避崖機(jī)器人畢業(yè)設(shè)計(jì)

1、目錄1 機(jī)器人概述11.1 機(jī)器人的定義11.2 機(jī)器人學(xué)的進(jìn)展21.2.1世界各國(guó)的機(jī)器人發(fā)展21.2.2應(yīng)用范圍遍及工業(yè)、科技和國(guó)防的各個(gè)領(lǐng)域62 避崖機(jī)器人的設(shè)計(jì)總方案82.1 避崖機(jī)器人的設(shè)計(jì)任務(wù)及描述82.2 避崖機(jī)器人的基本設(shè)計(jì)方案82.3 避崖機(jī)器人的總方案92.4 對(duì)避崖機(jī)器人方案的理想設(shè)計(jì)92.4.1 避障部分的設(shè)計(jì)92.5 避崖部分的設(shè)計(jì)113 避崖機(jī)器人的硬件介紹133.1 avr單片機(jī)的性能特點(diǎn)133.1.1 atmega16/atmega16l芯片的性能特點(diǎn)133.1.2 atmega8535芯片的性能特點(diǎn)143.1.3 atmega8515/ atmega16/ a

2、tmega8535/ atmega32引腳圖143.2 直流步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)153.2.1雙列直插式lg9110電機(jī)驅(qū)動(dòng)集成芯片153.2.2 a3901步進(jìn)電機(jī)173.4 復(fù)位電路183.5 機(jī)器人工作指示193.6 isd1000a芯片基本特點(diǎn):194 避崖機(jī)器人的軟件單元214.1 匯編語(yǔ)言概況214.2 匯編語(yǔ)言程序的基本結(jié)構(gòu)215 具體實(shí)施方案的設(shè)計(jì)245.1 兩輪式行走機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)245.2 兩輪行走機(jī)構(gòu)的動(dòng)力學(xué)分析245.3 碰避點(diǎn)的產(chǎn)生265.4 對(duì)機(jī)器人進(jìn)行初步的編程285.5機(jī)器人俯視圖295.6 根據(jù)方案畫出的簡(jiǎn)要流程圖29參考文獻(xiàn)33附錄134附錄2361 機(jī)器人概述1.1

3、機(jī)器人的定義“機(jī)器人”是存在于多種語(yǔ)言和文字的新造詞，專家們采用不同的方法來(lái)定義這個(gè)術(shù)語(yǔ)。它的定義還因公眾對(duì)機(jī)器人的想象以及科學(xué)幻想小說(shuō)、電影、電視和網(wǎng)絡(luò)對(duì)機(jī)器人形狀的描述而變的更為困難。為了規(guī)定技術(shù)、開發(fā)機(jī)器人新的工作能力和比較不同國(guó)家和公司的成果，就需要對(duì)機(jī)器人這一術(shù)語(yǔ)有某些共同的理解。現(xiàn)在，世界上對(duì)機(jī)器人還沒有統(tǒng)一的定義，各國(guó)有自己的定義，這些定義之間差別較大。國(guó)際上，關(guān)于機(jī)器人的定義主要有如下幾種：（1）英國(guó)簡(jiǎn)明牛津字典定義。機(jī)器人是“貌似人的自動(dòng)機(jī)，具有智力的和順從于人的但不具人格的機(jī)器”。這一定義并不完全正確，因?yàn)檫€不存在與人類相似的機(jī)器人在運(yùn)行。這是一種理想的機(jī)器人。（2）美國(guó)機(jī)

4、器人協(xié)會(huì)（ria）的定義。機(jī)器人是“一種用于移動(dòng)各種材料、零件、工具或?qū)Ｓ醚b置的，通過(guò)可編程序動(dòng)作來(lái)執(zhí)行種種任務(wù)的，并具有編程能力的多功能機(jī)械手（manipulator）”。盡管這一定義較實(shí)用些，但并不全面。這里指的是工業(yè)機(jī)器人。（3）日本工業(yè)機(jī)器人協(xié)會(huì)（jira）的定義。工業(yè)機(jī)器人是“一種裝備有記憶裝置和末端執(zhí)行器(end effector)的，能夠轉(zhuǎn)動(dòng)并通過(guò)自動(dòng)完成各種移動(dòng)來(lái)代替人類勞動(dòng)的通用機(jī)器”。或者分為兩種情況來(lái)定義：(a)工業(yè)機(jī)器人是“一種能夠進(jìn)行編程并在自動(dòng)控制下執(zhí)行某些操作和移動(dòng)作業(yè)任務(wù)的機(jī)器裝置”。(b)智能機(jī)器人是“一種具有感覺和識(shí)別能力,并能夠控制自身行為的機(jī)器”。前一定

