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附件1：外文資料翻譯譯文
一個(gè)垂直移動(dòng)的機(jī)器人能夠控制手動(dòng)的消防設(shè)備
1.引言
關(guān)鍵詞：消防機(jī)器人，救災(zāi)機(jī)器人，救援機(jī)器人，城市搜索和救援.
有許多高層公寓和階梯軌道被用于阻止高速增長(zhǎng)的建筑火災(zāi)。然而，他們的身高遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于到達(dá)的高度梯子。另一方面，也出現(xiàn)了一些研究移動(dòng)機(jī)器人垂直關(guān)于墻的吸管手段。然而，它們的提升速度和可靠性可以在實(shí)際的消防操作中使用。我建議首先利用的移動(dòng)機(jī)器人的一個(gè)手臂。我開發(fā)全尺寸的混合控制系統(tǒng)，它由非線性試驗(yàn)機(jī)器人反饋和順序的方法組成。最后，我從實(shí)驗(yàn)結(jié)果中得出的結(jié)論是垂直移動(dòng)機(jī)器人可用于高層公寓的消防。因此，我介紹機(jī)器人的大綱和解釋機(jī)器人的性能。
2.機(jī)器人綱要
機(jī)器人的照片如圖1尺寸為4.0米高，0.5米寬，大約0.4米深度。總共約38.5千克。機(jī)器人由兩個(gè)夾子和三個(gè)連續(xù)的鏈環(huán)組成。三個(gè)鏈環(huán)用來連接旋轉(zhuǎn)接頭，兩個(gè)夾鉗被安裝在通過旋轉(zhuǎn)接頭在每個(gè)鏈環(huán)的末尾。
夾鉗1和2的作用是相同的，雖然他們是被反向安裝在連接鏈環(huán)上的。鏈環(huán)1和3的作用是相同的，除了安裝在電力設(shè)備上。計(jì)算機(jī)及其接口的安裝被設(shè)置在鏈路1上。發(fā)動(dòng)機(jī)的驅(qū)動(dòng)電路被安裝在鏈路3上。鏈路1和3對(duì)稱的安裝在鏈路2上。
該機(jī)器人工作在直流為48V的電功率上，并且電源從外部供電。該電源連接到鏈路2中。直流發(fā)動(dòng)機(jī)作為驅(qū)動(dòng)器。它們的額定功率是150W。
為了控制機(jī)器人，我使用了由聯(lián)合空間控制器和順序控制器組成的混合控制器。聯(lián)合空間控制器的設(shè)計(jì)是基于非線性反饋的方法。在聯(lián)合空間控制器中設(shè)置了理想的軌跡。
3.機(jī)器人運(yùn)動(dòng)
在本節(jié)中，我簡(jiǎn)要地解釋一下機(jī)器人運(yùn)動(dòng)。機(jī)器人運(yùn)動(dòng)側(cè)圖如圖2，機(jī)器人的形狀大致顯示各個(gè)環(huán)節(jié)和機(jī)器人夾持器，以及圓圈代表機(jī)器人的連接處。這項(xiàng)運(yùn)動(dòng)被分為以下五個(gè)部分。
第1步。機(jī)器人釋放較低層扶手。手抓2解除垂直。
第2步。該機(jī)器人旋轉(zhuǎn)手抓2至陽(yáng)臺(tái)外面。
第3步。手抓2抬起。抓取2和鏈路3通過鏈路2內(nèi)部。每個(gè)鏈路和手抓2之間保持一定的空間，以避免與伸出的障礙物發(fā)生碰撞。
第4步。手抓2繼續(xù)抬起。對(duì)剛開始運(yùn)動(dòng)樓上間隔不明確，然后機(jī) 圖1移動(dòng)機(jī)器人
器人暫時(shí)將手抓2盡可能的舉高。
第5步。手抓2放下垂直并陷入到被動(dòng)的樓上扶手。
機(jī)器人上升一層樓時(shí)最終狀態(tài)和初始狀態(tài)發(fā)生變化。機(jī)器人通過這項(xiàng)運(yùn)動(dòng)一層又一層攀爬樓層。一個(gè)可以握扶手的垂直移動(dòng)機(jī)器人機(jī)器人是倒置的，因此為了能爬上一各樓層時(shí)，它需要將結(jié)構(gòu)1轉(zhuǎn)變?yōu)榻Y(jié)構(gòu)2，結(jié)構(gòu)2轉(zhuǎn)變?yōu)榻Y(jié)構(gòu)3，結(jié)構(gòu)3轉(zhuǎn)變?yōu)榻Y(jié)構(gòu)2，結(jié)構(gòu)4轉(zhuǎn)變?yōu)榻Y(jié)構(gòu)1。
圖2.機(jī)器人運(yùn)動(dòng)略圖
4．性能
我完成在幾個(gè)樓層間隔從2.50至3.20米，其間隔為0.10米的實(shí)驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)機(jī)器人能攀爬間隔高達(dá)3.1米的樓層。攀爬所需的時(shí)間取決于在樓層的間隔。我論述爬一層樓所需要得時(shí)間，在圖2中將這個(gè)運(yùn)動(dòng)分為三步。
第一部分所需的時(shí)間依賴于較低層間隔。雖然第二部分依賴于兩個(gè)上下樓層間隔嚴(yán)格，我把它看作僅僅依靠第二部分。假設(shè)較好吻合實(shí)驗(yàn)結(jié)果。第一部分所需的時(shí)間見表1和第二部分是列于表2。結(jié)果表明，在表中每0.20米的間隔使表變得簡(jiǎn)單。開關(guān)控制器的時(shí)間包括在第二部分。
例如，當(dāng)最底層的間隙為3.10米和上一層的間隙為2.50米時(shí)，在這種情況下采用18.8s。在這種情況下，它的爬行速度是0.149m/s。我認(rèn)為，機(jī)器人攀登的下限和上限平均值樓間隔，即機(jī)器人在這種情況下爬行2.8米。
表1 第一部分所需時(shí)間
較底層間隔(m) 2.50 2.70 2.90 3.10
時(shí)間(s) 6.23 6.49 6.78 7.13
表2 第二部分所需時(shí)間
較低層間隔(m) 2.50 2.70 2.90 3.10
時(shí)間(s) 11.67 11.16 10.59 9.90
在最高速度為0.182米/秒的條件下，較低層和上一層的樓層間隔都是3.10米，兩個(gè)樓面的最小間隔是2.50米，速度是0.140米/秒，由此我計(jì)算出的機(jī)器人爬行速度的平均值。它是0.161米/秒。
5.結(jié)論
作者的結(jié)論是設(shè)計(jì)垂直移動(dòng)機(jī)器人是用于高層公寓的消防戰(zhàn)斗。這樣就很清楚，這種機(jī)器人在合理時(shí)間內(nèi)能攀登建筑物。此外，這種機(jī)器人可以攀爬建筑物不同的樓層間隔從2.50至3.10米。
該機(jī)器人只是一個(gè)原尺寸試驗(yàn)?zāi)Ｐ筒⑶疫€存在一些技術(shù)問題與耐水性，耐久性和可靠性部署機(jī)器人在消防局并利用它在實(shí)際的消防中滅火。然而，發(fā)展的基本部分地區(qū)已經(jīng)完成。
1． 導(dǎo)言—維護(hù)公民安全的消防機(jī)器人
各種災(zāi)難還在繼續(xù)侵襲21世紀(jì)，使城市結(jié)構(gòu)在社會(huì)環(huán)境發(fā)生了顯著的變化。如今消防員處理里災(zāi)難非常艱難，而且消防機(jī)器人比過去更為廣泛。
消防機(jī)器人替代了消防隊(duì)員而采取高效率的地面消防操作，在這種情況下由于難度爆炸，有毒氣體泄漏，熱/濃煙的危害等消防隊(duì)員發(fā)現(xiàn)它們的活動(dòng)。
作為應(yīng)急的全面支持，東京消防廳最新開發(fā)處高科技機(jī)器人以應(yīng)付重大災(zāi)難的發(fā)生。
2.概述
2.1無人駕駛車輛監(jiān)控噴嘴（彩圖5）（圖1）
這個(gè)機(jī)器人處理由于被坦克推翻的軌道，強(qiáng)烈的輻射熱，爆炸引起的嚴(yán)重的火災(zāi)等造成的石化總廠火災(zāi)，飛機(jī)墜毀火災(zāi)，石油火災(zāi)。
表1 消防機(jī)器人模型
模型 件 用法
無人駕駛車輛監(jiān)控噴嘴 4 消防 大型火災(zāi)
主要石油大火
遠(yuǎn)程控制消防車輛(噴射戰(zhàn)士) 1 隧道火災(zāi)
消防機(jī)器人(原型) 1 耐熱
建筑火災(zāi)
救援機(jī)器人(Robocue) 1 救援 有害物質(zhì)/
有毒氣體災(zāi)害
潛水機(jī)器人(水下搜索) 6 在水里進(jìn)行搜索和營(yíng)救
勘測(cè)機(jī)器人(消防搜索) 1 實(shí)況調(diào)查濃煙/有害氣體災(zāi)害
該機(jī)器人配備了一個(gè)障礙去除擺脫高空墮物，有害物質(zhì)等。水和泡沫分別被控制在5000和3000升/分鐘。
2.2.遙控消防車輛（噴氣戰(zhàn)斗機(jī)）（圖2）
這種機(jī)器人處理隧道火災(zāi)等城市災(zāi)害（如電話電纜隧道火災(zāi)）和地下商場(chǎng)火災(zāi)。
該機(jī)器人是由于高壓水和發(fā)動(dòng)機(jī)推動(dòng)的。
2.3.消防機(jī)器人（原型）（圖3）
這種遙控機(jī)器人戰(zhàn)斗火災(zāi)消防耐火建筑物或地下商場(chǎng)里，這里由于火焰，濃煙或熱使消防隊(duì)員無法進(jìn)入。該機(jī)器人是由一個(gè)機(jī)構(gòu)，一個(gè)增壓器，一個(gè)發(fā)電機(jī)的穩(wěn)壓器和一個(gè)控制電路板組成。
該機(jī)器人的排水量在200升/分鐘。為了有效控制機(jī)器人在其頭部安裝能顯示三倍空間大小的圖像。
圖1.無人駕駛車輛監(jiān)控噴嘴(彩圖5) 圖2. 遙控消防車輛（噴氣戰(zhàn)斗機(jī)）
2.4．救援機(jī)器人（Robocue）（圖4）
這種救援和找回的受害人是高新技術(shù)操作者。它移動(dòng)是依靠發(fā)動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)橡膠抓取。
圖3. 消防機(jī)器人（原型） 圖4. 救援機(jī)器人
圖5.潛水機(jī)器人（水下搜索） 圖6.勘測(cè)機(jī)器人（消防搜索）
2.5．潛水機(jī)器人（水下搜索）（圖5）
當(dāng)消防戰(zhàn)士因?yàn)樘鞖鈼l件或水深無法潛水時(shí)，這種遙控機(jī)器人在水里可以進(jìn)行有效的搜索和救援受害者。使用三種螺旋推進(jìn)器使其能水平和垂直運(yùn)動(dòng)，它可下潛的深度為110米。
在被污染的水里它的超聲波檢測(cè)儀（聲納）發(fā)現(xiàn)能發(fā)現(xiàn)障礙物。
2.6．勘測(cè)機(jī)器人（消防搜索）（圖6）
假如消防員在困難的情況下進(jìn)入到一個(gè)濃煙或有毒氣體的災(zāi)難現(xiàn)場(chǎng)，這種遙控機(jī)器人根據(jù)實(shí)況調(diào)查作出響應(yīng)。
機(jī)器人進(jìn)入災(zāi)區(qū)對(duì)氣體密度進(jìn)行測(cè)量，在濃煙中攝影，可根據(jù)相機(jī)監(jiān)控進(jìn)行情況評(píng)估。
3．消防戰(zhàn)士的挑戰(zhàn)
雖然機(jī)器人使我們使用的最新技術(shù)，但是其功能從未達(dá)到令人滿意的水平。有些問題詳情如下。
3.1．耐熱性
消防機(jī)器人需要有耐熱性的系統(tǒng)作為它們的控制系統(tǒng)，必須保護(hù)其免受熱損傷。
雖然水冷卻系統(tǒng)顯然是最實(shí)際的，但是在實(shí)際應(yīng)用中它缺乏效率。
3.2．移動(dòng)
這就要求消防機(jī)器人能上下樓梯移動(dòng)。這有幾個(gè)方法采用機(jī)器人的更大的機(jī)動(dòng)性，像抓取工具或特殊就業(yè)車輪。我們的機(jī)器人都配備了抓取工具。
然而，這種動(dòng)力機(jī)制在速度和負(fù)載上有許多限制。因此，有必要開發(fā)更先進(jìn)的駕駛系統(tǒng)。
3.3．電源
作為消防機(jī)器人的電量來源，幾種方式如內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)，電池，外置供電電源都是可以的。
雖然現(xiàn)在沒有完善的方法，但是電池系統(tǒng)是一個(gè)有希望的力量來源。水壓動(dòng)力是一個(gè)不可忽視電力來源
3.4．號(hào)傳輸系統(tǒng)
有兩種信號(hào)傳輸系統(tǒng)——無線電和電線。目前，有線比廣播更可靠。然而，機(jī)器人技術(shù)的發(fā)展表明無線電系統(tǒng)在今后將作為考慮的問題。
3.5．自主性
我們的最終目標(biāo)是開發(fā)在處理周邊情況時(shí)他們自己可以決定采取相應(yīng)行動(dòng)的防機(jī)器人。
為了讓消防機(jī)器人有自主能力，我們不得不在我們的機(jī)器人中引進(jìn)機(jī)械大腦。
4．結(jié)論
東京消防廳的有14類6種消防機(jī)器人模型。
我們想在實(shí)踐中提升‘消防機(jī)器人’，我們想到了開發(fā)‘高性能熱影響墊反應(yīng)機(jī)器人’。
今后，我們要發(fā)展多用途的機(jī)器人，作為消防戰(zhàn)士自治區(qū)消防機(jī)器人具有同樣的機(jī)動(dòng)性和判斷力。
