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《机器人行走》作业设计方案（第一课时）一、作业目标本课作业的主要目标是使学生能够理解机器人的基本结构和运行原理，熟悉并掌握基础的机器人行走程序编写与调试，提高学生们动手操作与实际应用的实践能力，培养学生的创新精神和合作能力。
二、作业内容1. 机器人行走知识学习：通过自主学习与小组合作讨论的方式，理解机器人组成与基本功能，以及在生活中的常见应用。
重点学习机器人行走的相关知识与技能。
2. 程序编写基础训练：结合课程提供的机器人模型和开发平台，通过预设的任务指南或学习视频学习基本的编程逻辑与控制方法。
包括设置行走指令，让机器人能进行简单的前进、后退和转弯操作。
3. 模拟与实践：利用机器人仿真软件，学生先在虚拟环境中对编写好的程序进行调试。
完成虚拟调试后，学生在实物机器人上进行实际的操作练习，通过实际编程使机器人按照设定的程序进行行走。
4. 拓展与提升：学生需进行一个小组作业项目，自主设计并编程控制机器人进行一种行走路径的规划。
如设置不同长度的行走轨迹、遇到障碍物后的绕行策略等。
三、作业要求1. 理论知识掌握：学生在作业中应展现出对机器人基本知识点的理解和掌握程度。
2. 程序编写：程序必须正确无误，符合机器人运行逻辑要求，确保在虚拟与实际环境中均能正常运行。
3. 团队合作：小组内成员应分工明确，相互协作，共同完成作业项目的设计与调试。
4. 创新性与实用性：鼓励学生在项目设计中体现创新性和实用性，如设计更复杂的行走路径或加入更多功能。
5. 提交物要求：所有程序代码需用统一的代码编辑软件书写并上传至指定的作业平台，并附上操作流程记录及遇到的问题分析报告。
四、作业评价评价将基于学生对理论知识的理解、编程逻辑的清晰度、团队配合及实际调试的结果进行综合评定。
教师将根据学生提交的代码、操作记录和小组讨论报告给出详细的评价反馈。
五、作业反馈1. 教师将对学生的作业进行批改，指出存在的问题及改进建议。
2. 及时组织小组或全班讨论会，分享编程经验和解决问题的思路。
基于视觉导航的轮式移动机器人设计方案第一章移动机器人§1.1移动机器人的研究历史机器人是一种自动化的机器，所不同的是这种机器具备一些与人或生物相似的智能，如感知能力、规划能力、动作能力和协同能力，是一种具有高度灵活性的自动化机器)。
1962年，美国Unimation公司的第一台机器人Unimate。
在美国通用汽车公司(GM)投入使用，标志着第一代机器人的诞生。
智能移动机器人更加强调了机器人具有的移动能力，从而面临比固定式机器人更为复杂的不确定性环境，也增加了智能系统的设计复杂度。
1968年到1972年间，美国斯坦福国际研究所(Stanford Research Institute, SRI)研制了移动式机器人Shaky,这是首台采用了人工智能学的移动机器人。
Shaky具备一定人工智能，能够自主进行感知、环境建模、行为规划并执行任务(如寻找木箱并将其推到指定目的位置)。
它装备了电视摄像机、三角法测距仪、碰撞传感器、驱动电机以及编码器，并通过无线通讯系统由二台计算机控制。
当时计算机的体积庞大，但运算速度缓慢，导致Shaky往往需要数小时的时间来分析环境并规划行动路径。
1970年前联月球17号探测器把世界第一个无人驾驶的月球车送七月球，月球车行驶0.5公里，考察了8万平方米的月面。
后来的月球车行驶37公里，向地球发回88幅月面全景图。
在同一时代，美国喷气推进实验室也研制了月球车(Lunar rover),应用于行星探测的研究。
采用了摄像机，激光测距仪以及触觉传感器。
机器人能够把环境区分为可通行、不可通行以及未知等类型区域。
1973年到1979年，斯坦福大学人工智能实验室研制了CART移动机器人，CART可以自主地在办公室环境运行。
CART每移动1米，就停下来通过摄像机的图片对环境进行分析，规划下一步的运行路径。
由于当时计算机性能的限制，CART每一次规划都需要耗时约15分钟。
CMU Rover由卡耐基梅隆大学机器人学研究所在1981年开始研制，它具有12个微处理器来处理实时任务，一个大型的远程计算机通过遥控方式来进行复杂规划与环境分析。
展馆智慧讲解系统设计方案智能化展馆讲解系统是指利用物联网、人工智能、大数据等技术，对展馆内的文物、艺术品、展品等进行智能化讲解和导览的系统。
下面是一个关于展馆智慧讲解系统设计方案的1200字的描述。
一、系统概述展馆智慧讲解系统是一个利用智能设备和软件平台，为游客提供个性化、智能化的展馆导览和讲解服务的系统。
通过物联网技术，将展馆内的展品与系统相连接，实现对展品信息的实时采集和传输。
通过人工智能技术，对采集的展品信息进行分析和处理，为用户提供针对展品的智能化讲解和导览服务。
二、系统功能1. 智能导览功能：用户通过智能设备（如手机、平板电脑等）上的应用程序，选择所在的展馆和展品，系统将根据用户的选择提供导览路线和位置定位功能。
