示。种爬梯机械人的设计图中完成装配的爬楼机器人模型爬楼机器人小车行驶性能分析我们的机器人小车不属于严格的越野车辆，例如其可靠性准则经济性准则不像般的越野车辆那样必须考虑周全。下面我们来阐明车轮组机器人的越障通过性指标以及其爬楼时稳定性分析。可跨越最大垂直障碍高度爬楼机器人小车除具有强劲的爬楼能力外，当然也具备定的越障能力，下面我们分析下车轮组的越障能力，如图。图车轮组机构尺寸关系图图中障碍物高度障碍物宽度车轮组小车轮半径为车轮组中心轴到小车轮圆心的距离种爬梯机械人的设计车轮组要攀爬上障碍物，必须满足以下关系为保证越障时，障碍物不致卡死于两车轮之间，并且越障后的前轮能与障碍物可靠接触，障碍物的宽度要满足如下要求即我们确定了机器人车体及车轮组的各个几何尺寸以后，由式就可以确定机器人轮组的最大越障高度且由式计算可得机器人轮组越障宽度要求。通过在机器人车体上安装的红外测距传感，或功能更强的摄像头识别系统，检测出障碍物的三维位置大小形状及动作等特征，如果障碍物的高度超或宽度没达到，则机器人执行避障绕行的规划。最小转弯半径最小转弯半径在很大程度上表征了车辆绕开不可逾越的障碍物和在最小空间内回转的能力，因而它对越障性有很大影响。由前面我们对本机器人小车模型的分析，小车能实现直线前进圆弧前进这二组基本的运动，可以实现任意曲线的行走。如图，由三维实体模型可知，后轮组摆杆的摆动角度为，轴距为，因此，易算得机器人车体的最小转弯半径。种爬梯机械人的设计图小车转弯示意图种爬梯机械人的设计第四章爬楼机器人控制系统设计机器人爬楼梯的控制目标机器人爬楼梯的复杂性主要有两方面的原因，是楼梯形式的多样性，二是机器人爬楼梯过程中所固有的不稳定性，因此必须根据楼梯的形式，选择合适的环境感知和运动控制方法，控制机器人爬楼梯的过程。据课题安排，时间关系，我们采取程序导航的控制系统，验证方案的可行性。假定楼梯两侧都是有墙壁的，机器人具有利用传感器和执行机构完成和外界环境交互的功能，并且能够实时地对外界环境的激励做出反应在到达楼梯转弯处平台时，通过执行固定的程序进行转弯移动和对准下层楼梯台阶对于不可预测的事件，如检测到形状大小不同的障碍物，应该进行相应的应对措施，确定机器人的越障或者避障行为。本文的爬楼机器人系统的控制目标是使机器人按照操作员编制的程序，进行爬楼越障及避障，顺利到达目的地。机器人的体系结构及系统组成移动机器人的体系结构是由三类基本模块感知模块，规划模块，执行模块的组织方式所决定的。目前具有代表性体系结构可分为三大类型，即基于知识的体系结构又称为水平分解型，基于行为的体系结构又称为垂直分解型和混合体系结构。基于知识的体系结构是目前自主移动机器人的控制体系结构之，如图所示。这种移动机器人控制体系结构强调带有环境模型的中央规划器是机器人智能不可缺少的组成部分，而且该模型必须是准确的致的。因此，传感器信息的校验具有与模型本身同等的重要性。基于知识的体系结构是种按信息流向将功能模块依序分解排列的结构。在这种系统中，感知建模规划任务执行和驱动控制等模块次序分明，前者的输出结果即为后者的输入，所以又称为结构。这种图基于知识体系结构原理图种爬梯机械人的设计结构有利于实现高层次的智能级。基于知识的体系结构遵循的是从感知到动作的串行功能分解控制路线，是种典型的自上向下构建系统的方法。本文的结构环境模型比较适合采用该控制体系，后面两种体系结构比较适合课题的延伸使用，在此不再叙述。本课题的整个爬楼梯机器人系统组成如下图所示。图机器人系统组成框图本系统主要包括红外测距电路陀螺仪测角电路电机驱动电路单片机及其外围电路四大块组成。根据总体设计思路，本系统主要由以下几部分组成红外发射电路由单片机控制发射电路使发射换能器向外发射脉冲。红外接收电路发射波经障碍物反射回来，由接收换能器接收回波，并经放大电路与整形电路送至单片机。陀螺仪测角电路陀螺仪上的加速度计将测得的加速度信息传输给单片机系统，然后由单片机系统将信息转换成车体与前进方向的夹角或车体爬楼时与竖直方向的夹角传输给陀螺仪，陀螺仪在施矩信息作用下，通过平台稳定回路控制平台载物台及车身的姿态，实现机器人的保持载物台水平和车身与楼梯宽度方向的垂直。电机驱动电路系统要求控制两个直流电机实现机器人的前进后退和转向。前方无障碍物时小车轮驱动电机正转，使机器人保持前进状态若前方楼梯在机器人的能力范围内时，锁轴器工作锁紧小车轴与管轴，小车轮驱动电机保持正转若前方障碍物高度在机器人能力范围之外，红外传感开始测距，当机器人离障碍物的距离大于个距离时，小车轮转向电机转动带动后轮轮组左右摆动，机器人开始转向并保持前进当机器人离障碍物的距离小于个距离时，小车轮驱动电机反转，机器人保持姿态后退，种爬梯机械人的设计待后退到离障碍物有定距离时，小车轮驱动电机正转，小车轮转向电机转动带动后轮轮组左右摆动，实现机器人的避障功能。