附件2：外文原文（復(fù)印件）
開題報(bào)告填寫要求
1．開題報(bào)告（含“文獻(xiàn)綜述”）作為畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）答辯委員會(huì)對(duì)學(xué)生答辯資格審查的依據(jù)材料之一。此報(bào)告應(yīng)在指導(dǎo)教師指導(dǎo)下，由學(xué)生在畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）工作前期內(nèi)完成，經(jīng)指導(dǎo)教師簽署意見及所在專業(yè)審查后生效；
2．開題報(bào)告內(nèi)容必須用黑墨水筆工整書寫或按教務(wù)處統(tǒng)一設(shè)計(jì)的電子文檔標(biāo)準(zhǔn)格式（可從教務(wù)處網(wǎng)頁(yè)上下載）打印，禁止打印在其它紙上后剪貼，完成后應(yīng)及時(shí)交給指導(dǎo)教師簽署意見；
3．“文獻(xiàn)綜述”應(yīng)按論文的格式成文，并直接書寫（或打?。┰诒鹃_題報(bào)告第一欄目?jī)?nèi)，學(xué)生寫文獻(xiàn)綜述的參考文獻(xiàn)應(yīng)不少于15篇科技論文的信息量，一般一本參考書最多相當(dāng)于三篇科技論文的信息量（不包括辭典、手冊(cè)）；
4．有關(guān)年月日等日期的填寫，應(yīng)當(dāng)按照國(guó)標(biāo)GB/T 7408—94《數(shù)據(jù)元和交換格式、信息交換、日期和時(shí)間表示法》規(guī)定的要求，一律用阿拉伯?dāng)?shù)字書寫。如“2010年3月15日”或“2010-03-15”。
畢 業(yè) 設(shè) 計(jì)（論 文）開 題 報(bào) 告
1．結(jié)合畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）課題情況，根據(jù)所查閱的文獻(xiàn)資料，每人撰寫
2000字左右的文獻(xiàn)綜述：
文 獻(xiàn) 綜 述
摘要 全自動(dòng)倉(cāng)庫(kù)滅火機(jī)器人屬于智能機(jī)器人的一種。本文介紹了機(jī)器人的組成和設(shè)計(jì)方案，并對(duì)機(jī)器人的結(jié)構(gòu)進(jìn)行分析。例外主要闡述了機(jī)器人的發(fā)展史和國(guó)內(nèi)的研究現(xiàn)狀以及設(shè)計(jì)產(chǎn)品的用途和應(yīng)用領(lǐng)域。
關(guān)鍵詞 機(jī)器人的組成 設(shè)計(jì)方案 結(jié)構(gòu)
1 機(jī)器人的發(fā)展史
從二十世紀(jì)八十年代開始，世界許多國(guó)家都進(jìn)行了消防機(jī)器人的研究。美國(guó)和蘇聯(lián)最早進(jìn)行消防機(jī)器人的研究，而后日本、英國(guó)、法國(guó)等國(guó)家都紛紛開展了消防機(jī)器人的研究，目前已有多種不同類型的消防機(jī)器人用于各種火災(zāi)場(chǎng)合。
從功能上劃分，目前的消防機(jī)器人有下列幾類：滅火機(jī)器人、偵察機(jī)器人、攀登營(yíng)救機(jī)器人和救護(hù)機(jī)器人。從控制方式來分，消防機(jī)器人可分為遙控消防機(jī)器人和自主消防機(jī)器人。
我國(guó)從八十年代末期開始消防機(jī)器人的研究，公安部上海消防研究所等單位在消防機(jī)器人的研究中取得了大量的成果，"自行式消防炮"已經(jīng)投入市場(chǎng)，"履帶輪式消防滅火偵察機(jī)器人"也于2000年6月通過了國(guó)家驗(yàn)收。但是，我國(guó)消防機(jī)器人的研究還處在初級(jí)階段，還有許多有待研究的問題。比如，高層建筑發(fā)生火災(zāi)時(shí)，消防人員不可能在短時(shí)間內(nèi)到達(dá)高處的火災(zāi)發(fā)生地點(diǎn)，在地下建筑中，由于環(huán)境比較潮濕，煙氣不易擴(kuò)散，消防人員不容易快速的判定火源位置；而在石化企業(yè)發(fā)生火災(zāi)時(shí)，將產(chǎn)生大量的毒氣，消防人員在滅火時(shí)極易中毒。研制能夠用于這些場(chǎng)合的偵察滅火機(jī)器人，協(xié)助消防人員進(jìn)行火災(zāi)的定位和滅火，將有極大的社會(huì)意義[1][2]。
1．1 國(guó)內(nèi)的研究現(xiàn)狀
在國(guó)內(nèi),救災(zāi)機(jī)器人的研究剛剛起步,但進(jìn)展很快。 中科院沈陽(yáng)自動(dòng)化所在2002年研制了一種蛇形機(jī)器人,由16個(gè)單自由度關(guān)節(jié)模塊和蛇頭、蛇尾組成,在監(jiān)控系統(tǒng)的無線控制下可實(shí)現(xiàn)蜿蜒前進(jìn)、后退、側(cè)移、翻滾等多種動(dòng)作,并能通過安裝在蛇頭上的微型攝像頭將現(xiàn)場(chǎng)圖像傳回監(jiān)控系統(tǒng)。 國(guó)防科技大學(xué)在2001年也研制了一種蛇形機(jī)器人。中國(guó)礦業(yè)大學(xué)在“211工程”的支持下,已開始研制煤礦救災(zāi)機(jī)器人[3]。
2 機(jī)器人的組成
機(jī)器人主要由以下6個(gè)部分組成[4][5]。
(1)機(jī)械手（manipulator）
機(jī)械手是機(jī)器人的一部分。該部位由手（手爪）、手臂（手的姿勢(shì)）和手腕組成。手爪是抓取物體的必要部位必須根據(jù)所抓取物體的形狀、大小、堅(jiān)硬度和柔軟度及表面狀態(tài)等，配備各種機(jī)構(gòu)。對(duì)于手臂，根據(jù)不同運(yùn)動(dòng)方向，可以分為旋轉(zhuǎn)式、回轉(zhuǎn)式和移動(dòng)式3種；根據(jù)不同的負(fù)荷調(diào)整方式，可以分為浮動(dòng)機(jī)構(gòu)型和防止超負(fù)荷機(jī)構(gòu)型。
(2)操作機(jī)構(gòu)
該部位是驅(qū)動(dòng)機(jī)械手關(guān)節(jié)的驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)。被用于關(guān)節(jié)部位的操作機(jī)構(gòu)幾乎都是帶有減速器的伺服電動(dòng)機(jī)，但是對(duì)于可以放入手腕中的小型高扭矩的直接驅(qū)動(dòng)式電動(dòng)機(jī)的要求則較高。
(3)傳感器
傳感器作為用來檢測(cè)視覺、觸覺、動(dòng)作姿勢(shì)控制等部位，包括用于測(cè)定手腕位置和速度等的內(nèi)置傳感器和用于識(shí)別機(jī)器人作業(yè)對(duì)象的外部傳感器。
(4)移動(dòng)機(jī)構(gòu)
移動(dòng)機(jī)構(gòu)相當(dāng)與機(jī)器人的腳，它是用來移動(dòng)的部位。
(5)控制器（控制裝置）
控制器是用來控制一系列動(dòng)作的部位。為了使工業(yè)機(jī)器人的手腕和手爪部位活動(dòng)起來，需要控制器（控制裝置）來向安裝在這些部位的操作機(jī)構(gòu)和傳感器發(fā)送信號(hào)指令，使其接受位置信號(hào)?？刂破鲿?huì)把人類所要求的作業(yè)命令記錄起來，通過開始質(zhì)量那個(gè)讓其激活，再把必要的動(dòng)作指令傳送給手腕和手爪部位。
(6)操作機(jī)構(gòu)的驅(qū)動(dòng)源
操作機(jī)構(gòu)的驅(qū)動(dòng)源主要有液壓式、電動(dòng)式和啟動(dòng)式。
2．1 機(jī)器人的設(shè)計(jì)方案
（1）傳感器的選擇: 選用E18-D80NK紅外避障傳感器，自發(fā)自收傳感器，探測(cè)距離為3-80cm[1]。其主要有兩種應(yīng)用方式[6][7]：
第一種：信號(hào)接單片機(jī)處理，作用方式表現(xiàn)如下：
第二種：信號(hào)直接驅(qū)動(dòng)負(fù)載，作用方式表現(xiàn)如下：
（2）針對(duì)避障原理及方略：隨著機(jī)器人技術(shù)的不斷進(jìn)步,機(jī)器人學(xué)科越來越具有強(qiáng)大的生命力,它在某種程度上已經(jīng)代表當(dāng)今信息技術(shù)、自動(dòng)化技術(shù)、系統(tǒng)集成等技術(shù)的最新發(fā)展。從機(jī)器人的歷史和現(xiàn)狀出發(fā),對(duì)比了國(guó)內(nèi)外的不同發(fā)展?fàn)顩r,對(duì)機(jī)器人領(lǐng)域的研究方向進(jìn)行了綜述。著重介紹了移動(dòng)機(jī)器人避障與路徑規(guī)劃中常用的方法,對(duì)其中的勢(shì)場(chǎng)法,柵格法、遺傳算法進(jìn)行了逐一的分析闡述。本文主要研究的是使用倉(cāng)庫(kù)滅火機(jī)器人本體的傳感器來進(jìn)行機(jī)器人的避障與路徑規(guī)劃。移動(dòng)機(jī)器人在實(shí)際應(yīng)用中首先遇到的就是機(jī)器人本身的定位問題,確保機(jī)器人的初始位姿的準(zhǔn)確性是完成任務(wù)的前提。多功能倉(cāng)庫(kù)滅火機(jī)器人的基本運(yùn)動(dòng)控制一般有兩種,直線運(yùn)動(dòng)和圓弧運(yùn)動(dòng),通過這兩種典型分解運(yùn)動(dòng)的特性就能比較準(zhǔn)確的對(duì)機(jī)器人進(jìn)行控制。其次,將倉(cāng)庫(kù)滅火機(jī)器人的避障運(yùn)動(dòng)分解成兩種基本的動(dòng)作:避開前方和側(cè)面的障礙物,并對(duì)這兩種動(dòng)作做了深入的分析 [8][9]。
3 機(jī)器人結(jié)構(gòu)的選擇
移動(dòng)機(jī)構(gòu)作為倉(cāng)庫(kù)滅火機(jī)器人的移動(dòng)載體,必須具備以下特點(diǎn):一定的移動(dòng)速度和低能耗;良好的姿態(tài)穩(wěn)定性和高運(yùn)動(dòng)精度;能夠適應(yīng)各種各樣的地理環(huán)境,有一定的爬坡和越障能力。 現(xiàn)有的倉(cāng)庫(kù)滅火機(jī)器人移動(dòng)機(jī)構(gòu)主要有:無肢運(yùn)動(dòng)(以蛇形機(jī)器人為主) 、輪式、腿式、輪腿式和履帶式等。 蛇形機(jī)器人具有運(yùn)動(dòng)穩(wěn)定性好、適應(yīng)地形能力強(qiáng)和高的牽引力等特點(diǎn),但多自由度的控制困難,運(yùn)動(dòng)速度低;輪式機(jī)器人具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、重量輕、輪式滾動(dòng)摩擦阻力小和機(jī)械效率高等特點(diǎn),但越過壕溝、臺(tái)階的能力差;腿式機(jī)器人具有適應(yīng)地形能力強(qiáng)的特點(diǎn),能越過大的壕溝和臺(tái)階,其缺點(diǎn)是速度慢；輪腿式機(jī)器人融合腿式機(jī)構(gòu)的地形適應(yīng)能力和輪式機(jī)構(gòu)的高速高效性能,其缺點(diǎn)是結(jié)構(gòu)相對(duì)復(fù)雜;履帶式機(jī)器人地形適應(yīng)能力強(qiáng),動(dòng)載荷小,設(shè)計(jì)緊湊,其缺點(diǎn)是重量大,能耗大。根據(jù)本題目的設(shè)計(jì)要求及技術(shù)特點(diǎn)，本次設(shè)計(jì)擬選擇履帶式移動(dòng)機(jī)構(gòu)[10][11]。 圖1.履帶式結(jié)構(gòu)
4 設(shè)計(jì)產(chǎn)品的用途
根據(jù)災(zāi)難發(fā)生的時(shí)間，對(duì)于一些存放(如紙制品)需要干燥環(huán)境而且不能受潮的產(chǎn)品的倉(cāng)庫(kù),由于倉(cāng)庫(kù)十分干燥,所以及其容易引發(fā)火災(zāi)。這時(shí)如果使用水來滅火的話，雖然火被撲滅了，但是由于產(chǎn)品碰到了水，從而造成產(chǎn)品都報(bào)廢。根據(jù)這點(diǎn)我們?cè)O(shè)計(jì)了一款既能滅火又能保全倉(cāng)庫(kù)里所有產(chǎn)品的滅火機(jī)器人。此時(shí)，全自動(dòng)倉(cāng)庫(kù)滅火機(jī)器人的參與可以有效地提高救援的效率和避免公司的財(cái)產(chǎn)損失，它們不但能夠幫助工作人員執(zhí)行救援工作，而且能夠代替工作人員執(zhí)行搜救任務(wù)，在災(zāi)難救援中起著越來越重要的作用[14][15]。
參 考 文 獻(xiàn)
[1] 羅志增主編. 測(cè)試技術(shù)與傳感器[M]. 西安：西安電子科技大學(xué)出版社，2008.
