全自动仓库灭火机器人设计
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附件1:外文资料翻译译文一个垂直移动的机器人能够控制手动的消防设备1.引言关键词:消防机器人,救灾机器人,救援机器人,城市搜索和救援.有许多高层公寓和阶梯轨道被用于阻止高速增长的建筑火灾。然而,他们的身高远远高于到达的高度梯子。另一方面,也出现了一些研究移动机器人垂直关于墙的吸管手段。然而,它们的提升速度和可靠性可以在实际的消防操作中使用。我建议首先利用的移动机器人的一个手臂。我开发全尺寸的混合控制系统,它由非线性试验机器人反馈和顺序的方法组成。最后,我从实验结果中得出的结论是垂直移动机器人可用于高层公寓的消防。因此,我介绍机器人的大纲和解释机器人的性能。2.机器人纲要机器人的照片如图1尺寸为4.0米高,0.5米宽,大约0.4米深度。总共约38.5千克。机器人由两个夹子和三个连续的链环组成。三个链环用来连接旋转接头,两个夹钳被安装在通过旋转接头在每个链环的末尾。夹钳1和2的作用是相同的,虽然他们是被反向安装在连接链环上的。链环1和3的作用是相同的,除了安装在电力设备上。计算机及其接口的安装被设置在链路1上。发动机的驱动电路被安装在链路3上。链路1和3对称的安装在链路2上。该机器人工作在直流为48V的电功率上,并且电源从外部供电。该电源连接到链路2中。直流发动机作为驱动器。它们的额定功率是150W。为了控制机器人,我使用了由联合空间控制器和顺序控制器组成的混合控制器。联合空间控制器的设计是基于非线性反馈的方法。在联合空间控制器中设置了理想的轨迹。3.机器人运动 在本节中,我简要地解释一下机器人运动。机器人运动侧图如图2,机器人的形状大致显示各个环节和机器人夹持器,以及圆圈代表机器人的连接处。这项运动被分为以下五个部分。第1步。机器人释放较低层扶手。手抓2解除垂直。第2步。该机器人旋转手抓2至阳台外面。第3步。手抓2抬起。抓取2和链路3通过链路2内部。每个链路和手抓2之间保持一定的空间,以避免与伸出的障碍物发生碰撞。第4步。手抓2继续抬起。对刚开始运动楼上间隔不明确,然后机 图1移动机器人器人暂时将手抓2尽可能的举高。第5步。手抓2放下垂直并陷入到被动的楼上扶手。机器人上升一层楼时最终状态和初始状态发生变化。机器人通过这项运动一层又一层攀爬楼层。一个可以握扶手的垂直移动机器人机器人是倒置的,因此为了能爬上一各楼层时,它需要将结构1转变为结构2,结构2转变为结构3,结构3转变为结构2,结构4转变为结构1。 图2.机器人运动略图 4性能我完成在几个楼层间隔从2.50至3.20米,其间隔为0.10米的实验,发现机器人能攀爬间隔高达3.1米的楼层。攀爬所需的时间取决于在楼层的间隔。我论述爬一层楼所需要得时间,在图2中将这个运动分为三步。第一部分所需的时间依赖于较低层间隔。虽然第二部分依赖于两个上下楼层间隔严格,我把它看作仅仅依靠第二部分。假设较好吻合实验结果。第一部分所需的时间见表1和第二部分是列于表2。结果表明,在表中每0.20米的间隔使表变得简单。开关控制器的时间包括在第二部分。例如,当最底层的间隙为3.10米和上一层的间隙为2.50米时,在这种情况下采用18.8s。在这种情况下,它的爬行速度是0.149m/s。我认为,机器人攀登的下限和上限平均值楼间隔,即机器人在这种情况下爬行2.8米。 表1 第一部分所需时间较底层间隔(m) 2.50 2.70 2.90 3.10时间(s) 6.23 6.49 6.78 7.13表2 第二部分所需时间较低层间隔(m) 2.50 2.70 2.90 3.10时间(s) 11.67 11.16 10.59 9.90在最高速度为0.182米/秒的条件下,较低层和上一层的楼层间隔都是3.10米,两个楼面的最小间隔是2.50米,速度是0.140米/秒,由此我计算出的机器人爬行速度的平均值。它是0.161米/秒。5.结论作者的结论是设计垂直移动机器人是用于高层公寓的消防战斗。这样就很清楚,这种机器人在合理时间内能攀登建筑物。此外,这种机器人可以攀爬建筑物不同的楼层间隔从2.50至3.10米。该机器人只是一个原尺寸试验模型并且还存在一些技术问题与耐水性,耐久性和可靠性部署机器人在消防局并利用它在实际的消防中灭火。然而,发展的基本部分地区已经完成。1 导言维护公民安全的消防机器人各种灾难还在继续侵袭21世纪,使城市结构在社会环境发生了显著的变化。如今消防员处理里灾难非常艰难,而且消防机器人比过去更为广泛。消防机器人替代了消防队员而采取高效率的地面消防操作,在这种情况下由于难度爆炸,有毒气体泄漏,热/浓烟的危害等消防队员发现它们的活动。作为应急的全面支持,东京消防厅最新开发处高科技机器人以应付重大灾难的发生。2.概述2.1无人驾驶车辆监控喷嘴(彩图5)(图1)这个机器人处理由于被坦克推翻的轨道,强烈的辐射热,爆炸引起的严重的火灾等造成的石化总厂火灾,飞机坠毁火灾,石油火灾。表1 消防机器人模型模型 件 用法无人驾驶车辆监控喷嘴 4 消防 大型火灾 主要石油大火远程控制消防车辆(喷射战士) 1 隧道火灾消防机器人(原型) 1 耐热 建筑火灾救援机器人(Robocue) 1 救援 有害物质/ 有毒气体灾害潜水机器人(水下搜索) 6 在水里进行搜索和营救勘测机器人(消防搜索) 1 实况调查浓烟/有害气体灾害该机器人配备了一个障碍去除摆脱高空堕物,有害物质等。水和泡沫分别被控制在5000和3000升/分钟。2.2.遥控消防车辆(喷气战斗机)(图2)这种机器人处理隧道火灾等城市灾害(如电话电缆隧道火灾)和地下商场火灾。