2. 文物展示功能：系统能够在智能设备上为用户展示展品的图片、文字描述等相关信息，用户可以自由选择浏览和学习。
3. 语音讲解功能：系统可以为用户提供语音讲解服务，用户可以选择听取智能设备上的语音介绍，方便用户更好地理解和欣赏展品。
4. 个性化推荐功能：系统能够通过人工智能技术对用户的兴趣、游览习惯等进行分析，为用户推荐个性化的展品和讲解内容。
5. 数据统计功能：系统可以对用户的游览行为进行数据统计和分析，为展馆管理者提供参观人数、展品受欢迎程度等数据报表。
三、系统设计1. 设备端：智能设备应用程序，通过与展馆服务器进行通信，获取展品信息和用户导览等功能，并通过语音播放等方式，为用户提供展品讲解和导览服务。
2. 服务器端：展馆智能化管理平台，负责展品信息的采集、存储和分发，通过与设备端进行通信，为用户提供个性化的导览和讲解服务。
3. 数据库：存储展品信息、用户导览行为数据、游览报表等数据，为系统提供数据支持。
4. 推荐算法：通过对用户的导览行为和兴趣进行分析，为用户推荐个性化的展品和讲解内容，提高用户体验和参观效果。
5. 语音识别和合成技术：通过语音识别技术将展品信息转换成文本，并通过语音合成技术将文本转换成语音，为用户提供语音讲解服务。
摘要工业是指一种把自然物质原料加工成产品或成品的工业生产过程。
工业作为我国第二产业不可缺少的重要部分，也是我国国民经济的重要支撑部分。
伴随着工业化进程的加快和科学技术的持续增长，人们为了从繁琐劳累且单一的工作中解脱出来，便研发出功能强大的机器人来协助人们顺利完成工作。
机器人是工业化时代的产物，也是人类文明迈向科学技术的基石，机器人具有高科技的自动生产设备，能够独立且准确的完成人们交付的任务，且不会像人类一样产生生理上的疲乏。
本课题所研究的机器人行走机构有的也称作机器人第七轴轨道或者机器人地面轨道。
机器人行走机构可以看作是工业机器人的一个协助行走机构，由于其能够适用于多种工业场合，且在复杂的工业生产场合工作也不在话下，因此近几年来机器人行走机构也得以迅速发展。
机器人行走机构不仅能够大大减轻了人工劳作对单一繁琐工序的疲乏，也同时能够减轻重大工件对人工的重压。
我们也常说机器人行走机构只是工业机器人的一个行走辅助机构，其主要的功能作用是使得安装在机器人行走轨道之上的工业机器人能够被带动起来并且能够依照既定的路线进行来进行运动。
以此达到有效提高工业机器人的工作效率和拓展工业机器人的工作范围空间的目的。
鉴于此，本课题将开发设计出一套可以使工业机器人安装固定在其水平直线轨道上之上，同时需要设计可以驱动工业机器人在水平轨道上轻松的进行来回直线运动的机器人行走机构。
本课题的导轨采用线性滑轨可增加作业空间，并且通过安装在底部且相互啮合的一组齿轮齿条来传递驱动力，而动力源又是由伺服电机来提供的。
利用SolidWorks 三维建模软件建立机器人行走机构的整体机构设计，在完成机构设计之后再利用西门子plc来进一步设计控制行走结构，这样一套完整的机器人行走机构能够设计出并可以满足实际要求。
关键词：行走机构，工业机器人，plc，伺服电机Robot walking mechanism and control system designABSTRACTIndustry refers to the work and process of collecting raw materials and processing them into products. Industry is an important part of the secondary industry and the pillar of the national economy. With the development of science and technology and the promotion of large-scale industrial production, people have developed robots to help people work.Robots are a high-tech automatic production equipment developed in recent decades. The accuracy of operations and the completion of operations in the environment Ability, the biggest advantage of the robot is that it can do the same action repeatedly, and it will never feel tired under normal mechanical conditions.The robot walking mechanism studied in this topic is also called the robot ground rail or the seventh axis of the robot. As a walking