机器人设计范文第1篇
RCX微型电脑是由MIT开发的，是乐高机器人系统的核心部分。使用ROBOLAB软件及RCX，学生们可以创造、搭建、编程真正的机器人，让它运动、做动作、甚至自己去“想”。 为RCX编写程序，通过各种输入(传感器)与输出(马达与灯等)对周围环境做出响应。有多种传感器可供选择，如触动传感器、光电传感器、温度传感器、角度传感器等。
第二步：在PC机上为机器人编写程序
为RCX编写控制程序的ROBOLAB软件是一个简单、直观、易学的编程环境，是以美国国家仪器公司的LabVIEW，流行于测量和自动化领域的图形化编程软件为基础开发的。ROBOLAB软件具有所有通用编程环境，如C/C++或VisualBasic等软件的功能。在计算机上为机器人编写好程序，程序一旦下载到RCX，机器人就脱离计算机，根据程序指令，按照周围环境的输入信息来做出判断，决定下一步如何行动。完全智能化。当然，如果机器人未按预先设计的行动，即程序编写不够完善时，可以在计算机上修改原程序，再下载，运行机器人进行测试，直到机器人完全按要求工作为止。
美国国家仪器(NI)公司的LABVIEW软件： ROBOLAB是以美国国家仪器公司(美国德州)开发的LabVIEW编程环境为基础编写的。1997年，美国太空总署在监测其飞船着陆、定位、位置、运转状况等时，使用了LabVIEW软件。LabVIEW软件是一功能强大、设计完美的编程环境，深受大学、和各行各业的工程技术人员及科学家喜欢，并被广泛使用。是测控领域倍受欢迎的软件开发工具，应用于生物医学、航空航天、能源研究等各个领域，用于数据采集与仪器控制、数据分析与处理等。
第三步：下载程序到RCX
RCX通过IR红外发射仪与计算机通信。使用ROBOLAB编程软件在计算机上编写好编程，然后，通过与计算机串口机相连的IR发射仪下载到RCX。IR与RCX通过无线红外方式通信。
第四步：运行程序，测试机器人是否按要求工作
机器人设计范文第2篇
一、系统的整体设计
基于STC15的智能保洁机器人设计主要分为以下三个部分进行研究, 分别是:微控制器、数据采集以及机械控制。首先通过信息采集传感器采集到相应的数据之后在进行处理之后, 传送到微传感器STC15, 经过算法处理之后, 使用机械控制进行清扫, 最后会根据实际的采集环境指数, 来确定控制机械的工作时间长短。也就意味着, 一旦打开智能保洁机器人的工作开关之后, 智能保洁机器人就会根据当前所处的环境做出相应的判断之后选出一条最为合适的清洁路线, 开始工作直到保洁完成。完全可以避免人为的干涉实现自主作业。
二、系统的硬件设计
以下主要从微控制器STC15的特征、测距模块、灰尘采集以及清扫系统四个方面对于基于STC15的智能保洁机器人系统中的硬件设计展开详细的分析, 以下为详细内容。
(一) 微控制器STC15的特征
在对智能保洁机器人系统的设计过程当中, 首先需要考虑的是遇到不同种类型、不同数量障碍物时, 所使用的算法的复杂性和运算速度, 基于STC15的智能保洁机器人的系统设计主要采用的就是STC15作为主控核心芯片, 主要有以下两个方面的原因:第一, STC15芯片具有高度、可靠、低功耗、强干扰的功能;第二, 要想实现智能保洁机器人的灵活性和可靠性, 就需要使用到PWM算法, 因此就需要采用STC15芯片。
(二) 测距模块
智能保洁机器人在工作的过程当中, 清扫路径的选择、障碍物的避免以及姿态的调整, 都是使用超声波采用的数据进行实现的, 那么此时为了确保数据的精确度, 主要采用的是HC-SRO4超声波模块, 因其具有性能稳定, 测定距离准确的功能。HC-SRO4超声波模块应用原理如下:超声波脉冲回波渡越时间法。