该机器人是由于高压水和发动机推动的。2.3.消防机器人(原型)(图3)这种遥控机器人战斗火灾消防耐火建筑物或地下商场里,这里由于火焰,浓烟或热使消防队员无法进入。该机器人是由一个机构,一个增压器,一个发电机的稳压器和一个控制电路板组成。该机器人的排水量在200升/分钟。为了有效控制机器人在其头部安装能显示三倍空间大小的图像。 图1.无人驾驶车辆监控喷嘴(彩图5) 图2. 遥控消防车辆(喷气战斗机)2.4救援机器人(Robocue)(图4)这种救援和找回的受害人是高新技术操作者。它移动是依靠发动机驱动橡胶抓取。 图3. 消防机器人(原型) 图4. 救援机器人 图5.潜水机器人(水下搜索) 图6.勘测机器人(消防搜索)2.5潜水机器人(水下搜索)(图5)当消防战士因为天气条件或水深无法潜水时,这种遥控机器人在水里可以进行有效的搜索和救援受害者。使用三种螺旋推进器使其能水平和垂直运动,它可下潜的深度为110米。在被污染的水里它的超声波检测仪(声纳)发现能发现障碍物。2.6勘测机器人(消防搜索)(图6)假如消防员在困难的情况下进入到一个浓烟或有毒气体的灾难现场,这种遥控机器人根据实况调查作出响应。机器人进入灾区对气体密度进行测量,在浓烟中摄影,可根据相机监控进行情况评估。3消防战士的挑战虽然机器人使我们使用的最新技术,但是其功能从未达到令人满意的水平。有些问题详情如下。3.1耐热性消防机器人需要有耐热性的系统作为它们的控制系统,必须保护其免受热损伤。虽然水冷却系统显然是最实际的,但是在实际应用中它缺乏效率。3.2移动这就要求消防机器人能上下楼梯移动。这有几个方法采用机器人的更大的机动性,像抓取工具或特殊就业车轮。我们的机器人都配备了抓取工具。然而,这种动力机制在速度和负载上有许多限制。因此,有必要开发更先进的驾驶系统。3.3电源作为消防机器人的电量来源,几种方式如内燃发动机,电池,外置供电电源都是可以的。虽然现在没有完善的方法,但是电池系统是一个有希望的力量来源。水压动力是一个不可忽视电力来源3.4号传输系统有两种信号传输系统无线电和电线。目前,有线比广播更可靠。然而,机器人技术的发展表明无线电系统在今后将作为考虑的问题。3.5自主性我们的最终目标是开发在处理周边情况时他们自己可以决定采取相应行动的防机器人。为了让消防机器人有自主能力,我们不得不在我们的机器人中引进机械大脑。4结论东京消防厅的有14类6种消防机器人模型。我们想在实践中提升消防机器人,我们想到了开发高性能热影响垫反应机器人。今后,我们要发展多用途的机器人,作为消防战士自治区消防机器人具有同样的机动性和判断力。附件2:外文原文(复印件)开题报告填写要求1开题报告(含“文献综述”)作为毕业设计(论文)答辩委员会对学生答辩资格审查的依据材料之一。此报告应在指导教师指导下,由学生在毕业设计(论文)工作前期内完成,经指导教师签署意见及所在专业审查后生效;2开题报告内容必须用黑墨水笔工整书写或按教务处统一设计的电子文档标准格式(可从教务处网页上下载)打印,禁止打印在其它纸上后剪贴,完成后应及时交给指导教师签署意见;3“文献综述”应按论文的格式成文,并直接书写(或打印)在本开题报告第一栏目内,学生写文献综述的参考文献应不少于15篇科技论文的信息量,一般一本参考书最多相当于三篇科技论文的信息量(不包括辞典、手册);4有关年月日等日期的填写,应当按照国标GB/T 740894数据元和交换格式、信息交换、日期和时间表示法规定的要求,一律用阿拉伯数字书写。如“2010年3月15日”或“2010-03-15”。 毕 业 设 计(论 文)开 题 报 告1结合毕业设计(论文)课题情况,根据所查阅的文献资料,每人撰写2000字左右的文献综述:文 献 综 述摘要 全自动仓库灭火机器人属于智能机器人的一种。本文介绍了机器人的组成和设计方案,并对机器人的结构进行分析。例外主要阐述了机器人的发展史和国内的研究现状以及设计产品的用途和应用领域。关键词 机器人的组成 设计方案 结构1 机器人的发展史从二十世纪八十年代开始,世界许多国家都进行了消防机器人的研究。美国和苏联最早进行消防机器人的研究,而后日本、英国、法国等国家都纷纷开展了消防机器人的研究,目前已有多种不同类型的消防机器人用于各种火灾场合。从功能上划分,目前的消防机器人有下列几类:灭火机器人、侦察机器人、攀登营救机器人和救护机器人。从控制方式来分,消防机器人可分为遥控消防机器人和自主消防机器人。我国从八十年代末期开始消防机器人的研究,公安部上海消防研究所等单位在消防机器人的研究中取得了大量的成果,自行式消防炮已经投入市场,履带轮式消防灭火侦察机器人也于2000年6月通过了国家验收。但是,我国消防机器人的研究还处在初级阶段,还有许多有待研究的问题。比如,高层建筑发生火灾时,消防人员不可能在短时间内到达高处的火灾发生地点,在地下建筑中,由于环境比较潮湿,烟气不易扩散,消防人员不容易快速的判定火源位置;而在石化企业发生火灾时,将产生大量的毒气,消防人员在灭火时极易中毒。研制能够用于这些场合的侦察灭火机器人,协助消防人员进行火灾的定位和灭火,将有极大的社会意义12。11 国内的研究现状在国内,救灾机器人的研究刚刚起步,但进展很快。 中科院沈阳自动化所在2002年研制了一种蛇形机器人,由16个单自由度关节模块和蛇头、蛇尾组成,在监控系统的无线控制下可实现蜿蜒前进、后退、侧移、翻滚等多种动作,并能通过安装在蛇头上的微型摄像头将现场图像传回监控系统。 国防科技大学在2001年也研制了一种蛇形机器人。中国矿业大学在“211工程”的支持下,已开始研制煤矿救灾机器人3。2 机器人的组成机器人主要由以下6个部分组成45。