assistance mechanism for industrial robots, it has also developed rapidly. It is widely used in occasions where the space is complex and the workpiece is large, which can greatly reduce the fatigue of manual labor on a single tedious process, and can also reduce the heavy pressure on labor of major workpieces. As an auxiliary mechanism of industrial robots, the main purpose of the robot walking mechanism is to drive the industrial robots to move according to a predetermined route, thereby expanding the operating radius of the robot and greatly improving the efficiency of the robot.Therefore, this subject will design a set of robot walking mechanism, specifically a walking system device in which the robot is mounted on a movable base and moves linearly through a guide rail device.The guide rail adopts linear slide rails to increase the working space, and the driving force is transmitted through a group of gear racks installed at the bottom and meshing with each other, and the power source is provided by the servo e SolidWorks 3D modeling software to establish the overall mechanism design of the robot walking mechanism. After completing the mechanism design, use Siemens plc to further design the control walking structure. Such a complete set of robot walking mechanism can be designed to meet the actual requirements.Keywords: industrial robot, walking mechanism, plc, servo motor机器人行走机构及控制系统设计1 绪论1.1 课题背景机器人技术，在技术不断地变革中，作为一个目前正在高速崛起的新型行业，正在经历着飞速的发展。
行走的机器人课程设计一、课程目标知识目标：1. 学生能理解机器人的基本构造，掌握其运作原理；2. 学生能够描述行走的机器人所需的动力和控制系统；3. 学生了解机器人编程的基本步骤，能够运用简单的指令控制机器人的行走。
技能目标：1. 学生能够通过小组合作，动手搭建一个简易的行走机器人模型；2. 学生能够通过编程软件，为行走机器人编写简单的行走程序；3. 学生能够运用问题解决策略，调试和优化机器人的行走性能。
情感态度价值观目标：1. 学生培养对机器人科技的兴趣和好奇心，提高对科技创新的热情；2. 学生在团队合作中，学会相互尊重、沟通与协作，培养集体荣誉感；3. 学生能够认识到科技进步对生活的影响，树立正确的科技价值观和社会责任感。
二、教学内容本课程以《机器人技术》教材为基础，结合课程目标，选择以下教学内容：1. 机器人基本构造与原理：介绍机器人的组成部分，如传感器、驱动器、控制器等，并解析其工作原理；教材章节：第一章《机器人概述》2. 行走机器人的动力与控制系统：讲解行走机器人所需的动力来源，如电机、电池等，以及控制系统的设计；教材章节：第二章《机器人的驱动与控制》3. 机器人编程基础：教授机器人编程的基本步骤，包括编写、编译、调试等，以实现行走功能；教材章节：第三章《机器人编程与控制》4. 行走机器人模型搭建：指导学生分组搭建简易行走机器人模型，并进行组装和调试；教材章节：第四章《机器人模型制作与调试》5. 机器人行走程序编写：引导学生运用编程软件，为行走机器人编写简单的行走程序；教材章节：第五章《机器人行走控制程序设计》6. 行走性能优化与展示：学生通过调试和优化，提高行走机器人的性能，并进行成果展示；教材章节：第六章《机器人行走性能优化与展示》三、教学方法本课程采用多样化的教学方法，结合课本内容，旨在激发学生的学习兴趣和主动性，提高教学效果。