(三) 灰尘采集
智能保洁机器人所清洁的同一环境当中, 在不同区域的灰尘浓度也有较大的差异, 此时为了有效的提高机器人的工作效率, 就需要从灰尘的浓度入手, 如果某一个区域的浓度低于某个值, 那么机器人就可以不清洁该区域。因此就需要对于空气当中的灰尘浓度进行采集, 所使用的灰尘传感器为Dust sensor。
(四) 清扫系统
清扫系统主要有8个组件构成:4个正方向清扫部件以及4个斜方向清扫部件。清扫系统是确保机器人清洁效率的重要前提。与此同时, 也需要在智能保洁机器人的中心位置安装小功率的吸尘器, 确保能够彻底的清洁环境。
三、系统软件设计
以下主要从主程序流程、测距、灰尘采集这三个方面对于基于STC15的智能保洁机器人系统软件的设计展开详细的分析, 以下为详细内容。
(一) 主程序流程
智能保洁机器人系统软件部分, 主要是基于Keil编译环境, 使用C语言而编程的。在系统响应阶段, 机器人处于静止状态, 这段时间内会根据超声波所采集到的数据进行分析, 之后在作业时间遍历清洁路径, 这个过程当中也会对周围的环境进行实时采集信息, 知道最后的清洁完成。
(二) 测距
智能保洁机器人在工作的过程当中, 测距子程序是确保机器人正常工作的主要部分, 其作用不仅仅在于帮助机器人避免障碍, 更是基于所采集到的信息的基础之上对本身的姿态好工作状态进行碎石调整, 最终确保正常作业。
(三) 灰尘采集
最后就是灰尘的采集。这是衡量智能保洁机器人最终工作结果的重要因素。在初始胡的过程当中, 主要是通过控制口、寄存器、标志位分别进行设置, 在采集到了相对应区域的灰尘浓度之后, 与标准环境下的灰尘浓度相比较, 如果高于标准浓度, 则需要重新对此区域进行清洁, 如低于, 则无必要。
四、仿真分析
在之后对智能保洁机器人的仿真实验当中, 可以看出, 障碍物的分布直接影响到了机器人的实际行走路径以及工作效率。为了方便计算, 就需要将机器人的清洁区域定在30*15的方格中间, 基于大量的实验结果当中会发现, 在障碍物较多的情况之下, 机器人覆盖率会达到98%以上, 而路径的重复率则达到了7%左右。由此可以看出, 这种算法大大提高了机器人的工作效率, 因而该种设计也是可行的。
五、小结
总而言之, 本文主要从四个方面对于基于STC15的智能保洁机器人的设计与仿真展开了分析探究, 可供相关人士参考。
摘要：随着人们生活水平的提高和生活节奏的不断加快, 智能化越来越贴近与人们的生活。而智能保洁机器人的出现, 更是满足了人们生活当中的需求。所谓的智能保洁机器人, 指的就是以保洁为目的, 降低人们的劳动力度。而基于STC15的保洁机器人, 更是能够有效的提高工作效率和清洁能力, 不仅有效节约了资源成本, 更是大大增加了稳定性。本文主要对于基于STC15的智能保洁机器人的设计与仿真展开详细的分析, 以下为详细内容。
关键词：智能保洁机器人,STC15单片机,信息采集传感器,仿真设计
参考文献
[1] 朱嵘涛, 徐爱钧, 叶传涛.基于STC15单片机的无线遥控智能小车的设计[J].电脑知识与技术.2014 (14) .
[2] 李海, 费丽君, 石文强, 刘明玉.基于STC15单片机的智能清扫机器人的设计[J].黑龙江八一农垦大学学报.2018 (03) .
[3] 杨凯, 周岳斌.基于STC15单片机的自行车码表设计[J].机械管理开发.2015 (03) .
[4] 常国权, 彭云峰.基于STC15单片机和SYN6288的机床语音报警系统设计[J].电子器件.2015 (03) .