(1)机械手(manipulator)机械手是机器人的一部分。该部位由手(手爪)、手臂(手的姿势)和手腕组成。手爪是抓取物体的必要部位必须根据所抓取物体的形状、大小、坚硬度和柔软度及表面状态等,配备各种机构。对于手臂,根据不同运动方向,可以分为旋转式、回转式和移动式3种;根据不同的负荷调整方式,可以分为浮动机构型和防止超负荷机构型。(2)操作机构该部位是驱动机械手关节的驱动机构。被用于关节部位的操作机构几乎都是带有减速器的伺服电动机,但是对于可以放入手腕中的小型高扭矩的直接驱动式电动机的要求则较高。(3)传感器传感器作为用来检测视觉、触觉、动作姿势控制等部位,包括用于测定手腕位置和速度等的内置传感器和用于识别机器人作业对象的外部传感器。(4)移动机构移动机构相当与机器人的脚,它是用来移动的部位。(5)控制器(控制装置)控制器是用来控制一系列动作的部位。为了使工业机器人的手腕和手爪部位活动起来,需要控制器(控制装置)来向安装在这些部位的操作机构和传感器发送信号指令,使其接受位置信号。控制器会把人类所要求的作业命令记录起来,通过开始质量那个让其激活,再把必要的动作指令传送给手腕和手爪部位。(6)操作机构的驱动源操作机构的驱动源主要有液压式、电动式和启动式。21 机器人的设计方案(1)传感器的选择: 选用E18-D80NK红外避障传感器,自发自收传感器,探测距离为3-80cm1。其主要有两种应用方式67:第一种:信号接单片机处理,作用方式表现如下:第二种:信号直接驱动负载,作用方式表现如下:(2)针对避障原理及方略:随着机器人技术的不断进步,机器人学科越来越具有强大的生命力,它在某种程度上已经代表当今信息技术、自动化技术、系统集成等技术的最新发展。从机器人的历史和现状出发,对比了国内外的不同发展状况,对机器人领域的研究方向进行了综述。着重介绍了移动机器人避障与路径规划中常用的方法,对其中的势场法,栅格法、遗传算法进行了逐一的分析阐述。本文主要研究的是使用仓库灭火机器人本体的传感器来进行机器人的避障与路径规划。移动机器人在实际应用中首先遇到的就是机器人本身的定位问题,确保机器人的初始位姿的准确性是完成任务的前提。多功能仓库灭火机器人的基本运动控制一般有两种,直线运动和圆弧运动,通过这两种典型分解运动的特性就能比较准确的对机器人进行控制。其次,将仓库灭火机器人的避障运动分解成两种基本的动作:避开前方和侧面的障碍物,并对这两种动作做了深入的分析 89。3 机器人结构的选择移动机构作为仓库灭火机器人的移动载体,必须具备以下特点:一定的移动速度和低能耗;良好的姿态稳定性和高运动精度;能够适应各种各样的地理环境,有一定的爬坡和越障能力。 现有的仓库灭火机器人移动机构主要有:无肢运动(以蛇形机器人为主) 、轮式、腿式、轮腿式和履带式等。 蛇形机器人具有运动稳定性好、适应地形能力强和高的牵引力等特点,但多自由度的控制困难,运动速度低;轮式机器人具有结构简单、重量轻、轮式滚动摩擦阻力小和机械效率高等特点,但越过壕沟、台阶的能力差;腿式机器人具有适应地形能力强的特点,能越过大的壕沟和台阶,其缺点是速度慢;轮腿式机器人融合腿式机构的地形适应能力和轮式机构的高速高效性能,其缺点是结构相对复杂;履带式机器人地形适应能力强,动载荷小,设计紧凑,其缺点是重量大,能耗大。根据本题目的设计要求及技术特点,本次设计拟选择履带式移动机构1011。 图1.履带式结构4 设计产品的用途根据灾难发生的时间,对于一些存放(如纸制品)需要干燥环境而且不能受潮的产品的仓库,由于仓库十分干燥,所以及其容易引发火灾。这时如果使用水来灭火的话,虽然火被扑灭了,但是由于产品碰到了水,从而造成产品都报废。根据这点我们设计了一款既能灭火又能保全仓库里所有产品的灭火机器人。此时,全自动仓库灭火机器人的参与可以有效地提高救援的效率和避免公司的财产损失,它们不但能够帮助工作人员执行救援工作,而且能够代替工作人员执行搜救任务,在灾难救援中起着越来越重要的作用1415。参 考 文 献1 罗志增主编. 测试技术与传感器M. 西安:西安电子科技大学出版社,2008.2 郭迎福主编. 测试技术与信号处理M. 中国矿业大学出版社,2009.3 毛宗源主编. 机器人智能控制方法M. 国防工业出版社,2002.4 霍伟主编. 机器人动力学与控制M. 北京:高等教育出版社,2005.5 曲凌主编. 慧鱼创意机器人设计与实践教程M. 上海交通大学出版社,2007. 6 濮良贵主编. 机械设计M. 北京:高等教育出版社,2006.7 孙桓主编. 机械原理M. 北京:高等教育出版社,2006. 8 (美)David Cook主编. 机器人制作M. 北京:北京航空航天大学出版社,2005.9 钱炜编著. 越障机器人的设计与研究J. 上海理工大学学报,2002.10 范永胜主编. 电器控制与PLC应用M. 北京:中国电力出版社,2007.11 章宏甲主编. 液压与气压传动M. 北京:机械工业出版社,2009.12 朱世强主编. 机器人及其应用M. 浙江:浙江大学出版社,2001.13 吴振彪主编. 工业机器人M. 武汉: 华中理工大学出版社, 1997.14 陈恳主编. 机器人技术与应用M. 北京:清华大学出版社,2006.15 唐德修主编. 现代汽车机械基础M. 西南交通大学出版社,2006. 毕 业 设 计(论 文)开 题 报 告本课题要研究或解决的问题和拟采用的研究手段(途径):1研究的手段本设计中多功能仓库灭火机器人采用两块SPCE061A单片机作为检测和控制的核心,实现机器人的智能控制,包括寻找火源、躲避障碍接近火源、启用灭火装置等功能。