四足爬行机器人:光电传感器驱动的智能避障设计

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"基于光电传感器的避障四足爬行机器人设计与制作" 这篇文档主要介绍了如何设计和制作一个利用光电传感器实现避障功能的四足爬行机器人。该机器人适用于在危险、恶劣环境中替代人类执行任务,如灾区探测、有毒物质搬运等。机器人的设计融合了自动化、人工智能和图形化编程技术,旨在提高工作效率并降低人类的风险。 1. 设计背景与目的: - 设计背景:随着科技的发展,机器人在危险环境作业中的应用越来越广泛,例如在灾区救援、有毒物质处理等领域。 - 设计目的:创建一个能够自动避障的四足爬行机器人,用于完成人类难以执行或不宜涉足的任务,减少风险并提升效率。 2. 四足机器人总设计: - 设计要求:机器人需具备避障功能,且运动灵活。 - 总体设计思路:采用光电传感器进行环境检测,结合CDS5516舵机和博创模块套件构建执行机构,通过图形化编程实现避障算法。 3. 硬件系统组成: - 博创模块化机器人套件:提供基础结构和运动部件。 - 控制部分:选用MultiF2LEX2控制器,满足控制需求,并考虑适合的底盘设计。 - 执行机构:使用CDS5516舵机,配合运动执行套件和舵机连接件,确保机器人灵活移动。 - 检测部分:采用光电传感器,满足避障的检测要求。 - 四足避障机器人的搭建:依据设计要求组装各个组件,形成完整的机器人结构。 4. 软件系统设计: - 软件总设计:软件部分负责机器人的智能控制,包括避障算法的实现。 - 编程语言和软件选用:选择适合的编程语言(未明确提及具体语言),使用RNorthSTAR软件进行编程,UP-Debugger作为调试工具,RobotServoTerminal用于舵机控制。 - 软件实现:通过函数和模块化设计,编写避障算法并集成到控制系统中。 此设计涵盖了从硬件选型、机械结构设计到软件编程的全过程,体现了机器人技术在实际应用中的复杂性和综合性。通过光电传感器的实时反馈和智能控制策略,四足爬行机器人能够在未知环境中自主避开障碍物,执行预定任务,展示出机器人技术在解决现实问题中的潜力和价值。
2023-05-27 上传
用于移动机器人导航和避障的传感器设计毕业设计 目 录 摘 要 Abstract 第一章 绪 论 1 1.1 机器人技术发展历程 1 1.2 全自主移动机器人的概念与研究现状 2 1.3 移动机器人导航技术的研究容 3 1.4 导航常用传感器介绍 4 1.5 本论文的主要研究容 5 第二章 系统的硬件部分 7 2.1 系统总体原理 7 2.2 传感器的选择 8 2.3 传感器模块的构建 9 2.4 各传感器模块的具体实现 11 2.4.1 超声波测距模块 11 2.4.2 红外线避障模块 14 2.4.3 电子码盘模块 16 2.4.4 电子罗盘模块 18 2.5 通信模块 20 2.6总体搭建 22 第三章 系统的软件设计 .27 3.1 数据采集系统软件设计思想 27 3.2 软件系统主要部分说明 27 3.3 上位机与单片机之间的通信 30 第四章 系统的整机调试 32 第五章 总结与展望 34 致 谢 35 参考文献 36 附录 37 1 绪 论 1.1 机器人技术发展历程 自20世纪50年代世界上第一台机器人装置诞生以来,机器人技术经历了一个从低级到 高级的发展过程,机器人(ROBOT)一词的含义也越来越广泛。最早期的顺序控制型机器人 只能按照事先编制的指令完成预定的动作序列;随后出现了"示教—再现"机器人,可以利 用记忆装置,按照一定的速度记录下"示教"过程的姿态信息和操作容,然后"再现"原轨 迹和操作容;后来出现了可控轨迹型机器人,具有了完善的计算机控制系统和较强的计 算能力,只需给出操作任务和部分轨迹信息,机器人就可以自动规划出完整的控制程序 。随着科学技术的进一步发展,各种新型的传感器为机器人赋予了更多的"感觉",适应 型机器人就是这样一类机器人,它可以采集各种外部"感觉"(如视觉、触觉等)信息,适 当的调整其运动轨迹和操作,适应环境的变化。到今天为止,机器人发展的最高水平是 智能机器人,它是当今机器人发展的热点和重点。智能机器人除了具有感知环境和简单 的适应环境能力外,还具有较强的识别理解功能和决策规划功能。目前,已经有出现了 多种智能机器人,例如日本SONY公司生产的"爱宝"机器狗,本田公司的ASIMO以及SONY公 司最近推出SDR- 4X等。从机器人的简要发展历程可以看出,机器人的发展正朝着多功能化、智能化、大 众化的方向发展。机器人的概念已不再是传统的装配机、机械手和数控机床,新兴的高 度智能化的仿生机器人,体积微小的纳米机器人,不畏艰险的探险机器人等不断地充实 着机器人这个大家庭,其中,智能机器人所占的比重必将越来越大,它在诸如军事、医 疗、娱乐、探险等越来越广泛的围将发挥重要的作用。 按照智能机器人的智能化程度高低,可以分为外部受控机器人,半自主机器人和全自 主机器人。外部受控机器人的本体上没有智能单元,只有执行机构和感应机构,它受控 于主机器人或者外部计算机。在主机器人或外部计算机上具有智能处理单元,它全权处 理由受控机器人采集的各种信息以及机器人本身的各种姿态和轨迹等信息,进行智能化 处理,然后发出控制指令,指挥机器人的动作。目前深受欢迎的机器人世界杯的小型组 比赛中,使用的机器人就属于这样的类型。半自主机器人具有了部分处理和决策功能, 能够独立地实现一些诸如轨迹规划、简单的避障等功能,但是还要受到外部的控制;全 自主机器人的本体上具有感知、处理、决策、执行等模块,可以像一个自主的人一样独 立地活动和处理问题。在机器人世界杯的中型组比赛中使用的机器人就属于这一类型。 本文的研究容就是全自主移动机器人的感知模块——多传感器的数据采集系统。 1.2 全自主移动机器人的概念与研究现状 全自主移动机器人的最重要的特点在于它的自主性和适应性,自主性是指它可以在一 定的环境中,不依赖任何外部控制,完全自主地执行一定的任务;适应性是指它可以实 时地识别和测量周围的物体,并根据环境的变化,调节自身的参数,调整动作策略,以 及处理紧急情况。全自动移动机器人已经有了一些成功的例,例如,德国研制的一种轮 椅机器人在乌尔姆市中心车站的客流高峰期的环境中进行了实地表演,它在有大量乘客 的环境中,独立进行了36个小时的考验,表现出其他轮椅无可比拟的性能。日本SONY的 "爱宝"可以模仿狗的各种动作,理解一些简单的语言,还可以根据不同的口令做出不同 的反应。 由于全自主移动机器人涉及诸如驱动器控制、传感器数据融合、图象处理、模式识别 、神经网络等许多方面的研究,它能够综合反映一个国家在制造业和人工智能等方面的 水平,因此,许多国家都非常重视全自主移动机器人的研究。 从80年代起,美国国防高级研究计划局(DARPA)就专门立项,制定地面无人作战平台 的战略计划,从而在全世界围掀开了全面研究移动机器人的序幕。国外比较著名的机器