探测机器人系统的设计(电路图+电气图+程序)☆

摘要
本设计采用模块化设计，以便根据要求选择和定制配置，并在需要的时候方便更换和添加其他模块，而且给出了两种移动方式的设计方案，即履带式移动方式和轮式的设计，两者都有各自的特点，但主要以研究设计履带式为主，它具有良好的机动性，在越障、跨沟、攀爬方面具有明显优势。该机器人的最大优点是具有良好的越障性能、环境适应性能、防摔抗冲击性能并具备全地形通过能力。而轮式探测机器人则机动性能比较好。除了设计探测机器人的总体结构外，还给出了移动控制方案。
机器人最重要的机构是运动底盘的设计，即使软件设计的再好，移动方式没有设计好，那么机器人也不会很好的执行任务。轮式，腿式，履带式的移动方式在设计过程中已经给出，
可以根据自己设计的要求进行选择如果地形比较平缓，或是有沟壑的地形，可以选择履带的移动方式；如果是平缓没有沟壑的地形，就选用轮式的移动方式；如果地形成阶梯状，而且地形比较复杂，最好选用腿式的方法。
本设计可以采用两种控制系统，即通过上位机直接通过总线对机器人进行控制或是通过无线电台对机器人进行控制。

关键词：   探测机器人； 模块化设计； 履带移动方式； 机器人的控制系统；

Abstract
The design is modular in design so that in accordance with requirements of options and custom configuration, and when needed to facilitate the replacement and add other modules, and is given two mobile forms of design options, that is, tracked and wheeled mobile way of design , Both have their own characteristics, but mainly to crawler-based research and design, it has good mobility in the barrier, the inter-ditch, climbing has obvious advantages. The robot is the greatest advantage of the barrier has a good performance, adapt to environmental performance, Fangshuai impact resistance and have all-terrain capacity. The wheeled robot will detect mobility is better。In addition to detecting robot design the overall structure, but also gives a mobile control ways。
Robot is the most important bodies of the sports chassis design, even the best software design, mobile design means no good, then the robot will not be very good mission. Wheeled, legged, tracked the movement of way in the design process has been given, Can be designed in accordance with the requirements of their own choice if the relatively flat terrain, or a gully of the terrain, can choose to track the movement; If the gully is not flat terrain, on the choice of wheeled mobile way, if formed ladder, and More complex terrain, the best choice legged approach。
This design uses two types of control systems, through the PC directly through the bus to control the robot through the radio or to control the robot。

Keywords： Detecting robot; modular design；tracked mobile； robot's control system；


主要内容：
1、研究探测机器人系统的设计原则。
2、确定探测机器人的移动方式，并对整个探测机器人的整体进行规划设计。
3、对探测机器人系统的硬件设计，绘制机械图。
4、给出移动控制系统的设计方案，。
目标：
掌握探测机器人系统的设计原则，从实际应用环境出发确定机器人的移动方式，选用合理的目标监测手段，来实现探测目的，并撰写毕业论文，达到机电一体化综合能力训练的目的。

本设计的优点是采用了模块化设计方案，看起来机构很简单，但功能突出，并且联接方式大都采用螺钉，螺栓的方式，拆装比较方便。缺点就是，采用了履带的行走方式，虽然移动比较平稳，而且可以越障，跨过沟壑等。但机动性能比较差，而且，由于大量采用螺钉，螺栓的连接，所以一定要经常禁固螺钉，螺母。
在设计机器人的过程中，遇到的最大难点就是机器人的通讯运动过程，经过大量的学习询问，同学老师的帮助，本人基本掌握了这个过程。但细节问题需要在以后继续学习。