火源探测使用红外传感器,障碍物判断采用集成红外传感器,电机采用直流电机。电机控制核心采用SPCE061A单片机,控制系统与电路用光电耦合器完全隔离以避免干扰。实现的功能是:从安全区出发,自动寻找火源并选择路线灭火,避开障碍接近火源,启用灭火装置灭火源后,再回到原始出发点。其中该灭火机器人提供了两种灭火方案:利用二氧化碳来进行灭火利用风来灭火。2需要解决的问题(1)传感器的选择。(2)避障原理及越障原理的分析。(3)机械手臂及灭火的装置的结构设计。(4)程序的分析及校核。 毕 业 设 计(论 文)开 题 报 告指导教师意见:1对“文献综述”的评语:2对本课题的深度、广度及工作量的意见和对设计(论文)结果的预测: 指导教师: 年 月 日所在专业审查意见: 负责人: 年 月 日 本科毕业设计说明书(论文) 第 页 共 页 目 录1 绪论11.1 机器人的定义11.2 机器人的发展11.3 机器人的主要用途21.4 机械创新设计的背景22 总体设计42.1 方案设计42.2 创新亮点42.3 ROBOPro软件的简介52.4 全自动仓库灭火机器人的总体结构设计53 全自动仓库灭火机器人的控制部分113.1 全自动仓库灭火机器人的整体运动方式113.2 程序执行方式123.3 控制要求的分析133.4 ROBO扩展板和接口板的型号及功用154 子程序设计164.1 寻光程序164.2 越障程序164.3 左避障程序174.4 右避障程序194.5 报警灯204.6 灭火方式214.7 确定火源,自行(左、右)拐22总结25致谢27参考文献29 本科毕业设计说明书(论文) 第 30 页 共 30 页1 绪论说起机器人,大部分人脑海中闪现的恐怕都是一系列钢筋铁骨且具有人类外形的机器,而实际上,机器人的存在状态不一定是人形的;以及机器人所涉及的应用领域,需根据不同的机器人去完成这一系列工作。1.1 机器人的科学定义机器人的定义,每个人的理解均有所不同,有些人认为机器人至少有一只手和一个手臂;能自行推动和自行转向;有配套的动力系统和控制系统;能容纳一定数量指令的存储器;有各种传感器能识别对象和环境。日本早稻田大学加藤一郎教授则认为机器人要有意识的头脑、工作的手、移动的脚、接受感觉的各种传感器这几个要素组成。可见,机器人并不是人,它是一种机械和电子相结合的自动化机器,可以根据人类的需要编写相应的程序,实现某些功能,它并不一定要有人的形态1 罗志增主编.测试技术与传感器M.西安:西安电子科技大学出版社,2008.。1.2 机器人的发展从机器人技术的发展水平来看,机器人主要经历了简单可变成机器人、低级智能机器人和高级智能机器人。1.2.1 简单可编成机器人简单可编成机器人是第一代机器人,能根据人们设好的程序按照一定的顺序和路径来实现特定的动作。若要更改机器人的动作,只需重新编写控制程序即可。目前大部分工业机器人都属于这类,它能分担人类的部分工作,但是它只是按照人类预定的指令动作,不会感知所处的环境,更不会因为环境的变化而随时做出反应。1.2.2 低级智能机器人低级智能机器人是第二代机器人,相比较第一代的机器人,它增加了一些用于感知环境的感觉装置,因此也可以称作感觉机器人。第二代的机器人可以感知到环境的简单信息,并可根据某些参数的变化进行一些分析计算,改变自身的行动。这一代的机器人已经具备了一定的自行适应的能力,一旦外界环境有变化,也可以做出某些反应,极大地提高了机器人的灵活性。1.2.3 高级智能机器人高级智能机器人是第三代机器人,它不但具有第二代基本的感知设备和自适应能力,还能够识别对象和所处的环境,并根据人的指令和自身的判断结果自动确定但钱环境下的相应动作。目前对此类机器人反映能力的研究,主要集中在如下三方面:a) 对环境的感知能力。b) 对环境的作用能力。c) 对环境、作业的思考能力。 1.3 机器人的主要用途机器人目前正广泛应用于日常生活、空间探索、军事应用和工业生产等各个领域,随着科学技术的发展,义勇的范围也在不断地扩大。逐渐地用于实验、采矿、冶金、农业、林木、畜牧业、纺织、食品制造等各个领域。1.3.1 日日常生活领域在生活领域,机器人主要用以提高人们的生活水平,丰富日常文化和娱乐生活。进入21世纪,随着科学的进步和技术的成熟,机器人家族将更大的发展。常见的机器人有:家政服务机器人、导游机器人、表演机器人、教学机器人、机器人宠物、仿人形机器人等。1.3.2 空间探索领域机器人用语空间探索,也是人们进行机器人研究的主要目的之一。这里的空间探索包含很广泛,不仅仅是指对 的开发,还包括其他任何对人类危险的环境或者是人类无法到达的地方,只要是人类想了解的,都是探索的目标。无疑机器人将成为辅助人们了解那里的有力工具。常见的机器人有:火星探测车、水下机器人、管道机器人等。1.3.3 军事应用领域军事领域,作为一个国家高科技产品的主要使用方向之一,必然可以看到特种机器人在军事上的应用。常见的机器人有:反恐防爆机器人、扫雷机器人、自主式车辆、机器人军团等。1.3.4 工业生产领域工业生产也是目前最广泛使用机器人的领域,因为机器人的出现,将人类从枯燥重复的、繁重的生产劳动中解放出来。工业上甚至有些生产环境是有害健康的、危人性命的,工业机器人替代人类成这里的主要劳动力,也是将来的发展趋势。现在已经有很多种机器人站上了工业生产的第一线。常见的机器人有:装配机器人、分拣机器人、搬运机器人、喷涂机器人、焊接机器人等。1.4 全国大学生机械创新设计大赛的背景1964年,慧鱼创意组合模型(fischertechnik)诞生于德国,是技术含量很高的工程技术类智趣拼装模型,是展示科学原理和技术过程的理想教具,也是体现世界最先进教育理念的学具,为创新教育和创新实验提供了最佳的载体。