机械装备设计制造综合技能大赛
设
计
说
明
书
姓名：孙小平洪耀林徐海昌
指导老师：黄伟玲
2014年9月17日
江西·赣州
摘要
随着计算机技术，人工智能技术的迅速发展以及智能采集器的不断改进和推陈出新，智能信息采集装置已经取得了很大进展。但是对于应用比较复杂通用性较高的全自动信息采集车还没有突破性的进展。智能数据信息采集车的研究将会告别信息相互孤立缺乏联动性的现象，是一个复杂的，面向智能化的，不断发现的过程。近年来，很多关于信息采集的研究和设计，尤其是智能数据信息采集车更是吸引了很多人的眼球。对于智能信息采集车来说，不但要有环境信息获取功能，还要有对信息理解和信息处理的功能。对自动信息采集车的研究是针对环境空间的识别，然后建立相应数据通道，通过雷达和无线装置把获取的数据传送到终端。
智能信息采集车采用了应用范围广，性价比高的基于单片机的多数据通道采集系统，将来自传感器的信号通过转换器转换为数字信号后由单片机采集然后利用SPI通信将数据送到主机进行数据的存储后期处理与显示实现数据处理功能强大的智能化高端信息采集设备。
智能数据信息采集车是一个集自动驾驶、环境感知、规划决策等功能于一体的综合系统。它集中的运用了人工智能、导航、传感器及自动控制等技术；应用了计算机、信息传递、通信交流等现代装备，是典型的高新技术综合体。
关键词：智能信息采集车、智能化、传感器、数据通道、现代装备
第一章绪论 (1)
1.1 信息采集的现状及发展概述 (1)
1.2信息采集车国内外研究现状 (2)
1.3智能信息采集车的背景意义 (4)
1.4 设计要求及内容 (6)
第二章智能信息采集车的结构与工作原理 (6)
2.1 数据获取装置的设计 (6)
2.2 行走方案选择 (7)
2.3基本结构 (9)
2.4工作原理 (11)
第三章智能信息采集车的功能与特点 (12)
3.1 智能信息采集车的功能 (12)
3.2智能信息采集车的特点 (13)
第四章智能信息采集车的设计思路 (15)
4.1 基本工作思路 (15)
4.2动力选择思路 (15)
4.3设计后的调整 (16)
第五章总结与展望 (17)
参考文献 (18)
1.1 信息采集的现状及发展概述
为了更好的发展城市信息化基础建设,相继出现了移动3D GIS实景采集系统；在移动载体上安装CCD影像获取系统、全球定位系统(GPS)、惯性测量单元(IMU)以及激光扫描仪(LS)等新型传感器设备；在车辆行驶过程中,快速获取与处理城市空间三维实景数据,形成有效的三维GIS实景交通管理信息平台。这些技术的相继出现，无疑让智能信息采集车得到了一切技术上的支撑。近三十年年以来，国内外专家、学者也研制了很多信息采集设备，这些检测设备大致可划分成三大类:感应线圈检测器、波频检测器、视频检测器。
感应线圈检测器。感应线圈检测器由三部分组成:埋设在路面下的环形线圈传感器、信号检测处理单元及馈线。该检测器的工作原理是检测单元同环形线圈与馈线线路组成一个调谐电路。电路中的电感主要决定于环形线圈，环形线圈是此电路的电感元件，电容则决定于检测单元中的电容器。当电流通过环形线圈时，在其周围形成一个电磁场，再根据这些物理信息进行分析收集我们所需的数据。
波频检测器。波频检测器是以微波、超声波和红外线等对物体发射电磁波产生感应的检测器。这种检测器是通过接受由超声波探头发出并经过反射的超声波来检测物体信息的。其工作原理可分为两种:传播时间差法和多普勒法。由于波频检测器采用悬挂式安装，这与感应线圈检测器相比有很多优点。使用寿命长、可移动、架设方便，在国外被大量采用。其不足之处是容易受环境影响，当风速6级以上时，超声波产生漂移而无法正常检测波频检测器已成为目前使用量仅次于感应线圈检测器的一种检测器。微波检测器根据被检测目标返回的回波，测算出目标的数据信息，每隔一段时间通过RS232向控制中心发送。红外检测器是具有良好应用前景的悬挂式检测器。该检测器一般采用反射式检测技术。反射式检测器探头由一个红外发光管和一个红外接收管组成，其工作原理是由调制脉冲发生器产生调制脉冲，经红外探头向物体上辐射，当有信息变动时，红外线脉冲从物体反射回来，被探头的接收管接收，经红外解调器解调，通过选通、放大、整流和滤波后触发器输出一个检测信号。这种检测器具有快速准确、轮廓清晰的检测能力。
视频检测器。视频检测，也被称为图像处理或人工视觉，是一种结合视频图像和电脑化模式识别的技术。通过视频摄像机和计算机模仿人眼的功能，视频检测技术为无数的实际应用提供了工作平台。可以获得大区域范围内的数据参数。也引起了国内外的广泛研究。视频检测器是一种基于视频图像的检测技术，是一种结合数字视频图像和人工模式识别的技术。与传统接触式检测方法比较，这类非接触式检测方法的安装工程量小、检测范围大、系统可靠性高，是一种很有前途的方法。视频采集技术利用视频、计算机及现代通信等技术，实现对动态信息的采集，视频采集技术对视频图像数据处理及特征提取都是实时进行的。视频检测器通常是由电子摄像机、图像处理机和显示器等部分组成。摄像机对一定区域范围内摄像，图像经传输送入图像处理机，处理机对图像信号进行模数转换、格式转换等，再由微处理器处理图像背景，实时识别不同的信息参数，控制中心可
根据这些信息，向执行机构发出控制命令。这些信息采集的技术、装置都在朝着一个方向发展，那就是智能化，高端化，一步步把人类从体能付出中解放出来。
1.2 信息采集车的国内外研究现状
科学家在很早就有对信息采集系统的研究，但是由于受到当时科技的限制，这一领域的研究并没有取得多少有实际运用价值的成果。进入八十年代后，随着计算机运算能力的增强以及小型机的普及，使计算机视觉和模式识别领域的研究进入空前活跃的程度，自然也对基于视觉的信息采集的研究形成了巨大的推动力量。
国外。美国、日本以及几个欧洲发达国家相继投入了巨大的财力、物力来进行信息采集这方面的研究，并且开发了实际系统，比较广泛应用并具有代表性的产品有美国和欧洲十一国联合研制的EuRo一cosT系统、ImageSensingsystem 公司(简称155公司)的AUTOSCOPE2004TM系列、AuTOSCOPESoLOTM[36]和PEEK 公司的VideoTraek900、叭deoTraek905等系统。这两家公司是最早从事视频信息检测产品研制的，它们的产品代表了目前视频信息检测技术的最高水平，基本上覆盖了欧美市场的70%。这两家公司的技术均来源于美国的明尼苏达大学技术学院公共工程系，因此两家公司产品在原理上、结构上、功能上极其相似。AutoscoPe大区域视频检测技术由美国155公司开发，作为全世界研发最早并最先获得国际专利的视频检测技术。到目前为止，已有14000多套的AutoscoPe 视频检测系统运行在超过三十多个国家的智能交通管理系统中，得到全世界交通专业人士的普遍认可。美国155公司对Autoscope视频检测技术的研究始于八十年代初期，在开发的过程中155公司与美国明尼苏达大学交通运输系、美国联邦公路署以及美国政府和各地的交通管理部门建立了密切的合作关系，共同对交通管理中面临的许多重要课题进行了合作研究。第一代原型机诞生于1987年。1992年，155公司生产出Autoscope2003，产品的各项性能趋于成熟，实现了全天候检测。美国佐治亚、密歇根等州开始广泛采用这一产品，以后又在原有的基础上不断扩大使用规模。1995年，随着微软WindowS95的问世，155公司又推出了其软件基于新一代Windows95加T操作系统的Autoseope2004，AutoseopesoLoPRoNe是Autoscope2004的升级产品。它包括了其所有的功能特点，它完美地将视频处理器集成在密封的MVP(视频处理模块)中，使用更方便，灵活可靠。