1. 讲授法：在介绍机器人基本构造、原理和编程基础等理论知识时，运用讲授法进行系统讲解，帮助学生建立完整的知识体系。
野外全方位轮式机器人设计报告班级：机电1班制作人：李仪学号：*************组员：李仪，赵嘉，朱赛丰，郭荃摘要随着机器人技术的高速发展，机器人已经在我们的生产生活中起了非常重要的作用。
移动机器人更是极大的便利了我们的生活，其中，全方位轮式移动机器人由于其操作的灵活性，并且可以原地360度旋转，其作用在轮式移动机器人中尤为突出，也逐渐成为了科学家研究的重点。
再次，本文以麦克纳姆轮为基础，设计可在野外全方位移动的轮式机器人，同时建立其力学模型，并设计协调控制电路控制器运动。
虽然麦克纳姆轮尚且存在一定的缺陷，但是其设计的巧妙性和灵活性弥补了这一点，让其得到了广泛的应用前景。
关键字：全方位轮；麦克纳姆轮；移动机器人；野外行走目录序言 (1)第1章麦克纳姆轮的原理与结构 (1)1.1 单个辊子的运动原理 (1)1.2 全方位轮协调运动原理 (2)第2章三维模型设计 (4)第3章运动学模型分析 (6)3.1 坐标系建立 (6)3.2 轮体的雅克比矩阵 (7)3.3 复合方程 (9)3.4 运动学逆问题解 (10)3.5 运动学正问题的解 (11)第4章四轮协调的控制测试电路 (12)4.1 控制电路的选择方案 (12)4.2 控制电路的设计 (12)4.2.1 遥控部分设计 (12)4.4.2 电机调速设计 (13)4.4.3 驱动电路设计 (13)4.5 摄像头控制电路设计 (14)4.5.1 三可变摄像头控制原理 (14)4.5.2 三可变镜头控制电路设计 (15)第5章总结与展望 (18)第6章参考文献 (19)序言随着电子通讯与机电控制等技术的告诉发展，人们已经开始不断的尝试将智能机器或机器人并以高效率的工具引入我们工业的各个领域。
许多机、电、计算机一体化的新产品诞生，同时有许多高科技人才在不断探索。
对于新型移动机器人，自从进入80年代以来，人们也广泛进行了研究与探讨。
现在，作为移动机器人而开发的移动机构种类以相当丰富，就地面移动而言，移动机构就有车轮式、履带式、脚腿式、躯干式等多种形式。
1 绪论1.1 引言移动机器人已经成为机器人研究领域的一个重要分支。
在军事、危险操作和服务业等许多场合得到应用，需要机器人以无线方式实时接受控制命令，以期望的速度、方向和轨迹灵活自如地移动[1]。
移动机器人按照移动方式可分为轮式、履带式、腿足式等，其中轮式机器人由于具有机构简单、活动灵活等特点尤为受到青睐。
按照移动特性又可将移动机器人分为非全方位和全方位两种。
而轮式移动机构的类型也很多，对于一般的轮式移动机构，都不能进行任意的定位和定向，而全方位移动机构则可以利用车轮所具有的定位和定向功能，实现可在二维平面上从当前位置向任意方向运动而不需要车体改变姿态，在某些场合有明显的优越性；如在较狭窄或拥挤的场所工作时，全方位移动机构因其回转半径为零而可以灵活自由地穿行。
另外，在许多需要精确定位和高精度轨迹跟踪的时候，全方位移动机构可以对自己的位置进行细微的调整[2]。
由于全方位轮移动机构具有一般轮式移动机构无法取代的独特特性，对于研究移动机器人的自由行走具有重要意义，成为机器人移动机构的发展趋势。
基于以上所述，本文从普遍应用出发，设计一种带有机械手臂的全方位运动机器人平台，该平台能够沿任何方向运动，运动灵活，机械手臂使之能够执行预定的操作。
本文是机器人设计的基本环节，能够为后续关于机器人的研究提供有价值的平台参考和有用的思路。
1.2 国内外相关领域的研究现状1.2.1 国外全方位移动机器人的研究现状国外很多研究机构开展了全方位移动机器人的研制工作，在车轮设计制造，机器人上轮子的配置方案，以及机器人的运动学分析等方面，进行了广泛的研究，形成了许多具有不同特色的移动机器人产品。
这方面日本、美国和德国处于领先地位。
八十年代初期，美国在DARPA的支持下，卡内基·梅隆大学（Carnegie Mellon university,CUM）、斯坦福（Stanford）和麻省理工（Massachusetts Institute of Technology,MIT）等院校开展了自主移动车辆的研究，NASA下属的Jet Propulsion Laboratery(JPL)也开展了这方面的研究。
目录摘要 (I)ABSTACT (Ⅱ)一、绪论 (1)(一) 课题背景 (1)二、导游机器人导航系统 (3)(一) 移动机器人的运动学研究 (3)(二) 光电反射式导航系统 (5)1. 移动机器人导航技术 (5)2. 光电反射式路面导航 (6)(三) 基于传感器信息的障碍物检测 (7)1. 超声波测距子系统 (7)三、导游机器人硬件系统设计 (9)(一) 电源管理 (9)1. 主电源部分 (10)(二) 开关量输入 (11)(三) 控制系统设计 (13)(四) 程序设计及应用 (14)1.看门狗技术 (16)四、结论 (17)五、参考文献 (18)六、致谢 (19)摘要论文首先讨论了机器人技术的发展，及应用情况。