慧鱼创意组合模型的主要部件采用优质尼龙塑胶制造,尺寸精确,不易磨损,可以保证反复拆装的同时不影响模型结合。全国大学生机械创新设计大赛的目的在于引导高等学校在教学中注重培养大学生的创新设计意识、综合设计能力与团队协作精神;加强学生动手能力的培养和工程实践的训练,提高学生针对实际需求通过创新思维,进行机械设计和工艺制作等实际工作能力;吸引、鼓励广大学生踊跃参加课外科技活动,为优秀人才脱颖而出创造条件。2 总体设计在当今社会火灾发生的机率越发频繁,严重损害国家和人民的利益,尤其是仓库火灾。仓库是物资集中储存的场所,包括由国家、集体和个体经营的储存物品的各类仓库、堆栈、货场,一旦发生火灾经济损失巨大,对社会各方面影响大,后果严重,而且仓库一旦发生火灾,救火困难,威胁人民的生命,所以急需能用于仓库灭火的产品。我们小组针对仓库火灾设计了一款仓库全自动灭火机器人,该灭火机器人能进行无人控制的全自动灭火,降低消防人员的危险程度,降低财产损失。2.1 方案设计为了可以使全自动仓库灭火机器人在灭火过程中实现全自动无人控制,所以其中一个最重要的功能就是可以自动搜索火源,而这个功能可以使用光敏传感器来实现,通过一个固定的光敏传感器和一个可以进行横向120度转动的传感器来进行配合使用,就可以大范围的搜索火源,同时还可以对火源进行精确定位。但需要注意的是灭火机械手臂要与火源之间保持一个固定的距离,如果这个距离过短的话,即机械手臂与火源靠的太近的话则会因高温烧损机械手臂,距离太远则达不到良好的灭火效果,所以该距离应是灭火的最佳距离。我们可利用一个光敏传感器来达到这个功能,光敏传感器安装在灭火机械手臂上,当这个机械手臂升出灭火时,在慢慢靠近火源的过程中,当靠近到一定距离时,光敏传感器就会给机械手发出一个停止伸出的信号,从而达到一个可以自动调整机械手与火源之间距离的功能。由于全自动灭火机器人是在一间仓库里进行无人控制灭火,就必须还需要具有另外两个功能:越障与避障功能,其中避障功能可由安装在机器人四周的7个导轮来实现,比如说在机器人灭火的途中,刚好碰到左边的导轮,机器人往右边拐60度,碰到右边的导轮就往左边拐60度,从而来达到一个避障的功能。而越障功能可以利用一个大功率电机来带动丝杠与前半节车身上的内螺纹相啮合,电机正转可以把前半车身向上拉起一个角度,电机反转可以使整个车身向上拱起,不过整个车身是由两段底座通过活动铰链连接在一起的,从而整个车身有一个可以活动的角度,然后通过两节车身底座向上与向下运动的配合来达到越障功能2 郭迎福主编.测试技术与信号处理M.中国矿业大学出版社,2009.23 郭迎福主编.测试技术与信号处理M.中国矿业大学出版社,2009.3。2.2 创新亮点独特的避障机构与越障机构相结合,使仓库全自动灭火机器人可以在一个有障碍的房间里独自去寻找火源,自动化程度高。避障结构由7个导轮加7个接触开关组成,结构紧凑,避障能力强。越障机构越障功能可以利用一个大功率电机来带动丝杠与前半节车身上的内螺纹相啮合,电机正转可以把前半车身向上拉起一个角度,电机反转可以使整个车身向上拱起,不过整个车身是由两段底座通过活动铰链连接在一起的,从而整个车身有一个可以活动的角度,然后通过两节车身底座向上向下运动的配合来达到越障功能。旋转的光敏传感器与固定的光敏传感器相结合,使其可以大范围的寻找火源并且可以对火源进行精确定位,当确定火源的位置后机器人可以自行靠近火源,从而自动化程度高。灭火装置利用旋转的伸缩式机械手臂来完成,从而可以加大灭火范围,加强灭火效果,灭火时比较灵活并且可以自行判断火源是否被扑灭。还可以根据不同的灭火对象使用不同的灭火剂4 霍伟主编.机器人动力学与控制M. 北京:高等教育出版社,2005.4。2.3 ROBOPro软件的简介兼容Windows 98,ME,NT,2000,XP的图形化ROBO软件,用来对ROBO接口板(货号:93293)和ROBO扩展接口板(货号:93294)进行编程,也可对以前的智能接口板(货号:30402)在线编程模式控制。因为使用了各种功能模块组成的流程图编程模式,易于入门级用户使用。各功能模块和子流程间可以进行数据交换,不仅可以用变量方式,也可以用图形化连接方式。编程操作更容易理解。子流程存储在一个库文件中,可以任意调用而不必知道其内部工作原理。图形化编程语言ROBO Pro提供了现代编程语言中的所有关键元素,比如队列,函数,递归,对象,异步事件,准并行处理等等,使其对专业程序员也是一个有力工具。程序直接翻译成机器语言,以便有效地执行。即便是高级程序员也会发现ROBO Pro的知识点无止境。用ROBOPro可以方便的编写teachin程序或者其它windows软件交换数据。在线模式下,可以并接多块ROBO Pro接口板来控制大规模的模型,还可以生成包含开关、控制器、显示等元素的控制面板。2.4 全自动仓库灭火机器人的总体结构设计2.4.1 动力机构根据仓库灭火的工作环境,我们设计的仓库全自动灭火机器人采用履带式的移动方式。利用两个大功率的马达来带动前半身的两根履带,其特点是越野性能好,能够越过阶梯、壕沟等障碍,一般如坦克、推土机等均采用此类移动机构。整个车身是由两段底座通过活动铰链连接在一起的,从而整个车身有一个可以活动的角度,然后通过车身向上向下运动的配合来达到越障功能,如图2.1。图2.1 车身底座2.4.2 越障机构仓库全自动灭火机器人在行进过程中遇到障碍物时,它首先通过自身安装在最前的两个接触开关来确定障碍物的高度,相当于两个极限位置,只有当障碍物的高度在两个接触开关之间时(如图2.2),机器人才会开始执行越障程序,如低于下方的接触开表示机器人可以不改变车身任何位置就可以逾越过去,如果高于上方的接触开关表示障碍物无法逾越,从而达到自动识别障碍物高度的功能,如不能判别出无法逾越障碍物则避障绕行。