国内。国内也有一些科研机构和企业开始这方面的研究，在图像信息处理方法等软件开发方面取得了很大的进展，也有了实验样机。这些样机分两种结构：一种是纯粹的仿真机，即利用标准工业控制计算机配置图像采集卡处理一些视屏信号，它的主要任务仍然局限于算法研究，并不适合产业化应用；另一种是采用嵌入式工业控制计算机，配置相应的存储器、信息采集器等外围设备，实现通信采集，这种结构实际上仍然是标准的计算机结构系统，类似上面介绍的国外产品。目前具有代表性的有广州市交通管理科学研究所和哈尔滨工业大学联合开发的VTD2000系列视屏动态信息采集系统
1.3 智能信息采集车的背景意义
时代要求。由于数据采集系统的应用范围越来越宽,所涉及到的测量信号和信号源的类型越来越多,对测量的要求也越来越高。国内现在已有的这些数据测量和采集的系统很多都存在功能单一采集通道少,采集速率低，操作复杂并且对测试环境要求较高等问题。还有一个是目前市场上对智能型信息采集车的需求正处在上升期，但目前市场上的信息采集系统产品基本都是功能简单的堆砌，车顶设备凌乱、线缆纵横外露；车内设备拥挤、多个控制器操作不方便等问题。同时随着国内汽车品种和数量不断攀升，车辆技术也日益更新；急需探讨一种适用各种车载平台的结构设计方案，来满足基层实际和实战要求，为信息采集系统装备现代化提供支撑，为推动社会进步发挥更重要的作用。
网络进步。互联网的飞速发展，紧跟着与互联网有关的东西也蓬勃兴起。在互联网基础上的延伸和扩展,通过射频识别(RFID)、红外感应器、全球定位系统、激光扫描器等信息传感设备,按约定的协议,把任何物体与互联网相连接,进行信息交换和通信,以实现对物体的智能化识别、定位、跟踪、监控和管理的一种网络。是现代信息技术发展到一定阶段后出现的一种聚合性应用与技术提升,它将各种感知技术、现代网络技术和人工智能与自动化技术聚合与集成应用,使人与物智慧对话,创造一个智慧的世界。对于现在这样一个高度信息化的社会,信息的获取至关的重要,信息的多元化、丰富性、实时性最为重要。刚好智能数据信息采集车可以把外界的一切动感信息及时有效的收集，并自动进行处理分析把信息分层次分类别的呈现在人们的获取通道中。
经济环保。太阳能利用领域出现了两项重大突破：一是1954年美国贝尔实验室研制出的实用型单晶硅电池。二是l955年以色列Tabor提出选择性吸收表面概念和理论并研制成功选择性太阳吸收涂层。这两项突破既是太阳能利用进入现代发展时期的划时代标志，也是人类能源技术又一次变革的技术基础。从此世界上很多国家掀起了开发利用太阳能的热潮。在我们国家太阳能成为可持续发展战略的重要内容。智能信息采集车采用太阳能为动力源的能源，太阳能是一种洁净的能源，是人类可以利用的最丰富的能源，可以说是取之不尽，用之不竭。在开发和利用时，不会产生废渣、废水、废气，也没有噪音，更不会影响生态平衡。在如此多的时代要求和召唤之下智能信息采集车是众多领域数据信息获取的首选智能装备。
智能信息采集系统。它是在关键基础理论模型研究的前提下，把先进的信息技术、数据通信技术、电子控制技术及计算机处理技术等有效地综合运用于信息获取管理体系，从而建立起一种大范围、全方位发挥作用、实时、准确、高效的信息收集管理系统。它利用无线通讯专网低频段以低成本实现了数据的实时采集、快速传输，自行开发研制了无线通讯系统车载智能终端设备及控制系统，具有数据和话音双重传输功能。具有用户容量大、网络范围覆盖广、调度信息响应速度快、全自动语音报站自动化、信息发布广泛、出行者信息服务智能化、设备自维护智能化的特点。
智能信息采集车的提出，必将大大改善信息管理水平，提高信息获取系统经济效益，减少政府财政补贴，减少环境污染，改善环境，带来巨大的社会效益。
1.4 设计要求及内容
智能信息采集车就是运用计算机技术、传感器技术、图像处理技术、3D技术、人工智能等高新技术，集成GPS接收机、光电编码器、激光传感器、超声传感器、线扫描照相机、图像采集卡等设备，对外界数据进行自动采集、分析和处理，从而达到对信息进行检测的目的，进而建立智能化数据信息采集系统，进行信息处理、信息管理，设施性能预测，资源执策支持，以全面提升对外界信息获取的水平。同时还要实现对智能信息采集车行走的地面信息有特别的识别分析能力，这些信息一定要准确、高效的采集才能保证智能采集车正常运行。
研究的主要内容；
智能信息采集车辅助系统功能分析。车载采集设备供电需求分析，传感器输出数据与信息采集的系统数据需求分析，各个设备工作相互关系分析。
供电的设计与优化；对车上传感器的供电的设计与优化；对传感器、陀螺仪、照相机等设备供电控制的设计；包括对激光传感器、加速度传感器、超声传感器接口设计以及同步控制接口设计。
智能数据信息采集车行进路线和地面状况如何分析处理判断的设计、辅助系统标定、实验方案设计及数据分析处理，如光电编码和器陀螺的标定，实验方案设计以及数据的分析处理。
智能信息采集车的结构与工作原理
2．1 数据获取装置的设计
随着科学技术的发展，感觉传感器种类越来越多，其中视觉传感器成为智能采集车自动驱动行走和驾驶的重要部件。视觉的典型应用领域为自主式智能导航系统，对于视觉的各种技术而言图像处理技术已相当发达，而基于图像的理解技术还很落后，机器视觉需要通过大量的运算也只能识别一些结构化环境简单的目标。视觉传感器的核心器件是图像数据信息获取装置（如图2-1）。智能数据信息采集车可以分为四大组成部分：信息收集装置部分、传感器检测部分、执行部分、CPU。智能数据采集车要实现自动导引功能和避障功能就必须要感知导引线和障碍物，感知导引线相当给采集车的一个视觉功能。可以实现采集车自动识别路线，选择正确的行进路线，并检测到前方的障碍物自动躲避绕行以免在数据采集过程中发生相撞事故。
反射式红外传感器ST188采用高发射功率红外广电二极管和高灵敏度光电晶体管组成。检测距离可调整范围为4－15mm；采用非接触检测方式。可用于IC
卡电度表脉冲数据采集、集中抄表系统数据采集和传真机纸张检测等。反射式红外传感器中包含一个发射器LED和一个光探测器着两个元件被封装在同一个塑料壳体中，并且排列成适合他们工作的理想位置。LED发出的一束光被一个表面反射后又回到探测器中。封装在矩形壳体中的是发射器LED和探测器装置。虚线表示光线从发射器LED中发出并反射回探测器；探测器检测到的光强大小取决于物体表面的反射率，而这一光强就是传感器的输出值。反射式传感器在高度受控的理想环境下的工作性能更好，因为影响它输出的外界因素有很多，如环境光的变动、传感器与被探测物体之间的距离，以及被探测物体的反射率等。为了减少环境光的干扰，首先需要调整传感器的方位使环境光不能直接射到探测器。
图2-1 信息获取装置
为了使我们设计的智能数据信息车拥有更多的功能，除了有空间中的信息数据获取之外，我们还增加了钻井装置如图2-2来获取土壤信息，对土壤等物质也能深入探测它的数据信息，比如说土壤成分结构等。这大大增加了智能数据信息采集车的勘探功能。土壤信息的获取一方面可以对地质硬度做出分析，为智能车的运动提供安全保障，以免使车陷入泥土里。另一方面收集的土壤信息还可以经处理器处理后传送到接收端为科研所用。
图2-2 钻井数据信息获取装置
2．2 行走方案选择
2.2.1履带式
履带行走装置由行走架、引导轮、履带张紧装置、托链轮、支重轮、履带总成以及驱动轮等组成，左右两条履带包绕在上述4种轮子之外，由张紧装置张紧，直接与地面接触如图2-3所示。驱动轮驱动履带绕四种轮子转动，不直接在地面上滚动。导向轮是张紧履带，并引导它正确卷绕。若干个支重轮在履带轨面上滚动，传递垂直载荷给履带。托链轮支持着履带的上半边，使之不下垂，并可减小其上下振动。