介绍了机器人自始至今的三个发展阶段。
陈述了国外研究成果和动向，并介绍了我国机器人研究进展情况和战略规划。
第1章首先简要陈述了机器人研究的背景知识。
接着分析了导游机器人的特点，并由此确立了导游机器人系统的总体设想。
即根据模块化设计理论，采用C/S 结构体系的思想，服务器与客户端之间通过RS232通讯。
底层控制系统以单片机AT89C52为核心。
从而拟定了导游机器人研制的框架和思路。
第2章详细分析了导游机器人的导航系统。
首先从独立双轮驱动的运动学模型出发，对运行速度和角速度之间的关系进行了探讨，指出其控制系统是一个复杂的非线性系统。
接着详细介绍了基于光电反射式机器人导航系统的设计和实现。
最后，重点论述了机器人运动过程中基于传感器信息的障碍物检测系统。
其中详细阐述了超声检测的原理和实现，并讨论了提高传感器检测精度的改进方法。
第3章则对机器人硬件系统的设计展开了论述，分析了导游机器人设计思想的可行性，并从硬件实现。
主要从电源管理，控制系统设计、看门狗技术、开关量输入等4个方面分别进行论述。
关键词:自主式移动机器人；控制系统；硬件设计IABSTRACTIt firstly discusses the robot technology development, and application. Robot were introduced from the beginning has three stages of development. Stated the foreign research achievements and trends in China are introduced, and the robot research progress and strategic planning。
唐山学院毕业设计设计题目：轮式行走机器人设计系别：机电工程系班级：07测控（2）班姓名：胡朋飞指导教师：王天杰2011年6月8 日轮式行走机器人设计摘要本设计完成了一种基于自动导引小车原理的轮式行走机器人的设计。
该设计的最终效果是让机器小车能通过一系列红外线反射式光电传感器感知一种特制的导引跑道（该导引跑道由反光率高的白色背景和反光率极低的黑色导引线组成），自动寻找路径，并通过三个避障传感器实现避障的功能。
驱动电机采用直流电机，电机控制方式为单向PWM开环控制，控制核心采用51单片机控制系统，控制上采用一块单片机实现信号采集与显示、路线判断和电机控制等功能。
51单片机通过检测由一系列反射式光电传感器探测到的路况信息，按照载入单片机的算法向电机驱动电路发出控制电机转速和转向的指令，控制完成小车的启停、前进、后退、转向和调速等动作，最终使小车能平滑稳定地沿着导引跑道从一个地点向另一个地点的运动。
关键词：导引线反射式光电传感器 PWM 避障The Design of Wheeled RobotABSTRACTThis subject completed a design of wheeled car robot based on the principle of autopilot car. The final effect of this design is to let the machine perceive a special guidance runway（this guidance runway consist of a white background with high reflective rate and a black guide line with low reflective rate ）through a series of infrared reflecting photoelectric sensor and find the path automatically and make the machine realize the obstacle-avoiding function . This system adopts DC motor as the drive motor, the mode of the motor control is one-way PWM open-loop control and the control core adopts 51_series microcomputer control system. In control, we can just use a piece of SCM (Single Chip Micyoco) to realize the function of signal acquisition, route judge and the motor control, etc.The