机器人设计范文第3篇
运动控制系统的上位控制方案一般有单片机系统、专业运动控制PLC、专用控制系统和“微型计算机 (PC) +运动控制卡”。采用单片机系统实现运动控制, 成本较低, 但开发难度较大, 周期长。这种方案一般适用于运动过程比较简单、运动轨迹固定的设备, 如送料器、自动焊机等。专用控制系统一般是针对专用设备或专用行业, 如西门子公司的车床数控系统和铣床数控系统等[2]。随着PC的普及, “PC+运动控制卡”的方案是运动控制系统的主要发展趋势。这种方案可充分利用计算机资源, 用于运动过程、机械轨迹都比较复杂, 而且柔性比较强的机器设备, 比如目前很热门的开放式数控系统大多采用这种方案。在医疗机器人领域, 国外已经取得了长足的发展和很好的临床应用, 而国内研究刚开始起步。
本文讨论的运动控制器原形系统是采用PC+运动控制卡为基础的开放式系统。
1 控制器原型系统硬件结构
控制器原型系统硬件结构主要由P C机、运动控制卡、伺服驱动器、伺服电机和连接电缆五个部分组成, 如图1所示。
PC机是整个控制系统的工作核心, 系统的控制软件在PC机上运行。在PC机上面安装运动控制卡, 控制卡完成运动控制的所有细节, 包括脉冲和方向信号的输出、自动升降速的处理、原点和限位等信号的检测等。伺服驱动器主要作用是放大功率, 控制电机的旋转, 并提供报警。
2 控制器原型系统软件设计与实现
为了提高控制系统的实时性, 在Windows操作系统上嵌入RTX 8.0实时扩展软件, 即数据层运行在实时子系统 (R T S S, real-time subsystem) 子系统中, 整个系统程序在Visual Studio 2005环境中开发, 使用C#、C、C++的混合语言开发方案[3,4]。
2.1 控制器原型系统软件结构模块
控制器的软件从功能上分为前台程序 (实时部分) 和后台程序 (非实时部分) 。非实时部分是指用户用来发出动作指令的图形界面, 采用Visual Studio 2005窗体设计器来设计, 用C#语言来编写控件的事件处理程序。实时部分是指运行在RTSS子系统中做运动控制的RTX进程, 程序用C语言编写。
非实时部分是Win32进程, 而实时部分是运行在RTSS子系统中的RTX进程, 两部分的通讯通过共享内存来解决。但C#不支持共享内存的操作, 而C++是支持共享内存的, 所以利用C++语言编写一个动态链接库 (DLL) 程序, 为C#操作共享内存提供入口, 从而解决实时部分与非实时部分的通讯问题。因此, 从程序的文件结构上看, 软件设计可以分为三个部分:用户图形界面、动态链接库和RTX实时控制程序, 见图2所示。
图2中实时部分是控制器软件系统的核心, 控制器的运动控制函数全部在该部分, 包括控制器开关、伺服开关、位置控制、速度控制等。控制器的可扩展性也体现在该模块的开放性上, 如果要增加控制器功能, 可在实时部分增加改功能代码, 然后在非实时部分作相应的用户扩展。
2.2 控制器原型系统软件工作流程
控制器原型系统软件运行时, 前台与后台之间通过共享内存来交流信息。其基本过程是:用户在图形界面输入数据和指令, 通过动态链接库将数据写入共享内存, 前台的运动控制程序从共享内存读取数据, 接受用户的指令, 然后做出相应的处理, 再将处理结果写入共享内存, 用户界面再通过动态链接库读取共享内存得到反馈信息, 完成一个工作循环。
3 控制器原型系统功能验证
控制器原型系统主要实现了控制器操作、手动操作、监视器和插补等功能。控制器操作包括控制器的开关、轴的搜索和定义、伺服开关。手动操作用在独立或者多轴的手动方向控制和速度控制。监视器用于位置监视和速度监视。插补功能包括位置定义、回原点、直线插补、圆弧插补。
在交流伺服平台上, 以圆弧插补为例, 对系统的插补功能进行了测试, 测试结果如下。
定义 (1, -1) 为原点B, (3000000, 3000000) 为目标点A, 半径r=5000000, 插补一段优弧, 以50ms采样周期采集X、Y轴的位置信息, 绘制插补效果图, 见图3所示。