[2] 郭迎福主編. 測(cè)試技術(shù)與信號(hào)處理[M]. 中國(guó)礦業(yè)大學(xué)出版社，2009.
[3] 毛宗源主編. 機(jī)器人智能控制方法[M]. 國(guó)防工業(yè)出版社，2002.
[4] 霍偉主編. 機(jī)器人動(dòng)力學(xué)與控制[M]. 北京:高等教育出版社，2005.
[5] 曲凌主編. 慧魚創(chuàng)意機(jī)器人設(shè)計(jì)與實(shí)踐教程[M]. 上海交通大學(xué)出版社，2007.
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[9] 錢煒編著. 越障機(jī)器人的設(shè)計(jì)與研究[J]. 上海理工大學(xué)學(xué)報(bào)，2002.
[10] 范永勝主編. 電器控制與PLC應(yīng)用[M]. 北京：中國(guó)電力出版社，2007.
[11] 章宏甲主編. 液壓與氣壓傳動(dòng)[M]. 北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2009.
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[13] 吳振彪主編. 工業(yè)機(jī)器人[M]. 武漢: 華中理工大學(xué)出版社, 1997.
[14] 陳懇主編. 機(jī)器人技術(shù)與應(yīng)用[M]. 北京：清華大學(xué)出版社，2006.
[15] 唐德修主編. 現(xiàn)代汽車機(jī)械基礎(chǔ)[M]. 西南交通大學(xué)出版社，2006.
畢 業(yè) 設(shè) 計(jì)（論 文）開 題 報(bào) 告
２．本課題要研究或解決的問題和擬采用的研究手段（途徑）：
1．研究的手段
本設(shè)計(jì)中多功能倉(cāng)庫(kù)滅火機(jī)器人采用兩塊SPCE061A單片機(jī)作為檢測(cè)和控制的核心，實(shí)現(xiàn)機(jī)器人的智能控制，包括尋找火源、躲避障礙接近火源、啟用滅火裝置等功能?；鹪刺綔y(cè)使用紅外傳感器，障礙物判斷采用集成紅外傳感器，電機(jī)采用直流電機(jī)。電機(jī)控制核心采用SPCE061A單片機(jī)，控制系統(tǒng)與電路用光電耦合器完全隔離以避免干擾。實(shí)現(xiàn)的功能是：從安全區(qū)出發(fā)，自動(dòng)尋找火源并選擇路線滅火，避開障礙接近火源，啟用滅火裝置滅火源后，再回到原始出發(fā)點(diǎn)。其中該滅火機(jī)器人提供了兩種滅火方案：①利用二氧化碳來進(jìn)行滅火②利用風(fēng)來滅火。
2．需要解決的問題
（1）傳感器的選擇。
（2）避障原理及越障原理的分析。
（3）機(jī)械手臂及滅火的裝置的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。
（4）程序的分析及校核。
畢 業(yè) 設(shè) 計(jì)（論 文）開 題 報(bào) 告
指導(dǎo)教師意見：
1．對(duì)“文獻(xiàn)綜述”的評(píng)語(yǔ)：
2．對(duì)本課題的深度、廣度及工作量的意見和對(duì)設(shè)計(jì)（論文）結(jié)果的預(yù)測(cè)：
指導(dǎo)教師：
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所在專業(yè)審查意見：
負(fù)責(zé)人：
年 月 日
本科畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書（論文） 第 Ⅰ 頁(yè) 共 Ⅰ 頁(yè)
目 錄
1 緒論 1
1.1 機(jī)器人的定義 1
1.2 機(jī)器人的發(fā)展 1
1.3 機(jī)器人的主要用途 2
1.4 機(jī)械創(chuàng)新設(shè)計(jì)的背景 2
2 總體設(shè)計(jì) 4
2.1 方案設(shè)計(jì) 4
2.2 創(chuàng)新亮點(diǎn) 4
2.3 ROBOPro軟件的簡(jiǎn)介 5
2.4 全自動(dòng)倉(cāng)庫(kù)滅火機(jī)器人的總體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 5
3 全自動(dòng)倉(cāng)庫(kù)滅火機(jī)器人的控制部分 11
3.1 全自動(dòng)倉(cāng)庫(kù)滅火機(jī)器人的整體運(yùn)動(dòng)方式 11
3.2 程序執(zhí)行方式 12
3.3 控制要求的分析 13
3.4 ROBO擴(kuò)展板和接口板的型號(hào)及功用 15
4 子程序設(shè)計(jì) 16
4.1 尋光程序 16
4.2 越障程序 16
4.3 左避障程序 17
4.4 右避障程序 19
4.5 報(bào)警燈 20
4.6 滅火方式 21
4.7 確定火源，自行（左、右）拐 22
總結(jié) 25
致謝 27
參考文獻(xiàn) 29
本科畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書（論文） 第 30 頁(yè) 共 30 頁(yè)
1 緒論
說起機(jī)器人，大部分人腦海中閃現(xiàn)的恐怕都是一系列鋼筋鐵骨且具有人類外形的機(jī)器，而實(shí)際上，機(jī)器人的存在狀態(tài)不一定是人形的；以及機(jī)器人所涉及的應(yīng)用領(lǐng)域，需根據(jù)不同的機(jī)器人去完成這一系列工作。
1.1 機(jī)器人的科學(xué)定義
機(jī)器人的定義，每個(gè)人的理解均有所不同，有些人認(rèn)為機(jī)器人至少有一只手和一個(gè)手臂；能自行推動(dòng)和自行轉(zhuǎn)向；有配套的動(dòng)力系統(tǒng)和控制系統(tǒng)；能容納一定數(shù)量指令的存儲(chǔ)器；有各種傳感器能識(shí)別對(duì)象和環(huán)境。日本早稻田大學(xué)加藤一郎教授則認(rèn)為機(jī)器人要有意識(shí)的頭腦、工作的手、移動(dòng)的腳、接受感覺的各種傳感器這幾個(gè)要素組成。
可見，機(jī)器人并不是人，它是一種機(jī)械和電子相結(jié)合的自動(dòng)化機(jī)器，可以根據(jù)人類的需要編寫相應(yīng)的程序，實(shí)現(xiàn)某些功能，它并不一定要有人的形態(tài)[1] 羅志增主編.測(cè)試技術(shù)與傳感器[M].西安：西安電子科技大學(xué)出版社，2008.