图2.2 自动判别障碍物高度的两个导轮灭火机器人在运动过程中碰到前方最低的那个接触开关,机器人开始执行越障程序,这时利用一个大功率电机来带动丝杠,在利用丝杠与前半个底座上的内螺纹相啮合进行传动,从而将前半个底座拉起,整个越障过程如图2.3,图2.4和图2.5。图2.3 越障前图2.4 越障刚开始图2.5 越障快结束时但该越障方式,还要考虑到一个车身的重心问题,在刚开始越障时,整个车身的重心必须在后半节车身,以便把前半节车身抬起,当越障快结束时,整个车身的重心必须在前半节车身。所以这里需设置一个可以用来调节车身重心的滑台,如图2.7。而滑台中的传动机构为丝杠传动,由于丝杠传动传动效率较高,能高效地将扭力转化为推力,或将推力转化为扭力。精度保持性好,滚道形状准确,滚动摩擦磨损极小,具有良好的精度保持性、可靠性和使用寿命。所以考虑到该机器人在灭火时调整车身重心的频繁,故选丝杠传动。 图2.7 用来调整整个车身重心的滑台机构2.4.3 避障机构仓库全自动灭火机器人的避障机构一共由7个导轮和7个接触开关组成,当碰到上方的接触开关的时候(接触开关如图2.2),机器人开始进执行避障程序,这时机器人向左转动一个60度的角度,然后向后直线倒退一小段距离,然后再向前运动,如果这时还没有避过障碍,这时就会碰到右边的接触开关(接触开关位置如图3.9),然后机器人再向左转动一个60度的角度,如果这时碰到左边的接触开关时,机器人就向右边转动一个60度的角度,之后向后直线倒退一小段距离,然后再向前运动,如果在向后退的过程的中,后面有障碍物的话,当碰到机器人最后的两个接触开关的时候,则机身先向前运动一小段距离,然后往右转动一个60度的角度,碰到右边的接触开关机器人往左转动一个60的角度,碰到后面的接触开关就向前运动一小段距离,直到7个接触开关都不被碰到的时候,就可以顺利绕过障碍物了。其中的导轮机构如图2.86 曲凌主编.慧鱼创意机器人设计与实践教程M.上海交通大学出版社,2007.5。图2.8 避障机构实物照2.4.4 自动寻光机构仓库全自动灭火机器人的自动寻光机构是由一个运动的光敏传感器和一个固定的光敏传感器组成,其中运动着的光敏传感器用以在一个大范围内进行寻找光源,而固定着的寻光传感器用以对火源进行精确定位。运动的光敏传感器须以一个120度的角度左右摆动,且在摆动时速度不能太快,所以该机构可以由一个转盘来实现左右的摆动,而转盘的动力装置可以由一对蜗轮蜗杆来实现,因为蜗轮蜗杆可以得到一个很大的传动比,且运动时比较平稳,如图2.9。图2.9 自动寻光机构2.4.5 灭火装置仓库全自动灭火机器人的灭火装置由一个可伸缩式机械臂和一个可旋转的底盘组成,从而可加大灭火的范围和加强灭火效果,另外灭火装置还包括一个水平的滑台,在越障和避障中用来控制整个车身的重心(如图2.7)。一个伸缩的机械手臂,并且可以向上抬起一个角度,当遇到比较大火势的时候,抬起机械手臂既可加强灭火效果,又可以避免高温烧损机械手臂,工作时机械手状态如图2.10。图2.10 机械手工作时3 控制部分 3.1 机器人的整体运动方式该机器人可以在无人看守的情况下实现全方位灭火,能根据火源的位置自动改变车身位置,在灭火的途中如果碰到障碍物,可以自动判别障碍物的高度,当判别出障碍可逾越时能自动越过障碍物,当判别出障碍物无法逾越时,可以绕过障碍物。从而可以实现平时24小时监控仓库或当发生火灾时进行灭火。自动寻光机构开始以180的角度来回的摆动来搜索火源,当光敏传感器搜索到火源时,灭火机器人开始调整整个车身的重心,以便可以更加轻松的转动整个车身,当调整完毕后,整个车身开始转动,直至车身与火源在一直线上,把车身的重心调回到初始位置上,寻光机构也回到初始位置,机器人向火源的方向前进, 当灭火机器人在灭火的行进过程中遇到障碍物,灭火机器人先开始判别障碍物的高度,当判别出障碍物可以越过的时候,灭火机器人先倒退一小段距离,然后开始越障,越障机构开始工作,先抬起前半个车身,向前行进,把整个车身的重心移动到前半节车身,使整个车身向上拱起, 向前行进一小段距离,最后抬起后半节车身,越障完毕。如果当判别障碍我很低,灭火机器人就直接越过障碍物。当灭火机器人判别出前面的障碍物无法越过的时候,灭火机器人开始避障,机器人先往右转动一个角度,往前行进一小段距离,再往右转动一个角度,这时机器人自动判别是否绕过障碍,如果没有绕过障碍。机器人还会往前行进一段距离后再往右转动,在机器人转动的过程当中,6个导轮轮流工作,如果再向 右转动时,碰到了右边的导轮,则车身往右转,如果再向左转动时,碰到了左边的导轮,则车身往右转,这样一次类推,从而达到一个自动避障的功能。当机器人接近火源时,机械臂上的光敏传感器感受火光的强度,这里我们把光敏传感器的数值设置为当火光的强度低于100时,灭火机器人停止前进,开始伸出并抬起机械手臂,开始喷洒灭火剂,并在喷洒的过程中机械手来回摆动两次,使其可以达到更好的灭火效果,最后自动寻光机构在来回摆动一次来判别火是否被扑灭。如果没有被扑灭,灭火机器人会再次伸出机械手臂进行灭火,直至火被扑灭为止。如果当机器人没有再搜索到火源时,灭火机器人会向后转动180度,然后开始搜索火源,从而达到360度全方位灭火6 濮良贵主编.机械设计M.北京:高等教育出版社,2006.67 孙桓主编.机械原理M. 北京:高等教育出版社,2006.7。