根据采集到的数据, 绘制了插补过程中X、Y轴的位移曲线, 如图4所示, 然后对位移曲线微分, 绘制出插补的速度曲线, 如图5所示。
图4和图5中, 虚线是X轴速度曲线, 实线是Y轴速度曲线, 从图中看到在插补过程中速度按正玄规律变化, 运行比较平稳。但是, 在圆弧的起始点和终止点仍然有速度的突变, 这种情况很容易造成震动或者冲击, 导致插补精度下降, 甚至影响机器正常工作, 因此, 还需要采用合适的算法来解决速度突变的问题。实际应用中, 一般插补的是多段曲线, 每段曲线的起点和终点都是一个突变点, 在后续的工作中也要重点解决插补曲线衔接处的过渡的算法。
5 结语
本文对基于“PC+运动控制卡”的开放式机器人控制器进行了研究, 设计了系统的基本功能模块, 包括控制器的操作, 轴的手动控制, 轴的运动监视以及直线和圆弧插补功能。最后在交流伺服实验台上以圆弧插补功能对系统功能进行了实验分析。从实验结果看, 采用PC+运动控制卡的系统硬件结构形式和Windows+RTX的系统软件平台开发开放式控制器体现出了非常大的优越性, 采用该方案进一步开发手术辅助机器人的控制器是切实可行的。
摘要：指在为颅颌面外科手术辅助机器人设计一个实时性好、可靠性高的运动控制器。该控制器以YASKAWA公司提供的MP2100运动控制卡、∑-V伺服驱动器和伺服电机为硬件核心, 软件以Visual Studio为开发工具, 在Windows平台上实现界面友好、使用简单的系统软件。设计中引入强实时扩展软件RTX, 提高了Windows系统的实时性和可靠性。同时在实时子系统 (RTSS, real-time subsystem) 下实现对机器人的多线程多任务操作, 控制系统的非实时部分和实时部分通过共享内存来通信。通过伺服轴的手动控制以及自动直线插补、圆弧插补等实验, 验证了系统功能。
关键词：工控机,实时性,RTX实时扩展,手术机器人
参考文献
[1] 景扶苇, 王伯华.医用手术机器人[J].机器人技术与应用, 2001 (4) :17～20.
[2] 高胜涛.基于工业PC的六轴伺服控制卡的研究与实现[D].北京:中国科学院电工研究所, 2001:6～7.
[3] 乔林, 杨志刚.MFC与多线程编程[M].北京:中国铁道出版社, 2000:396～400.
机器人设计范文第4篇
一、控制机器人行为的神经网络
基于行为进化的智能保洁机器人, 主要是通过采用神经网络的方式实现对机器人行为的控制, 因而, 机器人也具备了一定的自主能力和感受周边环境的能力。这对于保洁机器人的日常工作而言, 能够达到高效性。本文主要采用的是BP神经网络来对机器人进行行为控制。
一般来说, 神经网络主要分为三层, 一共有十个神经元, 每一个神经元都有两种状态:兴奋和抑制, 不同神经元之间主要是通过权限值实现相互连接。神经网络的三层分别为:输入层、隐层以及输出层。以下分别对此展开详细的分析。
第一层, 输入层。输入层总共有两个感觉神经元, 其中一个可以称得上是机器人的左眼, 会接收到的信息是:左前方半米内是否有垃圾出现, 若是, 则神经元出现兴奋状态;若否, 则出现神经元抑制状态。另外一个神经元相当于机器人的右眼, 其输入信息与前一个神经元类似。
第二层, 隐层。隐层总共包含了六个神经元, 其中两个神经元接受来自输入层感觉神经元的信息输入, 另外四个神经元则接受记忆神经元的输入信息的输入, 之后统一经过处理之后将信息状态传达至下一层, 也就是输出层当中。
第三层, 输出层。输出层主要包含了两个神经元, 分别接受来自于隐层两个神经元信息的接受, 根据其输入的信息进行整合处理, 一旦超过阈值, 则神经元处于兴奋状态;低于阈值, 则神经元处于抑制状态。输出层的两个神经元共同负责控制机器人的行走方向, 一个左拐一个右拐。
二、用双种群遗传算法进化神经网络
