自控元件大作业.doc

自控元件课程设计报告 项目介绍 随着科学的和社会的不断进步，机器人的应用越来越普及，它不仅广泛用于工业生产和机械制造，更重要的是它逐步渗入到了我们的日常活动中。科技的进步使得机器人在功能上不断提高，性能上不断增强。在当今的机器人研究领域，不断提高机器人的自主性和智能性是现在关注的重点。 对指定场所的遍历是机器人应用领域的重要方面，遍历是指机器人通过自主或人为控制来全部走遍某一场所。机器人遍历的实现可以应用在许许多多的领域中，因此具有很强的应用价值。本项目旨在研究一种基于导航的遍历，项目的最初设想源于以下几点：第一，现阶段许多所谓的遍历机器人存在最大缺陷就是只通过自身传感，而不能完全遍历，或者重复遍历。第二，GPS导航的原理为遍历机器人识别路径提供的某种可能。因此基于以上两点，我们设想能否将两点紧密结合,来设计一种全新的基于导航的,带有路径规划功能的遍历机器人,具体而言就是让机器人通过导航定位在加上路径规划来达到遍历的目的,由此可作为应室内清洁机器人. 由于所研究机器人是基于导航的,同时他也能够拥有有很多扩展功能.为了体现机器人的自主性和智能性,基于导航,我们可以使机器人自主寻找电源进行充电,即通过导航与自身定位和其它传感装置来让自身和电源对接充电.这样充分实现了机器人的应用价值. 现阶段,虽然有旨在对机器人遍历的研究,但是其基本原理只是改变机器人遍历的算法来使得机器人达到遍历的目的.而且仔细分析,只基于机器人自身的传感器加之算法去实现遍历有以下几个缺点: 第一,但依靠自身传感遍历必有遍历不到的路径,或者有重复遍历的情况出现.这样使遍历效率得不到很大的提高. 第二,如果但依靠算法规划来使得机器人遍历,那么必然会有很多条件的限制,难以克服,例如:如果机器人起始位置在任意位,或者如果机器人在遍历的过程中遇到了特殊情况,例如车轮打滑,偏离原理想路径.这些都使遍历带来了很多的算法难以解决的难题.等等… 第三,较复杂的遍历算法会使得在机器人硬件的要求较高,出错率较大.等等… 现在市场上售有可用来清洁的遍历机器人,更是介于经济和利益的考虑.基本原理和上述相同,没有做到遍历的目的. 基于以上几点,我们设想用一种新的方法实现遍历.用导航的原理，加之自身传感，来设计一种全新的基于导航的,带有路径规划功能的遍历机器人，实现对任意场所的遍历，由于导航的原理，这样就使得机器人能够实时监测自己的路径，对路径时时进行检测，来达到修正的目的。这样完全遍历便可实现，在硬件的实现上相对来说比较简单(只加两个信号发生装置和接收装置)。最重要的是他克服以上无导航系统的缺点。而且在此基础上可以实现很多扩展功能，例如实现机器人导航自动对接充电,和自动清洁功能。 项目本身意义而言，基于导航的路径规划与遍历机器人有很大的推广价值，例如实现机器人的对特殊场所的清扫功能，实现机器人对某特定区域的遍历寻找目标的功能，更为重要的是他可以用作家用的清扫机器人来实现室内的完全清洁,因此具有很大的市场推广价值。 项目研究总体方案 本项目有以下三个主要阶段：第一，设计一种全新的基于导航的规划遍历方案，来实现机器人自主对路径完全规划与遍历。第二, 设计基于一种基于导航的机器人对接充电方案.第三,以可移动机器人为雏形,将上述方案进行转化为实际模型. (1）遍历总体设计方案 首先,在室内安装两个信号发生装置,每隔一定的时间同时发射两种不同的信号,被小车接收后经处理得知自我位置,结合自身所带传感器规划出下一步想要将进行的动作(例如前进,偏转和调整姿态).这样不断的将自我导航与自身传感相结合，设计一种较简单且易于实现能够小车遍历方案，能够实现小车在任何情况下遍历完全整个场所。并且基于上述方案，小车的在复杂环境中得自我规划路径，实施完全遍历。 (2）充电总体设计方案 小车在完成遍历后进入自动充电模式，在电源处装有信号发射装置，在遍历过程中不断的发射信号,机器人在遍历的过程中接收到以后，通过导航装置记录发生信号的位置,当机器人在进入自动充电模式后,通过自我导航与自身的路径规划功能来实现与电源的对接。 (3）小车的硬件实现 完成以上两个阶段的设计之后，进入小车的硬件是现阶段，通过购买材料，并且将方案的具体内容变为编程软件 方案的实现 智能小车的实现分为以下几个部分：电机部分、传感器部分、 电机及控制电路部分 将小车的重量计为1Kg，考虑地面为大理石地板砖，查资料得小车的橡胶轮胎与大理石之间的动摩擦因素为0.25，由于是室内，不考虑地面倾斜度，设计小车的轮胎直径为6cm，计算得小车需电机提供的力矩约为20g.cm。选择电机的工作电压应在5V左右，基于此条件及采用PWM控制方法，因此我们选择的直流电机参数如下： 电机型号及参数 TFC-130RA/SA(型号) 型号:TFC-130RA/SA 额定功率：