3.2 程序执行方式程序的编写方式:如图(3.1):报警灯的程序开始执行;M1(EM2)电机反转-I1(EM2)开关判断-减值运算指令-给定变量数值为30-判断指令-当(N)时,程序反馈到M1(EM2)电机反转;当(Y)时,M1(EM2)电机停止- M1(EM2)电机正转-I1(EM2)开关判断-当(1)时-加值运算指令-给定变量数值为30-判断指令-当(Y)时,程序反馈到M1(EM2)电机反转;当(N)时,程序反馈到I1(EM2)开关判断。当(0)时-AX、AY光敏传感器-判断指令-当大于1023时,程序反馈到I1(EM2)开关判断;当小于1023时-判断指令-当小于30时-M1(EM2)停止-车身调整(出)-左拐-车身调整(收)-传感器(左)-直走;等于30时-直走;当大于30时-M1(EM2)停止-车身调整(出)-右拐-车身调整(收)-传感器(右)-直走。I8(IF1)开关判断和I5(IF1)开关判断-当(1)时-加值运算指令;I6(IF1)开关判断-当(1)时-减值运算指令; I7(IF1)开关判断-当(1)时-赋值运算指令。给定变量数值为30-判断指令-当小于0时-倒车-越障-直走一小段-停车-反馈到程序的首端;当等于0时-倒车-右避障-反馈到程序的首端;当大于0时-倒车-左避障-反馈到程序的首端。当I8(IF1)开关判断、I5(IF1)开关判断、I7(IF1)开关判断、I6(IF1)开关判断-当(0)时-AX(EM1)传感器-判断指令-当大于100时,反馈到程序I8(IF1)开关判断、I5(IF1)开关判断、I7(IF1)开关判断、I6(IF1)开关判断;当小于100时-停车-判断指令-当小于50时-短距离-灭火-喷洒2次-灭火装置关-短距离(收);当大于50时-长距离-灭火-喷洒2次-灭火装置关-长距离(收)。巡视-AX(EM1)传感器-判断指令-当(Y)时,反馈到开关判断50之上;当(N)时-旋转180度-3S-程序的首端。图3.1 母程序3.3 控制要求的分析对于模块与机器人的各个元器件之间的联系方式,我们将表格中排列出来。具体参数如下表3.2所示:表3.2 I/O分配表IF1模块名称控制单元AX光敏传感器1AY光敏传感器2I1调整机器人车身的马达限位开关I2机器人的左轮电机的限位开关I3 机器人的右轮电机的限位开关I4机械手臂的一级前后电机的限位开关I5机器人左避障的限位开关I6机器人越障的限位开关I7机器人左避障的限位开关I8机器人右避障的限位开关M1调整机器人车身的马达M2机器人左轮电机M3机器人右轮电机M4机械手臂的一级前后电机EMI模块名称控制单元AX光敏传感器3I1机器人大转盘马达的限位开关I4机器人尾部的限位开关(左)I5机器人尾部的限位开关(右)I8机器人右避障的限位开关M1机器人大转盘上的马达M2报警灯1M3报警灯2M4报警灯3EM2模块名称控制单元I1传感器3的马达限位开关I3机械手臂的二级前后电机的限位开关I4机械手臂的三级前后电机的限位开关I8传感器3的马达(起点位置)的限位开关M1传感器3的马达M2指示灯M3机械手臂的二级前后电机M4机械手臂的三级前后电机3.4 ROBO扩展板和接口板的型号及功用对于ROBO扩展板与接口板,我们对它的产品的名称、型号、类型及产品的功用列出表格,如下表3.3所示:表3.3 ROBO扩展板和接口板图片产品的名称ROBO接口板ROBO接口板扩展板产品的型号9329393294产品的类型配套产品 配套产品 产品的功用1处理器:三菱30245系列,16位微处理器。2存储器:128K RAM和128K flash memory,flash memory中可以存两个程序,RAM中可以存一个程序,程序可在线和下载操作,通过USB1.1/2.0和RS232串口与电脑连接四路马达输出9V/250mA,8个级别速度控制,带有短路保护功能。3八路9V DC数字信号输入,两路模拟量输入。4四路模拟信号输入(两路0-5.5K;两路0-10V)。5可实现远红外线控制。6可扩展射频数据连接功能板ROBO无线射频通讯模块(货号:93295)。1可以扩充ROBO智能接口板输入输出数量,通过USB1.1/2.0连接,支持程序在线操作。2四路马达输出9V/250mA,8个级别速度控制,带有短路保护功能。3八路数字信号输入。4一路模拟信号输入0-5.5K。带有ROBO接口板扩展板接口,ROBO接口板共扩展3块ROBO接口板扩展板。4另购附件:直流开关电源9V/1A。4 子程序部分 4.1 寻光的程序思路将机器人放置仓库之中,需要对它进行一个24小时的一个巡视过程。自动寻光机构开始以120的角度来回的摆动来搜索火源,因此在这里考虑到电机脉冲问题。如图图(4.1):电机脉冲的记数方式,经过调试,当传感器向左旋转60度时,它需要30个脉冲。则我们把它起始点记做30存放到变量指令中。在“指令集”里有个“”指令,其作用是对变量之中的值,进行做减值运算。一段程序之后我们附加一个判断指令“”,它用作于对变量之中的数值进行判断。当变量中的值等于0时,它会判断转移到下一步,电机停止。否则它会自行回到程序的起始点。之后电机再进行正转,原本附于变量之中的数值为0,现在给它一个“”指令,其作用是对变量之中的值进行做加值运算。一段程序之后我们继续附加一个判断指令“”,当变量中的值等于60时,它会回到整个程序的起点。进行循环性的扫描,这就完成了机器人24小时仓库监控的程序8 (美)David Cook主编.机器人制作M.北京:北京航空航天大学出版社,2005.89 钱炜编著.越障机器人的设计与研究J. 上海理工大学学报,2002.9。图4.1 寻光子程序4.2 越障程序的思路在灭火的途中,时常会有障碍物出现。所以我们附加于程序有自行避障和越障的功能。