单片机外围电路单片机正常工作所必需的外围电路，如外接晶振复位按钮看门狗电路等。控制系统主要硬件的选择单片机的选型单片机简介随着大规模集成电路的出现及其发展，将计算机的定时计数器和多种接口集成在片芯片上，形成芯片级的计算机，因此单片机早期的含义称为单片微型计算机，直译为单片机。单片机外加些电子元件便可以构成套简易的控制系统。随着集成电路技术的进步，由单片机构成的计算机应用系统的功能也日益增强，应用领域也越来越广，因此很多公司都致力于开发单片机系统。是美国公司推出的比较常用的单片机，同时几家设计半导体芯片的公司陆续推出与之兼容的单片机，如系列单片机单片机单片机系列单片机等。本系统采用公司的单片机。单片机性能介绍，它是种完全集成的混合信号片上系统型芯片，内部主要集成了Ⅱ增强型和串行接口单端差分高精度可编程的内部时钟振荡器监视器内部上电复位模块捕捉比较模块和看门狗定时器功能的可编程计数器定时器阵列等功能部件。使用专利的高速微控制器内核，的指令执行时间为个或者两个系统时钟周期工作电压为，典型工作电流为，功耗比较低。另外，此单片机还具有可在系统编程的存储器，可用于非易失性数据存储。的主要特性高速流水线结构的兼容的内核可达,全速非侵入式的在系统调试接口片内，带模拟多路器真遇到右边有障碍物向左转当左转道定程度时，需向右转回到正轨上正前方有障碍物，车子应向后退使能右转使能左转延迟返回种爬梯机械人的设计左或右前方有障碍物，继续循环，实现右或左转前方没有障碍物，车子继续向前行走继续循迹种爬梯机械人的设计第五章总结与展望全文总结本文对比分析国内外现有爬楼机构，设计了符合我国楼梯尺寸规范相对优势较明显的轮组结构爬楼机器人。对机器人小车进行了三维实体模型的分析，阐明了设计方案的可行性。最后对进行了驱动控制系统的设计。我们按论文的叙述顺序把本论文所从事的工作大致归纳如下对比现有爬楼机构，分析爬楼动作的要求，选取了优势较强的形星轮结构作为攀爬装置。根据我国建筑楼梯模数协调标准，设计了强适应能力的轮组结构尺寸。该轮组在地面的能快速移动，实现平地与越障或上下楼梯姿态的平滑切换。符合建筑楼梯标准的楼梯都能够平稳上下。对机器人小车传动轮组及转向机构设计，分析了小车实现任意曲线运动所包含的直线前进圆弧前进二个基本运动单元。从而进步分析，得出有效控制小车轨迹的方式方法。运用三维实体建模软件建立小车各部分的三维实体模型，分析机器人小车行驶通过性能指标，为设计更好的小车结构尺寸提供了参数。设计了在结构环境下，以单片机为核心的爬楼控制系统。在控制系统中，采用超声波传感器的对称排列，获取了自主上楼梯所必须地两个关键参数和对驱动大功率电机的电路进行分析，替换通常使用驱动芯片的电路，设计了更适合大功率，更安全性电机驱动电路。为将来采用上下位机，实现更高智能控制搭建了良好平台。展望就本论文所进行的研究来说，最具挑战性的工作是结构设计和控制系统部分。我们知道，楼梯的长和宽的尺寸多变的，寻求能适应所有楼梯的轮组参数，花费了不少时间，欣慰的是问题最终得以解决。但是没有最好，只有更好。由于时间关系，本文的控制部分只是设计了采用单片机为核心电机驱动电路。离我们构建个高度智能化，视觉系统采集信息完全的目标还有段距离。希望进步的研究，能够使用陀螺仪红外等多传感器的融合，无线通讯，人工与智能联合导航等技术，使控制体系结构更加科学。致谢致谢本次毕业设计能顺利完成，首先要感谢指导老师的耐心指导，他多次询问研究进程，并为我指点迷津，帮助我开拓研究思路，精心点拨热忱鼓励。通过这次毕业设计，我更加清楚的了解了自己在学习上那些方面不足，使我对产品设计有了进步了解。这次的毕业设计，是本人独立思考研究及动手能力的次非常好的锻炼机会。通过这次设计，我觉得自己在各个方面的能力都有了很大的提高，在以后的学习和生活中，我将会抓住每个机会，努力提高自己。最后，再次对关心帮助我的老师和同学表示衷心的感谢，他们严谨细致丝不苟的作风直是我学习的榜样他们循循善诱的教导和不拘格的思路给予我无尽的启迪。在论文即将完成之际，我的心情无法平静，从开始进入课题到论文的顺利完成，有多少可敬的师长同学朋友给了我无言的帮助，在这里请接受我诚挚的谢意,参考文献参考文献吴奇峰,刘冬雪,任家权遥控起动在叉车上的应用叉车技术尹晓霞,杨欣红外线遥控电冰箱故障实验台的设计装备制造技术祁亨年，基于双目立体视觉的排爆机器人自动目标抓取广西师范大学学报安定，移动线机遥控曝光系统的设计黑龙江科技信息上官望义，轮式移动机器人移动性能研究及样机设计开发西安理工大学,乔风斌