SCM detects the traffic information detected by a series of sensors first, then sends corresponding instructions to motor driver circuit according the algorithm loaded, meanwhile, adjusts the car‟s stat-stop, moving, steering and adjust speed, etc. Finally make the car can arrive from one location to another location along the guidance runway.Keywords: Guide line; reflecting photoelectric sensor; PWM; obstacle avoidance目录1引言 (5)1.1 机器人技术简介 (2)1.2 轮式行走机器人设计简介 (2)2总体方案 (3)2.1 系统方框图介绍 (3)2.2方案论证与比较 (4)2.2.1轨迹探测模块设计与比较 (4)2.2.2数据存储比较 (6)2.2.3刹车机构功能方案比较 (7)3硬件部分设计 (7)3.1电源模块设计 (7)3.2轨迹探测传感器模块设计 (9)3.2.1 轨迹探测传感器的布局及工作方式 (9)3.2.2 TCRT5000的介绍及其工作原理 (10)3.3避障传感器模块设计 (12)3.3.1 避障传感器的布局及工作方式 (12)3.3.2 避障传感器E18-D80NK的介绍和工作原理 (13)3.4单片机模块设计 (14)3.4.1 单片机模块的整体介绍 (14)3.4.2STC89C52单片机的介绍 (14)3.5电机控制模块设计 (16)3.5.1电机控制模块的整体介绍 (16)3.5.2电机控制芯片L298N的介绍 (18)3.6 直流电机及减速箱简介 (19)3.7主电路图及电路板设计 (21)4模块的软件设计和调试 (23)4.1 系统软件设计说明 (23)4.2小车自动导引和避障的软件流程图设计 (23)4.2.1初始化模块 (23)4.2.2 PWM调速模块 (24)4.2.3避障模块 (25)4.2.4 道路识别模块 (26)4.2.5整体流程图 (27)5仿真与制作 (29)5.1 程序的编译调试与仿真 (29)5.2 小车的制作与调试 (31)5.2.1 制作说明 (31)5.2.2 电源模块的制作 (32)5.2.3 轨迹探测传感器模块的制作 (32)5.2.4 避障传感器模块的制作 (33)5.2.5 单片机模块的制作 (34)5.2.6 电机驱动模块的制作 (34)5.2.7 小车整体调试和问题的解决 (35)5.3 结论 (36)6结论与展望 (38)6.1 实现的功能 (38)6.2 使用价值 (38)6.3 展望 (38)谢辞 (40)参考文献 (41)附录 (42)外文资料 (48)1 引言1.1 机器人技术简介机器人（Robot）是自动执行工作的机器装置。
课程设计说明书课程名称专业班级学号姓名指导教师年月日摘要轮式移动机器人是机器人家族中的一个重要的分支，也是进一步扩展机器人应用领域的重要研究发展方向。
自上世纪九十年代以来，人们广泛开展了对机器人移动功能的研制和开发，为适应各种工作环境的不同要求而开发出各种移动机构。
其中全方位轮可以实现高精确定位、原地调整姿态和二维平面上任意连续轨迹的运动，具有一般的轮式移动机构无法取代的独特特性，对于研究移动机器人的自由行走具有重要愈义。
本文主要是介绍了技术较为成熟的麦克纳姆全方位轮的运动原理结构，分析了由四个麦克纳姆轮全方位轮组成的全向移动机构的运动协调原理。
并将其运用到轮腿复合式的机器人身上，使机器人移动能力更强。
设计的主要方面包括（1）移动方式的选择；（2）机器人结构的设计；（3）机器人移动原理的分析；（4）对移动机器人控制系统的简单设计。
关键词: 轮式移动机器人，轮腿复合式，四足目录摘要 (1)1 移动机器人技术发展概况 (1)1.1 机器人研究意义及应用领域 (1)1.1.1 机器人的研究意义 (1)1.1.2 机器人的应用领域 (2)1.2 移动机器人的发展概况 (2)1.2.1 移动机器人的国内发展概况 (2)1.2.2 移动机器人的国外发展概况 (3)2 轮式移动机器人的结构设计 (5)2.1轮式移动机器人系统结构 (5)2.1.1移动方式的选择 (6)2.1.2机器人移动原理构想 (6)2.1.3机器人轮子的选择 (7)2.1.4机器人腿部结构的设计 (8)2.2轮式移动机器人主要结构 (9)3 轮式移动机器人的控制系统 (9)3.1 控制系统硬件选型与配置 (10)3.1.1 驱动电机的选型 (10)3.1.2 伺服电机的选型 (11)3.1.3 轮毂电机的选型 (11)3.2 轮式移动机器人控制系统框架 (14)4 结论和总结 (17)5 致谢 (19)参考文献 (20)1 移动机器人技术发展概况1.1 机器人研究意义及应用领域随着科学技术的发展，人类的研究活动领域已由陆地扩展到海底和空间。