。
1.2 機(jī)器人的發(fā)展
從機(jī)器人技術(shù)的發(fā)展水平來看，機(jī)器人主要經(jīng)歷了簡(jiǎn)單可變成機(jī)器人、低級(jí)智能機(jī)器人和高級(jí)智能機(jī)器人。
1.2.1 簡(jiǎn)單可編成機(jī)器人
簡(jiǎn)單可編成機(jī)器人是第一代機(jī)器人，能根據(jù)人們?cè)O(shè)好的程序按照一定的順序和路徑來實(shí)現(xiàn)特定的動(dòng)作。若要更改機(jī)器人的動(dòng)作，只需重新編寫控制程序即可。目前大部分工業(yè)機(jī)器人都屬于這類，它能分擔(dān)人類的部分工作，但是它只是按照人類預(yù)定的指令動(dòng)作，不會(huì)感知所處的環(huán)境，更不會(huì)因?yàn)榄h(huán)境的變化而隨時(shí)做出反應(yīng)。
1.2.2 低級(jí)智能機(jī)器人
低級(jí)智能機(jī)器人是第二代機(jī)器人，相比較第一代的機(jī)器人，它增加了一些用于感知環(huán)境的感覺裝置，因此也可以稱作感覺機(jī)器人。第二代的機(jī)器人可以感知到環(huán)境的簡(jiǎn)單信息，并可根據(jù)某些參數(shù)的變化進(jìn)行一些分析計(jì)算，改變自身的行動(dòng)。這一代的機(jī)器人已經(jīng)具備了一定的自行適應(yīng)的能力，一旦外界環(huán)境有變化，也可以做出某些反應(yīng)，極大地提高了機(jī)器人的靈活性。
1.2.3 高級(jí)智能機(jī)器人
高級(jí)智能機(jī)器人是第三代機(jī)器人，它不但具有第二代基本的感知設(shè)備和自適應(yīng)能力，還能夠識(shí)別對(duì)象和所處的環(huán)境，并根據(jù)人的指令和自身的判斷結(jié)果自動(dòng)確定但錢環(huán)境下的相應(yīng)動(dòng)作。
目前對(duì)此類機(jī)器人反映能力的研究，主要集中在如下三方面：
a) 對(duì)環(huán)境的感知能力。
b) 對(duì)環(huán)境的作用能力。
c) 對(duì)環(huán)境、作業(yè)的思考能力。
1.3 機(jī)器人的主要用途
機(jī)器人目前正廣泛應(yīng)用于日常生活、空間探索、軍事應(yīng)用和工業(yè)生產(chǎn)等各個(gè)領(lǐng)域，隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，義勇的范圍也在不斷地?cái)U(kuò)大。逐漸地用于實(shí)驗(yàn)、采礦、冶金、農(nóng)業(yè)、林木、畜牧業(yè)、紡織、食品制造等各個(gè)領(lǐng)域。
1.3.1 日日常生活領(lǐng)域
在生活領(lǐng)域，機(jī)器人主要用以提高人們的生活水平，豐富日常文化和娛樂生活。進(jìn)入21世紀(jì)，隨著科學(xué)的進(jìn)步和技術(shù)的成熟，機(jī)器人家族將更大的發(fā)展。常見的機(jī)器人有：家政服務(wù)機(jī)器人、導(dǎo)游機(jī)器人、表演機(jī)器人、教學(xué)機(jī)器人、機(jī)器人寵物、仿人形機(jī)器人等。
1.3.2 空間探索領(lǐng)域
機(jī)器人用語(yǔ)空間探索，也是人們進(jìn)行機(jī)器人研究的主要目的之一。這里的空間探索包含很廣泛，不僅僅是指對(duì) 的開發(fā)，還包括其他任何對(duì)人類危險(xiǎn)的環(huán)境或者是人類無法到達(dá)的地方，只要是人類想了解的，都是探索的目標(biāo)。無疑機(jī)器人將成為輔助人們了解那里的有力工具。常見的機(jī)器人有：火星探測(cè)車、水下機(jī)器人、管道機(jī)器人等。
1.3.3 軍事應(yīng)用領(lǐng)域
軍事領(lǐng)域，作為一個(gè)國(guó)家高科技產(chǎn)品的主要使用方向之一，必然可以看到特種機(jī)器人在軍事上的應(yīng)用。常見的機(jī)器人有：反恐防爆機(jī)器人、掃雷機(jī)器人、自主式車輛、機(jī)器人軍團(tuán)等。
1.3.4 工業(yè)生產(chǎn)領(lǐng)域
工業(yè)生產(chǎn)也是目前最廣泛使用機(jī)器人的領(lǐng)域，因?yàn)闄C(jī)器人的出現(xiàn)，將人類從枯燥重復(fù)的、繁重的生產(chǎn)勞動(dòng)中解放出來。工業(yè)上甚至有些生產(chǎn)環(huán)境是有害健康的、危人性命的，工業(yè)機(jī)器人替代人類成這里的主要?jiǎng)趧?dòng)力，也是將來的發(fā)展趨勢(shì)?，F(xiàn)在已經(jīng)有很多種機(jī)器人站上了工業(yè)生產(chǎn)的第一線。常見的機(jī)器人有：裝配機(jī)器人、分揀機(jī)器人、搬運(yùn)機(jī)器人、噴涂機(jī)器人、焊接機(jī)器人等。
1.4 全國(guó)大學(xué)生機(jī)械創(chuàng)新設(shè)計(jì)大賽的背景
1964年，慧魚創(chuàng)意組合模型（fischertechnik）誕生于德國(guó)，是技術(shù)含量很高的工程技術(shù)類智趣拼裝模型，是展示科學(xué)原理和技術(shù)過程的理想教具，也是體現(xiàn)世界最先進(jìn)教育理念的學(xué)具，為創(chuàng)新教育和創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)提供了最佳的載體。
慧魚創(chuàng)意組合模型的主要部件采用優(yōu)質(zhì)尼龍塑膠制造，尺寸精確，不易磨損，可以保證反復(fù)拆裝的同時(shí)不影響模型結(jié)合。
全國(guó)大學(xué)生機(jī)械創(chuàng)新設(shè)計(jì)大賽的目的在于引導(dǎo)高等學(xué)校在教學(xué)中注重培養(yǎng)大學(xué)生的創(chuàng)新設(shè)計(jì)意識(shí)、綜合設(shè)計(jì)能力與團(tuán)隊(duì)協(xié)作精神；加強(qiáng)學(xué)生動(dòng)手能力的培養(yǎng)和工程實(shí)踐的訓(xùn)練，提高學(xué)生針對(duì)實(shí)際需求通過創(chuàng)新思維,進(jìn)行機(jī)械設(shè)計(jì)和工藝制作等實(shí)際工作能力；吸引、鼓勵(lì)廣大學(xué)生踴躍參加課外科技活動(dòng)，為優(yōu)秀人才脫穎而出創(chuàng)造條件。
2 總體設(shè)計(jì)
在當(dāng)今社會(huì)火災(zāi)發(fā)生的機(jī)率越發(fā)頻繁，嚴(yán)重?fù)p害國(guó)家和人民的利益，尤其是倉(cāng)庫(kù)火災(zāi)。倉(cāng)庫(kù)是物資集中儲(chǔ)存的場(chǎng)所，包括由國(guó)家、集體和個(gè)體經(jīng)營(yíng)的儲(chǔ)存物品的各類倉(cāng)庫(kù)、堆棧、貨場(chǎng)，一旦發(fā)生火災(zāi)經(jīng)濟(jì)損失巨大，對(duì)社會(huì)各方面影響大，后果嚴(yán)重，而且倉(cāng)庫(kù)一旦發(fā)生火災(zāi)，救火困難，威脅人民的生命，所以急需能用于倉(cāng)庫(kù)滅火的產(chǎn)品。
我們小組針對(duì)倉(cāng)庫(kù)火災(zāi)設(shè)計(jì)了一款倉(cāng)庫(kù)全自動(dòng)滅火機(jī)器人，該滅火機(jī)器人能進(jìn)行無人控制的全自動(dòng)滅火，降低消防人員的危險(xiǎn)程度，降低財(cái)產(chǎn)損失。
2.1 方案設(shè)計(jì)
為了可以使全自動(dòng)倉(cāng)庫(kù)滅火機(jī)器人在滅火過程中實(shí)現(xiàn)全自動(dòng)無人控制，所以其中一個(gè)最重要的功能就是可以自動(dòng)搜索火源，而這個(gè)功能可以使用光敏傳感器來實(shí)現(xiàn)，通過一個(gè)固定的光敏傳感器和一個(gè)可以進(jìn)行橫向120度轉(zhuǎn)動(dòng)的傳感器來進(jìn)行配合使用，就可以大范圍的搜索火源，同時(shí)還可以對(duì)火源進(jìn)行精確定位。但需要注意的是滅火機(jī)械手臂要與火源之間保持一個(gè)固定的距離，如果這個(gè)距離過短的話，即機(jī)械手臂與火源靠的太近的話則會(huì)因高溫?zé)龘p機(jī)械手臂，距離太遠(yuǎn)則達(dá)不到良好的滅火效果，所以該距離應(yīng)是滅火的最佳距離。我們可利用一個(gè)光敏傳感器來達(dá)到這個(gè)功能，光敏傳感器安裝在滅火機(jī)械手臂上，當(dāng)這個(gè)機(jī)械手臂升出滅火時(shí)，在慢慢靠近火源的過程中，當(dāng)靠近到一定距離時(shí)，光敏傳感器就會(huì)給機(jī)械手發(fā)出一個(gè)停止伸出的信號(hào)，從而達(dá)到一個(gè)可以自動(dòng)調(diào)整機(jī)械手與火源之間距離的功能。由于全自動(dòng)滅火機(jī)器人是在一間倉(cāng)庫(kù)里進(jìn)行無人控制滅火，就必須還需要具有另外兩個(gè)功能：越障與避障功能，其中避障功能可由安裝在機(jī)器人四周的7個(gè)導(dǎo)輪來實(shí)現(xiàn)，比如說在機(jī)器人滅火的途中，剛好碰到左邊的導(dǎo)輪，機(jī)器人往右邊拐60度，碰到右邊的導(dǎo)輪就往左邊拐60度，從而來達(dá)到一個(gè)避障的功能。而越障功能可以利用一個(gè)大功率電機(jī)來帶動(dòng)絲杠與前半節(jié)車身上的內(nèi)螺紋相嚙合，電機(jī)正轉(zhuǎn)可以把前半車身向上拉起一個(gè)角度，電機(jī)反轉(zhuǎn)可以使整個(gè)車身向上拱起，不過整個(gè)車身是由兩段底座通過活動(dòng)鉸鏈連接在一起的，從而整個(gè)車身有一個(gè)可以活動(dòng)的角度，然后通過兩節(jié)車身底座向上與向下運(yùn)動(dòng)的配合來達(dá)到越障功能[2] 郭迎福主編.測(cè)試技術(shù)與信號(hào)處理[M].中國(guó)礦業(yè)大學(xué)出版社，2009.
2][3] 郭迎福主編.測(cè)試技術(shù)與信號(hào)處理[M].中國(guó)礦業(yè)大學(xué)出版社，2009.
3]。
2.2 創(chuàng)新亮點(diǎn)
獨(dú)特的避障機(jī)構(gòu)與越障機(jī)構(gòu)相結(jié)合,使倉(cāng)庫(kù)全自動(dòng)滅火機(jī)器人可以在一個(gè)有障礙的房間里獨(dú)自去尋找火源,自動(dòng)化程度高。避障結(jié)構(gòu)由7個(gè)導(dǎo)輪加7個(gè)接觸開關(guān)組成,結(jié)構(gòu)緊湊,避障能力強(qiáng)。越障機(jī)構(gòu)越障功能可以利用一個(gè)大功率電機(jī)來帶動(dòng)絲杠與前半節(jié)車身上的內(nèi)螺紋相嚙合，電機(jī)正轉(zhuǎn)可以把前半車身向上拉起一個(gè)角度，電機(jī)反轉(zhuǎn)可以使整個(gè)車身向上拱起，不過整個(gè)車身是由兩段底座通過活動(dòng)鉸鏈連接在一起的，從而整個(gè)車身有一個(gè)可以活動(dòng)的角度，然后通過兩節(jié)車身底座向上向下運(yùn)動(dòng)的配合來達(dá)到越障功能。
旋轉(zhuǎn)的光敏傳感器與固定的光敏傳感器相結(jié)合,使其可以大范圍的尋找火源并且可以對(duì)火源進(jìn)行精確定位,當(dāng)確定火源的位置后機(jī)器人可以自行靠近火源,從而自動(dòng)化程度高。
滅火裝置利用旋轉(zhuǎn)的伸縮式機(jī)械手臂來完成,從而可以加大滅火范圍，加強(qiáng)滅火效果，滅火時(shí)比較靈活并且可以自行判斷火源是否被撲滅。還可以根據(jù)不同的滅火對(duì)象使用不同的滅火劑[4] 霍偉主編.機(jī)器人動(dòng)力學(xué)與控制[M]. 北京:高等教育出版社，2005..
