下兩個夾持指通過兩個齒輪連接，兩個齒輪分別與連桿OJ、PH固連，即齒輪轉(zhuǎn)動時兩個連桿也隨之一起運動。
對該夾持機構(gòu)的自由度進行分析，以便確定原動件數(shù)目，以及需要多少電機驅(qū)動。該機構(gòu)中，活動構(gòu)件數(shù)為6，運動副中低副的個數(shù)為8，高副的個數(shù)為1，因此該機構(gòu)的自度為：
F=3n-2Pl-Ph=3×6-2×8-1×1=1
因此該機構(gòu)的自由度為1，需要一個電機進行驅(qū)動。在轉(zhuǎn)動副O(jiān)處增添電機，使齒輪轉(zhuǎn)動，進而帶動連桿OJ轉(zhuǎn)動；通過嚙合的齒輪使得下部連桿PH也轉(zhuǎn)動，最終即可實現(xiàn)夾持指末端LM的張開和夾緊，即可實現(xiàn)對物體的抓取操作。夾持手通過灰色框線表示的夾持手基座與機器人足末端相連。當(dāng)LM接觸，即夾持指并攏時作為機器人足可以行走；當(dāng)腿①、⑥抬起時，即可進行抓取操作。至此，完成了六足機器人操作臂夾持手的設(shè)計。
2.機器人電子控制系統(tǒng)設(shè)計
2.1 電子系統(tǒng)整體設(shè)計
為了能夠讓機器人有運動的能量，需要在機器人本體上布置電池功能模塊；為了控制各個電機按照指定指令運動，需要布置電機控制器模塊；為了對機器人進行遠(yuǎn)程控制、與外部環(huán)境進行交互，需要在機器人上增添一些交互設(shè)備。
機器人電子系統(tǒng)整體如圖3所示，驅(qū)動電機布置在各個驅(qū)動關(guān)節(jié)處，通過線纜與電機控制器相連；其他電子設(shè)備均集中安放在機器人本體處。機器人本體分為上中下3層，分別為設(shè)備、控制器和電池。
2.2 控制及交互設(shè)計
對電機控制、設(shè)備等各部分進行詳細(xì)地設(shè)計說明。
電機控制模塊：電機安裝在各個驅(qū)動關(guān)節(jié)處。機器人運動有自主和遠(yuǎn)程控制兩種運動模式，自主運動模式是不需要外界實時給機器人運動指令，機器人可以自行運動；遠(yuǎn)程控制是通過遠(yuǎn)程控制軟件實時給機器人發(fā)送運動指令。同時還可以控制機器人前部的兩個腿變換為操作臂，并通過末端的夾持器實現(xiàn)對物體的夾取。
語音與圖像交互模塊：麥克風(fēng)與攝像頭安裝在機器人本體最上層，通過麥克風(fēng)、攝像頭可進行語音和圖像的交流。災(zāi)害發(fā)生需要救援被困人員時，可以讓機器人進入一些人無法進入的狹小空間。
手勢識別及地圖重建模塊：增添現(xiàn)有的一些3D體感攝像機，通過攝像機捕捉并分析得到人手的手勢動作，將捕捉到的手勢與之前程序中預(yù)設(shè)的進行比對，再讓機器人進行相應(yīng)的操作。無線模塊：在機器人本體最上層安裝天線，通過此天線實現(xiàn)機器人各種設(shè)備、電機控制器與遠(yuǎn)程控制軟件之間的通信；遠(yuǎn)程控制可以通過電腦控制程序?qū)崿F(xiàn)。
結(jié)論
本文運用仿生學(xué)的知識，通過模擬足形昆蟲腿式結(jié)構(gòu)，并且結(jié)合輪式機器人的特點，設(shè)計了一種多功能輪腿式六足機器人。該機器人可采用足式與和輪式兩種行走方式在兩個足末端安裝有夾持手可進行抓取操作。通過安裝3D體感攝像機等設(shè)備，實現(xiàn)與外部的語音圖像交互以及手勢操控、地圖重建等功能。所設(shè)計的機器人結(jié)構(gòu)新穎、功能豐富，具有很強的實用價值。
參考文獻
[1]王穎，孫翠磊，于淳，等.移動機器人綜述[J].科學(xué)導(dǎo)報， 2014（15）：12-13.
[2]李滿宏，張明路，張建華，等.六足機器人關(guān)鍵技術(shù)綜述[J].機械設(shè)計，2015（10）：1-8.
[3]聶澄輝，劉莉，陳懇.模塊化可重構(gòu)足式仿生機器人設(shè)計[J].機械設(shè)計與制造，2009（2）：7-9.
