創(chuàng)新設(shè)計(jì)實(shí)訓(xùn)--網(wǎng)格導(dǎo)航.doc

機(jī)械專(zhuān)業(yè)設(shè)計(jì)創(chuàng)新設(shè)計(jì)實(shí)訓(xùn) 設(shè)計(jì)題目： 網(wǎng)格導(dǎo)航 完成日期： 2 0 1 2年 4 月 學(xué) 院： 機(jī) 械 工 程 學(xué) 院 專(zhuān) 業(yè)： 機(jī) 械 工 程 及 自 動(dòng) 化 指導(dǎo)老師： 武 剛 小組成員：課程成績(jī)?cè)u(píng)價(jià)表學(xué)號(hào)姓名年級(jí)專(zhuān)業(yè)工作分工成績(jī)程序編寫(xiě)論文撰寫(xiě)模型搭建造型設(shè)計(jì)模型搭建造型設(shè)計(jì)模型搭建造型設(shè)計(jì)模型搭建造型設(shè)計(jì)整體評(píng)價(jià)性能（70%）美觀(guān)與創(chuàng)意（30%）評(píng)語(yǔ)：目 錄一、樂(lè)高機(jī)器人簡(jiǎn)述.4二、問(wèn)題的提出和分析.52.1 設(shè)計(jì)目標(biāo).52.2 功能分析.5三、方案的選擇和模型的搭建.63.1 行走功能.63.2 定位功能.73.3 停車(chē)功能.73.4 避障功能.73.5 美感工作.8四、程序的實(shí)現(xiàn).94.1 程序流程圖.94.2 功能模塊.124.3 程序全圖.13五、設(shè)計(jì)小結(jié).145.1 感想.145.2 感謝.15- 16 -一、樂(lè)高機(jī)器人簡(jiǎn)述上個(gè)世紀(jì)的八十年代，稱(chēng)為個(gè)人計(jì)算機(jī)（PC）的時(shí)代，把九十年代稱(chēng)為Internet飛速發(fā)展的時(shí)代，那么本世紀(jì)的第一個(gè)十年，會(huì)是個(gè)人機(jī)器人（PR）的時(shí)代。隨著智能機(jī)器人技術(shù)的發(fā)展，智能機(jī)器人的教育走入中、小學(xué)校已經(jīng)成為必然趨勢(shì)。智能機(jī)器人教育走進(jìn)普通中、小學(xué)校的可能性和必然性估計(jì)會(huì)在今后的五年內(nèi)得以實(shí)現(xiàn)。21世紀(jì)是全球科技經(jīng)濟(jì)激烈競(jìng)爭(zhēng)的世紀(jì)。參與激烈的競(jìng)爭(zhēng)，擔(dān)負(fù)建設(shè)的重任，時(shí)代向新一代中國(guó)青少年提出了高標(biāo)準(zhǔn)、高要求，讓他們提高素質(zhì)、發(fā)展?jié)撃埽m應(yīng)當(dāng)今這樣一個(gè)科學(xué)普及的信息化，現(xiàn)代化時(shí)期，他們才能成長(zhǎng)為合格的祖國(guó)現(xiàn)代化事業(yè)的建設(shè)者和接班人。在這里，你可以了解到：樂(lè)高機(jī)器人發(fā)展史及發(fā)展方向、機(jī)器人的構(gòu)成、機(jī)器人的制作、操作、機(jī)器人的語(yǔ)言編程、機(jī)器的競(jìng)賽規(guī)則、競(jìng)賽技巧等。在這里，我們將破除青少年對(duì)機(jī)器人的神秘感，提高青少年的邏輯思維能力、動(dòng)手協(xié)作能力和創(chuàng)造能力，讓青少年親手搭建制造一個(gè)屬于自己的夢(mèng)想中的個(gè)人機(jī)器人。我們還會(huì)組織一些對(duì)個(gè)人機(jī)器人感興趣的青少年，參加多項(xiàng)國(guó)際性的機(jī)器人大賽，展現(xiàn)證明中國(guó)新一代的智慧和風(fēng)采。 