1 引言1.1 导游机器人的研究意义第一台的工业机器人是美国在1961年推出的，现在,随着社会的不断发展，机器人技术已经涉及到了很多的领域，譬如:传感器技术、控制工程、精密机械、动力学、计算机科学技术、人工智能等领域。
机器人也是自二十世纪以来发展的十分迅速的一个重要的高科技领域，它是各个学科的前沿技术的应用。
机器人的出现与发展使得传统工业生产的方式发生了翻天覆地的变化,让我们的生产方式从手工作业发展到机械化、自动化到现在的智能化。
进入本世纪之后,人类已经发现机器人已经不知不觉的逐渐的开始深入到工业、服务、医疗、卫生、娱乐等方面［1］.导游机器人的研究不是一门专业的科学,它是由很多学科相互渗透,相互交叉的。
对导游机器人的研究具有非常广的应用前景和巨大的理论价值。
现在，导游机器人己经被我们当作为一种服务的工具。
如今，随着我们生活水平的提高和科学技术的快速发展，机器人的用处已经越来越广泛,它可以承担各种工作。
机器人以前都是在工厂和车间里工作的，现在已经开始走向室外、大海甚至是太空。
具有人工智能的自主式机器人正在向制造业以外的方向扩展，这些非制造业包括了航空、深海探测、军事侦察和打击、建筑、救护医疗、家庭服务、农业生产、自动化办公和自然灾害救援等，如飞行机器人、海难救援机器人、化肥和农药喷撒空中机器人、护理机器人等[2］。
最近几年来，对导游机器人的研究受到了很多学者的重视，各种仿生的、智能的导游机器人越来越多，在很多的展馆内，你都可以看到它们的身影,也许你已经享受过它们带给你的优越的服务.导游机器人可以和人对话，向你讲解展馆内展出物的知识.也可以像人类一样行走，还可以有各种各样的表情，这样你就会不知不觉的忘记你的导游是个机器人.1。
2 国内导游机器人发展现状导游机器人的研究在国内起步较晚，但经过多年来的长足的发展也取得了很大进步，但大多数研究尚处于某个单项研究阶段。
国内的导游机器人研究主要经历了算法的研究和仿真、国外机器人平台的引进和自主开发三个阶段［3］。
下面是中国对导游机器人的一些研究成果。
清华V型智能车THMR—V是清华大学智能技术与系统国家重点实验室在中科院院士张钱教授主持下研制的新一代智能导游机器人[4］，它可以在普通的马路上行进，也可以在高速公路上行进，它非常成功的获得了专利成果。
THMR—V的车体是用小型的厢车改装的,它的避障检测系统是由一台可以识别色彩的摄像机和一台激光测距仪所组成的,它的定位导航系统是由DGPS(通过在固定测站和流动测站上进行同步观测，利用在固定测站上所测得卫星定位误差数据改正流动测站上定位结果的卫星定位)、磁罗经（利用地磁场固有的指向性测量空间姿态角度的）、光电码盘（光学玻璃制成，在上面刻有许多同心码道,每个码道上都有按一定规律排列的透光和不透光部分）所组成的.运动的控制、信息的处理、集中、路径的规划、语音的交流、视觉的识别等功能是由两个计算机系统有分工的控制的.距离信息的处理、GPS信息的处理、人机的交流管理、运动控制等功能是由四台工业控制计算机分别完成的。
根据设计的要求，在高速公路上，THMR—V的行驶速度可以达到80千米每小时，在普通的道路上可以达到20千米每小时。
现在THMR—V已经可以在相对复杂的环境下,进行目标跟踪和自主避障行驶。
清华V型智能车THMR—V的研究涉及到了五个方面的关键技术:1、基于地图的全局路径规划技术,2、基于传感器信息的局部路径规划技术，3、路径规划的仿真技术，4、传感技术、5、信息融合技术［5］。
DY— I型导游机器人是海尔一哈尔滨工业大学机器人技术公司最近推出的新一代智能导游机器人，该机器人由伺服驱动系统、多传感器信息、避障及路径规划系统、语言识别及语言合成系统组成.DY- I拥有良好的视觉识别功能、可以自主行驶、可以和人进行语言和简单的肢体交流,并且它还有自己的面部表情，是智能型的导游机器人。
DY- I的总高度约有170cm，重量在100kg左右，它有两只很大的眼睛，拥有可以自如活动的手臂，行走机构是轮式的,从外表看它是金属的，其实只是表面涂了金属质感的漆，它是用一种非常特殊的玻璃钢做成的.12个超声波传感器被装在DY- I的身体的各个部位,用来作为感觉器官，所以DY- I的感觉器官非常的敏锐,这样就可以很好的分辨障碍物的性质,并进行识别.与THMR-V一样DY- I也装有能分辨色彩的摄像机作为它的眼睛。
它的脸部是仿照人的脸部轮廓制造的，所以看起来很真实，它也会跟人一样眨眼睛，说话的时候嘴唇也是跟人一样一张一合的，这些功能的设计都使得DY- I更具有亲和力，更容易被人认可。
DY— I可以靠下部的轮式行走机构在展馆内自由的避障行走，它的感官很灵敏，如果在行进的过程中遇到人,它就会停下来跟游客友好的打个招呼，并回答游客的各种提问；如果行进过程中遇到的是障碍，它就会自主的控制转向机构来改变行进的方向。
另外DY- I的前面还装有一个可触摸式的屏幕，这样游客就可以通过操作这个系统来了解自己想知道的各种丰富多彩的知识了［6]。