機器人設(shè)計范文2
關(guān)鍵詞：滅火機器人；傳感器；編程策略
中圖分類號：F49
文獻標(biāo)識碼：A
文章編號：16723198（2013）01017402
0引言
隨著現(xiàn)代科技的飛速發(fā)展，機器人在人們生產(chǎn)生活中發(fā)揮著越來越重要的作用，在某些特殊領(lǐng)域可以代替人完成人們不可能完成的任務(wù)，例如機器人可以參與救援、排爆、消防等。機器人學(xué)科涵蓋面廣，綜合了機械、電子、自動控制、傳感器、通信和人工智能等多學(xué)科的最新技術(shù)。目前，很多高校已經(jīng)開設(shè)機器人實踐教學(xué)課程，同時，國際上還推出不同類型的機器人比賽，為了適應(yīng)國內(nèi)機器人教學(xué)的發(fā)展趨勢，借鑒國內(nèi)機器人生產(chǎn)廠家樂高、廣茂達等機器人制作經(jīng)驗，自行設(shè)計開發(fā)了基于國際賽制滅火比賽規(guī)則的機器人。
1選擇嵌入式ARM CortexTM-M3為滅火機器人處理器
嵌入式系統(tǒng)是將先進的計算機技術(shù)、半導(dǎo)體技術(shù)、電子技術(shù)以及通信和語音圖像技術(shù)與各個行業(yè)的具體應(yīng)用相結(jié)合形成的產(chǎn)物，既具有硬件擴展功能還有軟件開發(fā)功能。將嵌入式系統(tǒng)應(yīng)用于滅火機器人的控制器中，使機器人更加的智能化、網(wǎng)絡(luò)化和小型化。
ARM CortexTM-M3內(nèi)含32位72 MHz時鐘主頻，能執(zhí)行實時多任務(wù)進行快速中斷響應(yīng)。CPU 含有5 級流水線，
緊耦合存儲器（TCM），跳轉(zhuǎn)指令高速緩存（BC）等性能增強部件，使得每秒種可執(zhí)行約1 億1 千萬條機器指令。允許用戶自調(diào)主頻以適應(yīng)不同的應(yīng)用場合，具有64Kb 隨機存儲器（RAM）和512kb 程序存儲器（Flash ROM）。
2滅火機器人傳感器系統(tǒng)總體設(shè)計
傳感器用于實時監(jiān)測周圍環(huán)境信息，描述機器人與環(huán)境的相互關(guān)系。主要使用紅外光電傳感器、180。全方位探測復(fù)眼、地面灰度傳感器、內(nèi)置式數(shù)字指南針和聲音啟動模塊，滅火機器人傳感器分布如圖2所示，（〖XC李宗學(xué)-03.TIF〗表示紅外光電傳感器；表示火焰探測傳感器）。
2.1紅外光電傳感器
主要是用來檢測障礙物的，搜索蠟燭所在房間是避免碰撞發(fā)生和檢測房間門口，也稱距離傳感器（PSD傳感器）。紅外光電傳感器的檢測距離為10cm～80cm。通過發(fā)射和接受紅外線來確定障礙物的遠(yuǎn)近。
2.2180°全方位火焰探測傳感器
在滅火比賽中主要用于尋找火源。當(dāng)輸出電壓約等于0時表示沒有火焰，當(dāng)輸出電壓為0.5～2.5V時表示探測到火焰。有效探測距離2m，探測角度為60°，在每個半圓形區(qū)域共有7個通道，180°掃描范圍，同時在機器人前后對稱安裝2個，則可以覆蓋360°范圍。
2.3灰度傳感器
根據(jù)不同顏色地面對光的反射程度的不同，通過比較電壓來檢測場地內(nèi)的房間入口白線、火焰范圍及出發(fā)處。
2.4數(shù)字指南針
數(shù)字指南針連接于控制卡的I2C端口，機器人通過數(shù)字指南針能夠明確自己在滅火場地中的位置，智能定向，使機器人能順利搜索各個房間和在滅火后順利返回出發(fā)點。
3程序設(shè)計
有了以上的硬件基礎(chǔ)，還要有優(yōu)化的程序來支撐，我們采用在房間門口白線處檢測房間內(nèi)有無火焰的方法，節(jié)省時間，減少碰撞。滅火全過程共由避障、找火、滅火和回到出發(fā)點四部分組成。
3.1門口白線處檢測火焰的程序設(shè)計
利用紅外光電傳感器，檢測墻壁實現(xiàn)無碰撞行走。機器人通過地面灰度傳感器檢測每個房間入口的白線，在白線處利用火焰?zhèn)鞲衅骱蜏囟葌鞲衅骺焖偬綔y有無火源，如果檢測到火源，則走進房間蠟燭周圍的白線區(qū)域火焰處啟動滅火風(fēng)扇完成滅火，最后返回到出發(fā)點。其總體算法流程圖如圖3所示。
3.2躲避碰撞程序設(shè)計
滅火機器人主要通過距離紅外傳感器，判斷距離周圍墻壁的遠(yuǎn)近，從而控制機器人無碰撞行走。無火不進房間策略綜合應(yīng)用了右手、左手法則以及固定線路法來躲避障礙物，以沿右墻走為例說明躲避碰撞搜索房間的程序。通過紅外光電傳感器設(shè)置多個條件判斷，對機器人下一步的運動方向做出精準(zhǔn)的判斷，從而躲避碰撞。如表3所示，其中PSD2為右45度角紅外傳感器，PSD1為右紅外傳感器。
3.3機器人尋找火源及回家程序設(shè)計
當(dāng)機器人前、后兩個灰度傳感器檢測的灰度值有較大差距時，則說明機器人處于房間的門口白線處。這時左、右火焰?zhèn)鞲衅骱蜏囟葌鞲衅鳈z測火源，通過前、后溫度傳感器值來判斷房間是否有火。如果有火源則進入滅火階段，通過檢測左右火焰探測傳感器的值來調(diào)整機器人位置使其正對火焰，最后啟動風(fēng)扇將蠟燭熄滅。
