【S083】自装载卸货机器人
作品说明 |
作者：刘磊 毕崇庆 宋博超 张凯军
单位：内蒙古工业大学 机械学院
指导老师：武建新
“探索者”机器人创意组件是机器时代推出的一套机器人创新设计理念产品。探索者采用了世界先进的仿生和欠驱动设计理念，机械结构设计概念明显，传动结构突出，可以满足绝大部分的机械原理结构。金属机械零件美观耐用，除了可以的搭建常规的机器人机构，还可以组合成各种仿真及智能家居产品。
本文研究的主要内容是模拟避障，主控板采用了32位高性能主控芯片，拥有C语言编程，图形化编程及便捷式编程三种编程模式，能满足任何软件水平的用户实现简单或复杂的自动化控制程序。包装箱里更配备了多种常见传感器，能让用户搭建的机器人活起来，使它们能够听到、看到、触摸到人类世界。控制器采用 ARM7 LPC2132，32位的高性能主控芯片，是一款专为智能机器人和小型智能设备设计的多功能控制器。拥有巨大的缓冲区空间和强大的处理功能，可同时控制6路舵机，2路直流电机，4路传感器，并可串联协同工作，非常适合作为智能机器人的主控制器。
关键词：机械臂操作 、避障系统 、声控系统 、遥控系统、 C语言编程
1. 引言
仿生学是模仿生物系统的原理建造技术系统，或者使人造技术系统具有或类似于生物系统特征的科学。由于机器人的系统结构与生物体存在着很多共同特征，仿生学很自然地成为机器人技术学的一个重要手段。仿生机器人是指模仿生物、从事生物特点工作的机器人。目前在西方国家，机械宠物十分流行，另外仿麻雀机器人可以担任环境监测的任务，具有广阔的开发前景。二十一世纪人类将进入老龄化社会，发展“仿人机器人”将弥补年轻劳动力的严重不足，解决老龄化社会的家庭服务和医疗等社会问题，并能开辟新的产业，创造新的业机会。
基于ARM的嵌入式技术是目前国内外研究的新兴课题。嵌入式系统已经深入到我们生活的每一个角落，它所涉及的领域广泛到我们的想象力所能及的任何地方。ARM（Advanced RISC Machines）可理解为一个公司、一种处理器或者是一种技术。ARM处理器具有小体积、低功耗、低成本和高性能的特点。将嵌入式技术与机器人技术的结合，是当今科技发展的一种必然趋势，这也为机电产品的研制提供了一种新的途径。
本文所研究的机器人是将仿生学原理与嵌入式技术的结合，并对机器人移动的控制理论和嵌入式操作系统的移植做了阐述。我们小组在课程设计初始，首先自学了四本说明手册，按着《机构大全》的说明进行组装一先基本机构。探索者《训练手册》给出了13个模块，这是一些基本结构，模块互相之间可以灵活搭配，大大提高了组装的灵活度。并通过《创新攻略》从分析探索者零件的设计原理入手，基本掌握了组装和控制的各种技巧。我们从基本的组装和例程的学习，到模块的选择搭配和更多功能的尝试，再到随心所欲的机构设计和功能的创新，机器人的设计越来越自由和创新。因此通过小组讨论后，我们决定制作自装载卸货机器人，可用于货物的抓取以及自动卸载。这个创新设计能够减轻工人的劳动量，也可以替他们做一些危险任务，保障了他们的人生安全，我们的创作灵感源于生活，创作作品也比较有实用价值。
作品说明
自装载卸货机器人
2. 机器人设计及控制
2.1 小车的设计及控制
2.1.1 小车的设计
小车是由主控板、传感器、圆周舵机、电池、车轮及支撑件等组成。小车使用双轮驱动，前轮带动两后轮，以便转弯时减小与地面的摩擦使转弯更加灵敏。控制圆周舵机的转动实现小车的行进，其中小车的行进速度是由舵机的转动角度和延时长短来调节。
2.1.2 小车的控制
该小车可以实现寻标功能，前面装两个黑标传感器，通过这两个传感器来实现寻黑线功能。利用声控传感器控制小车的停止，利用避障传感器来发现货物，当路障放下时小车停止，当路障抬起时，小车继续前进。
2.2 机械手臂的设计及控制
2.2.1 机械手臂的设计
机械手臂是由主控板、传感器、3个标准舵机、电池、一对齿轮及支撑组成。手臂有由下到上三个电机，其中第一个电机控制手臂360°旋转，实现抓取小车附近360°范围内的物品；第二个电机控制手臂下降的范围；第三个电机控制齿轮的啮合松开，从而控制手抓的张合以实现物品的抓取。
2.2.2 机械臂的控制
机械臂为红外遥控操作，当遇到障碍物时小车停止，没有障碍物时小车运动。
2.3 自装载卸货机器人的功能
小车可以实现自动循迹行进，遇到路障时小车停止，同时机械臂动作开始装载货物，当路障抬起时小车继续行进。当小车遇到路障停止并保持在寻标状态时，可声控控制后方翻斗翻转卸载货物，当路障抬起时翻斗自动翻回，小车寻标前进。当小车寻标完毕后，可以通过声控控制小车停止，小车可以在检测到各种传感器信号后作出相应反应。