機(jī)器人教育是當(dāng)今教育中“第一綜合”教育資源。 在美國(guó)麻省理工、塔輔茨大學(xué)、卡內(nèi)基梅隆大學(xué)、哈佛大學(xué)、美國(guó)太空總署等等世界著名高等學(xué)府和科研機(jī)構(gòu)應(yīng)用樂(lè)高機(jī)器人在教育和科研項(xiàng)目的設(shè)計(jì)中，有許多教授使用樂(lè)高積木開(kāi)展和研究各種課程，包括機(jī)器人、機(jī)械、計(jì)算機(jī)、設(shè)計(jì)與技術(shù)和創(chuàng)造性思維的促進(jìn)等。他們?cè)O(shè)計(jì)的這些教育方法和課程有適合大中小學(xué)的，也有適合研究生課題的。中國(guó)也有許多學(xué)校開(kāi)始使用樂(lè)高積木來(lái)開(kāi)展各種拓展性和創(chuàng)新性的科學(xué)技術(shù)類(lèi)課程，促進(jìn)學(xué)生的創(chuàng)造力、解決問(wèn)題能力，以推進(jìn)素質(zhì)教育。每年，國(guó)際和國(guó)內(nèi)的樂(lè)高機(jī)器人大賽更是吸引了很多的學(xué)生和家長(zhǎng)愛(ài)好者的參與。 二、問(wèn)題的提出和分析2.1 設(shè)計(jì)目標(biāo)網(wǎng)格導(dǎo)航小車(chē)主要有兩個(gè)實(shí)驗(yàn)的目標(biāo)：（1）能夠識(shí)別方向且能正確判斷經(jīng)過(guò)的網(wǎng)格位置，以及它能立即識(shí)別自身所在方向，通過(guò)不斷的調(diào)整方向，最后將小車(chē)停止在指定網(wǎng)格內(nèi)。（2）能夠識(shí)別前方是否有障礙物的存在，并在有障礙物阻礙的時(shí)候，改變方向以避開(kāi)障礙物。2.2 功能分析網(wǎng)格導(dǎo)航小車(chē)必須具備一些主要的功能：（1）行走功能。網(wǎng)格導(dǎo)航小車(chē)的行走系統(tǒng)可由LEGO低速電機(jī)經(jīng)齒輪傳動(dòng)適當(dāng)組合進(jìn)行減速，驅(qū)動(dòng)輪子。這過(guò)程需要兩個(gè)個(gè)電動(dòng)機(jī)，用來(lái)給左右的兩個(gè)輪胎提供動(dòng)力，使其運(yùn)動(dòng)。（2）定位功能。小車(chē)還要具備定位功能，定位過(guò)程中需要判斷。我們?cè)谛≤?chē)上安裝了光傳感器，根據(jù)它來(lái)判斷經(jīng)過(guò)網(wǎng)格線(xiàn)個(gè)數(shù)及方位。在定位過(guò)程中根據(jù)經(jīng)過(guò)的網(wǎng)格線(xiàn)個(gè)數(shù)判斷小車(chē)的坐標(biāo)位置及方向：根據(jù)網(wǎng)格反射光線(xiàn)的強(qiáng)弱進(jìn)行判斷，用LEGO光感傳感器。事先需要大致測(cè)量網(wǎng)格線(xiàn)光光度及網(wǎng)格內(nèi)白色面積光感度，取其中間值。我們用了兩個(gè)光的傳感器使光感的定位更加的準(zhǔn)確。（3）到達(dá)終點(diǎn)或邊緣停車(chē)功能。到達(dá)指定位置或邊線(xiàn)，要求小車(chē)強(qiáng)制停車(chē)，防止小車(chē)掉落損壞：由于光感接頭有限，于是我們想到當(dāng)小車(chē)檢測(cè)到經(jīng)過(guò)的網(wǎng)格線(xiàn)達(dá)到需要的位置時(shí)強(qiáng)制停車(chē)。這樣的問(wèn)題是我們必須想到的，也是必須要克服的。（4）避障功能。能夠識(shí)別前方是否有障礙物的存在，這里可以用觸動(dòng)傳感器進(jìn)行判斷。