在對火源進行滅火后，需返回且停在出發(fā)點位置。返回路線根據(jù)機器人所處的房間不同而不同，如果在1號或者4號房間滅火后走右手法則回家；如果在3號房間則滅火后走左手法則回家；如果在2號房間滅火后先走左手法則，然后走固定直線線路返回到出發(fā)點位置。當(dāng)機器人的地面灰度傳感器檢測前后皆為白色并且紅外光電傳感器檢測前面有墻壁時結(jié)束程序，即回到出發(fā)點成功滅火。
4總結(jié)
滅火比賽的任務(wù)是機器人以最短時間找到火源并熄滅。成功滅火并且用時最短者獲勝。機器人遍歷4個房間后，熄滅4號房間的火源，實際滅火時間大約為7秒左右，接近于國內(nèi)領(lǐng)先水平，其余房間實際滅火時間均在6.5秒以下。實驗表明設(shè)計的滅火機器人能夠較好完成滅火任務(wù).具有一定使用價值。該設(shè)計的創(chuàng)新之處是以ARM CortexTM-M3為核心的嵌入式系統(tǒng)的控制器能夠高速采集和處理傳感器信號。實現(xiàn)7S內(nèi)完成任意房間滅火，并且成本較低，有利于智能機器人早日實現(xiàn)市場化；通過沿墻行進規(guī)則的設(shè)計，機器人的靈敏度和適應(yīng)外界變化的特性明顯提高.且程序簡捷，有利于模塊化編程。
參考文獻
[1]張曉偉.劉盼盼.嵌入式系統(tǒng)設(shè)計原理開發(fā)實例[M].北京：電子工業(yè)出版社，2008.
[2]ASControSet2012控制器使用手冊[M].上海：上海廣茂達，2012.
[3]梁毓明，徐立鴻.移動機器人多傳感器測距系統(tǒng)研究與設(shè)計[J].計算機應(yīng)用，2008，28（6）：340343.
[4]SETHARES W A，MORRIS R D，SETHARES J C.Beat tracking of musical performances using lowlevel audio features[J].IEEE Transactions on Speech and Audio Processing，2005，13（2）：110113.
[5]NISSON N J.Artificial intelligence：a new synthesis[M].Beijing：China Machine Press，2006：5860.
[6]卓晴，黃開勝，邵貝貝等.學(xué)做智能車[M].北京：北京航空航天大學(xué)出版社，2007.
[7]孫涵芳，徐愛卿.MCS-51/96單片機原理及應(yīng)用[M].北京：北京航空航天大學(xué)出版社，2005.
[8]陶敏，陳新，孫振平.移動機器人定位技術(shù)[J].火力與指揮控制，2010，35（7）.
機器人設(shè)計范文3
關(guān)鍵詞：機器人；變半徑管道；修補；蝸輪蝸桿
1 前言
目前細(xì)小型管道已廣泛應(yīng)用在電力，制冷，航空航天等領(lǐng)域。而隨之而來的細(xì)小的查漏、排障、修補等問題也日益引起業(yè)界的廣泛關(guān)注。本文所研制的機器人主要應(yīng)用于內(nèi)徑50-70mm的管道中的查漏和修補，通過機器人攜帶的超聲波傳感器及紅外線傳感器可排查阻塞管道的障礙和檢測管道縫隙，機器人上安裝有修補劑涂抹機構(gòu)，通過CCD成像技術(shù)可使機器人準(zhǔn)確的修補管道縫隙。
2 總體結(jié)構(gòu)設(shè)計
本研究中機器人主要由行走機構(gòu)，變徑機構(gòu)，涂膠及檢測機構(gòu)組成；總體結(jié)構(gòu)示意圖，如圖1所示：
圖1 總體結(jié)構(gòu)圖
1.變徑機構(gòu) 2.行走機構(gòu) 3.涂膠及檢測機構(gòu)
2.1 行走機構(gòu)
機器人的行走機構(gòu)由四個行走單元組成，每個單元固定在變徑滑道上，由此組成機器人的行走機構(gòu)。行走單元機構(gòu)示意圖如圖2所示：
圖2 行走機構(gòu)
1.支架 2.從動輪 3.驅(qū)動電機 4.從動輪連桿
5.從動輪扭簧 6.從動軸 7.主動輪
8.主動軸 9.蝸輪 10.蝸桿
機器人行走時由3驅(qū)動10帶動9和8旋轉(zhuǎn)，主動輪7帶動機器人在管壁內(nèi)行走，從動輪2通過扭簧5及從動輪連桿的被動的適應(yīng)在管壁上，由于機器人的行進從動輪2從動旋轉(zhuǎn)以增加機器人和管道壁的接觸長度。
2.2 變徑機構(gòu)
變徑機構(gòu)部分主要有滑道、滑塊、連桿及拉簧組成。機器人進入管道時拉簧要有一定的預(yù)緊力，以增加機器人行進的驅(qū)動力，機器人行進至變半徑管道時，由于管道半徑發(fā)生了變化，導(dǎo)致機器人行走單元上相對主動輪間的距離變化，連接各單元的拉簧長度變化致使滑塊在滑道上滑動，從而適應(yīng)變化后的新半徑。具體結(jié)構(gòu)如圖3所示：
圖3 變半徑機構(gòu)
1.單元固定塊 2.拉簧 3.變徑連桿 4.滑塊
5.行走單元 6.滑道 7.主動輪