3. 机器人设计图
3.1 机器人三维设计模型图
3.2 机器人实物图
4. 示例程序
| #include "config.h" #include "lib_io.h" #include "lib_arm.h" #define l Input(2,1) //将l宏定义为黑标传感器的返回值 #define r Input(1,1) //将r宏定义为黑标传感器的返回值 void move_front(int c,int d) //小车前进程序 { Servo(1,80-c); //右侧电机 变量c取值范围(-90~90) Servo(2,93+d); //左侧电机 变量d取值范围(-90~90) Delay(25); } void dao() //车斗卸货程序 { Servo(3,0); Delay(100); } void shou() //车斗抬升程序 { Servo(3,90); Delay(25); }
void stop() //小车停止程序 { Servo(1,90); Servo(2,90); Delay(10); } void xun_xian() //小车巡线程序 { if (l==1) //左侧检测到黑线小车向左拐 { move_front(6,-6); LedIn(1,0); LedIn(2,0); LedIn(3,2); LedIn(4,2); } else if (r==1) //右侧检测到黑线小车向右拐 { move_front(-6,6); LedIn(1,2); LedIn(2,2); LedIn(3,0); LedIn(4,0); } else if((r==0&l==0)|(r==1&l==1)) { //左右都检测或都没检测到黑线小车往前直走 move_front(1,1); LedIn(1,1); LedIn(2,1); LedIn(3,1); LedIn(4,1); if((Input(3,1)==1)&r==0&l==0) //小车寻完线听到声音停止 { while (1) { stop();
} } } }
int main(void) //主程序 { Initial_ARM();
while(1) { if(Input(3,1)==0) if(Input(4,1)==0) //没有障碍小车一直寻线 xun_xian(); else //有障碍小车停止 stop(); if ((Input(3,1)==1)&(Input(4,1)==1)) //有障碍有声音小车卸货 dao(); if ((Input(3,1)==1)&(Input(4,1)==0)) //无障碍有声音抬升 shou(); } } |
5. 项目总结
基于ARM7的嵌入式运动控制系统集成了计算机技术、ARM技术、运动控制芯片技术、嵌入式操作系统技术等技术为一体的技术含量高的控制系统。控制单元具有低功耗、高性能等优点，也便于以后机器人功能的扩展，同时嵌入式作系统具有良好的实时性，可实现多任务的调度，这就使机器人运具有良好的实时性，可靠性及抗干扰性。
本项目设计的创新点：将仿生学原理和嵌入式技术应用到机器人的研究之中，使机器人硬件结构简单化，并对以后的功能扩展提供了理论基础，这为研究其它类型的机器人提供了新的研究思路。探索者开放了包括控制器和 9 种传感器在内的所有电子部件 I/O 接口，并提供所有电子元件电路图，供用户学习使用，可进行单片机、传感器、数字/模拟电路等课程的各种实验，极大方便了有二次开发需求的用户。
在创作过程中，我们遇到了很多问题，在老师同学的帮助下以及小组成员的共同努力下都一一解决，增强了我们的手动能力以及创新能力。我们的机器人可用于货物的抓取以及自动卸载，这个创新设计能够减轻工人的劳动量，也可以替他们做一些危险任务，保障了他们的人身安全。在以后的设计中我们一定要注意细节，遇到问题要认真对待，耐心处理。
6. 谢辞
通过机器人制作及程序的编写，使我们对平时所学有了深刻的认识，不再只是简单的记住书本上的知识，而是应用到了实际中。在制作过程中，我们要感谢老师对我们的帮助以及对我们所提问题的由浅入深的讲解，更要感谢同学们给予的支持。本次项目设计不止让我们有所学，也让我们了解到团结合作的重要性，一个团队不是一个人的，是属于所有成员的。最后要感谢学校给予我们这次机会，让我们对本专业的学习有了更加浓厚的兴趣。
* 本项目未获得作者开源授权，无法提供资料下载。
|
|