4]。
2.3 ROBOPro軟件的簡(jiǎn)介
兼容Windows 98,ME,NT,2000,XP的圖形化ROBO軟件，用來對(duì)ROBO接口板（貨號(hào)：93293）和ROBO擴(kuò)展接口板（貨號(hào)：93294）進(jìn)行編程，也可對(duì)以前的智能接口板（貨號(hào)：30402）在線編程模式控制。
因?yàn)槭褂昧烁鞣N功能模塊組成的流程圖編程模式，易于入門級(jí)用戶使用。各功能模塊和子流程間可以進(jìn)行數(shù)據(jù)交換，不僅可以用變量方式，也可以用圖形化連接方式。編程操作更容易理解。子流程存儲(chǔ)在一個(gè)庫(kù)文件中，可以任意調(diào)用而不必知道其內(nèi)部工作原理。
圖形化編程語(yǔ)言ROBO Pro提供了現(xiàn)代編程語(yǔ)言中的所有關(guān)鍵元素，比如隊(duì)列，函數(shù)，遞歸，對(duì)象，異步事件，準(zhǔn)并行處理等等，使其對(duì)專業(yè)程序員也是一個(gè)有力工具。程序直接翻譯成機(jī)器語(yǔ)言，以便有效地執(zhí)行。即便是高級(jí)程序員也會(huì)發(fā)現(xiàn)ROBO Pro的知識(shí)點(diǎn)無止境。用ROBOPro可以方便的編寫teach－in程序或者其它windows軟件交換數(shù)據(jù)。
在線模式下，可以并接多塊ROBO Pro接口板來控制大規(guī)模的模型，還可以生成包含開關(guān)、控制器、顯示等元素的控制面板。
2.4 全自動(dòng)倉(cāng)庫(kù)滅火機(jī)器人的總體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
2.4.1 動(dòng)力機(jī)構(gòu)
根據(jù)倉(cāng)庫(kù)滅火的工作環(huán)境，我們?cè)O(shè)計(jì)的倉(cāng)庫(kù)全自動(dòng)滅火機(jī)器人采用履帶式的移動(dòng)方式。利用兩個(gè)大功率的馬達(dá)來帶動(dòng)前半身的兩根履帶，其特點(diǎn)是越野性能好,能夠越過階梯、壕溝等障礙,一般如坦克、推土機(jī)等均采用此類移動(dòng)機(jī)構(gòu)。
整個(gè)車身是由兩段底座通過活動(dòng)鉸鏈連接在一起的，從而整個(gè)車身有一個(gè)可以活動(dòng)的角度，然后通過車身向上向下運(yùn)動(dòng)的配合來達(dá)到越障功能，如圖2.1。
圖2.1 車身底座
2.4.2 越障機(jī)構(gòu)
倉(cāng)庫(kù)全自動(dòng)滅火機(jī)器人在行進(jìn)過程中遇到障礙物時(shí)，它首先通過自身安裝在最前的兩個(gè)接觸開關(guān)來確定障礙物的高度，相當(dāng)于兩個(gè)極限位置，只有當(dāng)障礙物的高度在兩個(gè)接觸開關(guān)之間時(shí)（如圖2.2），機(jī)器人才會(huì)開始執(zhí)行越障程序，如低于下方的接觸開表示機(jī)器人可以不改變車身任何位置就可以逾越過去，如果高于上方的接觸開關(guān)表示障礙物無法逾越，從而達(dá)到自動(dòng)識(shí)別障礙物高度的功能，如不能判別出無法逾越障礙物則避障繞行。
圖2.2 自動(dòng)判別障礙物高度的兩個(gè)導(dǎo)輪
滅火機(jī)器人在運(yùn)動(dòng)過程中碰到前方最低的那個(gè)接觸開關(guān)，機(jī)器人開始執(zhí)行越障程序,這時(shí)利用一個(gè)大功率電機(jī)來帶動(dòng)絲杠,在利用絲杠與前半個(gè)底座上的內(nèi)螺紋相嚙合進(jìn)行傳動(dòng),從而將前半個(gè)底座拉起，整個(gè)越障過程如圖2.3,圖2.4和圖2.5。
圖2.3 越障前
圖2.4 越障剛開始
圖2.5 越障快結(jié)束時(shí)
但該越障方式，還要考慮到一個(gè)車身的重心問題，在剛開始越障時(shí)，整個(gè)車身的重心必須在后半節(jié)車身，以便把前半節(jié)車身抬起，當(dāng)越障快結(jié)束時(shí)，整個(gè)車身的重心必須在前半節(jié)車身。所以這里需設(shè)置一個(gè)可以用來調(diào)節(jié)車身重心的滑臺(tái)，如圖2.7。而滑臺(tái)中的傳動(dòng)機(jī)構(gòu)為絲杠傳動(dòng)，由于絲杠傳動(dòng)傳動(dòng)效率較高，能高效地將扭力轉(zhuǎn)化為推力，或?qū)⑼屏D(zhuǎn)化為扭力。精度保持性好，滾道形狀準(zhǔn)確，滾動(dòng)摩擦磨損極小，具有良好的精度保持性、可靠性和使用壽命。所以考慮到該機(jī)器人在滅火時(shí)調(diào)整車身重心的頻繁，故選絲杠傳動(dòng)。
圖2.7 用來調(diào)整整個(gè)車身重心的滑臺(tái)機(jī)構(gòu)
2.4.3 避障機(jī)構(gòu)
倉(cāng)庫(kù)全自動(dòng)滅火機(jī)器人的避障機(jī)構(gòu)一共由7個(gè)導(dǎo)輪和7個(gè)接觸開關(guān)組成，當(dāng)碰到上方的接觸開關(guān)的時(shí)候（接觸開關(guān)如圖2.2），機(jī)器人開始進(jìn)執(zhí)行避障程序，這時(shí)機(jī)器人向左轉(zhuǎn)動(dòng)一個(gè)60度的角度，然后向后直線倒退一小段距離，然后再向前運(yùn)動(dòng)，如果這時(shí)還沒有避過障礙，這時(shí)就會(huì)碰到右邊的接觸開關(guān)（接觸開關(guān)位置如圖3.9），然后機(jī)器人再向左轉(zhuǎn)動(dòng)一個(gè)60度的角度，如果這時(shí)碰到左邊的接觸開關(guān)時(shí)，機(jī)器人就向右邊轉(zhuǎn)動(dòng)一個(gè)60度的角度，之后向后直線倒退一小段距離，然后再向前運(yùn)動(dòng)，如果在向后退的過程的中，后面有障礙物的話，當(dāng)碰到機(jī)器人最后的兩個(gè)接觸開關(guān)的時(shí)候，則機(jī)身先向前運(yùn)動(dòng)一小段距離，然后往右轉(zhuǎn)動(dòng)一個(gè)60度的角度，碰到右邊的接觸開關(guān)機(jī)器人往左轉(zhuǎn)動(dòng)一個(gè)60的角度，碰到后面的接觸開關(guān)就向前運(yùn)動(dòng)一小段距離，直到7個(gè)接觸開關(guān)都不被碰到的時(shí)候，就可以順利繞過障礙物了。其中的導(dǎo)輪機(jī)構(gòu)如圖2.8[6] 曲凌主編.慧魚創(chuàng)意機(jī)器人設(shè)計(jì)與實(shí)踐教程[M].上海交通大學(xué)出版社，2007.
5]。
圖2.8 避障機(jī)構(gòu)實(shí)物照
2.4.4 自動(dòng)尋光機(jī)構(gòu)
倉(cāng)庫(kù)全自動(dòng)滅火機(jī)器人的自動(dòng)尋光機(jī)構(gòu)是由一個(gè)運(yùn)動(dòng)的光敏傳感器和一個(gè)固定的光敏傳感器組成，其中運(yùn)動(dòng)著的光敏傳感器用以在一個(gè)大范圍內(nèi)進(jìn)行尋找光源，而固定著的尋光傳感器用以對(duì)火源進(jìn)行精確定位。
運(yùn)動(dòng)的光敏傳感器須以一個(gè)120度的角度左右擺動(dòng),且在擺動(dòng)時(shí)速度不能太快，所以該機(jī)構(gòu)可以由一個(gè)轉(zhuǎn)盤來實(shí)現(xiàn)左右的擺動(dòng),而轉(zhuǎn)盤的動(dòng)力裝置可以由一對(duì)蝸輪蝸桿來實(shí)現(xiàn)，因?yàn)槲佪單仐U可以得到一個(gè)很大的傳動(dòng)比，且運(yùn)動(dòng)時(shí)比較平穩(wěn)，如圖2.9。
圖2.9 自動(dòng)尋光機(jī)構(gòu)
2.4.5 滅火裝置
倉(cāng)庫(kù)全自動(dòng)滅火機(jī)器人的滅火裝置由一個(gè)可伸縮式機(jī)械臂和一個(gè)可旋轉(zhuǎn)的底盤組成,從而可加大滅火的范圍和加強(qiáng)滅火效果，另外滅火裝置還包括一個(gè)水平的滑臺(tái),在越障和避障中用來控制整個(gè)車身的重心（如圖2.7）。一個(gè)伸縮的機(jī)械手臂，并且可以向上抬起一個(gè)角度，當(dāng)遇到比較大火勢(shì)的時(shí)候，抬起機(jī)械手臂既可加強(qiáng)滅火效果，又可以避免高溫?zé)龘p機(jī)械手臂,工作時(shí)機(jī)械手狀態(tài)如圖2.10。
圖2.10 機(jī)械手工作時(shí)
3 控制部分
3.1 機(jī)器人的整體運(yùn)動(dòng)方式
該機(jī)器人可以在無人看守的情況下實(shí)現(xiàn)全方位滅火，能根據(jù)火源的位置自動(dòng)改變車身位置，在滅火的途中如果碰到障礙物，可以自動(dòng)判別障礙物的高度，當(dāng)判別出障礙可逾越時(shí)能自動(dòng)越過障礙物，當(dāng)判別出障礙物無法逾越時(shí)，可以繞過障礙物。從而可以實(shí)現(xiàn)平時(shí)24小時(shí)監(jiān)控倉(cāng)庫(kù)或當(dāng)發(fā)生火災(zāi)時(shí)進(jìn)行滅火。
自動(dòng)尋光機(jī)構(gòu)開始以180的角度來回的擺動(dòng)來搜索火源,當(dāng)光敏傳感器搜索到火源時(shí),滅火機(jī)器人開始調(diào)整整個(gè)車身的重心,以便可以更加輕松的轉(zhuǎn)動(dòng)整個(gè)車身,當(dāng)調(diào)整完畢后,整個(gè)車身開始轉(zhuǎn)動(dòng),直至車身與火源在一直線上,把車身的重心調(diào)回到初始位置上，尋光機(jī)構(gòu)也回到初始位置,機(jī)器人向火源的方向前進(jìn), 當(dāng)滅火機(jī)器人在滅火的行進(jìn)過程中遇到障礙物,滅火機(jī)器人先開始判別障礙物的高度,當(dāng)判別出障礙物可以越過的時(shí)候,滅火機(jī)器人先倒退一小段距離，然后開始越障，越障機(jī)構(gòu)開始工作，先抬起前半個(gè)車身，向前行進(jìn)，把整個(gè)車身的重心移動(dòng)到前半節(jié)車身，使整個(gè)車身向上拱起， 向前行進(jìn)一小段距離，最后抬起后半節(jié)車身，越障完畢。如果當(dāng)判別障礙我很低，滅火機(jī)器人就直接越過障礙物。當(dāng)滅火機(jī)器人判別出前面的障礙物無法越過的時(shí)候,滅火機(jī)器人開始避障,機(jī)器人先往右轉(zhuǎn)動(dòng)一個(gè)角度,往前行進(jìn)一小段距離,再往右轉(zhuǎn)動(dòng)一個(gè)角度,這時(shí)機(jī)器人自動(dòng)判別是否繞過障礙,如果沒有繞過障礙。機(jī)器人還會(huì)往前行進(jìn)一段距離后再往右轉(zhuǎn)動(dòng)，在機(jī)器人轉(zhuǎn)動(dòng)的過程當(dāng)中，6個(gè)導(dǎo)輪輪流工作，如果再向 右轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，碰到了右邊的導(dǎo)輪，則車身往右轉(zhuǎn)，如果再向左轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，碰到了左邊的導(dǎo)輪，則車身往右轉(zhuǎn)，這樣一次類推，從而達(dá)到一個(gè)自動(dòng)避障的功能。當(dāng)機(jī)器人接近火源時(shí),機(jī)械臂上的光敏傳感器感受火光的強(qiáng)度,這里我們把光敏傳感器的數(shù)值設(shè)置為當(dāng)火光的強(qiáng)度低于100時(shí),滅火機(jī)器人停止前進(jìn),開始伸出并抬起機(jī)械手臂,開始噴灑滅火劑,并在噴灑的過程中機(jī)械手來回?cái)[動(dòng)兩次,使其可以達(dá)到更好的滅火效果，最后自動(dòng)尋光機(jī)構(gòu)在來回?cái)[動(dòng)一次來判別火是否被撲滅。如果沒有被撲滅，滅火機(jī)器人會(huì)再次伸出機(jī)械手臂進(jìn)行滅火，直至火被撲滅為止。如果當(dāng)機(jī)器人沒有再搜索到火源時(shí)，滅火機(jī)器人會(huì)向后轉(zhuǎn)動(dòng)180度，然后開始搜索火源，從而達(dá)到360度全方位滅火[6] 濮良貴主編.機(jī)械設(shè)計(jì)[M].北京：高等教育出版社，2006.
6][7] 孫桓主編.機(jī)械原理[M]. 北京：高等教育出版社，2006.