5、義是工業(yè)機(jī)器人的一個(gè)較為廣義的定義，后一種則分別對(duì)工業(yè)機(jī)器人和智能機(jī)器人進(jìn)行定義。（4）美國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)局（nbs）的定義。機(jī)器人是“一種能夠進(jìn)行編程并在自動(dòng)控制下執(zhí)行某些操作和移動(dòng)作業(yè)任務(wù)的機(jī)械裝置”。這也是一種比較廣義的工業(yè)機(jī)器人定義。（5）國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)化組織（iso）的定義。“機(jī)器人是一種自動(dòng)的、位置可控的、具有編程能力的多功能機(jī)械手，這種機(jī)械手具有幾個(gè)軸，能夠借助于可編程序操作來(lái)處理各種材料、零件、工具和專用裝置,以執(zhí)行種種任務(wù)”。顯然，這一定義與美國(guó)機(jī)器人協(xié)會(huì)的定義相似。（6）關(guān)于我國(guó)機(jī)器人的定義。隨著機(jī)器人技術(shù)的發(fā)展，我國(guó)也面臨討論和制定關(guān)于機(jī)器人技術(shù)的各項(xiàng)標(biāo)準(zhǔn)問題，其中包括對(duì)機(jī)器人的定義

6、。蔣新松院士曾建議把機(jī)器人定義為“一種擬人功能的機(jī)械電子裝置”(a mechantronic device to imitate some human funtions)。上述各種定義有共同之處，即認(rèn)為機(jī)器人（1）像人或人的上肢，并能模仿人的動(dòng)作；（2）具有智力或感覺與識(shí)別能力；（3）是人造的機(jī)器或機(jī)械電子裝置。隨著機(jī)器人的進(jìn)化和機(jī)器人智能的發(fā)展，這些定義難免都有修改的必要，甚至需要對(duì)機(jī)器人重新定義。1.2 機(jī)器人學(xué)的進(jìn)展1.2.1世界各國(guó)的機(jī)器人發(fā)展1.美國(guó)美國(guó)是機(jī)器人的誕生地,早在1962年就研制出世界上第一臺(tái)工業(yè)機(jī)器人，比起號(hào)稱機(jī)器人王國(guó)的日本起步至少要早五六年。經(jīng)過(guò)30多年的發(fā)展，美國(guó)

7、現(xiàn)已成為世界上的機(jī)器人強(qiáng)國(guó)之一，基礎(chǔ)雄厚技術(shù)先進(jìn)。綜觀它的發(fā)展史，道路是曲折的，不平坦的。 由于美國(guó)政府從60年代到70年代中的十幾年期間，并沒有把工業(yè)機(jī)器人列入重點(diǎn)發(fā)展項(xiàng)目，只是在幾所大學(xué)和少數(shù)公司開展了一些研究工作。對(duì)于企業(yè)來(lái)說(shuō)，在只看到眼前利益，政府又無(wú)財(cái)政支持的情況下，寧愿錯(cuò)過(guò)良機(jī)，固守在使用剛性自動(dòng)化裝置上，也不愿冒著風(fēng)險(xiǎn)，去應(yīng)用或制造機(jī)器人。加上，當(dāng)時(shí)美國(guó)失業(yè)率高達(dá)665，政府擔(dān)心發(fā)展機(jī)器人會(huì)造成更多人失業(yè)，因此不予投資，也不組織研制機(jī)器人，這不能不說(shuō)是美國(guó)政府的戰(zhàn)略決策錯(cuò)誤。70年代后期，美國(guó)政府和企業(yè)界雖有所重視，但在技術(shù)路線上仍把重點(diǎn)放在研究機(jī)器人軟件及軍事、宇宙、海洋、核工

8、程等特殊領(lǐng)域的高級(jí)機(jī)器人的開發(fā)上，致使日本的工業(yè)機(jī)器人后來(lái)居上，并在工業(yè)生產(chǎn)的應(yīng)用上及機(jī)器人制造業(yè)上很快超過(guò)了美國(guó)，產(chǎn)品在國(guó)際市場(chǎng)上形成了較強(qiáng)的競(jìng)爭(zhēng)力。 進(jìn)入80年代之后，美國(guó)才感到形勢(shì)緊迫，政府和企業(yè)界才對(duì)機(jī)器人真正重視起來(lái)，政策上也有所體現(xiàn)，一方面鼓勵(lì)工業(yè)界發(fā)展和應(yīng)用機(jī)器人，另一方面制訂計(jì)劃、提高投資，增加機(jī)器人的研究經(jīng)費(fèi)，把機(jī)器人看成美國(guó)再次工業(yè)化的特征，使美國(guó)的機(jī)器人迅速發(fā)展。 80年代中后期，隨著各大廠家應(yīng)用機(jī)器人的技術(shù)日臻成熟，第一代機(jī)器人的技術(shù)性能越來(lái)越滿足不了實(shí)際需要，美國(guó)開始生產(chǎn)帶有視覺、力覺的第二代機(jī)器人，并很快占領(lǐng)了美國(guó)60的機(jī)器人市場(chǎng)。盡管美國(guó)在機(jī)器人發(fā)展史上走過(guò)一條重