8.支架 9.扭簧 10.從動輪
機器人行走在變半徑管道內(nèi)，當(dāng)管道半徑發(fā)生變化時，3、4、7可視為的搖桿機構(gòu)，由扭簧2的伸縮帶動滑塊4在滑道6上滑動，滑塊4通過變徑連桿3拉動支架8沿管壁半徑方向擺動，使主動輪7適應(yīng)管內(nèi)半徑的變化，從動輪10通過扭簧9的作用也在管道半徑方向上擺動，從而適應(yīng)管道半徑的變化。
2.3 涂膠及檢測機構(gòu)
圖4 涂膠及檢測部分
1.推出電機 2.檢測攝像機 3.推出絲杠
4.行進攝像機 5.澆池 6.注膠電機
機器人在管道里行進時通過行進攝像頭4實時監(jiān)控管道內(nèi)的情況，攝像機前端安裝有一周LED發(fā)光體，通過手持終端來調(diào)整機器人的速度和姿態(tài)，通過檢測攝像機2反饋回的圖像信號檢測管壁的情況，當(dāng)發(fā)現(xiàn)管壁有需要作業(yè)的區(qū)域，通過手持終端的控制，驅(qū)動電機3帶動澆池5沿管壁半徑方向調(diào)整，當(dāng)對準(zhǔn)作業(yè)區(qū)域時，電機6旋轉(zhuǎn)通過絲杠螺母機構(gòu)擠壓澆池5，使膠涂抹在作業(yè)區(qū)域，完成一次作業(yè)任務(wù)。
2.4 機器人的轉(zhuǎn)彎
機器人的轉(zhuǎn)彎是通過控制行進電機的差速實現(xiàn)的，通過控制行進電機的速度及旋轉(zhuǎn)方向可以使機器人在狹小管道內(nèi)靈活的轉(zhuǎn)彎。
5 總結(jié)
基于直流電機驅(qū)動蝸輪蝸桿機構(gòu)、扭簧和連桿機構(gòu)被動適應(yīng)的細(xì)小管道機器人，采用這種機構(gòu)可以提高機器人的爬行牽引力，結(jié)構(gòu)簡單、緊湊，能適應(yīng)不同的管道半徑，轉(zhuǎn)彎靈活，控制簡單，其力學(xué)特性分析證明，保持較小的姿態(tài)角能提高機器人的牽引力，管道被動適應(yīng)機構(gòu)的張開過程是一個復(fù)雜的受力過程，在設(shè)計中應(yīng)給予著重考慮。
參考文獻
[1] 許馮平, 鄧宗全. 管道機器人在彎道處通過性研究[J]. 機器人, 2004, 26(2)： 155-160
[2] 張永順, 鄧宗全, 賈振元等. 管道內(nèi)輪式移動機器人彎道內(nèi)驅(qū)動控制方法[J]. 中國工程機械, 2002, 13(18)： 1534- 1539
[3] 張云偉, 顏國正, 丁國清等. 煤氣管道機器人管徑適應(yīng)調(diào)整機構(gòu)分析[J]. 上海交通大學(xué)學(xué)報, 2005, 39(6)： 950-959
[4] 張秀麗. 一種小型管道檢測機器人[J]. 機器人, 2001(10)： 626-629
機器人設(shè)計范文4
關(guān)鍵詞：人形機器人；單片機；軟件
中圖分類號：TP242 文獻標(biāo)識碼：A
0.引言
如今，機器人技術(shù)在軍事、生產(chǎn)和生活領(lǐng)域中得到了廣泛的應(yīng)用。隨著機械化、自動化和智能化技術(shù)的發(fā)展，許多先進的技術(shù)已應(yīng)用于各類機器人中。人形機器人的出現(xiàn)是控制科學(xué)、傳感器技術(shù)、人工智能等學(xué)科的技術(shù)進步。人形機器人的設(shè)計和發(fā)展在生活中應(yīng)用前景較廣，如引路機器人、點菜機器人、問詢機器人等。本設(shè)計完成了一個具有17關(guān)節(jié)的機器人外形設(shè)計和零部件加工制作、電路設(shè)計和搭建和軟件編程調(diào)試，最終實現(xiàn)了一個能夠按照預(yù)先設(shè)置程序而動作的機器人。
1.外形設(shè)計
要使機器人動起來，必須借助電機的轉(zhuǎn)動控制機器人的關(guān)節(jié)以某種規(guī)則轉(zhuǎn)動。人形機器人整體采用1.5mm厚輕質(zhì)鋁板手工加工而成，如圖1所示。機器人頭部采用一個90°的9g舵機帶動，可以實現(xiàn)頭部的左右轉(zhuǎn)動運動。其余16個舵機均采用270°的60g金屬齒大扭矩舵機。每條手臂由3個舵機構(gòu)成，其中一個舵機固定在胸板上，控制手臂的前后旋轉(zhuǎn)運動；一個舵機控制手臂的上下運動；一個舵機控制小臂的運印C刻跬炔坑4個舵機組成，其中最上方舵機控制腿部左右運動；其余3個舵機控制腿部彎曲的運動。每只腳部由1個舵機組成，控制腳部左右方向的運動。除了胸板、胸板外殼、頭部、腳板以外，其余所有關(guān)節(jié)連接均采用標(biāo)準(zhǔn)件完成。機械連接件均在本校內(nèi)加工中心由師生共同完成。最終機器人高度為500mm，寬度270mm，臂展560mm，臂長180mm，總質(zhì)量約1.5kg。
經(jīng)測量，機器人重心在膝蓋附近。機器人重心越低，機器人運動越加平穩(wěn)。反之機器人重心約高，機器人穩(wěn)定性越差。本設(shè)計電源分布在機器人胸板偏下，兩塊鋰電池左右對稱安置，避免破壞機器人的平衡性。
