[工学]慧鱼机器人毕业论文.doc

摘 要摘 要智能机器人被人们称为第三代机器人，是能利用感觉和识别功能做决策行动的机器人本文以慧鱼创意组合模型为平台，设计出一种智能机器人——循迹边界识别小车小车利用微动开关检测边界，利用光电管进行循迹小车采用慧鱼智能接口板进行控制，用直流电动机驱动该智能小车的机械结构可以实现反复拆装，无限组合控制软件为ROBO Pro，控制机器人完成一系列复杂动作：如寻找轨迹——沿轨迹行走——遇到边界停止——回避边界——继续寻找轨迹——继续沿轨迹行走等本文首先对小车的总体结构进行分析，确定驱动方案和传动方案，然后按照模块化设计方法组装搭建小车结构，最后对智能小车的循迹和边界识别的控制系统进行了研究，完成了智能小车硬件设计及软件设计，成功实现了主动循迹和边界识别功能关键词 ：智能机器人 慧鱼 循迹 边界识别 ITitle Tracking and boundary identification of the smart car AbstractIntelligent robots are known as the third-generation robot, it is able to utilize to feel and identify decision-making action. In this paper, the creative combination of Fischertechnik model as a platform to design an intelligent robot - car tracking to avoid the cliff. Car use micro-switches test the cliff and use photocell cell for tracking. The cars adopt Fischertechnik Intelligent board with two DC motor drive. The intelligent car's mechanical structure can be repeated disassembly, infinite combinations. Control system can identify ROBO PRO as the core. Such as the searching for the track、walking along the tracks、stopping to face cliff、avoiding the cliff 、continuing to look for the track and continuing to walk along the track. In this paper, the first analysis the overall structure of the car to determine the driver program and drive program, establish the car in accordance with the method of modular design structure and finally research the car control system. In this paper, study the smart car tracking and avoiding the cliff, completed the Smart car hardware production and software design, and successfully implemented the function of tracking and avoiding the cliff.Keywords : Robot;  Fischertechnik ; Tour Line; Boundary identification - 1 -- -目录目 录摘 要 IABSTRACT II第1章 绪论 11.1选题背景及意义 11.2国内外机器人的发展现状 21.3慧鱼机器人的前景 3第2章 智能小车的总体设计 52.1智能小车实现功能 52.1.1边界识别功能 62.1.2循迹功能 62.1.3循迹加边界识别功能 62.2小车驱动方案的对比分析及选择 62.3智能小车传动方案的对比分析及选择 72.4小车控制系统的总体设计 72.5 循迹边界识别小车总体设计简图 82.6 本章小结 9第3章 智能循线避障机器人结构设计 103.1硬件设计 103.2硬件的选择 103.3智能车本体结构 133.3.1机器人各部分设计 133.3.2机器人硬件安装 143.4小结 15第4章 智能小车的软件设计 164.1软件设计实现要求 164.2控制程序模块化 164.3 主程序 174.4边界识别子程序 17边界返回方法的最优化 184.5寻找轨迹子程序 194.6进、后退、停止、左右转子程序 204.7沿轨迹行走子程序 204.8 LLWin3.0控制系统的调试 214.8.1调试前的准备工作 214.8.2程序调试 224.8.3运行结果 224.9小结 22结 论 23致 谢 24参考文献 25第1章 绪 论第1章 绪 论1.1选题背景及意义 “慧鱼创意组合模型”又称“工程积木”，“智慧魔方”，简称“慧鱼”。

它是由德国发明家Artur Fisher博士于1964年发明的它具有一般机械所具有的零部件，如齿轮、电机、电气开关等，通过声、光、电和辅助技术的配合，能够模拟各种机械运动和机械设备的自动控制，而且有比较真实的功能[1]慧鱼创意组合模型是对各种工业机器人的模型，通过对模型的仿真来实现机器人的设计工作机器人技术是综合了计算机、控制论、机构学、信息和传感技术、人工智能、仿生学等多门学科而形成的高新技术国际标准化组织（ISO）对机器人的定义:机器人是一种自动的、位置可控的、具有编程能力的多功能操作机，这种操作机具有几个轴，能够借助可编程操作来处理各种材料、零件、工具和专用装置，以执行各种任务[2]工业机器人是机器人的主要研究类型，它并不是简单意义上代替人工的劳动，而是综合了人的特长和机器特长的一种拟人的电子机械装置，既有人对环境状态的快速反应和分析判断能力，又有机器可长时间持续工作、精确度高、抗恶劣环境的能力从某种意义上来说，机器人是机器进化过程的产物，是工业以及非产业界的重要生产和服务性设备，也是先进制造技术领域不可缺少的自动化设备工业机器人由机械本体、控制器、伺服驱动系统和检测传感装置构成，是一种仿人操作、自动控制、可重复编程、能在三维空间完成各种作业的机电一体化自动设备，适合于多品种、变批量的柔性生产。