7]。
3.2 程序執(zhí)行方式
程序的編寫方式：
如圖(3.1)：報(bào)警燈的程序開始執(zhí)行；M1(EM2)電機(jī)反轉(zhuǎn)----I1(EM2)開關(guān)判斷----減值運(yùn)算指令----給定變量數(shù)值為30----判斷指令----當(dāng)(N)時(shí)，程序反饋到M1(EM2)電機(jī)反轉(zhuǎn)；當(dāng)(Y)時(shí)，M1(EM2)電機(jī)停止----- M1(EM2)電機(jī)正轉(zhuǎn)----I1(EM2)開關(guān)判斷----當(dāng)(1)時(shí)----加值運(yùn)算指令----給定變量數(shù)值為30----判斷指令----當(dāng)(Y)時(shí)，程序反饋到M1(EM2)電機(jī)反轉(zhuǎn)；當(dāng)(N)時(shí)，程序反饋到I1(EM2)開關(guān)判斷。當(dāng)(0)時(shí)----AX、AY光敏傳感器----判斷指令----當(dāng)大于1023時(shí)，程序反饋到I1(EM2)開關(guān)判斷；當(dāng)小于1023時(shí)----判斷指令----當(dāng)小于30時(shí)----M1(EM2)停止----車身調(diào)整(出)----左拐----車身調(diào)整(收)----傳感器(左)----直走；等于30時(shí)----直走；當(dāng)大于30時(shí)----M1(EM2)停止----車身調(diào)整(出)----右拐----車身調(diào)整(收)----傳感器(右)----直走。I8(IF1)開關(guān)判斷和I5(IF1)開關(guān)判斷----當(dāng)(1)時(shí)----加值運(yùn)算指令；I6(IF1)開關(guān)判斷----當(dāng)(1)時(shí)----減值運(yùn)算指令； I7(IF1)開關(guān)判斷----當(dāng)(1)時(shí)----賦值運(yùn)算指令。給定變量數(shù)值為30----判斷指令----當(dāng)小于0時(shí)----倒車----越障----直走一小段----停車----反饋到程序的首端；當(dāng)?shù)扔?時(shí)----倒車----右避障----反饋到程序的首端；當(dāng)大于0時(shí)----倒車----左避障----反饋到程序的首端。當(dāng)I8(IF1)開關(guān)判斷、I5(IF1)開關(guān)判斷、I7(IF1)開關(guān)判斷、I6(IF1)開關(guān)判斷-----當(dāng)(0)時(shí)----AX(EM1)傳感器----判斷指令----當(dāng)大于100時(shí)，反饋到程序I8(IF1)開關(guān)判斷、I5(IF1)開關(guān)判斷、I7(IF1)開關(guān)判斷、I6(IF1)開關(guān)判斷；當(dāng)小于100時(shí)----停車----判斷指令----當(dāng)小于50時(shí)----短距離----滅火----噴灑2次----滅火裝置關(guān)----短距離(收)；當(dāng)大于50時(shí)----長(zhǎng)距離----滅火----噴灑2次----滅火裝置關(guān)----長(zhǎng)距離(收)。巡視----AX(EM1)傳感器----判斷指令----當(dāng)(Y)時(shí)，反饋到開關(guān)判斷50之上；當(dāng)(N)時(shí)----旋轉(zhuǎn)180度----3S----程序的首端。
圖3.1 母程序
3.3 控制要求的分析
對(duì)于模塊與機(jī)器人的各個(gè)元器件之間的聯(lián)系方式，我們將表格中排列出來。具體參數(shù)如下表3.2所示：
表3.2 I/O分配表
IF1模塊
名稱
控制單元
AX
光敏傳感器1
AY
光敏傳感器2
I1
調(diào)整機(jī)器人車身的馬達(dá)限位開關(guān)
I2
機(jī)器人的左輪電機(jī)的限位開關(guān)
I3
機(jī)器人的右輪電機(jī)的限位開關(guān)
I4
機(jī)械手臂的一級(jí)前后電機(jī)的限位開關(guān)
I5
機(jī)器人左避障的限位開關(guān)
I6
機(jī)器人越障的限位開關(guān)
I7
機(jī)器人左避障的限位開關(guān)
I8
機(jī)器人右避障的限位開關(guān)
M1
調(diào)整機(jī)器人車身的馬達(dá)
M2
機(jī)器人左輪電機(jī)
M3
機(jī)器人右輪電機(jī)
M4
機(jī)械手臂的一級(jí)前后電機(jī)
EMI模塊
名稱
控制單元
AX
光敏傳感器3
I1
機(jī)器人大轉(zhuǎn)盤馬達(dá)的限位開關(guān)
I4
機(jī)器人尾部的限位開關(guān)（左）
I5
機(jī)器人尾部的限位開關(guān)（右）
I8
機(jī)器人右避障的限位開關(guān)
M1
機(jī)器人大轉(zhuǎn)盤上的馬達(dá)
M2
報(bào)警燈1
M3
報(bào)警燈2
M4
報(bào)警燈3
EM2模塊
名稱
控制單元
I1
傳感器3的馬達(dá)限位開關(guān)
I3
機(jī)械手臂的二級(jí)前后電機(jī)的限位開關(guān)
I4
機(jī)械手臂的三級(jí)前后電機(jī)的限位開關(guān)
I8
傳感器3的馬達(dá)（起點(diǎn)位置）的限位開關(guān)
M1
傳感器3的馬達(dá)
M2
指示燈
M3
機(jī)械手臂的二級(jí)前后電機(jī)
M4
機(jī)械手臂的三級(jí)前后電機(jī)
3.4 ROBO擴(kuò)展板和接口板的型號(hào)及功用
對(duì)于ROBO擴(kuò)展板與接口板，我們對(duì)它的產(chǎn)品的名稱、型號(hào)、類型及產(chǎn)品的功用列出表格，如下表3.3所示：
表3.3 ROBO擴(kuò)展板和接口板
圖
片
產(chǎn)品的名稱
ROBO接口板
ROBO接口板擴(kuò)展板
產(chǎn)品的型號(hào)
93293
93294
產(chǎn)品的類型
配套產(chǎn)品 <輔助件>
配套產(chǎn)品 <輔助件>
產(chǎn)
品
的
功
用
1．處理器：三菱30245系列，16位微處理器。
2．存儲(chǔ)器：128K RAM和128K flash memory，flash memory中可以存兩個(gè)程序，RAM中可以存一個(gè)程序，程序可在線和下載操作，通過USB1.1/2.0和RS232串口與電腦連接
四路馬達(dá)輸出9V/250mA，8個(gè)級(jí)別速度控制，帶有短路保護(hù)功能。
3．八路9V DC數(shù)字信號(hào)輸入，兩路模擬量輸入。
4．四路模擬信號(hào)輸入（兩路0-5.5KΩ；兩路0-10V）。
5．可實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)紅外線控制。
6．可擴(kuò)展射頻數(shù)據(jù)連接功能板ROBO無線射頻通訊模塊（貨號(hào)：93295）。
1．可以擴(kuò)充ROBO智能接口板輸入輸出數(shù)量，通過USB1.1/2.0連接，支持程序在線操作。
2．四路馬達(dá)輸出9V/250mA，8個(gè)級(jí)別速度控制，帶有短路保護(hù)功能。
3．八路數(shù)字信號(hào)輸入。
4．一路模擬信號(hào)輸入0-5.5KΩ。
帶有ROBO接口板擴(kuò)展板接口，ROBO接口板共擴(kuò)展3塊ROBO接口板擴(kuò)展板。
4．另購(gòu)附件：直流開關(guān)電源9V/1A。
4 子程序部分
4.1 尋光的程序思路
將機(jī)器人放置倉(cāng)庫(kù)之中，需要對(duì)它進(jìn)行一個(gè)24小時(shí)的一個(gè)巡視過程。 自動(dòng)尋光
機(jī)構(gòu)開始以120的角度來回的擺動(dòng)來搜索火源，因此在這里考慮到電機(jī)脈沖問題。如圖圖(4.1)：
電機(jī)脈沖的記數(shù)方式，經(jīng)過調(diào)試，當(dāng)傳感器向左旋轉(zhuǎn)60度時(shí)，它需要30個(gè)脈沖。則我們把它起始點(diǎn)記做30存放到變量指令中。在“指令集”里有個(gè)“”指令，其作用是對(duì)變量之中的值，進(jìn)行做減值運(yùn)算。一段程序之后我們附加一個(gè)判斷指令“”，它用作于對(duì)變量之中的數(shù)值進(jìn)行判斷。當(dāng)變量中的值等于0時(shí)，它會(huì)判斷轉(zhuǎn)移到下一步，電機(jī)停止。否則它會(huì)自行回到程序的起始點(diǎn)。之后電機(jī)再進(jìn)行正轉(zhuǎn)，原本附于變量之中的數(shù)值為0，現(xiàn)在給它一個(gè)“”指令，其作用是對(duì)變量之中的值進(jìn)行做加值運(yùn)算。一段程序之后我們繼續(xù)附加一個(gè)判斷指令“”，當(dāng)變量中的值等于60時(shí)，它會(huì)回到整個(gè)程序的起點(diǎn)。進(jìn)行循環(huán)性的掃描，這就完成了機(jī)器人24小時(shí)倉(cāng)庫(kù)監(jiān)控的程序[8] (美)David Cook主編.機(jī)器人制作[M].北京：北京航空航天大學(xué)出版社，2005.
8][9] 錢煒編著.越障機(jī)器人的設(shè)計(jì)與研究[J]. 上海理工大學(xué)學(xué)報(bào)，2002.
9]。
圖4.1 尋光子程序
4.2 越障程序的思路
在滅火的途中，時(shí)常會(huì)有障礙物出現(xiàn)。所以我們附加于程序有自行避障和越障的功能。從而可以越過障礙物，直到火源被撲滅。因此在這，當(dāng)機(jī)器人碰到障礙物時(shí)，根據(jù)障礙物的高低選擇采用越障。我們程序如下：
程序的編寫方式：如圖(4.2)當(dāng)接觸到障礙物時(shí)，限位開關(guān)(IF1)中I6由常開位置改變?yōu)殚]合狀態(tài)。越障程序立即啟動(dòng)。首先機(jī)器人先后退，給出機(jī)器人調(diào)整車身的距離。將M2(機(jī)器人左輪電機(jī))和M3(機(jī)器人右輪電機(jī))同時(shí)反轉(zhuǎn)，并設(shè)定其馬達(dá)脈沖數(shù)為2，這樣就可以完成機(jī)器人后退這一程序。之后，我們需調(diào)整機(jī)器人的車身。機(jī)器人的重心原設(shè)定在后身，我們可以靠中間的絲杠來抬高機(jī)器人的前座。M1(IF1)電機(jī)正轉(zhuǎn)----I1(IF1)脈沖計(jì)數(shù)130----M1(IF1)電機(jī)停止----M2(IF1)電機(jī)正轉(zhuǎn)、M3(IF1)電機(jī)正轉(zhuǎn)----I2(IF1)脈沖計(jì)數(shù)5、I3(IF1)脈沖計(jì)數(shù)5----M2(IF1)電機(jī)停止、M3(IF1)電機(jī)停止----M4(IF1)電機(jī)正轉(zhuǎn)----I4(IF1)脈沖計(jì)數(shù)190----M4(IF1)電機(jī)停止----M1(IF1)電機(jī)反轉(zhuǎn)----I1(IF1)脈沖計(jì)數(shù)200----M1(IF1)電機(jī)停止---- M2(IF1)電機(jī)正轉(zhuǎn)、M3(IF1)電機(jī)正轉(zhuǎn)---- I2(IF1)脈沖計(jì)數(shù)8、I3(IF1)脈沖計(jì)數(shù)8---- M2(IF1)電機(jī)停止、M3(IF1)電機(jī)停止---- M1(IF1)電機(jī)正轉(zhuǎn)----I1(IF1)脈沖計(jì)數(shù)70----M1(IF1)電機(jī)停止---- M2(IF1)電機(jī)正轉(zhuǎn)、M3(IF1)電機(jī)正轉(zhuǎn)---- I2(IF1)脈沖計(jì)數(shù)8、I3(IF1)脈沖計(jì)數(shù)8---- M2(IF1)電機(jī)停止、M3(IF1)電機(jī)停止---- M4(IF1)電機(jī)反轉(zhuǎn)----I4(IF1)脈沖計(jì)數(shù)190----M4(IF1)電機(jī)停止[10] 范永勝主編.電器控制與PLC應(yīng)用[M].北京：中國(guó)電力出版社，2007.
0][11] 章宏甲主編.液壓與氣壓傳動(dòng)[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2009.