1.3 导游机器人的研究热点综合国内外对于导游机器人的研究的实际情况，当代导游机器人的研究主要集中在以下几个方面。
(1）行走机构的结构。
根据实际的需要，行走机构的结构的形式并不是完全单一的.实际应用中，导游机器人会被要求在各种各样的场地上活动，因此它的行走机构的结构形式有很多种.当前，对腿足式行走机构、履带式行走机构和特殊行走机构的研究比较的多，但很大一部分的研究还处在实验室验证的阶段.轮式行走机构由于控制起来比较的简单，稳定性也好定，并且轮式行走机构的行进方式是滚动前进的，滚动摩擦所消耗的能源比其它的行进方式要少很多，所以轮式行走机构正在向实用化迅速发展[7]。
（2)运动控制技术.成熟的运动控制技术是导游机器人整体性能的基础，由于导游机器人的手臂部分是一个不完整约束的结构，因此,控制系统不能通过连续可微的时不变的状态反馈加以镇定。
为此，通过时变、不连续控制以及混合策略，根据动力学模型和运动学模型,建立合理的反馈控制律，实现速度和转向的自动控制，以及不同工作状态之间的平稳过渡，是该项技术的核心内容[8］.(3）路径规划技术。
路径的规划技术主要包括基于地理信息的全局路径规划技术和基于传感信息的局部路径规划技术［9］.导游机器人在行进的过程中，可能会遇到各种各样的障碍，如果不能很好的避开这些障碍，导游机器人的移动就会存在着很多的未知风险,所以路径的规划技术,对于导游机器人来说，是十分重要的.(4）实时视觉技术。
实时的视觉技术主要包括视觉信息的实时采集、信息的处理、主要信息的提取跟识别。
视觉信息的处理能力、处理速度、处理的可靠性和准确性是决定导游机器人智能系统性能的决定性因素［10］。
（5)定位和导航技术.定位和导航技术是当前导游机器人研制的重点，它是导游机器人运动控制的基础，只有准确的定位,才能准确的控制导游机器人的移动。
位移的测量方法有两种，分别是相对测量法和绝对测量法,位置的测量方法有里程计、惯性导航、主动灯塔、磁罗经、GPS 系统、地图模型匹配和自然路标导航等［11]。
1.4 本课题的来源和研究内容本课题是来源于某科技馆的实际项目,并结合了实际生活中轮式行走机构应用的广泛性而进行的设计。
轮式行走机构相对于履带式、腿足式和特殊行式等［12,13］，具有结构简单、能源利用率高、设计方便、成本低等诸多优点，但是它的使用环境比较单一，只能在较为平整稳的环境中行走。
轮式行走机构也分单轮、两轮、三轮、和四轮等［14，15］。
由于单轮和两轮行走机构比较复杂，很多问题的解决超出本课题所要求的范围，所以本设计就没有对此两种行走机构进行考虑。
设计之初考虑的方案有三轮行走机构和四轮行走机构。
方案一：三轮行走机构优点：①成本低。
②质量轻。
缺点:稳定性较差。
方案二:四轮行走机构。
优点：稳定性好。
缺点：①结构复杂，成本较高。
②质量重。
由于展馆的地面比较平整，三轮机构和四轮机构的稳定性区别不大，综合考虑本设计决定采用三轮行走机构.图1.1是确定的三轮机构的设计方案，后面将对此方案的规划进行详细的设计和计算.图1.1 设计方案简图如图1。
1所示，驱动部分是由驱动电机带动减速器的轴转动，通过减速器的减速，使系统的转速下降，再由减速器将转动传递给一对相互啮合的齿轮，再通过齿轮将转动传递给驱动轮，使导游机器人前进。
转向部分是由转向电机带动一对相互啮合的齿轮，再通过齿轮的转动，带动转向轮转向的。
图中驱动电机为伺服电机，伺服电机的特点是结构比较简单、比较的坚固能用很长时间、可靠性也较高，转矩的脉动低，噪声小，不需要位置传感器，转速也可以很高。
伺服电机矢量控制调速技术比较成熟，这就使得采用伺服电机驱动的系统相比较而言具有一定的优势，伺服电机的转速通常较快，又由于导游机器人的行进的速度较慢，所以在驱动电机和工作轴之间要有减速机构,图中的减速器就是减速机构。
驱动轮和驱动副轮是单独安装，目的是为了转向的方便,如果将两个轮子装在同一轴上,转向时由于是同一轴来驱动的，无法做到差速转向,会给转向带来一定的麻烦。
图中的转向电机为步进电机，步进电机不同与伺服电机,它是开环的.它的角位移或线位移是通过脉冲信号控制的。
在不超载的情况下，步进电机的止动的位置、转速仅仅是由脉冲信号的频率和脉冲数决定的，而不受负载变化的影响，也就是说给电机加一个脉冲信号,电机就转过一个步距角.加上步进电机只有周期性的误差而无累积误差等特点.使得在速度、位置等控制领域用步进电机来控制变的非常的简单。
转向电机和转向轮之间用两个相同的齿轮来传动，齿轮传动平稳可靠、传动比精度高、工作效率好、使用寿命长。
齿轮传动的使用功率、转速和尺寸的范围都很宽。
2 驱动部分设计2.1 设计概述驱动部分的设计首先要确定驱动的方案（在前面已经确定过了)，即选用什么样的电机、是否设置减速机构、轮子的直径大小以及各部分的连接.考虑到是展馆导游机器人，行进的速度并不快,并且要求的是用蓄电池供电，能比较长时间的连续工作,考虑到这些问题之后，初步确定选用的是小功率的伺服电机。
由于伺服电机的转速一般都较快，所以设计中考虑选用减速机构。