在神经网络当中, 要想实现对遗传算法的应用, 具体体现在以下三个方面:神经网络的结构设计、神经网络的权值学习以及神经网络的分析。而基于行为进化的智能保洁机器人的设计, 则是应用遗传算法来进化神经网络的权值, 这是一个十分复杂的过程, 所涉及到的是连续参数优化的问题。如果采用二进制编码, 则会直接对于网络学习精度和进化算法的性能造成一定的负面影响, 因此采用二进制编码这一方面被逐渐淘汰了。要想解决这一问题, 笔者认为可以采用双种群遗传算法, 在智能保洁机器人的设计当中, 使用该种方法实现神经网络连接权值的进化, 主要有以下六个步骤:
(1) 甚至神经网络连接权值, 生成最开始的1000个个体;
(2) 通过仿真, 从1000个个体当中选择出保洁能力最强的100个个体;
(3) 对这100个保洁能力最强的个体进行繁殖, 使其生成新的群体。然后将神经网络权值分成两个种群, 其中一个包含输入层、隐层、输出层;另外一个包括四个记忆神经元和隐层神经元。对这两个种群的连接权值分别进行独立的繁殖。
(4) 让每一个个体又都生成10个个体, 在这10个个体当中选择两个, 保持其权值的不变性, 在另外八个个体中, 随机抽取一个权值, 并在原有的权值基础之上加上一个整数, 从而使其生成新的种群;
(5) 随机配对合并两个种群, 使其重组为包含了1000个所有连接权值的群体;
(6) 对新群体的保洁能力进行重新考察, 如果其能力不再有变化, 则可停止个体繁殖;如果保洁能力依旧不断增强, 则循环重复第二、第三个步骤。
三、仿真实验与结果分析
最后主要从仿真实验和结果分析两个方面对基于行为进化的智能保洁机器人仿真展开深入研究, 以下分为仿真方法和结果分析与讨论两个方面的内容, 以下分别进行详细的分析。
(一) 仿真方法
对智能保洁机器人的仿真实验, 主要是通过动画模拟实现的。模拟步骤如下:第一, 在10*10cm的区域内, 随机选中5个垃圾集中区域, 需要注意的是, 此5个区域的中心点彼此之间的距离必须大于3cm, 每一个垃圾集中区域必须包含16个垃圾快, 并用点的形式使其排列成4*4方阵, 点之间的距离为0.5cm。智能保洁机器人被模拟成为一个点, 机器人清扫面积为正方形, 垃圾落在清扫面积之内则就假定能够将面积清扫干净。此外, 当机器人走到边缘处, 则需要随机生成一个角度使机器人重新返回到模拟环境当中。而机器人的行走步数被限定在300步之内, 判断机器人的保洁能力则就是其在这300步之内所能够清除的垃圾数量。
(二) 结果分析与讨论
通过以上的仿真实验可以看出, 所使用的双种群遗传算法在30代之后, 其保洁能力就不会再增强, 对垃圾的清除能力控制在90%左右。而通过对机器人的行进路线的分析不难看出, 机器人在发现垃圾之后, 能够自动从广域搜索变为区域搜索、对于垃圾集中区域能够在清扫完之后又重新确认一遍, 因而其保洁能力和效果得到了大大的增强。
小结:总而言之, 本文主要从三个方面分别对于基于行为进化的智能保洁机器人设计与仿真展开了详细的分析, 本文内容可供相关人士参考。
摘要：本文主要采用双种群遗传算法, 对于进化神经网络的权值展开了分析, 主要是基于行为进化的智能保洁机器人的设计和仿真, 通过模拟生物行为规律, 根据周边环境采取搜索式的方式实现保洁的作用。通过相关实验, 可以看出该模型具有一定的高效性。本文主要从控制机器人行为的神经网络、用双种群遗传算法进化神经网络、仿真实验与结果分析三个方面对于基于行为进化的智能保洁机器人设计与仿真展开了研究分析。
关键词：智能化,保洁机器人,行为进化,神经网络,仿真
参考文献
[1] .协同进化计算及其在多智能体中的应用[D].周飞.南京邮电大学.2013.
[2] .基于包含避碰控制的多智能体协同控制研究与实验[D].张何津.上海交通大学. 2013.
[3] .多智能体系统中的Q学习算法研究[D].乔林.南京邮电大学.2012.
[4] .救援仿真机器人中的多智能体协作研究[D].刘炜.合肥工业大学.2012.