1]。
圖4.2 越障子程序
4.3 左避障程序的思路
在滅火的途中，當(dāng)機(jī)器人碰到障礙物時(shí)，判斷出障礙物的高低選擇采用避障。根據(jù)障礙物的擺放，我們機(jī)器人會(huì)自行選擇左避障或右避障程序。假設(shè)機(jī)器人選擇左避障這個(gè)子程序時(shí)，我們程序如下：
程序的編寫方式：如圖(4.3)當(dāng)接觸到障礙物時(shí)，限位開關(guān)(IF1)中I5由常開位置改變?yōu)殚]合狀態(tài)。左避障程序立即啟動(dòng)。首先機(jī)器人先后退，給出機(jī)器人調(diào)整車身的距離。
將M2(機(jī)器人左輪電機(jī))和M3(機(jī)器人右輪電機(jī))同時(shí)反轉(zhuǎn)，并設(shè)定其馬達(dá)脈沖數(shù)為8，這樣就可以完成機(jī)器人后退這一程序。之后，我們需調(diào)整機(jī)器人的車身。由于機(jī)器人的重心原設(shè)定在后身，我們則要靠機(jī)械手臂下的滑臺(tái)，將機(jī)器人的重心位置移動(dòng)到前座，使得機(jī)器人尾座部分離開地面，減少與地面的摩擦。M1(EM1)電機(jī)正轉(zhuǎn)----I1(EM1)脈沖計(jì)數(shù)80----M1(EM1)電機(jī)停止----M4(IF1)電機(jī)正轉(zhuǎn)----I4(IF1)脈沖計(jì)數(shù)190----M4(IF1)電機(jī)停止----M1(IF1)電機(jī)正轉(zhuǎn)----I1(IF1)脈沖計(jì)數(shù)60----M1(IF1)電機(jī)停止----M2(IF1)電機(jī)正轉(zhuǎn)----I2(IF1)開關(guān)判斷----減值運(yùn)算指令----給定變量數(shù)值為7----判斷指令----當(dāng)(N)時(shí)，反饋到M2(IF1)電機(jī)正轉(zhuǎn)；當(dāng)(Y)時(shí)，M2(IF1)電機(jī)停止-----M2(IF1)電機(jī)正轉(zhuǎn)、M3(IF1)電機(jī)正轉(zhuǎn)----I2(IF1)脈沖計(jì)數(shù)4、I3(IF1)脈沖計(jì)數(shù)4----M2(IF1)電機(jī)停止、M3(IF1)電機(jī)停止----M3(IF1)電機(jī)正轉(zhuǎn)----I3(IF1)開關(guān)判斷----當(dāng)(0)時(shí)，I8(IF1)開關(guān)判斷和I8(EM1)開關(guān)判斷---- M3(IF1)電機(jī)停止----I3(IF1)開關(guān)判斷----減值運(yùn)算指令----給定變量數(shù)值為7----判斷指令----當(dāng)(N)時(shí),反饋到I3(IF1)開關(guān)判斷；當(dāng)(Y)時(shí), M3(IF1)電機(jī)停止----重新回到M2(IF1)電機(jī)正轉(zhuǎn)、M3(IF1)電機(jī)正轉(zhuǎn)。
當(dāng)I3(IF1)開關(guān)判斷為(Y)時(shí)，加值運(yùn)算指令----給定變量數(shù)值為7----判斷指令----當(dāng)(N)時(shí)，反饋到I3(IF1)開關(guān)判斷；當(dāng)(Y)時(shí)，M3(IF1)電機(jī)停止----M2(IF1)電機(jī)正轉(zhuǎn)、M3(IF1)電機(jī)正轉(zhuǎn)----I2(IF1)脈沖計(jì)數(shù)12、I3(IF1)脈沖計(jì)數(shù)12----M2(IF1)電機(jī)停止、M3(IF1)電機(jī)停止----M3(IF1)電機(jī)正轉(zhuǎn)----I3(IF1)脈沖計(jì)數(shù)14---- M3(IF1)電機(jī)停止----M1(IF1)電機(jī)反轉(zhuǎn)----I1(IF1)脈沖計(jì)數(shù)60----M1(IF1)電機(jī)停止----M4(IF1)電機(jī)反轉(zhuǎn)---- I4(IF1)脈沖計(jì)數(shù)190----M4(IF1)電機(jī)停止---- M1(EM1)電機(jī)反轉(zhuǎn)----I1(EM1)脈沖計(jì)數(shù)80----M1(EM1)電機(jī)停止[12] 朱世強(qiáng)主編.機(jī)器人及其應(yīng)用[M].浙江：浙江大學(xué)出版社，2001.
2][13] 吳振彪主編. 工業(yè)機(jī)器人[M]. 武漢: 華中理工大學(xué)出版社, 1997.
3]。
圖4.3 左避障子程序
4.4 右避障程序的思路
在滅火的途中，當(dāng)機(jī)器人碰到障礙物時(shí)，判斷出障礙物的高低選擇采用避障。根據(jù)障礙物的擺放，我們機(jī)器人會(huì)自行選擇左避障或右避障程序。假設(shè)機(jī)器人選擇右避障這個(gè)子程序時(shí)，我們程序如下：
程序的編寫方式：如圖(4.4)當(dāng)接觸到障礙物時(shí)，限位開關(guān)(IF1)中I8由常開位置改變?yōu)殚]合狀態(tài)。左避障程序立即啟動(dòng)。首先機(jī)器人先后退，給出機(jī)器人調(diào)整車身的距離。
將M2(機(jī)器人左輪電機(jī))和M3(機(jī)器人右輪電機(jī))同時(shí)反轉(zhuǎn)，并設(shè)定其馬達(dá)脈沖數(shù)為8，這樣就可以完成機(jī)器人后退這一程序。之后，我們需調(diào)整機(jī)器人的車身。由于機(jī)器人的重心原設(shè)定在后身，我們則要靠機(jī)械手臂下的滑臺(tái)，將機(jī)器人的重心位置移動(dòng)到前座，使得機(jī)器人尾座部分離開地面，減少與地面的摩擦。M1(EM1)電機(jī)正轉(zhuǎn)----I1(EM1)脈沖計(jì)數(shù)80----M1(EM1)電機(jī)停止----M4(IF1)電機(jī)正轉(zhuǎn)----I4(IF1)脈沖計(jì)數(shù)190----M4(IF1)電機(jī)停止----M1(IF1)電機(jī)正轉(zhuǎn)----I1(IF1)脈沖計(jì)數(shù)60----M1(IF1)電機(jī)停止----M3(IF1)電機(jī)正轉(zhuǎn)----I3(IF1)開關(guān)判斷----減值運(yùn)算指令----給定變量數(shù)值為7----判斷指令----當(dāng)(N)時(shí)，反饋到M3(IF1)電機(jī)正轉(zhuǎn)；當(dāng)(Y)時(shí)，M3(IF1)電機(jī)停止-----M2(IF1)電機(jī)正轉(zhuǎn)、M3(IF1)電機(jī)正轉(zhuǎn)----I2(IF1)脈沖計(jì)數(shù)4、I3(IF1)脈沖計(jì)數(shù)4----M2(IF1)電機(jī)停止、M3(IF1)電機(jī)停止----M2(IF1)電機(jī)正轉(zhuǎn)----I2(IF1)開關(guān)判斷----當(dāng)(0)時(shí)，I7(IF1)開關(guān)判斷----M2(IF1)電機(jī)停止----I2(IF1)開關(guān)判斷----減值運(yùn)算指令----給定變量數(shù)值為7----判斷指令----當(dāng)(N)時(shí),反饋到I2(IF1)開關(guān)判斷；當(dāng)(Y)時(shí), M2(IF1)電機(jī)停止----重新回到M2(IF1)電機(jī)正轉(zhuǎn)、M3(IF1)電機(jī)正轉(zhuǎn)。
當(dāng)I2(IF1)開關(guān)判斷為(Y)時(shí)，加值運(yùn)算指令----給定變量數(shù)值為7----判斷指令----當(dāng)(N)時(shí)，反饋到I2(IF1)開關(guān)判斷；當(dāng)(Y)時(shí)，M2(IF1)電機(jī)停止----M2(IF1)電機(jī)正轉(zhuǎn)、M3(IF1)電機(jī)正轉(zhuǎn)----I2(IF1)脈沖計(jì)數(shù)12、I3(IF1)脈沖計(jì)數(shù)12----M2(IF1)電機(jī)停止、M3(IF1)電機(jī)停止----M3(IF1)電機(jī)正轉(zhuǎn)----I3(IF1)脈沖計(jì)數(shù)14---- M3(IF1)電機(jī)停止----M1(IF1)電機(jī)反轉(zhuǎn)----I1(IF1)脈沖計(jì)數(shù)60----M1(IF1)電機(jī)停止----M4(IF1)電機(jī)反轉(zhuǎn)---- I4(IF1)脈沖計(jì)數(shù)190----M4(IF1)電機(jī)停止---- M1(EM1)電機(jī)反轉(zhuǎn)----I1(EM1)脈沖計(jì)數(shù)80----M1(EM1)電機(jī)停止。
圖4.4 右避障子程序
4.5 報(bào)警燈的思路
當(dāng)傳感器作120度掃描時(shí)，報(bào)警燈也相應(yīng)的工作起來。程序如下圖：
程序的編寫方式：如圖(4.5)報(bào)警燈共三盞，分紅，藍(lán)，綠三種顏色。每?jī)杀K燈之間的時(shí)間差距為0.2S，工作方式為：紅→藍(lán)→綠→紅……M2(EM1)報(bào)警燈1亮----I2(EM1)時(shí)間延遲0.2S---- M2(EM1)報(bào)警燈1滅----M3(EM1)報(bào)警燈2亮----I3(EM1)時(shí)間延遲0.2S----M3(EM1)報(bào)警燈2滅----M4(EM1)報(bào)警燈3亮----I4(EM1)時(shí)間延遲0.2S---- M4(EM1)報(bào)警燈3滅----M2(EM1)報(bào)警燈1亮----I2(EM1)時(shí)間延遲0.2S----M2(EM1)報(bào)警燈1滅……(循環(huán)) [14] 陳懇主編.機(jī)器人技術(shù)與應(yīng)用[M].北京：清華大學(xué)出版社，2006.
4][15] 唐德修主編.現(xiàn)代汽車機(jī)械基礎(chǔ)[M].西南交通大學(xué)出版社，2006.
