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机电工程学院《工业机器人》课程论文论文题目:舞蹈机器人的设计简程学生姓名__飞学号200848050714专业班级机制F0804班指导教师岳龙旺2010年12月22日舞蹈机器人的设计简程摘要舞蹈机器人是一种具有娱乐价值的高高智能机器人,它具有人类外观特征、可爱的外貌、又兼有技术含量,极受青少年的喜爱舞蹈机器人的设计主要涵盖机械设计、电气设计、软件设计三个方面,涉及多个科技领域关键字舞蹈机器人、机械设计、电气设计、软件设计正文随着现代科技的发展,机器人技术已广泛应用于人类社会生活的各个领域,特别是舞蹈机器人具有人类外观特征、可爱的外貌、又兼有技术含量,极受青少年的喜爱本课题要求设计一具有简单人体功能的、模拟舞蹈动作的类人型机器人,完成简单人体舞蹈的基本动作可以前进后退,左右侧行,左右转弯和前后摆动手臂,行走频率为每秒两步,举手投足、转圈、头部动作灵活、并具备的__功能通过__识别技术,可以对小机器人进行__控制,通过发出__命令,控制机器人的机器人包括底座、头部、上身、下肢、以及电路控制板,分别控制手臂、头部和底盘运动的电机及传动机构等通过电路控制和机械传动,可使机器人动作知识范围涉及机构学、力学、电子学、自动控制、计算机、人工智能等机器人的设计首先需作总体方案设计,包括机械和电气两部分根据机械基础知识,从整体上来讲,机械结构设计必须与机器人所要完成的功能相适应机械部分设计主要包括底盘设计、尺寸选择、驱动方式设计、电机选择等;电气是机器人最重要的部分,直接影响着机器人功能的实现于否舞蹈机器人要求完全自动控制,必须采用单片机为控制核心,它类似于机器人的大脑,接收和处理所有外界信息,指挥并控制机器人的所有动作__识别等功能是制作机器人硬件的难点,它要求机器人具有一定的感觉系统目前,机器人技术已日趋成熟,机器人感觉系统可通过各种各样相应的传感器技术即可实现传感器把接收到的外部信息输入到单片机,再通过软件进行控制,从而单片机发出命令指挥机器人动作软件编程可以丰富机器人的功能,使机器人动作更加完善【一】舞蹈机器人设计的数据和要求
1、机器人身高80~120㎝,表演时机器人随音乐翩翩起舞,动作协调、灵活;
2、表演各种舞蹈的基本动作,具体动作可自行设计涵盖行进、转圈、举手投足、头部等动作;
3、整套动作持续4分钟左右;
4、机器人结构紧凑、体积小,重量轻;
5、灵活的多功能机器手臂活动空间大,可360度旋转
6、采用电机驱动,运动准确可靠【二】机械设计部分机械部分包括底盘机构的设计、弯腰机构的设计、转身机构的设计、其中,手臂的设计比较重要,且具有典型性,这里简单介绍一下手臂机构的设计、转头机构的设计、及材料与型材选择手臂机构的是机器人整体比较重要的环节,手臂自由度较多,机器人的很多动作都通过手臂体现出来由于头部机构比较简单,在此和手部一起画出来,因为设计要求没有点头动作,我们只要一个电机来达到头部动作就可以了手臂机构就是机器人的两只手臂,在本次设计中将机器人的手部的两个电机与带动机器人头部转动的电机固定在了同一个机构上,同时,将该手臂与前后弯腰的机构相固定,构成机器人的上半身机构的一部分,然后该整体又与机器人的左右支架和腰部机构相结合,一起构成机器人的上半身机构本次设计机器人的手臂由一根横杆构成,左右两端分别固定左右手的两个电机,可做前后360度的旋转,中间固定机器人的头部电机,可带动头部做360度的旋转,其中手臂的机构还可以继续扩展,在肩部上和臂末端可再扩展两个电机,实现三个自由度的动作【三】电气设计部分电机驱动电路采用继电器构成桥式换向电路,继电器和主控制电路间用光电隔离器考虑到电机的起动电流和制动时比较大,会造成电源电压不稳定容易对单片机和传感器的工作产生干扰,所以,电机驱动电路和单片机以及传感器电路用TLP521-4光耦隔离提高电路的可靠性同时还可以采用相互__的电源供电以确保单片机正常运行,进而以保证整个系统正常工作在机器人的控制系统中最主要的就是传感器电路,传感器是机器人感知外界事物的关键机器人通过传感器收集外界信息,通过电路把这种信息转变成CPU能识别的数字__,再通过软件算法对所收集的信息进行处理后,形成相应的控制__,通过端口去控制相关的电机动作传感器采用多种传感器相互配合使用使用光电编码器判断角位移和行程位移主要用在机械手臂的转动上,使机械手臂动作更准确行程开关用于位置的检测,主要用在机器人,或机械手臂上当机器人行走,或机械手臂动作到达某种位置时给单片机一个电__让单片机发出相宜的控制__此方案还待解决的就是传感器的抗干扰能力还不够高,其中主要是红外光电器件容易受外界光的干扰光电编码器提高可靠性主要取决于光电编码器的__精度,光源和接收管一般对于比赛机器人的精度要求不是很高,编码器可以采用自制的就可以达到效果,而光电检测(对射式光偶)器已经可以从市场上很容易的__到,所以要提高光电编码器的抗干扰能力并不难办到机械开关的可靠性就更高了,他简单实用能源选取方面,由于不需要太大的输出扭矩,必须能灵活操控,而且要求体积小,重量轻、方便检修,毫无疑问是蓄电池提供的直流电源外加直流电机对于需要大驱动力低转速场和场合,可以用齿轮链、同步皮带等装置处理但他有其缺点就是蓄电池的重量太大,在要求不大的情况下我们可以采用锂电池他的优点就是容量大,体积小,过电流大,重量轻【四】系统的软件设计在完成了硬件的设计之后,需要进行相应的软件设计,对机器人的控制的思想,是直接通过软件程序表达的因此,软件设计是整个设计过程中最重要的部分之一,它关系到舞蹈动作的编辑、存储和执行,关系到舞蹈机器人舞姿的“优美”与否从伴舞机器人的执行过程来看,它由单片机的初始化程序,包括外部中断、定时器中断、串行中断、舞蹈动作初始化;舞蹈动作的读取、执行和避障控制程序两大部分组成其中串行通信的开关控制量,不等于1,表示单片机进入串行中断等待,等于1,程序往下执行;机器人开始跳舞的开关,等于1表示机器人开始跳舞,否则,机器人保持原来状态小结机器人学已经发展成为一门综合运用机械、电气、计算机、产业和制造业等多种工程学科基础知识和创造能力的举足轻重的学科无需夸张其特殊地位,机器人学也不愧为引人入胜、前途无量的研究领域机器人设计是对各项科学技术的综合运用在长达十周的机器人机械设计及制作过程中,我深刻体会到科技技术的无穷魅力,在浩瀚的知识中遨游才感觉自己的才疏学浅“掌握信息,实事求是,实践中创新”,这是我在这次设计中的深切体会____
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