上述四种轮子和张紧装置，除驱动轮外都集装在一个轮架(即台车架，也称履带架)上，从而形成一个台车。每辆履带车辆都有左、右两个台车。整车重量通过台车架、支重轮传给下方履带，使下方履带紧压在地面上。当驱动轮被最终传动齿轮(从动齿轮)带动时，轮齿拉动履带，地面立即产生作用在履带上的反作用力，使台车架相对地面产生向前或向后的运动，整车也就随之运动。
图2-3 履带式行走
2.2.2轮胎式
轮式在硬质路面的机动性非常好，速度更快；而且轮式底盘也更轻，对路面的承重要求相对较低。轮式车也大多轻便，非常灵活；另外，轮式车的地盘多为向地锥形，可以分散底盘下的冲击力，加上大多数轮式车的轮轴结构隐蔽在车内，两项加起来，一定程度上减少了轮轴受损的可能。但轮式在软质地面上对地面压强太大，非常容易陷车，而且不能承载厚重的装甲板。但是我们的信息采集车是太阳能驱动的全自动采集车，没有过重的装备要承担。相比之下我们选择了轮胎式。
研究的智能数据信息采集车比较独特。建立了六个车轮的线性二自由度数学模型如图2-4通过数学计算的方法分析了该车辆的操纵稳定特性，对车辆的稳态响应进行了数值分析。另外还应用虚拟现实技术对信息采集车建立了多体系统动力学仿真模型，并在此基础上模拟分析了该车的操纵动力学特性，包括稳态转向
特性试验及双移线试验。它在非道路条件下具有较强的动力性、通过性和良好的机动性能。它车身小，质量轻，适合在雪地、山地、沼泽、水淹地、泥泞地及沙地等非道路地形条件下使用。
要保持车辆行驶的稳定性，使采集车直道稳定、弯道转向轻便，必须确定车轮定位参数，包括主销后倾、主销内倾和前轮外倾。采集车的布局以精简、可靠、稳定为前提。电路底板采用万通板搭建，放置于车前部。编码器安装于车最后。通过调整布局，基本上使车重心维持在中心偏后处。
图2-4车轮分布
2.3 智能数据信息采集车基本结构
车载设备采取加固和固定措施，并具备快速拆装、整车美观的特点。车载设安装不破坏原车车体及设备结构，同时车辆改装后需符合有关车辆的安全技术标准，确保车辆的车速、转弯半径、爬坡度、制动距离、越壕宽度、接近角、离去角、涉水深度等技术指标应与原载车的相应指标相同或接近。保证车辆行驶的安全性和稳定性。
信息采集车的主体采用越野型尖峰车型，硬件设备安装于车顶和车前；车顶从前到后依次安装通信天线、雷达装置、主取景器。车前有太阳能收集装置收集整个车所需的动力能源，车前取景器能够上下转动可以更大范围收集前方的信息。智能信息采集车以STC12C5A60S2单片机为控制核心，具有光电循迹检测、超声波避障、电机驱动等主要功能。首先，两组电机（同侧两个电机为一组）分别控制左右4个车轮，通过调节两组电机的转速及转动时间，达到采集车正常行驶及转向的目的。车头的红外光电传感器通过对路况的检测反馈给单片机，控制车行走路线，防止超出边界线。与此同时通过超声波模块，检测前方是否有障碍，并且将信息反馈给单片机，控制采集车减速，防止出现撞车。钻井数据获取装置
收集地下信息如图2-5。增加了智能信息采集车的信息获取渠道，体现智能信息采集车的独特功能。
图2-5 地下信息收集
车顶所有设备的线缆都放置在采集车主体的车厢内，所有改动及安装不需在原车身上打孔，不破坏原车涂镀，不破坏原车的结构。此方案的特点：顶部设备、车载专用横向太阳能板、设备安装平台、便携式设备主机等都可分离，便于在紧急状态下便携式设备站的搭建与撤收。同时方便设备平台及便携式设备主机设备的检测与维修；满足日常工作和战时应急的需求。整体如图2-6所示
图2-6信息采集车整体模型
2.4 智能数据采集车的工作原理
控制系统收到指令后智能数据信息采集车开始工作，当前取景器检测并分析出前方的状况时如果没有障碍继续前进；有障碍时，采集车停车五秒，让采集车的金属探测模块和寻黑带导行模块停止工作，同时开启行走避障模块和寻光模块，当采集车向前行走时，遇到障物（硬件设制前端离障碍物5厘米时，表示遇到了障碍物），向左转90°；而如则边传感得到遇障信号（硬件高制则边离障碍物3厘米时，表示遇到障碍物），这时向别一边偏转一小段，然后再向发现障碍则偏传一小段，这两次偏转要求偏转角度相同。采集车偏转方法用降低遇障另边车轮速度。要实现偏转角度相同，用单片机记录跑程计数是否相等来实现。车内的辅助系统做出判别，控制车身往左或往右直到可以通过如图2-7。如此构成了智能信息采集车的运动循环。
图2-7运动循环图
经过反复考虑论证，制定了左右两轮分别驱动，后万向轮转向的方案。即左右轮分别用两个转速和力矩基本完全相同的直流减速电机进行驱动，车体尾部装一个万向轮。这样，当两个直流电机转向相反同时转速相同时就可以实现电动车的原地旋转，由此可以轻松地实现采集车保持坐标不变打转90度甚至180度。在安装时我们力求保证两个驱动电机同轴。当采集车前进时，左右两驱动轮与后万向轮形成了三点支撑结构，这种结构使得车子在前进时比较平稳，可以避免出现后轮过低而引发左右两驱动轮驱动力不足的情况。后万向轮同时还起到了防止车子重心偏移的作用。
前轮亦为驱动轮,其决定信息采集车能否灵活拐弯的关键部分。这辆信息采集车与一般的车不同，不是靠摆舵来控制转弯，而是靠左右后轮速度差来实现转弯控制。小车的两前轮是靠舵机进行驱动的。通过两路PWM波实现对其的控制。只要调整PWM波的占空比即可控制舵机的转速。当采集车左轮的速度高于右轮时，采集车右转弯；反之，当车右轮的速度高于左轮时，采集车左转弯。车后
轮属从动轮，质地较硬，其与地面磨擦力较小，与其动力相比可以忽略不记。所以它可以自由偏移，而不影响采集车的转向。
智能信息采集车的信息收集装置主取景器和前取景器工作把收集的数据进行处理分析，通过雷达和通信天线传输发送到达指定终端。红外发射管发出红外线，当发出的红外线照射到白色的平面后反射，若红外接收管能够接收到反射回来的光线则检测出白线继而输出低电平，若接收不到发射管发出的光线则检测出黑线继而输出高电平。这样自己制作的寻迹传感器能够满足要求。
图2-8信息传送
智能信息采集车的功能与特点
3.1 智能信息采集车的功能
周围空间信息自动采集。在智能信息采集车中主取景器处于顶端，它将被摄物体的光图像转变为电信号，为系统提供信号源，因此它是系统中最重要的设备之一。前端的前取景器用于获取前方区域地图像。两个取景器的核心是摄像机，它是光电信号转换的主体设备，是整个系统的眼睛。把系统所检测的目标，即把被摄物体的光、声信号变成电信号，然后送入系统的传输分配部分进行传送。
前头的钻井设备要有土壤获取分析、归类成分、呈现结构等信息的采集。智能信息采集车以计算机信息技术为基础，通过遥传、遥测、遥控技术实现深层勘探钻井技术的自动化和智能化。成像测井解释勘探技术可以对深层土壤的复杂地质空间以及深层物质储层的非均质性等进行科学的分析，该技术可以充分实现对土壤情况的精细评价，并能根据评价结果有效结合地质特点分析其各方面方面的资料，系统建立成像模式，根据成像模式来科学分析要勘探的深层土地的特征和状况，进而有效提高深层土壤的勘探效率。尤其对石油开采具有非常重要的价值，在深土勘测中大幅度提高效率。
检测当前地理位置。智能信息采集车拥有自主式导航定位功能，利用了导航
的惯性原理，利用距离传感器、方向传感器等传感器测量运动载体的位移和航向信息，由此解算出移动载体的位置。
