爬梯机械人的设计摘要力，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。图.小车转弯示意图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，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