9、視理論研究，忽視應(yīng)用開發(fā)研究的曲折道路，但是美國(guó)的機(jī)器人技術(shù)在國(guó)際上仍一直處于領(lǐng)先地位。其技術(shù)全面、先進(jìn)，適應(yīng)性也很強(qiáng)。具體表現(xiàn)在： 1)性能可靠，功能全面，精確度高； 2)機(jī)器人語(yǔ)言研究發(fā)展較快，語(yǔ)言類型多、應(yīng)用廣，水平高居世界之首； 3)智能技術(shù)發(fā)展快，其視覺、觸覺等人工智能技術(shù)已在航天、汽車工業(yè)中廣泛應(yīng)用； 4)高智能、高難度的軍用機(jī)器人、太空機(jī)器人等發(fā)展迅速，主要用于掃雷、布雷、偵察、站崗及太空探測(cè)方面。 早在1966年，美國(guó)unimation公司的尤尼曼特機(jī)器人和amf公司的沃莎特蘭機(jī)器人就已經(jīng)率先進(jìn)入英國(guó)市場(chǎng)。1967年英國(guó)的兩家大機(jī)械公司還特地為美國(guó)這兩家機(jī)器人公司在英國(guó)推銷機(jī)器

10、人。接著，英國(guó) hall automation公司研制出自己的機(jī)器人ramp。70年代初期，由于英國(guó)政府科學(xué)研究委員會(huì)頒布了否定人工智能和機(jī)器人的lighthall報(bào)告，對(duì)工業(yè)機(jī)器人實(shí)行了限制發(fā)展的嚴(yán)厲措施，因而機(jī)器人工業(yè)一蹶不振，在西歐差不多居于末位。 但是，國(guó)際上機(jī)器人蓬勃發(fā)展的形勢(shì)很快使英政府意識(shí)到：機(jī)器人技術(shù)的落后，導(dǎo)致其商品在國(guó)際市場(chǎng)上的競(jìng)爭(zhēng)力大為下降。于是，從70年代末開始，英國(guó)政府轉(zhuǎn)而采取支持態(tài)度，推行并實(shí)施了一系列支持機(jī)器人發(fā)展的政策和措施，如廣泛宣傳使用機(jī)器人的重要性、在財(cái)政上給購(gòu)買機(jī)器人企業(yè)以補(bǔ)貼、積極促進(jìn)機(jī)器人研究單位與企業(yè)聯(lián)合等，使英國(guó)機(jī)器人開始了在生產(chǎn)領(lǐng)域廣泛應(yīng)用及大

11、力研制的興盛 2. 法國(guó)法國(guó)不僅在機(jī)器人擁有量上居于世界前列，而且在機(jī)器人應(yīng)用水平和應(yīng)用范圍上處于世界先進(jìn)水平。這主要?dú)w功于法國(guó)政府一開始就比較重視機(jī)器人技術(shù)，特別是把重點(diǎn)放在開展機(jī)器人的應(yīng)用研究上。 法國(guó)機(jī)器人的發(fā)展比較順利，主要原因是通過(guò)政府大力支持的研究計(jì)劃，建立起一個(gè)完整的科學(xué)技術(shù)體系。即由政府組織一些機(jī)器人基礎(chǔ)技術(shù)方面的研究項(xiàng)目，而由工業(yè)界支持開展應(yīng)用和開發(fā)方面的工作，兩者相輔相成，使機(jī)器人在法國(guó)企業(yè)界很快發(fā)展和普及。3. 德國(guó)德國(guó)工業(yè)機(jī)器人的總數(shù)占世界第三位，僅次于日本和美國(guó)。這里所說(shuō)的德國(guó)，主要指的是原聯(lián)邦德國(guó)。它比英國(guó)和瑞典引進(jìn)機(jī)器人大約晚了五六年。其所以如此，是因?yàn)榈聡?guó)的機(jī)器