它对稳定和提高产品质量，提高生产效率，改善劳动条件和产品的快速更新换代起着重要的作用从20世纪80年代以来，机器人技术的不断进步，其在各个领域的应用日益广泛，引起了各国专家学者的普遍关注许多发达国家均把机器人技术的开发和研究列入国家高新技术发展计划世界各国普遍在高等院校为大学本科生及研究生开设机器人技术的有关课程为了培养机器人开发、设计、生产、维护方面的人才，我国很多高校也为本科生和研究生开设了机器人学课程因此，教学型机器人越来越受到科研单位以及高校的重视教育机器人是一类应用于教育领域的机器人，它一般具备以下特点：首先是教学适用性，符合教学使用的相关需求；其次是具有良好的性能价格比，特定的教学用户群决定了其价位不能过高；再次就是它的开放性和可扩展性，可以根据需要方便地增、减功能模块，进行自主创新；此外它还应当有友好的人机交互界面[3]目前国内的教育机器人产品近20种，包括上海广茂达公司生产的能力风暴智能机器人、西觅亚科技生产的乐高机器人、慧鱼公司生产的慧鱼机器人等1.2国内外机器人的发展现状机器人从20世纪50年代诞生以来，在短短的50多年里得到了迅速的发展，经历了第一代工业机器人的研究、实用化和普及，第二代感知功能机器人的研究、实用化，以及第三代智能机器人的研究等各个阶段。

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，它就能完成任务知思维和人机通讯的这种功能和机能，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，而只是随着我们科学技术的不断发展，智能的概念越来越丰富，它内涵越来越宽泛[4]1954年，美国的George.Devol首先把远程控制器的杆结构与数控铣床的伺服轴结合起来，研制出了第一台通用机械手这种机械手可以通过让其沿一系列点运动，将运动位置以数字形式存储起来，动作执行时，使伺服系统驱动机械手各关节轴来再现这些位置，从而让机械手完成一些简单的工作正是由于这个机械手具有了编程示教再现功能，因此许多人把它作为现代工业机器人产生的标志[5]在随后的生产应用中，为了适应各种不同用途需要，相继出现了直角坐标、关节坐标、极坐标等许多种不同结构的机器人与第一代示教再现型机器人不同，第二代机器人是具有感觉功能的适应控制机器人这种机器人带有传感器，能感知环境和对象的情况以控制自身动作的变化智能机器人的研究是一个艰巨而又广泛的问题，随着研究的不断深入，相关科学的飞速发展，智能机器人在不久的将来一定会出现。

据UNECE(联合国欧洲经济委员会)和IFR(国际机器人联合会)统计，从20世纪70年代起，世界机器人产业一直保持着稳步增长的良好势头进入90年代，机器人产品发展速度加快，年销售量增长率平均在10％左右；2004年增长率达到了创记录的20％，其中，亚洲机器人增长幅度最为突出，增长43％[6-8]我国的机器人研究开发工作始于上世纪70年代初，到现在已经历了30多年的历程前10年处于研究单位自行开展研究工作状态，发展比较缓慢1985年后开始列入国家有关计划，发展比较快特别是在“七五”、“八五”、“九五”机器人技术国家攻关和“863”高技术发展计划的重点支持下，我国的机器人技术取得了重大发展在机器人基础技术方面：诸如机器人机构的运动学、动力学分析与综合研究，机器人运动的控制算法及机器人编程语言的研究，机器人内外部传感器的研究与开发，具有多传感器控制系统的研究，离线编程技术、遥控机器人的控制技术等均取得长足进展，并在实际工作中得到应用在机器人操作机研制方面：已开发出一些先进的操作机和特种机器人，如自动导引车AGV，壁面爬行机器人，重复定位精度为±0.024mm的装配机器人；可潜入海底6000m的水下机器人，移动遥控机器人，主从操作机器人等，有些已达实用化水平并用于实际工程。

在机器人的应用工程方面：目前国内已建立了多条弧焊机器人生产线，装配机器人生产线，喷涂生产线和焊装生产线国内的机器人技术研发力量已经具备了大型机器人工程设计和实施的能力，整体性能已达到国际同类产品的先进水平，而整体价格仅为国外同类产品的三分之二甚至一半，具有很好的性能价格比和市场竞争力[9-11]综上所述，我国机器人发展已跨过了起步阶段，走上了进步和发展的道路今后的任务是把机器人技术推广到更多的工业自动化生产领域和其他更广泛的应用领域，大力开展跨国区域交流合作，与国际接轨，早日跻身于世界先进行列目前我们国家比较有代表性的研究有：工业机器人，水下机器人，空间机器人，核工业的机器人。