六足爬虫机器人设计
设计人:李海鹰
日期:2004年9月30日
目 录
前言
今年年初,学校为参加中央电视台举办的第三届全国大学生机器人电视大赛,组建了机器人制作小组.我积极参加,有幸成为了其中的一员.因为我们以前没有参加过类似的比赛,也没有制作机器人的经验.可以说我们什么都是从零开始,边学习边制作.通过这半年多的制作过程,我从中学到了很多书本上学不到的东西,也得到了很好的学习与锻炼的机会.
最初,我们组建了机器人制作实验室.到五金机电市场购买了必要的工具和一些制作材料.然后开始制作实验机器人的身体——框架.
实验机器人的框架我们是使用轻型万能角钢制作的,这种角钢的两侧都有间隔均匀的孔槽,可以很方便的用螺栓进行连接.用不同长度的角钢组合后,就可以得到不同大小的立方体和长方体及多边形.机器人身体的框架就搭建好了.在它的上面将装上:机器人的大脑——可编程控制器,机器人的眼睛耳朵——传感器,机器人的腿——驱动轮,机器人的手臂——机械传动专制,机器人的心脏——电池……之所以使用轻型万能角钢,主要是因为是在制作试验机型,而轻型万能角钢安装拆卸方便和便于修改长度,调整设计.
实验机器人定型后,就照其尺寸用不锈钢方管焊接制作机器人的身体.再在上面进行打孔等工作,后就可以将机器人的其它部分安装上去.这样一个机器人就制作好了.
下面我介绍一下机器人的基本组成部分:
(一),机器人的大脑
它可以有很多叫法,可以叫做:可编程控制器,微控制器,微处理器,处理器或者计算器等,不过这都不要紧,通常微处理器是指一块芯片,而其它的是一整套控制器,包括微处理器和一些别的元件.任何一个机器人大脑就必须要有这块芯片,不然就称不上机器人了.在选择微控制器的时候,主要要考虑:处理器的速度,要实现的功能,ROM和RAM的大小,I/O端口类型和数量,编程语言以及功耗等.
其主要类型有:单片机,PLC,工控机,PC机等.
单有这些硬件是不够的,机器人的大脑还无法运行.只有在程序的控制下,它才能按我们的要求去工作.可以说程序就是机器人的灵魂了.而程序是由编程语言所编写的.
编程语言是一个控制器能够接受的语言类型,一般有C语言,汇编语言或者basic语言等,这些通常能被高级一点的控制器直接执行,因为在高级控制器里面内置了编译器能够直接把一些高级语言翻译成机器码.微处理器将执行这些机器码,并对机器人进行控制.
(二),机器人的眼睛耳朵
传感器,是机器人的感觉器官,是机器人和现实世界之间的纽带,使机器人能感知周围的环境情况.其主要有:光电传感器,红外传感器,力传感器,超声波传感器,位置和姿态传感器等等.下面我将就几种常用传感器进行介绍:
1,光电传感器:光电传感器的原理是光电效应.其主要用途是颜色识别(机器人就可以沿着地上的线条行进了)和光电编码等.
2,红外传感器:红外传感器是用来测量距离和感知周围情况的.因为发射出去的红外信号在一定距离内遇到物体就会反射回来.通过发送红外线信号,并接收反射回来的信号,机器人就可以感知前方或身体周围的情况,做出相应的调整(如:倒退或绕行等).
3,力传感器:力传感器是用来检测碰撞或者接触信号的,比如机械手的应用,当你放一个东西到机械手的时候,机械手自动抓住它,它就需要力传感器检测东西抓的紧不紧.典型的力传感器是微动开关和压敏传感器.微动开关其实就是一个小开关,通过调节开关上的杠杆长短,能够调节触动开关的力的大小.用来做碰撞检测这是最好不过了.但是这种传感器必须事先确定好力的阀值,也就是说只能实现硬件控制(开还控制).而压敏传感器是能根据受力大小,自动调节输出电压或者电流,从而可以实现软件控制(闭环控制).
4,超声波传感器:超声波传感器是从蝙蝠那里学来的,通过把发射出的信号与接收到的信号进行对比,就可以测定周围是否有障碍物,及障碍物的距离,也属于距离探测传感器,能提供交远的探测范围,而且还能提供在一个范围内的探测而不是一条线的探测.
5,位置和姿态传感器:机器人在移动或者动作的时候必须时时刻刻知道自己的姿态动作,否则就会产生控制中的一个开环问题,没有反馈,无法获知运动是否正确. 位置传感器和姿态传感器就是用来解决这个问题的.常用的有光电编码器,由于机器人的执行机构一般是电机驱动,通过计算电机转的圈数,可以得出电机带动部件的大致位置,编码器就是这样一种传感器,它一般和电机轴或者转动部件直接连接,电机或者转动部件转了多少圈或者角度能够通过编码器读出,控制软件再根据读出数据进行位置估计计算.还有一种是陀螺仪,这是利用陀螺原理制作的传感器,主要可以测得移动机器人的移动加速度,转过的角度等信息.

下一页