5]。
圖4.5報(bào)警燈子程序
4.6 滅火方式的思路
當(dāng)傳感器與火源的距離小于100時(shí)，機(jī)器人會(huì)自行停止，傳感器3再次發(fā)出信號(hào)，確認(rèn)之后，機(jī)械手臂將執(zhí)行滅火。滅火方式為：機(jī)械手臂上的滅火器對(duì)火源來回噴灑2次。
程序的編寫方式：圖(4.6)循環(huán)計(jì)數(shù)2次----M1(EM1)電機(jī)正轉(zhuǎn)----I1(EM1)開關(guān)判斷----加值運(yùn)算指令----給定變量數(shù)值為0----判斷指令----當(dāng)小于12時(shí)，程序?qū)⒎答伒絀1(EM1)開關(guān)判斷；當(dāng)?shù)扔?2時(shí)---- M1(EM1)電機(jī)反轉(zhuǎn)----I1(EM1)開關(guān)判斷----減值運(yùn)算指令----給定變量數(shù)值為0----判斷指令----當(dāng)大于-12時(shí)，程序?qū)⒎答伒絀1(EM1)開關(guān)判斷；當(dāng)?shù)扔?12時(shí)，程序?qū)⒒氐窖h(huán)計(jì)數(shù)端----經(jīng)過2次循環(huán)之后---- M1(EM1)電機(jī)正轉(zhuǎn)----I1(EM1)脈沖計(jì)數(shù)24----M1(EM1)電機(jī)停止。
圖4.6 滅火子程序
4.7 確定火源，自行（左、右）拐的思路
當(dāng)傳感器發(fā)現(xiàn)火源位置時(shí)，根據(jù)傳感器的位置，我們機(jī)器人可以自行調(diào)整車身的位置，使機(jī)器人與火源的位置成一直線。并能快速滅火。這時(shí)，如何根據(jù)傳感器來調(diào)整車身，這是我們程序一大亮點(diǎn)之一。
a) 假設(shè)火源在機(jī)器人的右方出現(xiàn)，機(jī)器人將自行右拐。程序如下：
程序的編寫方式：圖(4.7.1)讓傳感器上的計(jì)數(shù)脈沖的起點(diǎn)為30，但發(fā)現(xiàn)火源位置時(shí)，我們?cè)诔绦蛑懈郊右粋€(gè)變量指令，假設(shè)測(cè)出傳感器上的計(jì)數(shù)脈沖此時(shí)為40。我們則可以根據(jù)變量上的數(shù)值使車身調(diào)整，M3電機(jī)自行反轉(zhuǎn)，電機(jī)的脈沖計(jì)數(shù)為10。M3(IF1)電機(jī)反轉(zhuǎn)----I3(IF1)開關(guān)判斷----減值運(yùn)算指令----給定變量數(shù)值為40----判斷指令----當(dāng)大于30時(shí)，程序自行反饋到M3(IF1)電機(jī)反轉(zhuǎn)位置；當(dāng)?shù)扔?0時(shí)，M3(IF1)電機(jī)停止。
圖4.7 左拐子程序
b) 假設(shè)火源在機(jī)器人的左方出現(xiàn)，機(jī)器人將自行左拐。程序如下：
程序的編寫方式：圖(4.8)讓傳感器上的計(jì)數(shù)脈沖的起點(diǎn)為30，但發(fā)現(xiàn)火源位置時(shí)，我們?cè)诔绦蛑懈郊右粋€(gè)變量指令，假設(shè)測(cè)出傳感器上的計(jì)數(shù)脈沖此時(shí)為20。我們則可以根據(jù)變量上的數(shù)值使車身調(diào)整，M3電機(jī)自行正轉(zhuǎn)，電機(jī)的脈沖計(jì)數(shù)為10。M3(IF1)電機(jī)反正轉(zhuǎn)----I3(IF1)開關(guān)判斷----減值運(yùn)算指令----給定變量數(shù)值為40----判斷指令----當(dāng)大于30時(shí)，程序自行反饋到M3(IF1)電機(jī)正轉(zhuǎn)位置；當(dāng)?shù)扔?0時(shí)，M3(IF1)電機(jī)停止。
圖4.8 右拐子程序
總結(jié)
時(shí)間過的飛快畢業(yè)設(shè)計(jì)接近尾聲，這段時(shí)間里我們要完成的任務(wù)就是做好我們畢業(yè)前最后一件事——完成我們的畢業(yè)設(shè)計(jì)。畢業(yè)設(shè)計(jì)是對(duì)我們大學(xué)學(xué)業(yè)結(jié)束的總結(jié)，也是對(duì)我們所學(xué)知識(shí)的鞏固，它體現(xiàn)了學(xué)生的綜合素質(zhì)。首先我十分感謝辛勤教育我們的所有老師，你們辛苦了！其次，我要感謝我的母?！暇├砉ご髮W(xué)泰州科技學(xué)院，是它提供給了我兩年美好的學(xué)習(xí)環(huán)境。最后，等我工作之后，我一定會(huì)努力工作，將來匯報(bào)學(xué)校對(duì)我的照顧和教育。
在做機(jī)器人畢業(yè)編程的這段時(shí)間里，感覺雖然有點(diǎn)忙，但是說實(shí)話收獲非常的大，懂得了，凡遇到任何困難，只要吃苦耐勞，踏實(shí)勤奮，樂觀進(jìn)取，就一定能突破困難。體會(huì)最深的就是現(xiàn)在的就業(yè)形式有點(diǎn)嚴(yán)峻，壓力也比較大，應(yīng)屆畢業(yè)生面臨著很大的困難，但是萬(wàn)事開頭難，我相信只要我們付出足夠的努力就會(huì)有收獲，在企業(yè)和社會(huì)上立足。在編程的過程中也有許多的困難和不足之處，比如平常和老師的溝通還不夠；對(duì)設(shè)計(jì)及編程的要求理解還不夠；開始的時(shí)候沒有給予足夠的重視。但是可以說我很好的總結(jié)了這些不足，想辦法改進(jìn)自己，使自己變的出色。
全自動(dòng)倉(cāng)庫(kù)滅火機(jī)器人設(shè)計(jì)與編程這個(gè)課題可以說是非常有利于我們鞏固所學(xué)的知識(shí)特別是機(jī)械設(shè)計(jì)知識(shí)，意義非常大。，由于機(jī)器人程序具有對(duì)使用環(huán)境適應(yīng)性強(qiáng)的特性，同時(shí)所針對(duì)的倉(cāng)庫(kù)的類型也是有一部分的局限性，因此在這，還需要進(jìn)一步的調(diào)整及設(shè)計(jì)。在機(jī)器人的構(gòu)思方面，還有許多的不足的地方，比如說結(jié)構(gòu)的固定，傳動(dòng)時(shí)，所常遇到的死點(diǎn)等等。當(dāng)然我們的努力同時(shí)也得到了學(xué)校及老師們的認(rèn)可?；叵肷险n的時(shí)候，自己確實(shí)感到遺漏很多。在學(xué)校的兩年里，我學(xué)到了。學(xué)到了許多做人的道理，人在處理問題方面也成熟果斷了許多，最主要學(xué)到了適應(yīng)社會(huì)的本領(lǐng)。課程設(shè)計(jì)的結(jié)束意味著大學(xué)生活的結(jié)束，正式跨入職場(chǎng)，迎接我的是一個(gè)有挑戰(zhàn)性的工作，在找工作的途中。我真正體會(huì)到了理論聯(lián)系實(shí)際。在外面學(xué)的東西多，人際關(guān)系，真正的技術(shù)，說話的方式和態(tài)度等等！當(dāng)然在有些方面在學(xué)校還是得到了鍛煉，但是還不夠，希望學(xué)校能給我們得學(xué)弟學(xué)妹們更多展示自己能力得舞臺(tái)和機(jī)會(huì)。
回想做機(jī)器人那短暫的兩個(gè)星期，知道了其實(shí)自己比想象中的自己要強(qiáng)的多。比起在從前的學(xué)習(xí)生涯，可以說是艱苦很多，我要學(xué)習(xí)得東西非常非常多，所以我對(duì)我自己說，一定要堅(jiān)持開始肯定苦得，而且要有短期和長(zhǎng)期目標(biāo)，我一定會(huì)努力實(shí)現(xiàn)自己得目標(biāo)。我相信我自己，一定會(huì)有一番成就得。
最后，我想說我十分感謝兩位老師（劉艷和李連波）平時(shí)在完成設(shè)計(jì)的時(shí)間里對(duì)我的關(guān)心和照顧，也要感謝所有幫助過我的人。
致謝
美好的校園生活已經(jīng)到了尾聲，背著行李走進(jìn)校園的情景依然清晰可見。毫無疑問，校園生活將是我一生中最美好的時(shí)光，這里給我留下了太多美好，有尊敬而智慧的老師，有友好而可愛的同學(xué)，有志趣相投而相互促進(jìn)的朋友……這些都將是我最難忘的留戀。
這兩年的點(diǎn)點(diǎn)滴滴改變了我很多方面，它留給我的影響是受用終生的。在這里有循循善誘的老師，互幫互助的同學(xué)，豐富多彩的生活，充實(shí)了我的校園生活，給我的業(yè)余生活留下了太多歡聲笑語(yǔ)，在這里我開始睜開眼睛觀察并思考我身邊的世界，開始編織我的理想并規(guī)劃著我的將來，開始為了實(shí)現(xiàn)自己的抱負(fù)而學(xué)習(xí)必要的知識(shí)鍛煉必要的能力，開始有了展翅高飛的沖動(dòng)和自信。無論以后的路我將怎樣走過，至少這里給了我起飛的平臺(tái)。
我真要感謝我的學(xué)校，是它讓我有了一個(gè)學(xué)習(xí)和思考的環(huán)境；真要感謝我的老師們，向我的每一個(gè)老師致敬，是他們教給了我生存和競(jìng)爭(zhēng)的本領(lǐng)；我還要感謝我的同學(xué)朋友們，因?yàn)橛心銈兊呐惆槲业膶W(xué)校生活才會(huì)如此豐富多彩。
兩年的學(xué)校生活轉(zhuǎn)瞬即逝，短暫得讓我還沒來得及準(zhǔn)備妥當(dāng)就要開始踏上社會(huì)開始新的征程，回首過去，我有過很多失敗，很多無知，也浪費(fèi)了很多寶貴的時(shí)間。因此我只能寄希望于以后，我會(huì)用我的努力讓我的以后變得更加美好，也用我的努力讓我對(duì)這個(gè)養(yǎng)育了我的社會(huì)做出更多的貢獻(xiàn)。
畢業(yè)在即，最后一年的主要任務(wù)就是完成一份畢業(yè)設(shè)計(jì)，用我們豐富的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，扎實(shí)的理論功底，向?qū)W校匯報(bào)我這幾年的收獲。
畢業(yè)設(shè)計(jì)是對(duì)每一個(gè)即將跨出學(xué)校大門，步入社會(huì)學(xué)生的檢驗(yàn)。緊張而繁忙的畢業(yè)設(shè)計(jì)即將結(jié)束，回顧這次畢業(yè)設(shè)計(jì)，我看到在這次鍛煉中我受益匪淺，在次過程中我調(diào)動(dòng)了我的所有知識(shí)，查找了多種資料，向老師請(qǐng)教，而他們也都不厭其煩地給我講解，盡管有時(shí)候他們認(rèn)為我的問題簡(jiǎn)單得可笑。通過這次畢業(yè)設(shè)計(jì)我鞏固了以往所學(xué)的所有知識(shí)，而且學(xué)會(huì)了如何融會(huì)貫通地去運(yùn)用這些知識(shí)，并且有機(jī)地綜合其它各方面的因素，使理論與實(shí)踐相結(jié)合，設(shè)計(jì)出滿足題目要求的產(chǎn)品來。這培養(yǎng)了我探索科學(xué)的興趣，一絲不茍的態(tài)度，吃苦耐勞的風(fēng)格，還有可貴的鉆研精神，同時(shí)也使我感到要成為一名合格的工程技術(shù)人員的不易，在學(xué)校里我們雖然掌握了一定的理論知識(shí)，但離現(xiàn)實(shí)運(yùn)用還有一定的距離，因此我們還必須付出艱辛的努力，堅(jiān)持不懈地學(xué)習(xí)并積極投身于實(shí)踐，這樣才能實(shí)現(xiàn)自己的抱負(fù)。
在這次畢業(yè)設(shè)計(jì)的過程中，我還深深體會(huì)到自己知識(shí)的缺乏，在許多領(lǐng)域我還只是知其皮毛，甚至一無所知，離真正的知識(shí)海洋還有很長(zhǎng)的一段路要走。所以我決心要在今后的工作中繼續(xù)不斷地學(xué)習(xí)，不斷地提高自己的理論知識(shí)和實(shí)踐能力，只有這二者完美地結(jié)合在一起才能發(fā)揮我的最大作用。
經(jīng)過這次長(zhǎng)達(dá)近一年的畢業(yè)設(shè)計(jì)，我個(gè)人的工程技術(shù)素質(zhì)和綜合運(yùn)用知識(shí)的能力都有很大的進(jìn)步，同時(shí)在提出問題，分析問題和解決問題方面的能力都得到了很大提高，鍛煉了形象思維與抽象思維相結(jié)合的能力，使我的知識(shí)結(jié)構(gòu)更加合理化，為勝任即將登上的工作崗位打下了良好的基礎(chǔ)，所有這些都將是我寶貴的財(cái)富。
在這次畢業(yè)設(shè)計(jì)中，我得到了劉艷老師、李連波老師的精心指導(dǎo)，我能順利地完成本次畢業(yè)設(shè)計(jì)與他們的辛勤付出是分不開的，正因?yàn)槔蠋焸兊牟粎捚錈┑闹笇?dǎo)和點(diǎn)撥我的畢業(yè)設(shè)計(jì)才有了方向和輪廓，在此對(duì)老師表示深深的感謝。也要感謝慧魚公司為我提供了做畢業(yè)設(shè)計(jì)的良好環(huán)境，在那里我得以有機(jī)會(huì)接觸機(jī)器人，和獲得全國(guó)二等獎(jiǎng)。同時(shí)要感謝的還有那些平時(shí)在畢業(yè)設(shè)計(jì)過程中幫助過我的同學(xué)們，因?yàn)橛辛怂麄兊闹С趾凸膭?lì)以及一些資料上的提供才有了這次畢業(yè)的圓滿成功。
當(dāng)然，畢業(yè)設(shè)計(jì)是有一定難度的，鑒于個(gè)人能力，知識(shí)，經(jīng)驗(yàn)有限，設(shè)計(jì)中難免有不足或錯(cuò)誤，懇請(qǐng)各位老師批評(píng)指正。
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