机器人设计范文第5篇
为适应社会高速发展,工业机器人代替人力劳动是必然的发展趋势,和计算机技术一样,工业机器人的广泛应用,正在日益的改变人类的生产方式和生活方式[1]。在工业机器人配合数控机床进行搬运、焊接、上下料的同时,工装必不可少。工装在设计时要考虑工件定位稳定性和可靠性,有足够的承载和夹持力。本文以加工盘类零件为例,零件重量约2kg,传统的办法是由人工上下料,采用2台车床完成两道加工工序,两车床之间的间距为1.5m。要求第一道工序加工零件内圆和端面,耗时40s,第二道工序加工零件外圆、端面,耗时48s。
1 针对零件加工条件进行剖析
根据实际情况分析结果如下。
(1)第一道工序加工完成之后需要调头才能进行第二道工序。
(2)被加工件重量为2kg,同一台机器人需要负荷2件被加工件,且需要配备相应的上下料工装约3kg,所选机器人至少负荷8kg以上。
(3)两机床之间间距为1.5m,空间狭小只能供一台机器人运转。
2 方案设计及工作原理
根据以上的分析,可选用广州数控RB08的工业机器人。
实现加工,需要夹料机构、回转上料机构、翻转机构三部分来配合RB08机器人。
两车床面对面放置间距1.5m,中间放置RB08机器人,机器人回转半径1.3m,机器人一侧放置回转上料机构,一侧放置翻转转机构和零件箱。
本方案具体工作原理如下。
(1)回转上料机构由变位机和纵置的导轨组成,变位机上有一个大转盘和30根长度为300的定位杆,用于放置未加工的零件,定位杆起定位作用,防止零件歪斜倾倒。在变位机转盘上放入待加工件之后,变位机带动转盘转动,传感器感应到工件时,纵置导轨上端的导轨夹爪向下抓取工件,上升到顶端待命,等待机器人夹爪1夹走工件。机器人夹料机构的气缸推动夹爪1抓取回转上料机构的导轨夹爪中未加工的零件(如图1所示),放入机床1的卡盘上。
(2)夹料机构直接安装在机器人6轴上,夹料机构共有两个夹爪,图2所示,夹爪1为上料夹爪,带有一个推板,机器人配套一个液压缓冲器推动导向杆顶起推板,将工件推平预紧,使工件很好的贴合卡盘端面,保证了高的加工精度。夹爪2为下料夹爪,在放置过程中要求不高,可随意摆放,因此不需要推板进行预紧。
(3)翻转机构由一个大的V形块、一个气缸以及压板组成,气缸上端安装一个压板,气缸安装在V形块的侧板上,夹爪2将零件放入翻转机构中将零件夹紧后,机器人夹爪2松开,卡爪1从反面夹起零件,实现调头功能。
3 应用效果及优点
本设计把工人从繁重的、重复的劳动中解放出来,提高生产效率,改善工人劳动条件,提高了产品质量。该零件以前需要2～3个机床操作工加工,采用RB08机器人自动上下料工装后仅需一个操作工辅助。随着数控机床的普及,巧妙设计机器人末端执行器(手抓)结构,很好的实现数控机床与机器人的通讯功能有效的组合工业机器人上下料技术及数控车床加工技术于一体,最终实现快速的高精度上下料功能等有着广泛的实用意义。[2]
摘要：本次设计主要针对工业机器人与数控车床配合生产盘类零件所使用的上下料工装进行研究,上下料工装涉及回转上料、夹料、翻转等机构。本文主要对被加工件、工装设计与工作原理、现场布局、应用效果等进行说明。
关键词：机床上下料,工业机器人,工装
参考文献
[1] 杜志俊.工业机器人的应用及发展趋势[J].机械工程师,2002,(5):8-10.