12、人工業(yè)一起步，就遇到了國(guó)內(nèi)經(jīng)濟(jì)不景氣。但是德國(guó)的社會(huì)環(huán)境卻是有利于機(jī)器人工業(yè)發(fā)展的。因?yàn)閼?zhàn)爭(zhēng)，導(dǎo)致勞動(dòng)力短缺，以及國(guó)民技術(shù)水平高，都是實(shí)現(xiàn)使用機(jī)器人的有利條件。到了70年代中后期，政府采用行政手段為機(jī)器人的推廣開辟道路；在改善勞動(dòng)條件計(jì)劃中規(guī)定，對(duì)于一些有危險(xiǎn)、有毒、有害的工作崗位，必須以機(jī)器人來(lái)代替普通人的勞動(dòng)。這個(gè)計(jì)劃為機(jī)器人的應(yīng)用開拓了廣泛的市場(chǎng)，并推動(dòng)了工業(yè)機(jī)器人技術(shù)的發(fā)展。日爾曼民族是一個(gè)重實(shí)際的民族，他們始終堅(jiān)持技術(shù)應(yīng)用和社會(huì)需求相結(jié)合的原則。除了像大多數(shù)國(guó)家一樣，將機(jī)器人主要應(yīng)用在汽車工業(yè)之外，突出的一點(diǎn)是德國(guó)在紡織工業(yè)中用現(xiàn)代化生產(chǎn)技術(shù)改造原有企業(yè)，報(bào)廢了舊機(jī)器，購(gòu)買了現(xiàn)代化自

13、動(dòng)設(shè)備、電子計(jì)算機(jī)和機(jī)器人，使紡織工業(yè)成本下降、質(zhì)量提高，產(chǎn)品的花色品種更加適銷對(duì)路。到1984年終于使這一被喻為快完蛋的行業(yè)重新振興起來(lái)。與此同時(shí)，德國(guó)看到了機(jī)器人等先進(jìn)自動(dòng)化技術(shù)對(duì)工業(yè)生產(chǎn)的作用，提出了1985年以后要向高級(jí)的、帶感覺的智能型機(jī)器人轉(zhuǎn)移的目標(biāo)。經(jīng)過(guò)近十年的努力，其智能機(jī)器人的研究和應(yīng)用方面在世界上處于公認(rèn)的領(lǐng)先地位。 4.前蘇聯(lián)在前蘇聯(lián)（主要是在俄羅斯），從理論和實(shí)踐上探討機(jī)器人技術(shù)是從50年代后半期開始的。到了50年代后期開始了機(jī)器人樣機(jī)的研究工作。1968年成功地試制出一臺(tái)深水作業(yè)機(jī)器人。1971年研制出工廠用的萬(wàn)能機(jī)器人。早在前蘇聯(lián)第九個(gè)五年計(jì)劃（1970年一1975

14、年）開始時(shí)，就把發(fā)展機(jī)器人列入國(guó)家科學(xué)技術(shù)發(fā)展綱領(lǐng)之中。到1975年，已研制出30個(gè)型號(hào)的120臺(tái)機(jī)器人，經(jīng)過(guò)20年的努力，前蘇聯(lián)的機(jī)器人在數(shù)量、質(zhì)量水乎上均處于世界前列地位。國(guó)家有目的地把提高科學(xué)技術(shù)進(jìn)步當(dāng)作推動(dòng)社會(huì)生產(chǎn)發(fā)展的手段，來(lái)安排機(jī)器人的研究制造；有關(guān)機(jī)器人的研究生產(chǎn)、應(yīng)用、推廣和提高工作，都由政府安排，有計(jì)劃、按步驟地進(jìn)行。5.中國(guó)有人認(rèn)為，應(yīng)用機(jī)器人只是為了節(jié)省勞動(dòng)力，而我國(guó)勞動(dòng)力資源豐富，發(fā)展機(jī)器人不一定符合我國(guó)國(guó)情。這是一種誤解。在我國(guó)，社會(huì)主義制度的優(yōu)越性決定了機(jī)器人能夠充分發(fā)揮其長(zhǎng)處。它不僅能為我國(guó)的經(jīng)濟(jì)建設(shè)帶來(lái)高度的生產(chǎn)力和巨大的經(jīng)濟(jì)效益，而且將為我國(guó)的宇宙開發(fā)、海洋開

15、發(fā)、核能利用等新興領(lǐng)域的發(fā)展做出卓越的貢獻(xiàn)。 我國(guó)已在“七五”計(jì)劃中把機(jī)器人列人國(guó)家重點(diǎn)科研規(guī)劃內(nèi)容，撥巨款在沈陽(yáng)建立了全國(guó)第一個(gè)機(jī)器人研究示范工程，全面展開了機(jī)器人基礎(chǔ)理論與基礎(chǔ)元器件研究。十幾年來(lái)，相繼研制出示教再現(xiàn)型的搬運(yùn)、點(diǎn)焊、弧焊、噴漆、裝配等門類齊全的工業(yè)機(jī)器人及水下作業(yè)、軍用和特種機(jī)器人。目前，示教再現(xiàn)型機(jī)器人技術(shù)已基本成熟，并在工廠中推廣應(yīng)用。我國(guó)自行生產(chǎn)的機(jī)器人噴漆流水線在長(zhǎng)春第一汽車廠及東風(fēng)汽車廠投入運(yùn)行。1986年3月開始的國(guó)家863高科技發(fā)展規(guī)劃已列入研究、開發(fā)智能機(jī)器人的內(nèi)容。就目前來(lái)看，我們應(yīng)從生產(chǎn)和應(yīng)用的角度出發(fā)，結(jié)合我國(guó)國(guó)情，加快生產(chǎn)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、成本低廉的實(shí)用型機(jī)