研究内容
本设计采用模块化设计，以便根据要求选择和定制配置，并在需要的时候方便更换和添加其他模块，而且给出了两种移动方式的设计方案，即履带式移动方式和轮式的设计，两者都有各自的特点，但主要以研究设计履带式为主，它具有良好的机动性，在越障、跨沟、攀爬方面具有明显优势。该机器人的最大优点是具有良好的越障性能、环境适应性能、防摔抗冲击性能并具备全地形通过能力。而轮式探测机器人则机动性能比较好。除了设计探测机器人的总体结构外，还给出了移动控制方案。
其具体研究内容如下：
1、 研究探测机器人系统的设计原则。
依据运动学原理，对机器人进行性能指标分析，动态分析，使机器人能够自适应路面，即具有抗倾覆性、爬坡性能、越障性能、跨沟性能等功能。
2、确定探测机器人的移动方式，并对整个探测机器人的整体进行规划设计。
 1）移动方式的确定；
 2）总体结构设计；
 3）传动系统设计。
3、给出移动控制系统的设计方案。
 1）监测方法；
 2）计算机硬件系统的设计；
 3）计算机软件系统的设计。

机械系统的设计
设计对探测机器人采用了模块化设计，总体分为四个模块，即计算机模块，传感器模块，电源及驱动模块，运动底盘模块。模块化设计的探测机器人结构比较明了，而且在一些模块预留了一些空间，可以在需要的时候更换或添加其他模块。

机器人性能参数基本要求
性能    参数
额定电压    24VDC
工作电流    2A
驱动方式    直流电机驱动
电池    铅酸蓄电池组
最大速度    3m/s
最小速度    0.01m/s
最大负载    30kg
工作时间    6小时
爬地能力    15度
越障能力    3cm

计算机模块的设计
计算机模块分为两部分结构，上端为度支撑架，下端是计算机的保护架。其中支撑架是用来控制摄像头的监测方向，将摄像头安装在支撑架的套筒里，此设计是为减小外界环境对摄像头表面和线路的影响，如水，阳光的腐蚀等，虽然不能完全隔离外界的影响，但尽量增加了摄像头的使用寿命。在支撑架的右方和下方安装两个舵机，使套筒具有上下，左右两个自由度，从而使摄像头可以全方位的监测周围的环境。保护架是用来防止计算机受到外界环境的撞击，另外，保护架提高了摄像设备的高度，可以看的更远一些。

目    录    15000字
摘要 ――――――――――――――――――――――――I
Abstract――――――――――――――――――――――II
第一章　概述――――――――――――――――――――――――４
1.1    机器人的应用范围――――――――――――――――――――――４
1.2    探测机器人的先状及发展趋势―――――――――――――――――４
1.3    研究内容――――――――――――――――――――――――――５
第二章　机械系统的设计―――――――――――――――――――７
2.1    计算机模块的设计――――――――――――――――――――――７
2.2　　传感器模块的设计――――――――――――――――――――――８
2.3　　电源及驱动模块的设计――――――――――――――――――――８
2.4　　底盘运动模块的设计―――――――――――――――――――――８
2.5　　各模块的连接――――――――――――――――――――――――11
第三章　能源驱动的设计选择―――――――――――――――――14
3.1    能源的供给―――――――――――――――――――――――――14
3.2　　电机的选择―――――――――――――――――――――――――14
3.3　　电机驱动的选择―――――――――――――――――――――――15
第四章　传感器系统的设计――――――――――――――――――17
4.1    视觉传感器―――――――――――――――――――――――――17
4.2　　超声波传感器――――――――――――――――――――――――17
4.3　　红外传感器―――――――――――――――――――――――――19
第五章　探测机器人的硬件系统――――――――――――――――20
5.1    传感器采集系统―――――――――――――――――――――――20
5.2　　保护电路――――――――――――――――――――――――――20
5.3　　红外传感器的接线――――――――――――――――――――――21
5.4　　超声波传感器的接线―――――――――――――――――――――21
5.5　　罗盘处理流程――――――――――――――――――――――――21
5.6　　RS485-RS232转换电路――――――――――――――――――――22
第六章　探测机器人计算机硬件系统――――――――――――――23
6.1    无线电台通讯系统――――――――――――――――――――――23
6.2　　电子罗盘――――――――――――――――――――――――――23
第七章　探测机器人软件系统的开发――――――――――――――25
移动控制系统的设计―――――――――――――――――――――25
演示控制程序――――――――――――――――――――――――25
结束语　　　　　　―――――――――――――――――――――29
参考文献　　　　　―――――――――――――――――――――30