存储收集的信息和空间数据传输。信息的储存是信息系统的重要方面，如果没有信息储存，就不能充分利用已收集、加工所得信息，同时还要耗资、耗人、耗物来组织信息的重新收集、加工。有了信息储存，就可以保证随用随取，为单位信息的多功能利用创造条件，从而大大降低了费用。智能信息采集车使用虚拟存储技术实现存储管理的自动化与智能化。有了信息存储要实现信息的效用与价值就必须要有信息传送功能。智能信息采集车把收集的信息处理后通过数据通道传送发散出去，然后有接收中心接收利用。
智能信息采集车是一种能够在外空星球表面行驶并完成外星表面探测、考察、收集和分析样品等复杂任务的专用车辆。这也是智能信息采集车的外空信息采集的一个独特功能。如图3-1
图3-1外空信息收集
3.2智能信息采集车的特点
智能化作为现代社会的新产物，是以后的发展方向，智能信息采集车可以按照预先设定的模式在一个特定的环境里自动的运作，无需人为管理，便可以完成预期所要达到的或是更高的目标。智能数据采集车可以通过计算机编程来实现其对行驶方向、启停以及速度的控制，无需人工干预。因此，智能数据采集车具有再编程的特性，是机器人的一种。六轮设计，平衡度和稳定性比较好，可以在山地行走。智能数据采集车上装有高效率太阳能电池板来提供电能。智能信息采集
车基本是全智能化无需人工驾驶可以自动避过障碍物。智能信息采集车采用自主反应式智能系统，是一种应用广泛的控制系统，对电路的分析和验证工作依靠智能化来完成，效率高。
智能信息采集车采用了多传感器信息融合的基本原理，就是模仿人类大脑的这个过程，得到一个对复杂对象的一致性解释或结论。多传感器信息融合是协调多个分布在不同地点，相同或不同种类的传感器所提供的局部不完整观测量信息加以综合，协调使用，消除可能存在的冗余和矛盾，并加以互补，以减少不确定性，得到对物体或环境的一致性描述的过程。所以智能信息采集车具有许多性能上的优点：
(1) 增加了系统的生存能力；
(2) 减少了信息的模糊性；
(3) 扩展了采集数据覆盖范围；
(4) 增加了可信度；
(5) 改善了探测性能；
(6) 提高了空间的分辨力；
(7) 改善了系统的可靠性；
(8) 信息的低成本性；
（9）它可以作为救援和森林防火一个协助的工具；可以作为军事装备；可以成为沙滩、森林、沙漠的智能探测工具。如图3-2
图3-2 复杂地行驶
智能信息采集车的设计思路
4．1 基本工作思路
本智能信息采集车有中央信息处理核心，附加外围取景器，将取景器采集到的环境信息进行综合判别和处理，并通过速度传感器获得当前信息采集车速度，然后发出指令给电机驱动器，通过车模的组装、传感器的选择与安装、系统电路板的设计与安装、控制算法的设计与调试，从而实现采集车自动识别行驶轨迹，并根据轨迹实现自动加速、减速和左右转向等功能。在获取和处理采集车自身行走的信息的同时，取景器收集的外界环境信息、土壤采集器采集的土地信息都通过传输通道传送给接收装置。
图3-1设计思路
4．2动力选择思路
4.2.1采用步进电机作为该系统的驱动电机
用步进电机作为该系统的驱动电机由于其转过的角度可以精确的定位，可以实现采集车前进路程和位置的精确定位。虽然有诸多优点，但是步进电机的输出力矩较低，特别是会随着转速的升高而下降，甚至在较高转速下力矩会急剧下降，不适用于对采集车等有一定速度要求的系统。
4.2.2采用直流减速电机
直流减速电机转动力矩大，体积小，重量轻，装配简单，使用方便。由于其
内部构造采用高速电动机提供原始动力，带动变速（减速）齿轮箱，可以产生较大扭力。经综合比较考虑采用直流减速电机。
电机驱动模块采用专用芯片L298N作为电机驱动芯片。L298N是一个具有高电压大电流的全桥驱动芯片，它相应频率比较高，一片L298N可以分别控制两个直流电机，而且还带有控制使能端。用该芯片作为电机驱动，操作方便，稳定性好，性能优良。
4．3设计后的调整
部分调整主要涉及到智能信息采集车底盘高度、车重心位置、后轮距、减震器、齿轮咬合、差速器等。具体调整如下：
1）底盘高度调整：底盘高度可以影响重心。适当降低底盘高度可以使采集车重心降低，有利于过弯稳定。实际调整可以通过调整前轮高度、后轮轴高度调节块等方式来调节。
2）重心位置：重心位置同样影响采集车性能。重心过前，增加转向阻力，引起转向迟滞。另外，如果车速很快的情况下，上下坡道的时候会造成前轮首先着地，很可能造成采集车意外事故。重心过后，则会使车前轮抓地不足，造成过弯非常不稳定。实际调整以重心在电池处为准，保持各部分重量均衡。
3）后轮距调整：后轮距可以通过换装后轮宽度调整块来调整。合适的后轮宽度会是采集车直线性能和弯道性能更优，利于车稳定。
4）减震器弹簧强度调整：坡道时候，减震器影响显得尤为突出。采集车平面行驶时，无垂直方向速度，遇到坡道时候，车会瞬间在垂直方向上出现一个速度，此时减震器在耦合车前部和车后部时候会出现一个缓冲区，增加坡道稳定性。下坡时候则是垂直方向上的速度瞬间减小为0，减震器的作用亦如上坡。实际调整中，通过加装弹簧调节块来调整。
5）齿轮咬合调整：调整齿轮咬合，以不松动，无卡滞，松紧合适为准。另外还要保证齿轮间咬合有足够的接触面积。
6）差速器调整：差速器调整能够提高车入弯速度，提高弯道性能。差速器调整可以通过右后轮轮轴上面的螺丝。注意调整过松，会严重影响直道加速性能；调整过紧则会使差速器处于无效状态。差速器滚珠处可以适当添加润滑剂，保证差速器平滑。
总结与展望
在科学探索和紧急抢险中经常会遇到对与一些危险或人类不能直接到达的地域的探测，这些就需要用智能信息采集车来完成。而智能信息采集车在复杂地形中行进时自动避障是一项必不可少也是最基本的功能。因此，自动避障系统的研发就应运而生。我们的智能信息采集车就是基于这一系统开发而成的。随着科技的发展，对于未知空间和人类所不能直接到达的地域的探索逐步成为热门，这就使智能信息采集车有了重大的意义。智能信息采集车可以作为地域探索和紧急抢险。相信在不久的将来智能信息采集车一定会用在更大的空间领域，对未来空间站的建设起到中流砥柱的作用。
在现代化社会中智能信息采集车因其独特的性能优点，实现地面、空中为一体的立体化自动信息采集系统，同时，它抗污染更强，安装更为方面，生产成本更低，在现代信息采集中被普遍使用，但到目前为止，智能信息采集车的研制和开发，虽取得了一些进展，但造价相当昂贵，因此，此项技术的改进势在必行。
通过现在对采集车的研究，它不仅能单独的实现寻迹和避障功能，而且可将两者有效的结合起来，不过还需要对它的机械结构做一定的修改，使其运行起来更加稳定，转弯也更灵活。电路的成熟化需要我们在实验中进一步加以改进，在采集车的制作上，在传感器的安装上，如果能有更好的改进的话，可以让小车走的更加平稳。但是硬件已基本成型，更够有更大发挥空间的地方还是软件，更优的算法将会让采集车从任意地形中走出去。在今后的试验课程中，能做出更好的驱动电路，以便在走迷宫的过程中让采集车更稳健。另外避障用的红外一体化接收头，要对每一个红外发射管加驱动，否则探测距离会大大受影响。传感器在使用过程中容易受损，应该多加注意
经过两个多月暑假的设计，终于完成了智能信息采集车的方案设计，在设计的过程中，我们克服了许多困难,通过参考前人的经验,完成了采集车车的整体方案设计，期间出现很多错误，都被及的发现并改正，从中体会到前期的准备和查资料是非常的重要，是设计的顺利完的保证。通过本次比赛设计，不仅使我学到了更多的知识，也使我学会了如何更好地处理遇到的问题。同时还锻炼了今后工作遇到相类似问题时，发现问题和解决问题的能力。另外，还提高了自身理论知识和实践相联系的能力。
参考文献
[1] 涂序彦.人工智能及其应用.电子工业出版社，1998：14-38.
[2] 何永宝.多传感器信息融合系统中的传感器模型，智能控制与智能自动化.科学出版社，
1993：55-86.