16、器人和某些特種機(jī)器人。6.日本日本在60年代末正處于經(jīng)濟(jì)高度發(fā)展時(shí)期，年增長(zhǎng)率達(dá)11。第二次世界大戰(zhàn)后，日本的勞動(dòng)力本來(lái)就緊張，而高速度的經(jīng)濟(jì)發(fā)展更加劇了勞動(dòng)力嚴(yán)重不足的困難。為此，日本在1967年由川崎重工業(yè)公司從美國(guó)unimation公司引進(jìn)機(jī)器人及其技術(shù)，建立起生產(chǎn)車間，并于1968年試制出第一臺(tái)川崎的“尤尼曼特”機(jī)器人。 正是由于日本當(dāng)時(shí)勞動(dòng)力顯著不足，機(jī)器人在企業(yè)里受到了“救世主”般的歡迎。日本政府一方面在經(jīng)濟(jì)上采取了積極的扶植政策，鼓勵(lì)發(fā)展和推廣應(yīng)用機(jī)器人，從而更進(jìn)一步激發(fā)了企業(yè)家從事機(jī)器人產(chǎn)業(yè)的積極性。尤其是政府對(duì)中、小企業(yè)的一系列經(jīng)濟(jì)優(yōu)惠政策，如由政府銀行提供優(yōu)惠的低息資金，鼓

17、勵(lì)集資成立“機(jī)器人長(zhǎng)期租賃公司”，公司出資購(gòu)入機(jī)器人后長(zhǎng)期租給用戶，使用者每月只需付較低廉的租金，大大減輕了企業(yè)購(gòu)入機(jī)器人所需的資金負(fù)擔(dān)；政府把由計(jì)算機(jī)控制的示教再現(xiàn)型機(jī)器人作為特別折扣優(yōu)待產(chǎn)品，企業(yè)除享受新設(shè)備通常的40%折扣優(yōu)待外，還可再享受 13的價(jià)格補(bǔ)貼。另一方面，國(guó)家出資對(duì)小企業(yè)進(jìn)行應(yīng)用機(jī)器人的專門知識(shí)和技術(shù)指導(dǎo)等等。 這一系列扶植政策，使日本機(jī)器人產(chǎn)業(yè)迅速發(fā)展起來(lái)，經(jīng)過(guò)短短的十幾年，到80年代中期，已一躍而為“機(jī)器人王國(guó)”，其機(jī)器人的產(chǎn)量和安裝的臺(tái)數(shù)在國(guó)際上躍居首位。按照日本產(chǎn)業(yè)機(jī)器人工業(yè)會(huì)常務(wù)理事米本完二的說(shuō)法：“日本機(jī)器人的發(fā)展經(jīng)過(guò)了60年代的搖籃期，70年代的實(shí)用期，到80年

18、代進(jìn)人普及提高期。”并正式把1980年定為“產(chǎn)業(yè)機(jī)器人的普及元年”，開始在各個(gè)領(lǐng)域內(nèi)廣泛推廣使用機(jī)器人。 日本政府和企業(yè)充分信任機(jī)器人，大膽使用機(jī)器人。機(jī)器人也沒有辜負(fù)人們的期望，它在解決勞動(dòng)力不足、提高生產(chǎn)率、改進(jìn)產(chǎn)品質(zhì)量和降低生產(chǎn)成本方面，發(fā)揮著越來(lái)越顯著的作用，成為日本保持經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)速度和產(chǎn)品競(jìng)爭(zhēng)能力的一支不可缺少的隊(duì)伍。 日本在汽車、電子行業(yè)大量使用機(jī)器人生產(chǎn)，使日本汽車及電子產(chǎn)品產(chǎn)量猛增，質(zhì)量日益提高，而制造成本則大為降低。從而使日本生產(chǎn)的汽車能夠以價(jià)廉的絕對(duì)優(yōu)勢(shì)進(jìn)軍號(hào)稱“汽車王國(guó)”的美國(guó)市場(chǎng)，并且向機(jī)器人誕生國(guó)出口日本產(chǎn)的實(shí)用型機(jī)器人。此時(shí)，日本價(jià)廉物美的家用電器產(chǎn)品也充斥了美國(guó)市場(chǎng)