2.電路設(shè)計
人形機器人由舵機電源電路、單片機電源電路、單片機最小系統(tǒng)電路和舵機控制電路四部分組成。由于需要同時驅(qū)動17個舵機，故本設(shè)計采用2塊額定電壓為7.4V的輕質(zhì)鋰電池為機器人供電，其中頭部舵機、單片機最小系統(tǒng)和其中7個關(guān)節(jié)舵機采用一塊電池供電，另外9個關(guān)節(jié)舵機由另一塊電池供電。
因為60g舵機的驅(qū)動電流較大，故采用LM29302驅(qū)動，其驅(qū)動電流可達到3A。為保證供電平衡，本設(shè)計中采用4塊LM29302構(gòu)成4個可調(diào)穩(wěn)壓電路模塊，經(jīng)調(diào)節(jié)后穩(wěn)壓輸出6V（±5%）為舵機供電，每個模塊控制4個舵機。如圖2所示為LM29302電路圖。頭部舵機、單片機最小系統(tǒng)采用LM2940穩(wěn)壓輸出5V控制。
機器人核心控制板采用作者本人設(shè)計PCB印制電路板，如圖3所示。該PCB中需要將XS128最小系統(tǒng)板插入在引腳座中。核心板中包含LM2940穩(wěn)壓電源線路，并引出了最小系統(tǒng)中的80個引腳。
3.軟件設(shè)計
（1）舵機控制
本設(shè)計中的舵機均為數(shù)字舵機，采用PWM信號控制。MC9S12XS128系列芯片帶有7路引出的PWM輸出口，其余10路PWM信號輸出采用10個I/O口由軟件模擬實現(xiàn)。調(diào)試前，先找到每個舵機的中間位置點和運動范圍區(qū)間，記錄角度和對應(yīng)的PWM值，最終實現(xiàn)線性控制。每個舵機的單獨控制可以近似采用y=kx+b的數(shù)學(xué)模型。
（2）動作控制
程序采用C語言編程，每個舵機關(guān)節(jié)的運動采用一個獨立的函數(shù)編寫完成，并建立模塊化程序，通過各個模塊的協(xié)調(diào)運行實現(xiàn)機器人的協(xié)調(diào)運動。同時程序中具有良好的可維護性和擴展性，可以滿足隨時加入新的動作。本設(shè)計編寫了一套“舞蹈”動作和一套行走動作。
（3）單片機初始化
本設(shè)計采用MC9S12XS128型號單片機。其中包含以下初始化程序模塊：PLL模塊主頻80MHz；PWM模塊不級聯(lián)輸出；PIT定時中斷和外部觸發(fā)中斷；I/O輸入輸出接口模塊。
結(jié)論
人形機器人在今后生活中的應(yīng)用前景較大，配有GPS功能、語音功能和網(wǎng)絡(luò)化管理的人形機器人是未來人形機器人發(fā)展的趨勢。但這些智能化的功能都需要以機器人穩(wěn)定的行動能力為基礎(chǔ)。經(jīng)驗證，本設(shè)計的機器人能夠?qū)崿F(xiàn)基本動作的展示和行走。下一步，可以在本文研究的基礎(chǔ)上，加入如語音問詢和導(dǎo)航功能，從而進一步提高人形機器人的智能化程度。
參考文獻
[1]虞漢中，馮雪梅.人形機器人技術(shù)的發(fā)展與現(xiàn)狀[J].機械工程師，2010（7）：3-4.
機器人設(shè)計范文5
關(guān)鍵詞：STM32單片機、限位開關(guān)、步進電機
Abstract： The solar cell board cleaning device is controlled by STM32 microcontroller as the control part，Connecting the rail （belt drive） with two two phase hybrid stepping motor，XY rectangular coordinate system is composed of a solar panel to clean the solar panels.A line of cleaning is carried out at the level of the horizontal direction，End of a line，The vertical direction of stepper motor drives the horizontal guide rail overall move a distance by the limit switch trigger，Then the horizontal direction of the cleaning device and then a line level，So go round and begin again until the entire cleaning， cleaning the panels.At this point， the limit switch to the end of the vertical guide rail，The whole device will be reversed in the vertical direction to the starting position， then the cleaning will be completed.