并在觸動(dòng)傳感器發(fā)現(xiàn)有有障礙物阻礙的時(shí)候，改變方向以避開(kāi)障礙物。三、方案的選擇和模型的搭建我們?cè)诔醪椒治隽松鲜鲂枰獙?shí)現(xiàn)的功能后，開(kāi)始了我們方案的選擇和模型的搭建。3.1 行走功能。（1）骨架的搭建。首先，我們要把小車(chē)的骨架搭建好，骨架作為整個(gè)小車(chē)的支撐其承載力必須要滿(mǎn)足要求，否則就不能支撐小車(chē)的重量，所以我們選擇多列板作為底板并且選用單列板進(jìn)行加強(qiáng)固定，提高小車(chē)的碰撞強(qiáng)度，在行進(jìn)途中也更加的穩(wěn)定。搭建結(jié)果如下圖所示。骨架的搭建 （2）輪胎的安裝。骨架搭建好后，就要考慮怎么讓小車(chē)行走的問(wèn)題了。有多種組件可以實(shí)現(xiàn)這種功能，例如說(shuō)履帶或者車(chē)輪，但考慮到我們要讓小車(chē)要有向前走、向后走、向左、向右轉(zhuǎn)這幾個(gè)功能，所以選用了四車(chē)輪設(shè)計(jì)。在給底架安上輪胎時(shí)，由于限制于功率及接口，輪胎和電動(dòng)機(jī)之間采用較短的軸，通過(guò)它將輪胎、齒輪和軸套鏈接起來(lái)，再在底板里面加上了兩個(gè)長(zhǎng)梁，將軸穿過(guò)中間的孔加以固定。（3）電動(dòng)機(jī)的放置。接下來(lái)就是放置電動(dòng)機(jī)了。這里主要是指用來(lái)帶動(dòng)輪胎運(yùn)動(dòng)的電動(dòng)機(jī)的發(fā)置的選擇。輪胎驅(qū)動(dòng)方面，先要考慮的是采用四輪驅(qū)動(dòng)好，還是兩輪驅(qū)動(dòng)好。二輪驅(qū)動(dòng)力量小及體積大，不適合網(wǎng)格轉(zhuǎn)向及不允許齊線(xiàn)走的要求；于是我們選擇了結(jié)構(gòu)緊湊的四大輪驅(qū)動(dòng)。3.2 定位功能。小車(chē)的定位功能是利用一個(gè)光傳感器來(lái)實(shí)現(xiàn)的。采用兩個(gè)光傳感器的原因是為了可以根據(jù)光線(xiàn)的強(qiáng)弱，通過(guò)判斷比較兩個(gè)光傳感器的數(shù)值來(lái)判斷小車(chē)在網(wǎng)格的位置。這樣通過(guò)程序的修正可以不斷的靠近終點(diǎn)坐標(biāo)。3.3 到達(dá)終點(diǎn)或邊緣停車(chē)功能。小車(chē)在到達(dá)邊緣或指定終點(diǎn)網(wǎng)格之后就要停止電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)，防止小車(chē)掉落損壞。3.4 避障功能。我們?cè)谛≤?chē)前端裝上了觸動(dòng)傳感器，這是探知前方障礙物用的。當(dāng)障礙物碰撞到前方的觸動(dòng)傳感器，則用程序控制小車(chē)避開(kāi)障礙物。 3.5 美感工作。經(jīng)過(guò)上面三個(gè)內(nèi)容后，我們小車(chē)的結(jié)構(gòu)基本上就完整了。作為工科的學(xué)生，我們都把性能放在了第一位，在性能實(shí)現(xiàn)的基礎(chǔ)上，我們也對(duì)小車(chē)進(jìn)行了美化工作。 四、程序的實(shí)現(xiàn)ROBOLAB是樂(lè)高機(jī)器人專(zhuān)用的編程語(yǔ)言，它利用圖形化編程環(huán)境，使的我們特別容易掌握，ROBOLAB軟件編程不需要記各種語(yǔ)句的格式，不需要在電腦上輸入語(yǔ)句，只要將所需要的圖標(biāo)邏輯性的連接起來(lái)就可完成程序的編寫(xiě)。4.1 程序流程圖。