19、這使“山姆大叔”后悔不已。日本由于制造、使用機(jī)器人，增大了國(guó)力，獲得了巨 大的好處，迫使美、英、法等許多國(guó)家不得不采取措施，奮起直追第一臺(tái)工業(yè)機(jī)器人問世后頭十年，從20世紀(jì)60年代初期到70年代初期，機(jī)器人技術(shù)的發(fā)展較為緩慢，許多研究單位和公司所做的努力均未獲得成功。這一階段的主要成果有美國(guó)斯坦福國(guó)際研究所（sri）于1968年研制的移動(dòng)式智能機(jī)器人夏凱（shakey）和辛辛那提.米拉克龍（cincinnati milacron）公司于1973年制成的第一臺(tái)適于投放市場(chǎng)的機(jī)器人t3等。進(jìn)入20世紀(jì)70年代之后，人工智能學(xué)界開始對(duì)機(jī)器人產(chǎn)生濃厚興趣。他們發(fā)現(xiàn)，機(jī)器人的出現(xiàn)與發(fā)展為人工智能的發(fā)展帶

20、來(lái)了新的生機(jī)，提供了一個(gè)很好的實(shí)驗(yàn)平臺(tái)和應(yīng)用場(chǎng)所，是人工智能可能取得重大進(jìn)展的潛在領(lǐng)域。這一認(rèn)識(shí)，很快為許多國(guó)家的科技界、產(chǎn)業(yè)界和政府有關(guān)部門所贊同。隨著自動(dòng)控制理論、電子計(jì)算機(jī)和航天技術(shù)的迅速發(fā)展，到了70年代中期，機(jī)器人技術(shù)進(jìn)入了一個(gè)新的發(fā)展階段。到70年代末期，工業(yè)機(jī)器人有了更大的發(fā)展。進(jìn)入80年代后，機(jī)器人生產(chǎn)繼續(xù)保持70年代后期的發(fā)展勢(shì)頭。到80年代中期機(jī)器人制造業(yè)成為發(fā)展最快和最好的經(jīng)濟(jì)部門之一。到20世紀(jì)80年代后期，由于傳統(tǒng)機(jī)器人用戶應(yīng)用工業(yè)機(jī)器人已趨飽和，從而造成工業(yè)機(jī)器人產(chǎn)品的積壓，不少機(jī)器人廠家倒閉或被兼并，使國(guó)際機(jī)器人學(xué)研究和機(jī)器人產(chǎn)業(yè)出現(xiàn)不景氣。到90年代初，機(jī)器人產(chǎn)

21、業(yè)出現(xiàn)復(fù)蘇和繼續(xù)發(fā)展跡象。但是，好景不長(zhǎng)，19931994年又出現(xiàn)低谷。1995年以來(lái)，世界機(jī)器人數(shù)量逐年增加，增長(zhǎng)率也較高。到2000年，服役機(jī)器人約100萬(wàn)臺(tái)，機(jī)器人學(xué)仍然維持較好的發(fā)展勢(shì)頭，滿懷希望跨入21世紀(jì)。1.2.2應(yīng)用范圍遍及工業(yè)、科技和國(guó)防的各個(gè)領(lǐng)域在日本，工業(yè)機(jī)器人應(yīng)用的最多的工業(yè)部門依次為家用電器制造、汽車制造、塑料成型、通用機(jī)械制造和金屬加工等工業(yè)。在美國(guó)，制造工業(yè)中的焊接、裝配、搬運(yùn)裝卸、鑄造和材料加工所使用的機(jī)器人占多數(shù)；其次則為噴漆和精整用機(jī)器人。在前蘇聯(lián)國(guó)家，機(jī)器人的應(yīng)用范圍包括鐘表和汽車零件的組裝、原子能電站的維護(hù)、鍛壓加工、水下作業(yè)、裝卸作業(yè)以及對(duì)人體有害物資

