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1、目录1引言.11.1机器人概述.11.2目前研究的概况和发展趋势.11.3机器人竞赛介绍.22总体方案分析与策略.23行驶机构的设计.34吃球部分设计.45投球部分设计.66控制回路设计.77单片机控制系统.77.1AVR单片机的特性.77.2控制电路介绍.88以PLC为核心的控制系统方案.98.1PLC介绍.98.2PLC的选择.118.3PLC各单元介绍.128.4控制系统功能介绍.168.5前进/后退，变速控制及投球控制.168.5.1/O分配.168.5.2程序梯形图：.178.6自动送球控制.209总结.20致谢.21参考文献.2211引言1.1机器人概述机器人科学是一门综合了机械、
2、电子、材料、计算机、传感器、仿生、人工智能等多种前沿科学的综合性学科，是最能体现一个国家基础科学技术和制造业水平的学科之一。1920年捷克作家卡雷尔卡佩克发表了科幻剧本罗萨姆的万能机器人。在剧本中，卡佩克把捷克语“Robota”写成了“Robot”，“Robota”是奴隶的意思。该剧预告了机器人的发展对人类社会的悲剧性影响，引起了大家的广泛关注，被当成了机器人一词的起源。在该剧中，机器人按照其主人的命令默默地工作，没有感觉和感情，以呆板的方式从事繁重的劳动。后来，罗萨姆公司取得了成功，使机器人具有了感情，导致机器人的应用部门迅速增加。在工厂和家务劳动中，机器人成了必不可少的成员。为了防止机器人
3、伤害人类，科幻作家阿西莫夫于1940年提出了“机器人三原则”：(1)机器人不应伤害人类；(2)机器人应遵守人类的命令，与第一条违背的命令除外；(3)机器人应能保护自己，与第一条相抵触者除外。这是给机器人赋予的伦理性纲领。机器人学术界一直将这三原则作为机器人开发的准则。机器人真正出现在人类社会中的历史并不算长，1959年美国英格伯格和德沃尔制造出世界上第一台工业机器人，机器人的历史才算真正开始。机器人发展到现在，可以分为三代：第一代是示教再现型机器人：它由人操纵机械手做一遍应当完成的动作或通过控制器发出指令让机械手臂动作，在动作过程中机器人会自动将这一过程存入记忆装置。当机器人工作时，能再现人教
4、给它的动作，并能自动重复的执行。这类机器人不具有外界信息的反馈能力，很难适应变化的环境。第二代是有感觉的机器人：它们对外界环境有一定感知能力，并具有听觉、视觉、触觉等功能。机器人工作时，根据感觉器官（传感器）获得的信息，灵活调整自己的工作状态，保证在适应环境的情况下完成工作。第三代是具有智能的机器人：智能机器人是靠人工智能技术决策行动的机器人，它们根据感觉到的信息，进行独立思维、识别、推理，并作出判断和决策，不用人的参与就可以完成一些复杂的工作。目前，智能机器人已在许多方面具有人类的特点，随着机器人技术不断发展与完善，机器人的智能水平将越来越接近人类。1.2目前研究的概况和发展趋势当今世界，机
5、器人特别是工业机器人已经发展成为一个规模巨大的产业。据2粗略估算，全球现在至少有76万台机器人正投入使用。中国于1972年开始研制自己的工业机器人。我国于1985年研制成功第一台弧焊机器人，距世界最早的机器人实用机型推出晚了23年。目前，我国从事机器人研发、制造的单位已达200多家。2000年，我国工业机器人的拥有量约为3500台，其中国产的占五分之一。但是由于我国机器人产业化起步较晚，步伐较慢，基础工业力量比较薄弱，致使工业机器人长期大量依赖进口。研究与市场脱节是我国机器人产业化过程中一个急需解决的问题。同时，我国的企业也缺少大规模集成的经验，难以形成很强的竞争力1。1.3机器人竞赛介绍近年
6、来,随着计算机、传感器和人工智能等技术的飞速进步，机器人科学得到了前所未有的发展.在制造行业中，尤其是汽车工业,机器人已经成为生产线上的主力，可以说一个企业其生产线上机器人的质量和数量几乎可以说明这个企业的生产效率和水平。不仅如此，机器人的应用也扩展到很多其他领域，比如侦察、探测机器人，护理机器人，农业机器人，甚至还有家用的清洁机器人而各类机器人竞赛就是近年来发展起来的一种新兴事物。通常情况下，比赛发布一个目标和一套规则，参赛选手据此设计机器人，与其他选手竞争，从而赢得比赛。机器人比赛集合科技、教育、比赛、娱乐于一体，即是科普活动的一个良好载体,同时也是基础研究的一个大舞台,不仅是有趣的娱乐项
7、目同时也能反映出一个国家科技水平的高低。机器人竞赛给青年人提供了一个充分展示聪敏才智的舞台,培养了他们实际动手能力,团队协作能力,提高了创新能力,更使大学生对相关学科的理论学习有了更直观的认识。同时，这些非工业用途的研究型和教学型机器人，其意义远不仅是它们自身所能带来的直接经济价值。这类机器人往往是各种学科最新技术的交叉实验平台，在新型机器人上应用的技术有可能很快就出现在其他领域的实际产品中，不但促进了机器人自身的发展，也带动了其他相关领域产品的进步。2总体方案分析与策略要想实现投篮的功能，机器人必须在以下几个方面达到要求：(1)功能强大为了能完成比投篮动作，必须具备高效、可靠的动作机构。(2
8、)信息处理能力强需要按照一定的路线行进，对环境位置信息进行处理和判断，以便完成既定任务。(3)速度快速度是抢占场上优势最重要的手段。(4)坚固稳定要考虑防止机器人倾覆的措施。33行驶机构的设计大多数手动机器人的驱动布局方案都是：采用两台电动机，分别驱动机器人后方的两个主动轮，而前方安装一个或两个万向轮作从动轮。这种方案的优点是转向控制方便。没有复杂的转向机构，通过分别控制两个电机的正反转就能使机器人转向，无论从结构上还是电路控制上都比较简单。图1双电机驱动布局但是这种方案有一个缺点，那就是很难让机器人在原地绕某一点精确地旋转。而只有做到能够精确旋转，才能让机器人的定向发射机构进行精确瞄准。于是设计了另一种方案：在车体后部安装一个可以控制转向的主动轮，由一台电机控制它的转向，一台电动机控制其正反转。图2主动轮转向方案
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