[3] 陈伯时.电力拖动自动控制系统.第二版.北京:机械工业出版社.2000:127-130
[4] 周杏鹏.传感器与检测技术清华大学出版社 2009.10
[5] 沈峘,毛建国,李舜酩. 单目视觉车道线识别算法及其ARM实现. 南京航空航天大学
学报, 2008: 208 - 212
[6] 杨明.无人自动驾驶车辆研究综述与展望,TP242.6
[7] 杨凌霄.微型计算机原理及应用.中国矿业大学出版社 2004.08
[8] 濮良贵.机械设计。高等教育出版社
[9] 李伟.先进制造技术，机械工业出版社
“工业机器人”设计大作业 作品题目：货物装卸机器人 专业：机械设计制造及其自动化 姓名：班级：学号： 姓名：班级：学号： 姓名：班级：学号： 指导教师：陈明
1 前言 货物装卸作业是指用一种设备握持工件，是指从一个加工位置移到另一个加工位置。货物装卸机器人可安装不同的末端执行器以完成各种不同形状和状态的工件货物装卸工作，大大减轻了人类繁重的体力劳动。目前世界上使用的货物装卸机器人愈10 万台，被广泛应用于机床上下料、冲压机自动化生产线、自动装配流水线、码垛货物装卸、集装箱等的自动货物装卸。部分发达国家已制定出人工货物装卸的最大限度，超过限度的必须由货物装卸机器人来完成。装卸货物装卸是物流的功能要素之一，在物流系统中发生的频率很高 2 设计方案论证 本课题通过对货物装卸机器人工作对象及工作场所的分析研究，深入了解其工作是 如何进行，各部分零部件应该如何运行以及如何紧密配合，先确定其总体结构再对主要 零部件进行设计计算确定其尺寸大小以及确定电机型号。 2.1 基本思想 （1）设计要考虑要求和工作环境的限制。 （2）考虑到货物装卸货物时所需要精确度不是很高，为了简化结构，境地成本，采用 角铁焊接结构。 （3）为了满足设计要求，须设计三个独立的电机驱动系统，各部分之间通过计算 机控制、协调工作。 （4）本次设计只是该题目的机械部分，而对应控制部件的考虑较少。 3 仓库货物装卸机器人的设计计算 3.1 货物装载伸缩装置的设计 3.1.1 确定传动方案 我们所学的传动方式有以下几种：带传动、链传动、齿轮传动、蜗轮蜗杆传动和钢 丝绳传动等，一般地说，啮合传动传递功率的能力高于摩擦传动；蜗轮传动工作的发热 情况较为严重，因而传动的功率不宜过大；摩擦轮传动由于必须有足够的压紧力，故而 在传递同一圆周力时，其压轴力比齿轮传动的大几倍，因而不宜用于大功率传动。带传
机械装备设计制造综合技能大赛 设 计 说 明 书 姓名：孙小平洪耀林徐海昌 指导老师：黄伟玲 2014年9月17日 江西·赣州
摘要 随着计算机技术，人工智能技术的迅速发展以及智能采集器的不断改进和推陈出新，智能信息采集装置已经取得了很大进展。但是对于应用比较复杂通用性较高的全自动信息采集车还没有突破性的进展。智能数据信息采集车的研究将会告别信息相互孤立缺乏联动性的现象，是一个复杂的，面向智能化的，不断发现的过程。近年来，很多关于信息采集的研究和设计，尤其是智能数据信息采集车更是吸引了很多人的眼球。对于智能信息采集车来说，不但要有环境信息获取功能，还要有对信息理解和信息处理的功能。对自动信息采集车的研究是针对环境空间的识别，然后建立相应数据通道，通过雷达和无线装置把获取的数据传送到终端。 智能信息采集车采用了应用范围广，性价比高的基于单片机的多数据通道采集系统，将来自传感器的信号通过转换器转换为数字信号后由单片机采集然后利用SPI通信将数据送到主机进行数据的存储后期处理与显示实现数据处理功能强大的智能化高端信息采集设备。 智能数据信息采集车是一个集自动驾驶、环境感知、规划决策等功能于一体的综合系统。它集中的运用了人工智能、导航、传感器及自动控制等技术；应用了计算机、信息传递、通信交流等现代装备，是典型的高新技术综合体。 关键词：智能信息采集车、智能化、传感器、数据通道、现代装备
第一章绪论 (1) 1.1 信息采集的现状及发展概述 (1) 1.2信息采集车国内外研究现状 (2) 1.3智能信息采集车的背景意义 (4) 1.4 设计要求及内容 (6) 第二章智能信息采集车的结构与工作原理 (6) 2.1 数据获取装置的设计 (6) 2.2 行走方案选择 (7) 2.3基本结构 (9) 2.4工作原理 (11) 第三章智能信息采集车的功能与特点 (12) 3.1 智能信息采集车的功能 (12) 3.2智能信息采集车的特点 (13) 第四章智能信息采集车的设计思路 (15) 4.1 基本工作思路 (15) 4.2动力选择思路 (15) 4.3设计后的调整 (16) 第五章总结与展望 (17) 参考文献 (18)
机器人创新设计作品说明材料学校名称：景德镇高等专科学校 作品名称：探索者机器人创新设计 作品设计成员： 作品设计时间：二零一二年十月十九日
摘要 本文主要介绍了一个基于ARM7 LPC2138，32 位的高性能主控芯片控制的探索者机器人的创新设计，该设计包括C语言编程，声控、振动、触碰、光强、闪动、黑标、白标、近红外等多种传感控制，图形化编程及便携式编程三种编程模式，能满足任何软件水平的用户实现简单或复杂的自动化控制程序及其他功能实现。 在设计中，详细的展现了探索者机器人的各个功能模块、传感器的属性功能工作状况。最后，实现整个实验功能创新设计。
目录 摘要 (1) 第一章引言 (1) 1.1 探索者机器人创新设计概 述 (2) 1.2 探索者机器人创新设计特点 (2) 1.3 探索者机器人创新设计目的 (3) 1.4 探索者机器人创新设计意义和前景 (4) 第二章、主控板 (5) 第三章、红外接收头 (5) 第四章、语音模块 (5) 第五章、LED 模块 (6) 第六章、舵机 (6) 第七章、传感器 (7) 7.1 黑标/白标传感器 (8) 7.2 近红外传感器 (8) 7.3 姿态传感器 (9) 7.4 闪动传感器 (9) 7.5 声控传感器 (10) 7.6 触碰传感器 (10) 7.7 振动传感器 (11) 7.8 触须传感器 (11) 7.9 光强传感器 (11) 第八章、编程手柄说明 (12) 第九章、C 语言编程基础指南 (13) 9.1 安装编程环境 (13) 9.2 第一个ARM 软件 (18) 9.3 烧写程序 (21) 9.4 ARM 主控板端口列表 (22) 9.5 库函数 (24) lib_io.c………………………………….…………………….………… 24
工业机器人课程设计基于Matlab的工业机器人运动学和雅克比运动分析 班级： 学号 姓名：
目录 摘要 ..................................................................................................................................................... - 2 - PUMA560机器人简介 ...................................................................................................................... - 3 - 一、PUMA560机器人的正解 .......................................................................................................... - 4 - 1.1、确定D-H 坐标系 .................................................................................................................... - 4 - 1.2、确定各连杆D-H 参数和关节变量 ........................................................................................ - 4 - 1.3、求出两杆间的位姿矩阵 ......................................................................................................... - 4 - 1.4、求末杆的位姿矩阵 ................................................................................................................. - 5 - 1.5、M A TLAB 编程求解 .................................................................................................................. - 6 - 1.6、验证 ......................................................................................................................................... - 6 - 二、PUMA560机器人的逆解 .......................................................................................................... - 7 - 2.1、求1θ ........................................................................................................................................ - 7 - 2.2、求3θ ........................................................................................................................................ - 7 - 2.3、求2θ ........................................................................................................................................ - 8 - 2.4、求4θ ........................................................................................................................................ - 