22、的化學(xué)處理等。1.形成了新學(xué)科機(jī)器人學(xué)機(jī)器人技術(shù)的迅速發(fā)展，已對(duì)許多國(guó)家的工業(yè)生產(chǎn)、太空和海洋探索、國(guó)防以及整個(gè)國(guó)民經(jīng)濟(jì)和人民生活產(chǎn)生了重大影響，而且這種影響必將進(jìn)一步擴(kuò)大。當(dāng)一種工業(yè)、技術(shù)和經(jīng)濟(jì)發(fā)生重大變化時(shí)，總是要求科學(xué)和教育系統(tǒng)發(fā)生與之相適應(yīng)的調(diào)整和發(fā)展。發(fā)展知識(shí)經(jīng)濟(jì)對(duì)機(jī)器人的需求和機(jī)器人工業(yè)的迅速發(fā)展，為機(jī)器人學(xué)的建立奠定了基礎(chǔ)?，F(xiàn)在，機(jī)器人學(xué)這一新學(xué)科已從它的幼年時(shí)代轉(zhuǎn)入朝氣蓬勃的青年時(shí)代。許多國(guó)家先后成了機(jī)器人協(xié)會(huì)或?qū)W會(huì)。在美國(guó)、英國(guó)、瑞典和日本等國(guó)，還設(shè)立了機(jī)器人會(huì)議（isip）、國(guó)際工業(yè)機(jī)器人技術(shù)會(huì)議（cirt）、國(guó)際自控聯(lián)（ifac）等等。在我國(guó)，1985年已先后在幾個(gè)學(xué)會(huì)內(nèi)

23、設(shè)立了機(jī)器人專業(yè)委員會(huì)，以組織和開展機(jī)器人學(xué)科的學(xué)術(shù)交流，促進(jìn)機(jī)器人技術(shù)的發(fā)展，提高我國(guó)機(jī)器人學(xué)的學(xué)術(shù)水平和技術(shù)水平。中國(guó)人工智能學(xué)會(huì)智能機(jī)器人學(xué)會(huì)也于1993年成立。并成功地舉辦了四次全國(guó)性的學(xué)術(shù)會(huì)議。從1987年起，由中國(guó)電子學(xué)會(huì)、中國(guó)自動(dòng)化學(xué)會(huì)、中國(guó)人工智能學(xué)會(huì)、中國(guó)機(jī)械工程學(xué)會(huì)、中國(guó)汽車工程學(xué)會(huì)、中國(guó)宇航學(xué)會(huì)、國(guó)家863計(jì)劃智能機(jī)器人專家組、國(guó)家863計(jì)劃空間機(jī)器人專家組和中國(guó)機(jī)器人工程協(xié)會(huì)等聯(lián)合舉辦的全國(guó)機(jī)器人學(xué)術(shù)討論會(huì)，每?jī)赡曜笥遗e辦一次。2.機(jī)器人向智能化方向發(fā)展目前在工業(yè)上運(yùn)行的90%以上的機(jī)器人，都不具有智能。隨著工業(yè)機(jī)器人數(shù)量的快速增長(zhǎng)和工業(yè)生產(chǎn)的發(fā)展，對(duì)機(jī)器人的工作能力也

24、提出更高的要求，特別是需要各種具有不同程度智能的機(jī)器人和特種機(jī)器人。在我國(guó)，也已把智能機(jī)器人列入國(guó)家高技術(shù)計(jì)劃，足以證明政府有關(guān)部門對(duì)發(fā)展智能機(jī)器人的高度重視。經(jīng)過(guò)近15年的努力，我國(guó)的智能機(jī)器人研究與開發(fā)已取得豐碩成果。2 避崖機(jī)器人的設(shè)計(jì)總方案2.1 避崖機(jī)器人的設(shè)計(jì)任務(wù)及描述設(shè)計(jì)任務(wù)：用單片機(jī)及其相應(yīng)的各種必要硬件組成的一個(gè)簡(jiǎn)單的避崖機(jī)器人，要求這個(gè)機(jī)器人在移動(dòng)的過(guò)程當(dāng)中能夠檢測(cè)到白底的邊緣，避開邊緣繼續(xù)運(yùn)動(dòng)，當(dāng)碰到障礙物時(shí)也能自動(dòng)避開，若檢測(cè)到邊緣步進(jìn)電機(jī)伴有音樂或聲音報(bào)警。場(chǎng)景圖場(chǎng)景描述用白色線將設(shè)在一個(gè)空房間內(nèi)4個(gè)障礙物及一條白色線圍起來(lái),機(jī)器人從a點(diǎn)出發(fā)繞過(guò)障礙物及避過(guò)白線到達(dá)b

25、點(diǎn)。其中白線代表懸崖。2.2 避崖機(jī)器人的基本設(shè)計(jì)方案設(shè)計(jì)思想：我國(guó)的機(jī)器人專家從應(yīng)用環(huán)境出發(fā)，將機(jī)器人分為兩大類，即工業(yè)機(jī)器人和特種機(jī)器人。所謂工業(yè)機(jī)器人就是面向工業(yè)領(lǐng)域的多關(guān)節(jié)機(jī)械手或多自由度機(jī)器人，而特種機(jī)器人則是除工業(yè)機(jī)器人之外的、用于非制造業(yè)并服務(wù)于人類的各種先進(jìn)機(jī)器人，包括：服務(wù)機(jī)器人、水下機(jī)器人、娛樂機(jī)器人、軍用機(jī)器人、農(nóng)業(yè)機(jī)器人、機(jī)器人化機(jī)器等。在特種機(jī)器人中，有些分支發(fā)展很快，有獨(dú)立成體系的趨勢(shì)，如服務(wù)機(jī)器人、水下機(jī)器人、軍用機(jī)器人、微操作機(jī)器人等。目前，國(guó)際上的機(jī)器人學(xué)者，從應(yīng)用環(huán)境出發(fā)將機(jī)器人也分為兩類：制造環(huán)境下的工業(yè)機(jī)器人和非制造環(huán)境下的服務(wù)與仿人型機(jī)器人，這和我國(guó)的