机器人设计范文第6篇
一、研究背景及意义
(一) STEM理念
STEM的全称为:Science (科学) 、Technology (技术) 、Engineering (工程) 、Mathematics (数学) 。科学所代表的是认识和解释自然界的客观规律;技术和工程所代表的是在尊重自然规律的基础上, 对世界进行改造、控制和利用自然界, 并且不断的去解决社会发展过程中遇到的难题;数学则作为一种基础工具, 用来协助技术与工程学科。因此, 通过STEM理念的建设, 能够培养学生的基本知识与技能以及对基本知识与技能的综合应用[1]。
(二) VEX机器人竞赛
VEX机器人竞赛是由卡耐基梅隆大学、美国太空总署 (NASA) 等机构大力支持的机器人项目。学生以及老师可以通过每年不同的比赛规则, 大胆发挥自己的创意, 用手中的工具和材料创作出属于自己的机器人。
二、机器人综述
机器人主体框架由L型、C型铝条和钢条拼接而成, 用螺丝、扎带、限位杯等使之更加牢固。传动装置利用32、84齿加强齿轮, 使用加强链条连接, 使其成为齿轮组, 齿轮间用通过高强度传动轴连接。轮胎使用4英寸双排万向轮, 并使用Potentionter, Quadrature Code等传感器, 使机器人能够按照规定的路线行走。使用7.2V3000mAhNiMH电池保证其动力。利用VEXnetKey2.0捆绑控制微操控结构, 通过C语言, 使用ROBOTC进行开发。采用电驱动三线393马达, 将马达内部齿轮组改为高速齿轮组建。
三、具体结构
(一) 底盘结构
采用链条式传动, 将四个马达放置于车体中心升降结构下方。链条式传动较齿轮式传动, 可减少齿轮间摩擦力增大工作时容错率, 能够更好的保护马达。底盘所有传动齿相同, 来保证不同马达间不会因扭力大小不同而产生动能损失。在从动齿轮上安装了轴角传感器, 能够测定机器人两边边轮子行进的距离, 便于后期进行有效的编程来控制机器人。
(二) 抬升结构
抬升结构上, 采用了反向双平行四连杆的弓字抬升。它比平行四连杆的最高抬升高度稍低, 但是效率更高。传统平行四连杆结构只是单向上下运动, 不利于机器在被干扰时的稳定性。在改进的结构中, 双向运动的下部和上部均有所抬升, 可以很好的保证抬升结构的稳定性, 减少侧翻概率。在升降结构的中部, 放置了能精确感知0°-270°的角度传感器, 从而实现精确抬升。通过编程, 能完成一键从底盘到最高堆叠处, 减少了由于电池电压问题导致的抬升位置不准确的问题。
(三) 夹取结构
采用了先进的折叠式机械臂。这种机械臂的特点在于, 短小, 并且效率高, 可以完美保证机器在高位运动时, 机身的稳定性。其链条结构由两个锁死的齿轮通过链条相连, 以此来保证第一级和第三级的机械臂保持相对夹角不变。选取以皮筋作为夹子的软质夹子结构。这种夹子可以使锥体在地上和夹取到空中时, 保持相同姿态。采用双限位措施保证在机械臂收回后, 夹子能悬停在一个相对位置保持静止, 即通过角度传感器实现电限位和物理限位, 不仅能保护马达不用长时间带电来保持平衡, 还能最大程度上减小惯性带来的影响。
(四) 其他改进
在机械结构上, 由于抬升结构自重的问题, 持续工作对马达的损伤较大。因此在升降结构中加入皮筋。上升时, 皮筋在缩短的过程中, 释放能量帮助机械抬升;在下降时, 皮筋在伸长的过程中储存能量。可以使得马达在反转时, 可以将无效功率化为能量存储在皮筋中, 以此达到保护马达的作用。
四、结论
本文基于STEM理念并结合VEX机器人的相关零件, 成功设计并实现了锥体堆叠机器人。根据设计需求, 确定机器人的主体结构为弓字抬升, 即反向双平行四连杆结构, 来保证机器人抬升过程中具备足够的稳定性。与此同时通过实际检验, 该种结构既能满足对于效率的要求, 还能适用于更高的锥体堆叠高度。
摘要：随着科学技术的不断发展, 越来越多的大学开始重视对于学生创新能力的培养, 无论是在国内还是国外, 有越来越多高校投入到机器人教育中。机器人教育蕴涵了科学, 技术, 工程, 数学, 是STEM理念教育的最好的体现。本文所设计实现的VEX锥体堆叠机器人也是基于这样的目标实现。
关键词：STEM,VEX,锥体堆叠机器人
参考文献