Key word：STM32 single chip microcomputer、Limit switch、Stepper motor
0引言
隨著時代的發(fā)展，節(jié)能成為當(dāng)今社會的又一大主題。其中，太陽能成為大家的研究對象。太陽能電池板將會成為世界節(jié)能的主流方向。目前，國內(nèi)家用太陽能電池板越來越普及，但若要清理電池板，則需我們?nèi)藶榈那謇怼Ｓ捎谔柲茈姵匕宕蠖喟惭b在較高處，一般情況很難清理。而我國在清潔太陽能電池板機器人這塊兒，仍處于初期的探索階段，很多核心技術(shù)尚未掌握，市面上也很少有太陽能電池板清潔機器人。所以對清潔太陽能電池板機器人的設(shè)計的研究就顯得十分重要，使其可以在危險的環(huán)境下替代工人勞動，并且已在各個領(lǐng)域發(fā)揮不凡的作用。
從市場供應(yīng)層面看，雖然國際市場已經(jīng)有類似的產(chǎn)品，但是日本掌握著較為成熟的技術(shù)和生產(chǎn)，我國在這方面仍處于各方探索的初期階段，深入研究和創(chuàng)新仍是我們的目標(biāo)。從市場需求層面看，環(huán)保節(jié)能逐漸成為生產(chǎn)的宗旨，太陽能電池板提供的清潔能源且取之不竭，家用太陽能的供電模式將成為主導(dǎo)，保持板面清潔是提高效率的必要選擇，在我國已有的研究成果上擴大其功能和適用范圍是我們研究的終極目標(biāo)。將環(huán)保節(jié)能意識貫徹始終是我們作此研究的重要意義。
1方案論證與比較
1.1 整體結(jié)構(gòu)選擇
方案一：選用外形小車結(jié)構(gòu)的模型，為清潔機器人裝上吸附裝置、清潔裝置、蓄電裝置、遙控裝置。這種設(shè)計方法最終機器人清潔靈活，技術(shù)上和產(chǎn)品上較為優(yōu)越，但是在小車指定區(qū)域內(nèi)循跡難以實現(xiàn)，算法結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜。技術(shù)要求較高，成本昂貴。
方案二：采用機械臂式框架結(jié)構(gòu)設(shè)計，采用單片機控制運行軌跡進行清潔，結(jié)構(gòu)簡單，成本適宜，實現(xiàn)較大面積清潔相對方便快捷。
相比之下選用方案二。
1.2 電機及運行方式
方案一：電機選擇兩相步進電機作為驅(qū)動裝置，兩個兩相步進電機連接導(dǎo)軌（皮帶傳送）。組成XY坐標(biāo)系，以太陽能電池板中心為始點，驅(qū)動電機實現(xiàn)有內(nèi)線外漸開式走矩形路線，直到將板清掃完。此方案的驅(qū)動部分程序設(shè)計相對復(fù)雜。
方案二：電機選擇兩相步進電機作為驅(qū)動裝以置，兩個兩相步進電機連接導(dǎo)軌（皮帶傳送）。組成XY坐標(biāo)系，先后驅(qū)動水平和垂直方向上的電機，實現(xiàn)清掃裝置部分進行己字形路線清掃。此種方法實現(xiàn)簡單，程序設(shè)計清晰不復(fù)雜。故選用方案二。
1.3 清潔裝置選擇
方案一：在清掃部分使用毛刷，在裝置按軌跡運動過程中，帶動毛刷將電池板上的灰塵刷掉，并在毛刷周圍固定上海綿，進行二次擦拭。此方案設(shè)計簡單，成本較低，但是對于附著較緊的污漬清掃效果不理想。
方案二：在清掃部分使用直流電機帶動圓盤刷進行清掃，這樣毛刷可獲得較大的動力，清掃效果可以得到明確的提高。故采用方案二。
1.4 單片機選擇
方案一：51單片機：價格便宜，引腳功能簡單，但對復(fù)雜控制有些力不從心。
方案二：STM32系列單片機高性能，低成本，低功耗且功能強大，若以后要對設(shè)計進行改進則可方便實現(xiàn)。故采用方案二。
1.5 總體方案論述
此太陽能電池板清潔裝置以STM32單片機作為控制部分，以兩個兩相混合步進電機連接導(dǎo)軌（皮帶傳動），組成XY直角坐標(biāo)系對太陽能電池板進行清掃，清掃部分采用直流電機帶動圓盤刷隨驅(qū)動裝置按軌跡運動。清掃開始時先在水平方向上進行一行清掃，一行清掃結(jié)束，由限位開關(guān)觸發(fā)使得垂直方向上步進電機帶動水平導(dǎo)軌整體移動一段距離，然后水平方向上清掃裝置再進行一行水平清掃，就這樣周而復(fù)始的清掃，直至將整個電池板清掃完，此時碰到垂直導(dǎo)軌末端的限位開關(guān)，則整個裝置將在垂直方向上逆向行駛到啟動位置，這時本次清掃將全部完成。裝置實物圖如圖1所示。
圖1 裝置實物圖
1.6 系統(tǒng)總體框圖
2 硬件介紹
2.1 太陽能電池板板樣
選用模板大小為50cm X 70cm的家用太陽能電池板為實驗樣板，電池板實物如下：
圖2 太陽能電池板
2.2 兩相步進電機