9 - 2.5、求5θ ........................................................................................................................................ - 9 - 2.6、求 6 θ ...................................................................................................................................... - 10 - 2.7、解的多重性 ........................................................................................................................... - 10 - 2.8、M A TLAB 编程求解 ................................................................................................................ - 10 - 2.9、对于机器人解的分析 ........................................................................................................... - 10 - 三、机器人的雅克比矩阵 ............................................................................................................... - 11 - 3.1、定义 ....................................................................................................................................... - 11 - 3.2、雅可比矩阵的求法 ............................................................................................................... - 11 - 3.3、微分变换法求机器人的雅可比矩阵 ................................................................................... - 12 - 3.4、矢量积法求机器人的雅克比矩阵 ....................................................................................... - 13 - 3.5、M A TLAB 编程求解 ................................................................................................................ - 14 - 附录 ................................................................................................................................................... - 15 - 1、M ATLAB 程序 ........................................................................................................................... - 15 - 2、三维图 ...................................................................................................................................... - 24 -
河南机电高等专科学校《机器人应用技术》课程作品 设计说明书 作品名称：多功能机械手 专业：机电一体化技术 班级：机电124班 扣号： 姓名：流星 2014 年 10 月 1 日
目录 一课题概述 (2) 1、选题背景 (2) 2、发展现状和趋势 (3) 3、研究调研 (4) 二机械手组成及工作过程 (6) 1、整体结构分析 (6) 2、所需器材 (6) 3、底座部分 (8) 4、躯干部分 (9) 5、上臂部分 (10) 6、手爪部分 (11) 7、机械手系统的总调试 (12) 三软件部分 (13) 1、机械手软件编制流程图 (13) 2、机械手运行控制程序图 (14) 四设计体会 (15) 一课题概述 1、选题背景 随着我国经济的高速发展，各种电子产品和各种创新机械结构的出现，工业机器人的作用在装配制造业产业中的地位更加重要了。另一方面随着人们生活水平的提高传统制造产业劳动力生产成本进一
步提高，这也使企业意识到用高速准确的机械自动化生产代替传统人工操作的重要性。其中机械手是其发展过程中的重要产物之一，它不仅提高了劳动生产的效率，还能代替人类完成高强度、危险、重复枯燥的工作，减轻人类劳动强度，可以说是一举两得。在机械行业中，机械手越来越广泛的得到应用，它可用于零部件的组装，加工工件的搬运、装卸，特别是在自动化数控机床、组合机床上使用更为普遍。目前，机械手已发展成为柔性制造系统FMS和柔性制造单元FMC中一个重要组成部分。把机床设备和机械手共同构成一个柔性加工系统或柔性制造单元，可以节省庞大的工件输送装置，结构紧凑，而且适应性很强。但目前我国的工业机械手技术及其工程应用的水平和国外比还有一定的距离，应用规模和产业化水平低，机械手的研究和开发直接影响到我国机械行业自动化生产水平的提高，从经济上、技术上考虑都是十分必要的。因此，进行机械手的研究设计具有重要意义。 在这样一个大的背景下结合自己的专业机电一体化，我们选择多功能机械手来作为我们的设计题目。结合专业特点使用德国慧鱼机器人教学模型作为我们实现这一课题的元件。利用慧鱼模型的各种机械结构组装出机械手的机械部分，用pc编程实现对机械手的自动控制，利用限位开关来保护电机和控制机械手位置的准停。 这个课题可以充分的体现机电一体化的由程序自动控制机械结构的运动，对自己以前的所学的课程也是一种巩固。另一方面这个机械手可以实现一定的搬运功能具有很强的实用性能。 2、发展现状和趋势
1引言 1.1设计目的 机器人可以干人不愿意干的事，把人从有毒的、有害的、高温的或危险的，这样的环境中解放出来，同时机器人可以干不好干的活，比方说在汽车生产线上我们看到工人天天拿着一百多公斤的焊钳,一天焊几千个点，就重复性的劳动，一方面他很累，但是产品的质量仍然很低；另一方面机器人干人干不了的活，这也是非常重要的机器人发展的一个理由，比方说人们对太空的认识，人上不去的时候，叫机器人上天，上月球，以及到海洋，进入到人体的小机器人，以及在微观环境下，对原子分子进行搬迁的机器人，都是人们不可达的工作。 机器人是一个具有有类人的功能，比如说作业功能；感知功能；行走功能；还能完成各种动作，还有一个特点是根据人的编程能自动的工作，这里一个显著的特点，就是可以编程，改变工作、动作、工作的对象和工作的一些要求。是人造的机器或机械电子装置，所以这种机器人仍然是个机器。但是目前还没有一个统一的有关机器人定义，一般来说认为机器人是计算机控制的可以编程的目前能够完成某种工作或可以移动的自动化机械，这是美国工程师协会定的一个定义，但日本和其他国家也对机器人有不同的看法，从完整的更为深远的机器人定义来看，应该更强调机器人智能，所以又提出来机器人的定义是能够感知环境，能够有学习、情感和对外界一种逻辑判断思维的这种机器。那么这给机器人提出来更高层次的要求，所以要求设计出机器人。 1.2设计背景 首先我介绍一下机器人产生的背景，机器人技术的发展，它应该说是一个科学技术发展共同的一个综合性的结果，也同时，为社会经济发展产生了一个重大影响的一门科学技术，它的发展归功于在第二次世界大战中，各国加强了经济的投入，就加强了本国的经济的发展。 另一方面它也是生产力发展的需求的必然结果，也是人类自身发展的必然结果，那么人类的发展随着人们这种社会发展的情况，人们越来越不断探讨自然过程中，在改造自然过程中，认识自然过程中，实现人们对不可达世界的认识和改造，这也是人们在科技发展过程中的一个客观需要。 “迎宾机器人”是一个机电结合的制作。在现实当中，当客人来到门口时，会向客人热情的说一句“欢迎光临”，同时记下进入人数，同样当有客人从门口离
机械制造装备设计说明书 设计日期：2015年6月16日
前言 机器人（Robot）是自动执行工作的机器装置。它既可以接受人类指挥，又可以运行预先编排的程序，也可以根据以人工智能技术制定的原则纲领行动。它的任务是协助或取代人类工作的工作，例如生产业、建筑业，或是危险的工作。
目录 1、机器人型号.................................................................................. 错误！未定义书签。 2、关节机械原理图 ....................................................................... 错误！未定义书签。 3、各关节运动范围及最快速度 (4) 4、拆装过程 (6) 5、零件明细表 (6) 6、所拆关节减速器工作原理 ....................................................................................... 小结.......................................................................................................................................... 参考文献................................................................................................. 错误！未定义书签。
《机器人应用技术》课程作品 设计说明书 作品名称：多功能机械手 专业：机电一体化技术 班级：机电124班 2014 年10 月1 日