（1）主流程圖：開(kāi)始結(jié)束避障分支程序坐標(biāo)分支程序圖4.1 主流程圖（2）避障分支流程圖：進(jìn)入循環(huán)觸動(dòng)傳感觸動(dòng)傳感電機(jī)A、C正轉(zhuǎn)1秒電機(jī)A正轉(zhuǎn)、C反轉(zhuǎn)觸動(dòng)傳感2按下0.5秒流程圖續(xù)圖圖4.2 蔽障分支流程圖（3）坐標(biāo)分支流程圖。進(jìn)入坐標(biāo)循下光感觸控藍(lán)色容值 光感值40 容器值0 容器值0A、C正轉(zhuǎn)A、C正轉(zhuǎn)紅色容器值+1紅色容器值-1電機(jī)A、C正轉(zhuǎn)流程圖續(xù)圖紅色容值 3 3黃色容值黃色容值 3 3 3保持原動(dòng)作電機(jī)A、C停止c正轉(zhuǎn)藍(lán)色容值藍(lán)色容值1010紅色起跳下落電機(jī)A反轉(zhuǎn)、C正轉(zhuǎn)電機(jī)A反轉(zhuǎn)、C正轉(zhuǎn)保持原動(dòng)作保持原動(dòng)作1秒1秒圖4.3 網(wǎng)格導(dǎo)航流程圖4.2 功能模塊。（1）蔽障功能模塊：小車(chē)蔽障功能主要是實(shí)現(xiàn)目標(biāo)為：能夠識(shí)別前方是否有障礙物的存在，并在觸動(dòng)傳感器發(fā)現(xiàn)有有障礙物阻礙的時(shí)候，改變方向以避開(kāi)障礙物。蔽障功能模塊的程序圖如圖4.4所示。圖4.4 蔽障功能模塊程序圖（2）網(wǎng)格導(dǎo)航模塊：小車(chē)的網(wǎng)格功能主要體現(xiàn)在：們?cè)谛≤?chē)上安裝了光傳感器，根據(jù)它來(lái)判斷經(jīng)過(guò)網(wǎng)格線(xiàn)個(gè)數(shù)及方位。在定位過(guò)程中根據(jù)經(jīng)過(guò)的網(wǎng)格線(xiàn)個(gè)數(shù)判斷小車(chē)的坐標(biāo)位置及方向：根據(jù)網(wǎng)格反射光線(xiàn)的強(qiáng)弱進(jìn)行判斷，用LEGO光感傳感器。事先需要大致測(cè)量網(wǎng)格線(xiàn)光光度及網(wǎng)格內(nèi)白色面積光感度，取其中間值。我們用了兩個(gè)光的傳感器使光感的定位更加的準(zhǔn)確。并且最后準(zhǔn)確停在規(guī)定終點(diǎn)坐標(biāo)位置。搜索功能模塊的程序圖如圖4.5所示。圖4.5 搜索功能模塊程序圖4.3程序全圖圖4.7 程序全圖五、設(shè)計(jì)小結(jié)5.1 感想我認(rèn)為這次的創(chuàng)新設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)是非常有意義的，因?yàn)槲覀冊(cè)趯W(xué)校大多數(shù)時(shí)間都是在和理論打交道。理論固然非常的重要，但是實(shí)踐卻也是不可或缺的，一個(gè)人即使理論再好，但是他的動(dòng)手能力和臨場(chǎng)創(chuàng)新以及組織協(xié)商比較差，也會(huì)對(duì)自己以后的工作造成很大的麻煩。而且這次實(shí)驗(yàn)讓我們充分的認(rèn)識(shí)到了自己的不足，尤其是創(chuàng)新能力，所以在以后的學(xué)習(xí)中：我們不僅要牢固的掌握好理論基礎(chǔ)，而且也要關(guān)注前沿的與本專(zhuān)業(yè)有關(guān)的科技，與時(shí)俱進(jìn)豐富自己的視野。這次實(shí)驗(yàn)的編寫(xiě)程序?qū)τ谖覀円彩且粋€(gè)很大的挑戰(zhàn)，在老師講解下我們也初步了解編程，通過(guò)反復(fù)的實(shí)驗(yàn)終于調(diào)好了自己的程序，完成了這些簡(jiǎn)單程序編寫(xiě)。5.2 感