本實驗選用電機為57BYGH301，其各項參數(shù)可在下表中查詢：
2.3 M542H 兩相混合式步進電機驅(qū)動器
M542H 細(xì)分型兩相混合式步進電機驅(qū)動器，采用直流 18～50V 供電，適合驅(qū)動電壓 24V～50V，電流小于 4.2A 外徑 42～86 毫米的兩相混合式步進電機。此驅(qū)動器采用交流伺服驅(qū)動器的電流環(huán)進行細(xì)分控制，電機的轉(zhuǎn)矩波動很小，低速運行很平穩(wěn)，幾乎沒有振動和噪音。硬件如下：
圖3 步進電機驅(qū)動器
2.3.1 電氣參數(shù)
輸入電壓： 直流 24～50V 輸入
輸入電流： 小于 4 安培
輸出電流： 1.0A～4.2A
功 耗 功耗：80W； 內(nèi)部保險：6A
溫 度： 工作溫度-10～45℃；存放溫度-40℃～70℃
濕 度： 不能結(jié)露，不能有水珠
氣 體： 禁止有可燃?xì)怏w和導(dǎo)電灰塵
注：撥碼開關(guān)請在未上電時調(diào)好，嚴(yán)禁帶電操作，切記！
2.3.2 控制信號接口
PLS+： 步進脈沖信號輸入正端或正向步進脈沖信號輸入正端
PLS-： 步進脈沖信號輸入負(fù)端或正向步進脈沖信號輸入負(fù)端
DIR+： 步進方向信號輸入正端或反向步進脈沖信號輸入正端
DIR-： 步進方向信號輸入負(fù)端或反向步進脈沖信號輸入負(fù)端
ENA+： 脫機使能復(fù)位信號輸入正端
ENA-： 脫機使能復(fù)位信號輸入負(fù)端
2.3.3 撥碼開關(guān)
為了驅(qū)動不同扭矩的步進電機，用戶可以通過驅(qū)動器面板上的撥碼開關(guān) SW1、SW2、SW3位來設(shè)置驅(qū)動器的輸出相電流（有效值）單位安培，各開關(guān)位置對應(yīng)的輸出電流不同。
2.3.4 驅(qū)動器接線
一個完整的步進電機控制系統(tǒng)應(yīng)含有步進驅(qū)動器、直流電源以及控制器（脈沖源）。以下為典型系統(tǒng)接線圖：
圖4 步進電機接線圖
3 軟件程序流程圖
4 實驗結(jié)果
（1）經(jīng)過試驗測試，此太陽能電池板清掃裝置可實現(xiàn)傾斜的電池板的清掃工作，
清掃效果良好，能將附著較緊的污漬清掃干凈。
（2）通過加長水平導(dǎo)軌可實現(xiàn)對多塊太陽能電池板的跨板清掃。從實際使用效果看總體達到實驗基本要求。
5 總結(jié)
本次設(shè)計剛開始選定題目后，經(jīng)過討論選定了一個方案小車模型的清掃裝置，但由于設(shè)計所需知識水平較高，最終經(jīng)過較長時間的研究，也沒有將實驗做出實質(zhì)性的進展，致使浪費很多時間。當(dāng)我們從頭開始后，汲取之前的教訓(xùn)，最終確定了現(xiàn)在導(dǎo)軌框架清掃方案。
當(dāng)然在完成設(shè)計后仍有許多有待改進的地方，這都是我們今后努力的方向。并且實驗中每一個實驗成員配合更加默契，更加懂得了團結(jié)協(xié)作的重要性。這在我們今后的生活工作中都會是非常重要的寶藏。
參考文獻：
[1]濮良貴，紀(jì)名剛，陳國定，等.機械設(shè)計（第八版）[M].高等教育出版社，2007.
[2]大連理工大學(xué)工程畫教研室.機械制圖（第五版）[M].高等教育出版社，2003.
機器人設(shè)計范文6
關(guān)鍵詞：stm32；傳感器；滅火機器人
DOI：10.16640/ki.37-1222/t.2016.10.127
1 系統(tǒng)整體方案設(shè)計
智能滅火機器人在聲音或人工啟動后 ，左右兩側(cè)的電機被驅(qū)動旋轉(zhuǎn)，小車在前進的過程中，通過兩側(cè)夾角固定紅外傳感器，來調(diào)整兩輪的轉(zhuǎn)速，是車體達到前行方向，前行過程中實時監(jiān)測是否有火源存在，若火焰?zhèn)鞲衅鳈z測到有火源時，向火源靠攏，當(dāng)與貨源達到一定距離時，溫度傳感器接收到信號，在單片機處理下使風(fēng)扇轉(zhuǎn)動，直至火源被滅才停止旋轉(zhuǎn)，然后繼續(xù)尋找下一火源。
系統(tǒng)總體設(shè)計框圖如圖1。
2 系統(tǒng)硬件設(shè)計
2.1 結(jié)構(gòu)設(shè)計
在綜合考慮工作受地面摩擦、機器人慣性、機器人電機的轉(zhuǎn)數(shù)差、齒輪箱與輪子的摩擦、電壓變化等多個因素影響后，為了方便小車在前進過程中，能夠直線前進，且沒有左右較大的晃動，而且能夠平穩(wěn)轉(zhuǎn)彎，我們采用圓形車體，兩電機驅(qū)動，前后各安裝一個萬向輪。