目录 一课题概述 (2) 1、选题背景 (2) 2、发展现状和趋势 (3) 3、研究调研 (4) 二机械手组成及工作过程 (6) 1、整体结构分析 (6) 2、所需器材 (6) 3、底座部分 (8) 4、躯干部分 (9) 5、上臂部分 (10) 6、手爪部分 (11) 7、机械手系统的总调试 (12) 三软件部分 (13) 1、机械手软件编制流程图 (13) 2、机械手运行控制程序图 (14) 四设计体会 (15)
一课题概述 1、选题背景 随着我国经济的高速发展，各种电子产品和各种创新机械结构的出现，工业机器人的作用在装配制造业产业中的地位更加重要了。另一方面随着人们生活水平的提高传统制造产业劳动力生产成本进一步提高，这也使企业意识到用高速准确的机械自动化生产代替传统人工操作的重要性。其中机械手是其发展过程中的重要产物之一，它不仅提高了劳动生产的效率，还能代替人类完成高强度、危险、重复枯燥的工作，减轻人类劳动强度，可以说是一举两得。在机械行业中，机械手越来越广泛的得到应用，它可用于零部件的组装，加工工件的搬运、装卸，特别是在自动化数控机床、组合机床上使用更为普遍。目前，机械手已发展成为柔性制造系统FMS和柔性制造单元FMC中一个重要组成部分。把机床设备和机械手共同构成一个柔性加工系统或柔性制造单元，可以节省庞大的工件输送装置，结构紧凑，而且适应性很强。但目前我国的工业机械手技术及其工程应用的水平和国外比还有一定的距离，应用规模和产业化水平低，机械手的研究和开发直接影响到我国机械行业自动化生产水平的提高，从经济上、技术上考虑都是十分必要的。因此，进行机械手的研究设计具有重要意义。 在这样一个大的背景下结合自己的专业机电一体化，我们选择多功能机械手来作为我们的设计题目。结合专业特点使用德国慧鱼机器人教学模型作为我们实现这一课题的元件。利用慧鱼模型的各种机械结构组装出机械手的机械部分，用pc编程实现对机械手的自动控制，
搬运机器人结构设计与分析 摘要 在当今大规模制造业中，企业为提高生产效率，保障产品质量，工业机器人作为自动化生产线上的重要成员，逐渐被企业所认同并采用。工业机器人的技术水平和应用程度在一定程度上反映了一个国家工业自动化的水平。目前，工业机器人主要承担着焊接、喷涂、搬运以及堆垛等重复性并且劳动强度极大的工作。 本课题主要对搬运机器人的机械部分展开讨论，对原有的机械结构提出了新的改进方法，并把现在的新技术应用到本课题中，从而使得搬运机器人更加适用于现在的工业工作环境。通过详细了解搬运机器人在工业上的应用现状，提出了具体的搬运机器人设计要求，并根据搬运机器人各部分的设计原则，进行了系统总体方案设计以及包括：机器人的手部、腕部、臂部、腰部在的机械结构设计。此搬运机器人的驱动源来自液压系统，执行元件包括：柱塞式液压缸、摆动液压缸、伸缩式液压缸等。通过液压缸的运动来实现搬运机器人的各关节运动，进而实现搬运机器人的实际作业。 关键词：搬运机器人；液压系统；机械结构设计；操作
Abstract In the modern large-scale manufacturing industry,enterprises to improve productivity, and,guarantee product quality, as an important part of the automation production line, industrial robots are gradually approved and adopted by enterprises. Industrial robot technology standards and application level, to a certain extent, reflect a level of national industrial automation. Currently, Industrial robot mainly tasked with welding, spraying, handling and stacking, repetitive and intensity of significant work. The subject of the main part of the handling of their machinery discussions, and on the original mechanical structure proposed for the new improved method, which makes the handling robot is more applicable to the present industrial working environment.Through a detailed understanding of the robot in the industrial application,to propose specific handling robot design requirements,and according to the robot design principles of various parts, for the system as well as including:the robot's hand, wrist, arm, waist, the design of mechanical structures.The transfer robot driven by the source from the hydraulic system, and the implementation of components including:plunger hydraulic cylinders, hydraulic cylinders, swing, telescopic hydraulic cylinders, etc.Through the hydraulic cylinder movements to implement the joint transport robot motion,And realize the operational handling robot. Keywords：Transfer robot；Hydraulic System；Mechanical Design；Operating
机器人课程设计说明书 指导教师： 院系： 班级：
： 学号：
一、课程设计的容 1、目的和意义 机器人涉及机械、电子、传感、控制等多个领域和学科。本课程设计是在《机器人学》课程的基础上，利用多传感技术、控制技术实现机器人控制系统的综合与应用，达到锻炼学生综合设计能力的目的。让我们把理论与实践结合起来，掌握更多技能。 2、设计容 （一）、机器人硬件 本课程设计使用实验室已有的移动机器人。机器人有两个驱动轮、一个从动轮，驱动轮由舵机直接驱动。机器人控制器为89S52单片机。机器人结构图如图1所示。 图1 机器人结构简图
（二）、设计任务 利用多传感器技术，实现对机器人的轨迹规划及控制。具体为：控制机器人在规定的场地避开障碍物走遍整个场地。 二C51单片机编程环境与机器人智能 1、单片机与C51系列单片机 （一）、单片机 单片机是一种集成电路芯片，是采用超大规模集成电路技术把具有数据处理能力的中央处理器CPU随机存储器RAM、只读存储器ROM、多种I/O口和中断系统、定时器/计时器等功能（可能还包括显示驱动电路、脉宽调制电路、模拟多路、A/D转换器等电路）集成到一块硅片上构成的一个小而完善的微型计算机系统，在工业控制领域的广泛应用。从上世纪80年代，由当时的4位、8位单片机，发展到现在的32位300M的高速单片机。 （二）、C51系列单片机 MCS51是指由美国INTEL公司生产的一系列单片机的总称。这一系列单片机包括了好些品种，如8031，8051，8751等，其中8051是最典型的产品，该系列单片机都是在8051的基础上进行功能的增、减、改变而来的。 本课程设计所用的AT89S52单片机是在此基础上改进而来的。AT89S52是一种高性能、低功耗的8位单片机，含8k字节ISP可反复擦写1000次的FLASH只读程序存储器，兼容标准MCS51指令系统及其引脚结
沈阳工程学院 课程设计 设计题目：三自由度微型直角坐标工业机器人模型设计 系别自控系班级测本081 学生姓名步勇捷学号 2008310110 指导教师祝尚臻职称讲师 起止日期：2012年 1 月 2 日起——至 2012 年 1 月13 日止 - I -
沈阳工程学院 课程设计任务书 课程设计题目：三自由度直角坐标工业机器人设计 系别自动控制工程系班级 学生姓名学号 指导教师职称讲师 课程设计进行地点： F430 任务下达时间： 2011年 12月31日 起止日期：2012 年 1 月2日起——至 2012 年 1 月13日止教研室主任年月日批准 - II -
三自由度直角坐标工业机器人设计 1 设计主要内容及要求 1.1 设计目的： 1了解工业机器人技术的基本知识以及单片机、机械设计、传感器等相关技术。 2初步掌握工业机器人的运动学原理、传动机构、驱动系统及控制系统并应用于工业机器人的设计中。3通过学习，掌握工业机器人的驱动机构、控制技术，并使机器人能独立执行一定的任务。 1.2 基本要求 1要求设计一个微型的三自由度的直角坐标工业机器人； 2要求设计机器人的机械机构（示意图），传动机构、控制系统、及必需的内外部传感器的种类和数量布局。 3要有控制系统硬件设计电路。 1.3 发挥部分 自由发挥 2 设计过程及论文的基本要求： 2.1 设计过程的基本要求 （1）基本部分必须完成，发挥部分可任选； （2）符合设计要求的报告一份，其中包括总体设计框图、电路原理图各一份； （3）设计过程的资料保留并随设计报告一起上交；报告的电子档需全班统一存盘上交。 2.2 课程设计论文的基本要求 （1）参照毕业设计论文规范打印，包括附录中的图纸。项目齐全、不许涂改，不少于3000字。图纸为A4，所有插图不允许复印。 （2）装订顺序：封面、任务书、成绩评审意见表、中文摘要、关键词、目录、正文（设计题目、设计任务、设计思路、设计框图、各部分电路及相应的详细的功能分析和重要的参数计算、工作过程分析、元器件清单、主要器件介绍）、小结、参考文献、附录（总体设计框图与电路原理图）。 3 时间进度安排 顺序阶段日期计划完成内容备注 1 2012.1. 2 讲解主要设计内容，布置任务打分 2 2012.1. 3 检查框图及初步原理图完成情况，讲解及纠正错误打分 3 2012.1. 4 检查机械结构设计并指出错误及纠正；打分 4 2012.1. 5 继续机械机构和传动机构设计打分 5 2012.1. 6 进行控制系统设计打分 6 2012.1.9 检查控制系统原理图设计草图打分 7 2012.1.10 完善并确定控制系统打分 8 2012.1.11 指导学生进行驱动机构的选择打分 9 2012.1.12 进行传感器的选择和软件流程设计打分 10 2012.1.13 检查任务完成情况并答辩打分 - III -