26、分類是一致的。 基本設(shè)計(jì)方案：基本設(shè)計(jì)方案：設(shè)計(jì)的機(jī)器人在軟件及硬件的支持下能夠發(fā)現(xiàn)障礙并自主的躲避障礙,選擇一條可行的路徑。其中發(fā)現(xiàn)障礙我選擇紅外傳感器,可測(cè)一定范圍的距離。在測(cè)定范圍內(nèi)可以發(fā)現(xiàn)障礙物,測(cè)定障礙物距離達(dá)到避障目的。 避崖機(jī)器人裝有紅外光電收發(fā)一體光電管，用來(lái)識(shí)別地面黑白顏色。白色的地面有反光，黑色的地面無(wú)反光,從而達(dá)到避崖目的。2.3 避崖機(jī)器人的總方案避崖機(jī)器人的控制系統(tǒng)的功能框圖如圖2.2所示：檢測(cè)信號(hào)檢測(cè)信號(hào)led，數(shù)碼管屏,喇叭電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)電路控制器傳感器圖2.2 避崖機(jī)器人的控制系統(tǒng)的功能圖2.4 對(duì)避崖機(jī)器人方案的理想設(shè)計(jì)在本文中，我們將避崖機(jī)器人的設(shè)計(jì)過(guò)程主要分成

27、兩個(gè)大部分來(lái)分析：避障部分和避崖部分。2.4.1 避障部分的設(shè)計(jì)檢測(cè)障礙物，必須充分收集周圍環(huán)境信息，對(duì)其分析，最后確定障礙物的位置信息。常用的檢測(cè)手段有主動(dòng)式和被動(dòng)式。前者主動(dòng)發(fā)射信號(hào)，再對(duì)的反射回的信號(hào)進(jìn)行分析處理。被動(dòng)式檢測(cè)直接分析接受到的外部環(huán)境信號(hào)，要求系統(tǒng)自身信號(hào)處理能力較高。在本設(shè)計(jì)中我們選用了被動(dòng)式檢測(cè)手段。傳感器位置如圖2.3所示，4個(gè)傳感器分布在以22.5cm為半徑的圓上，相隔角度為45度，前方可測(cè)量范圍120度，可以計(jì)算得到，兩兩傳感器間的死區(qū)為40cm，測(cè)量最大有效距離是350cm，超過(guò)該值則認(rèn)為前方?jīng)]有障礙物。 c b d a 45度 圖2.3 坐標(biāo)標(biāo)定機(jī)器人運(yùn)動(dòng)方案

28、的確定：機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)速度設(shè)置為較?。梢允?.2m /s ）每次轉(zhuǎn)向轉(zhuǎn)角15度，6個(gè)傳感器認(rèn)為左、中、右三組，以每組傳感器測(cè)量小的值為該組傳感器量到的障礙物距離，測(cè)量中會(huì)出現(xiàn)圖2.4中的幾種情況。(1)三組傳感器的值都不等于-1：圖2.4 (a)為這種情況，三組傳感器都探測(cè)到了障礙物。圖2.4(a)中，d大于d1，此時(shí)機(jī)器人應(yīng)向右轉(zhuǎn)，反之，與圖2.4 (a)情況對(duì)稱，如果dr大于d1，則機(jī)器人應(yīng)向左轉(zhuǎn)。(2)兩組傳感器的值不等于-1:圖2.4 (b)，(c)，(d)都屬于這種情況。圖2.4 (b)中，機(jī)器人正前方?jīng)]有障礙，則機(jī)器人保持原來(lái)前進(jìn)方向，不做轉(zhuǎn)動(dòng)；圖2.4 (c)中，dcdr*cos(h)，dl=-1，則機(jī)器人應(yīng)該向右轉(zhuǎn)；或者與之對(duì)稱，dcdl*cos(h)，dr=-1，則左轉(zhuǎn)。圖2.4.2(d)與圖2.4 (c)條件相反，dcdr*cos(h)，dl=-1，則左轉(zhuǎn)，dc then避碰點(diǎn)=sr,i