車體主要由電路板，車底盤，風(fēng)扇架，車輪等構(gòu)成，為了更加節(jié)省車體空間，我們在設(shè)計電路板時，將穩(wěn)壓芯片，電機驅(qū)動，stm32芯片都焊接在一塊板子上，使整個車體看起來更整潔更美觀。在車體前方安裝5個紅外傳感器，并且距中心紅外各岔開30度，將兩個傳感器放在車盤后面，距中心岔開60度。這樣能夠使探測的范圍更大，有利于對墻壁的探測。紅外的距離大概8cm，經(jīng)過檢測，這樣車體能夠最快修正，更加平穩(wěn)。電池放于車底盤下面，將車的重心降低，更有利于車體穩(wěn)定。將風(fēng)扇提高能夠略高于火源，而溫度傳感器與火焰?zhèn)鞲衅饕话闩c火源同等高度，風(fēng)扇要有大概10度的向下傾角，這樣就能保證最大范圍的滅火。
2.2 電源管理模塊設(shè)計
電源管理模塊包括穩(wěn)壓模塊與驅(qū)動模塊。由于單片機及所有的傳感器系統(tǒng)供電采用的是5V的電源，而車體要良好的運行電機的供電電壓應(yīng)該達到12V，所以在電源的處理上采用了穩(wěn)壓芯片，LM2596來穩(wěn)5V，以供傳感器使用，電機驅(qū)動模塊使用直流12V，使用一款MC34063 升壓芯片。由于傳感器數(shù)量較多，尤其紅外傳感器所消耗的電流較大，這便是我們使用LM2596的原因。
電機驅(qū)動芯片我們采用的是 LR7843 ，電機驅(qū)動電路為一個由分立元件制作的直流電動機可逆雙極型橋式驅(qū)動器，其功率元件由4片 N 溝道功率 MOS 管組成，額定工作電流可以輕易達到 100A 以上，大大提高了電動機的工作轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)速。該驅(qū)動器主要由以下部分組成：功率 MOS 管柵極驅(qū)動電路、 IR2104驅(qū)動芯片、74HC08D與門芯片等。
2.3 傳感器模塊設(shè)計
紅外傳感器采用E18-D80NK，傳感器具有探測距離遠(yuǎn)、受可見光干擾小、價格便宜、易于裝配、使用方便等特點。紅外發(fā)射管發(fā)射出經(jīng)過調(diào)制過的38KHZ的紅外光，當(dāng)前方?jīng)]有障礙物時，接收器收不到紅外光，相反當(dāng)前方有障礙物時，接受器可以收到紅外光。根據(jù)此原理，機器人可以感知前方的路況從而決定是否前行。聲音傳感器是固定頻率聲控的，內(nèi)部含有鑒頻器，可以對固定頻率音頻信號識別；放大器對麥克風(fēng)的聲音進行100倍放大，并從接口插針輸出，可以精密多圈電位器調(diào)節(jié)頻率。這樣我們就可以更加準(zhǔn)確的控制小車，不至于在雜音下啟動。溫度傳感器采用的是DS18B20 測溫模塊，其板載DS18B20芯片，同時留有3P圓孔座，方便插拔DS18B20芯片，芯片引腳已經(jīng)全部引出，內(nèi)置上拉電阻，方便使用，價格便宜，能夠精確檢測與火源距離，使小車實現(xiàn)完全自動化。火焰?zhèn)鞲衅髋c風(fēng)扇模塊選材，滿足需求即可，但其位置有較為嚴(yán)格要求，火焰?zhèn)鞲衅髯詈檬褂?路，分布原理與紅外傳感器分布原理相似，方便在檢測火源后校正角度。風(fēng)扇最好選用大功率空心杯等，能夠保證足夠的風(fēng)力滅火，使用繼電器控制其開關(guān)。
3 軟件設(shè)計
程序的開發(fā)是在Keil開發(fā)環(huán)境下進行的，包括源程序的編寫、編譯和鏈接，并最終生成可執(zhí)行文件。軟件設(shè)計部分包括系統(tǒng)初始化、 數(shù)據(jù)采集與處理、 電機控制、滅火等部分。
在小車接收到信號啟動后，實時監(jiān)測是否有火源存在，在紅外傳感器沒有檢測到物體時，小車則向兩邊斜向靠攏，以便貼近障礙物行駛。若檢測到火源，根據(jù)火焰?zhèn)鞲衅鱽砼袆e火源的方向，并逐漸向火源靠攏，靠近過程中及時修正車體方向，在距火源達到一定距離后，溫度傳感器接收到信號，通過單片機控制繼電開通，促使風(fēng)扇轉(zhuǎn)動，直至檢測不到火源時風(fēng)扇停止。為防止火復(fù)燃，需小車在原地靜定幾秒鐘，確定無火源時再離開，繼續(xù)尋找下一火源。
4 結(jié)論
順應(yīng)于現(xiàn)代滅火技術(shù)的理念，基于stm32核心處理器，合理搭建小車機械結(jié)構(gòu)，使用紅外傳感器避障，聲音傳感器啟動，火焰?zhèn)鞲衅鳈z測火源，溫度傳感器控制與火源距離，用風(fēng)扇滅火，我們設(shè)計出一種運行穩(wěn)定，價格低廉，可靠且可行的全自動智能滅火機器人。
參考文獻：
[1] （美）麥庫姆.小型智能機器人制作全攻略[M].（第4版）北京：人民郵電出版社，2013（06）.