河南机电高等专科学校 《机器人应用技术》课程作品 设计说明书 作品名称：多功能机械手 专业：机电一体化技术 班级：机电124班 扣号：1534542251 姓名：流星 2014 年10 月1 日
目录 一课题概述 (2) 1、选题背景 (2) 2、发展现状和趋势 (3) 3、研究调研 (4) 二机械手组成及工作过程 (6) 1、整体结构分析 (6) 2、所需器材 (6) 3、底座部分 (8) 4、躯干部分 (9) 5、上臂部分 (10) 6、手爪部分 (11) 7、机械手系统的总调试 (12) 三软件部分 (13) 1、机械手软件编制流程图 (13) 2、机械手运行控制程序图 (14) 四设计体会 (15)
一课题概述 1、选题背景 随着我国经济的高速发展，各种电子产品和各种创新机械结构的出现，工业机器人的作用在装配制造业产业中的地位更加重要了。另一方面随着人们生活水平的提高传统制造产业劳动力生产成本进一步提高，这也使企业意识到用高速准确的机械自动化生产代替传统人工操作的重要性。其中机械手是其发展过程中的重要产物之一，它不仅提高了劳动生产的效率，还能代替人类完成高强度、危险、重复枯燥的工作，减轻人类劳动强度，可以说是一举两得。在机械行业中，机械手越来越广泛的得到应用，它可用于零部件的组装，加工工件的搬运、装卸，特别是在自动化数控机床、组合机床上使用更为普遍。目前，机械手已发展成为柔性制造系统FMS和柔性制造单元FMC中一个重要组成部分。把机床设备和机械手共同构成一个柔性加工系统或柔性制造单元，可以节省庞大的工件输送装置，结构紧凑，而且适应性很强。但目前我国的工业机械手技术及其工程应用的水平和国外比还有一定的距离，应用规模和产业化水平低，机械手的研究和开发直接影响到我国机械行业自动化生产水平的提高，从经济上、技术上考虑都是十分必要的。因此，进行机械手的研究设计具有重要意义。 在这样一个大的背景下结合自己的专业机电一体化，我们选择多功能机械手来作为我们的设计题目。结合专业特点使用德国慧鱼机器人教学模型作为我们实现这一课题的元件。利用慧鱼模型的各种机械结构组装出机械手的机械部分，用pc编程实现对机械手的自动控制，
目录 1绪论 (2) 1.1机器人的论述 (2) 1.2机器人的历史现状 (4) 1.3机器人的发展趋势 (5) 2搬运机器人的总体设计 (6) 2.1搬运机器人原理设计 (6) 2.2搬运机器人的机械系统设计 (6) 3手臂设计及计算 (9) 3.1搬运机器人臂部的驱动计算 (10) 3.2臂部上零件的选型及其校核 (13) 4结论 (15) 5参考文献 (16)
阶段，例如，美国通用汽车公司1968年订购了68台工业机器人；1969年该公司又自行研制出SAM新工业机器人，并用21组成电焊小汽车车身的焊接自动线；又如，美国克莱斯勒汽车公司32条冲压自动线上的448台冲床都用工业机器人传递工件。 （3）1970年至今一直处于推广应用和技术发展阶段。1970-1972年，工业机器人处于技术发展阶段。1970年4月美国在伊利斯工学院研究所召开了第一届全国工业机器人会议。据当时统计，美国大约200台工业机器人，工作时间共达60万小时以上，与此同时，出现了所谓了高级机器人，例如：森德斯兰德公司（Sundstrand）发明了用小型计算机控制50台机器人的系统。又如，万能自动公司制成了由25台机器人组成的汽车车轮生产自动线。麻省理工学院研制了具有有“手眼”系统的高识别能力微型机器人。 其他国家，如日本、苏联、西欧，大多是从1967，1968年开始以美国的“Versatran”和“Unimate”型机器人为蓝本开始进行研制的。就日本来说，1967年，日本丰田织机公司引进美国的“Versatran”,川崎重工公司引进“Unimate”，并获得迅速发展。通过引进技术、仿制、改造创新。很快研制出国产化机器人，技术水平很快赶上美国并超过其他国家。经过大约10年的实用化时期以后，从1980年开始进入广泛的普及时代。 我国虽然开始研制工业机器人仅比日本晚5-6年，但是由于种种原因，工业机器人技术的发展比较慢。目前我国已开始有计划地从国外引进工业机器人技术，通过引进、仿制、改造、创新，工业机器人将会获得快速的发展。 1.3机器人发展趋势 随着现代化生产技术的提高，机器人设计生产能力进一步得到加强，尤其当机器人的生产与柔性化制造系统和柔性制造单元相结合，从而改变目前机械制造的人工操作状态，提高了生产效率。 就目前来看，总的来说现代工业机器人有以下几个发展趋势： a)提高运动速度和运动精度，减少重量和占用空间，加速机器人功能部件的标准化和模块化，将机器人的各个机械模块、控制模块、检测模块组成结构不同的机器人； b)开发各种新型结构用于不同类型的场合，如开发微动机构用以保证精度；开发多关节多自由度的手臂和手指；开发各类行走机器人，以适应不同的场合； c)研制各类传感器及检测元器件，如，触觉、视觉、听觉、味觉、和测距传感器等，用传感器获得工作对象周围的外界环境信息、位置信息、状态信息以完成模式识别、状态检测。并采用专家系统进行问题求解、动作规划，同时，越来越多的系统采用微机进行控制。
**学校 机器人课程设计名称 院系电子信息工程系 班级10电气3 姓名谢士强 学号107301336 指导教师宋佳
目录 第一章绪论 (2) 1.1课程设计任务背景 (2) 1.2课程设计的要求 (2) 第二章硬件设计 (3) 2.1 结构设计 (3) 2.2电机驱动 (4) 2.3 传感器 (5) 2.3.1光强传感器 (5) 2.3.2光强传感器原理 (6) 2.4硬件搭建 (7) 第三章软件设计 (8) 3.1 步态设计 (8) 3.1.1步态分析： (8) 3.1.2程序逻辑图： (9) 3.2 用NorthStar设计的程序 (9) 第四章总结 (11) 第五章参考文献 (12)
第一章绪论 1.1课程设计任务背景 机器人由机械部分、传感部分、控制部分三大部分组成．这三大部分可分成驱动系统、机械结构系统、感受系统、机器人一环境交互系统、人机交互系统、控制系统六个子系统现在机器人普遍用于工业自动化领域，如汽车制造，医疗领域，如远程协助机器人，微纳米机器人，军事领域，如单兵机器人，拆弹机器人，小型侦查机器人（也属于无人机吧），美国大狗这样的多用途负重机器人，科研勘探领域，如水下勘探机器人，地震废墟等的用于搜查的机器人，煤矿利用的机器人。如今机器人发展的特点可概括为：横向上，应用面越来越宽。由95% 的工业应用扩展到更多领域的非工业应用。像做手术、采摘水果、剪枝、巷道掘进、侦查、排雷，还有空间机器人、潜海机器人。机器人应用无限制，只要能想到的，就可以去创造实现；纵向上，机器人的种类会越来越多，像进入人体的微型机器人，已成为一个新方向，可以小到像一个米粒般大小；机器人智能化得到加强，机器人会更加聪明 1.2课程设计的要求 设计一个机器人系统，该机器人可以是轮式、足式、车型、人型，也可以是仿其他生物的，但该机器人应具备的基本功能为：能够灵活行进，能感知光源、转向光源并跟踪光源；另外还应具备一项其他功能，该功能可自选（如亮灯、按钮启动、红外接近停止等）。 具体要求如下： 1、根据功能要求进行机械构型设计，并用实训套件搭建实物。 2、基于实训套件选定满足功能要求的传感器； 3、设计追光策略及运动步态； 4、用NorthStar设计完整的机器人追光程序； 5、调试； 6、完成课程设计说明书，内容：方案设计、硬件搭建过程（附照片）、控制 算法流程、程序编写、调试结果、心得体会。
目录 1. 设计背景 (2) 2. 设计思路 (3) 3. 设计方案 (7) 4. 循环动作 (8) 5. 设计心得体会 (9) 6. 参考文献 (10) 1. 设计背景 随着社会的进步和科技的发展, 机器人产品开始进入到生产过程和日常生活中, 各种类型的机器人在特定的工作环境下发挥着越来越重要的作用。但是目前对于移动式机器人多采用轮式移动机构, 在适应复杂地形时无法满足路况的要求, 由此设计一种灵活的、行走平稳和对路况适应性强的机器人成为解决此类问题的关键。 （1）为了对工业生产进一步了解，了解机器人工作原理 （2）由于组装复杂要求实践性更强，这样提高学生动手能力在传统实验里，主要是课程中的具体原理或理论的验证性实验，如机械原理中齿轮范成实验，主要是为了验证齿轮的加工原理；再如机械设计中的带传动实验主要是为了验证带传动中的两个重要的现象——弹性滑动和打滑。这些传统型实验对学生更好的理解课本的理论知识有很大的帮助，具有课本结合性强的特点。
（3）安装过程中应用知识面更广，培养综合素质实验的内容涉及面极广，不仅包括传统机械相关的实验内容，而且还涉及到了电动机、自动控制、软件编程（慧鱼公司自带的编辑软件）等多学科的知识，最重要是它能够把这些很好地知识结合起来，并体现到某个模型中。 （4）组建灵活性大，可以自行设计装配创新性高，增加学生研究性思维而在慧鱼实验中，学生不仅可以对教具所提供的样本模型进行验证式实验（通过这些模型实验可以使学生掌握机械、电子和自动化等的相关知识），而且可以把这些不同模型的特点结合起来，进行自主设计，设计出新的作品来，因此慧鱼实验具有较高的创新性。 2. 设计思路 该机器人的工作空间形式主要有四个自由度的运动和机械手的 夹松运动。 1.机械手的夹紧运动（如下图所示） 机械手结构简图
慧鱼机器人 一、概述 1.1机电一体化技术 1.1.1机电一体化技术的定义和内容 机电一体化技术综合应用了机械技术、计算机与信息技术、系统技术、自动控制技术、传感检测技术、伺服传动技术,接口技术及系统总体技术等群体技术,从系统的观点出发,根据系统功能目标和优化组织结构目标,以智能、动力、结构、运动和感知等组成要素为基础,对各组成要素及相互之间的信息处理、接口耦合、运动传递、物质运动、能量变换机理进行研究,使得整个系统有机结合与综合集成,并在系统程序和微电子电路的有序信息流控制下,形成物质和能量的有规则运动,在高质量、高精度、高可靠性、低能耗意义上实现多种技术功能复合的最佳功能价值的系统工程技术。 1.1.2机电一体化系统组成 1.机械本体机械本体包括机架、机械连接、机械传动等，它是机电一体化的基础，起着 支撑系统中其他功能单元、传递运动和动力的作用。 2.检测传感部分检测传感部分包括各种传感器及其信号检测电路，其作用就是检测机电 一体化系统工作过程中本身和外界环境有关参量的变化，并将信息传递 给电子控制单元，电子控制单元根据检查到的信息向执行器发出相应的 控制。 3.电子控制单元电子控制单元是机电一体化系统的核心，负责将来自各传感器的检测信 号和外部输入命令进行集中、存储、计算、分析，根据信息处理结果， 按照一定的程度和节奏发出相应的指令，控制整个系统有目的地进行。 4.执行器执行器的作用是根据电子控制单元的指令驱动机械部件的运动。执行器是运动 部件，通常采用电力驱动、气压驱动和液压驱动等几种方式。 5.动力源动力源是机电一体化产品能量供应部分，是按照系统控制要求向机械系统提供 能量和动力使系统正常运行。提供能量的方式包括电能、气能和液压能。