从而可以越过障碍物,直到火源被扑灭。因此在这,当机器人碰到障碍物时,根据障碍物的高低选择采用越障。我们程序如下:程序的编写方式:如图(4.2)当接触到障碍物时,限位开关(IF1)中I6由常开位置改变为闭合状态。越障程序立即启动。首先机器人先后退,给出机器人调整车身的距离。将M2(机器人左轮电机)和M3(机器人右轮电机)同时反转,并设定其马达脉冲数为2,这样就可以完成机器人后退这一程序。之后,我们需调整机器人的车身。机器人的重心原设定在后身,我们可以靠中间的丝杠来抬高机器人的前座。M1(IF1)电机正转-I1(IF1)脉冲计数130-M1(IF1)电机停止-M2(IF1)电机正转、M3(IF1)电机正转-I2(IF1)脉冲计数5、I3(IF1)脉冲计数5-M2(IF1)电机停止、M3(IF1)电机停止-M4(IF1)电机正转-I4(IF1)脉冲计数190-M4(IF1)电机停止-M1(IF1)电机反转-I1(IF1)脉冲计数200-M1(IF1)电机停止- M2(IF1)电机正转、M3(IF1)电机正转- I2(IF1)脉冲计数8、I3(IF1)脉冲计数8- M2(IF1)电机停止、M3(IF1)电机停止- M1(IF1)电机正转-I1(IF1)脉冲计数70-M1(IF1)电机停止- M2(IF1)电机正转、M3(IF1)电机正转- I2(IF1)脉冲计数8、I3(IF1)脉冲计数8- M2(IF1)电机停止、M3(IF1)电机停止- M4(IF1)电机反转-I4(IF1)脉冲计数190-M4(IF1)电机停止10 范永胜主编.电器控制与PLC应用M.北京:中国电力出版社,2007.011 章宏甲主编.液压与气压传动M.北京:机械工业出版社,2009.1。图4.2 越障子程序4.3 左避障程序的思路在灭火的途中,当机器人碰到障碍物时,判断出障碍物的高低选择采用避障。根据障碍物的摆放,我们机器人会自行选择左避障或右避障程序。假设机器人选择左避障这个子程序时,我们程序如下:程序的编写方式:如图(4.3)当接触到障碍物时,限位开关(IF1)中I5由常开位置改变为闭合状态。左避障程序立即启动。首先机器人先后退,给出机器人调整车身的距离。将M2(机器人左轮电机)和M3(机器人右轮电机)同时反转,并设定其马达脉冲数为8,这样就可以完成机器人后退这一程序。之后,我们需调整机器人的车身。由于机器人的重心原设定在后身,我们则要靠机械手臂下的滑台,将机器人的重心位置移动到前座,使得机器人尾座部分离开地面,减少与地面的摩擦。M1(EM1)电机正转-I1(EM1)脉冲计数80-M1(EM1)电机停止-M4(IF1)电机正转-I4(IF1)脉冲计数190-M4(IF1)电机停止-M1(IF1)电机正转-I1(IF1)脉冲计数60-M1(IF1)电机停止-M2(IF1)电机正转-I2(IF1)开关判断-减值运算指令-给定变量数值为7-判断指令-当(N)时,反馈到M2(IF1)电机正转;当(Y)时,M2(IF1)电机停止-M2(IF1)电机正转、M3(IF1)电机正转-I2(IF1)脉冲计数4、I3(IF1)脉冲计数4-M2(IF1)电机停止、M3(IF1)电机停止-M3(IF1)电机正转-I3(IF1)开关判断-当(0)时,I8(IF1)开关判断和I8(EM1)开关判断- M3(IF1)电机停止-I3(IF1)开关判断-减值运算指令-给定变量数值为7-判断指令-当(N)时,反馈到I3(IF1)开关判断;当(Y)时, M3(IF1)电机停止-重新回到M2(IF1)电机正转、M3(IF1)电机正转。当I3(IF1)开关判断为(Y)时,加值运算指令-给定变量数值为7-判断指令-当(N)时,反馈到I3(IF1)开关判断;当(Y)时,M3(IF1)电机停止-M2(IF1)电机正转、M3(IF1)电机正转-I2(IF1)脉冲计数12、I3(IF1)脉冲计数12-M2(IF1)电机停止、M3(IF1)电机停止-M3(IF1)电机正转-I3(IF1)脉冲计数14- M3(IF1)电机停止-M1(IF1)电机反转-I1(IF1)脉冲计数60-M1(IF1)电机停止-M4(IF1)电机反转- I4(IF1)脉冲计数190-M4(IF1)电机停止- M1(EM1)电机反转-I1(EM1)脉冲计数80-M1(EM1)电机停止12 朱世强主编.机器人及其应用M.浙江:浙江大学出版社,2001.213 吴振彪主编. 工业机器人M. 武汉: 华中理工大学出版社, 1997.3。图4.3 左避障子程序4.4 右避障程序的思路在灭火的途中,当机器人碰到障碍物时,判断出障碍物的高低选择采用避障。根据障碍物的摆放,我们机器人会自行选择左避障或右避障程序。假设机器人选择右避障这个子程序时,我们程序如下:程序的编写方式:如图(4.4)当接触到障碍物时,限位开关(IF1)中I8由常开位置改变为闭合状态。左避障程序立即启动。首先机器人先后退,给出机器人调整车身的距离。将M2(机器人左轮电机)和M3(机器人右轮电机)同时反转,并设定其马达脉冲数为8,这样就可以完成机器人后退这一程序。之后,我们需调整机器人的车身。由于机器人的重心原设定在后身,我们则要靠机械手臂下的滑台,将机器人的重心位置移动到前座,使得机器人尾座部分离开地面,减少与地面的摩擦。M1(EM1)电机正转-I1(EM1)脉冲计数80-M1(EM1)电机停止-M4(IF1)电机正转-I4(IF1)脉冲计数190-M4(IF1)电机停止-M1(IF1)电机正转-I1(IF1)脉冲计数60-M1(IF1)电机停止-M3(IF1)电机正转-I3(IF1)开关判断-减值运算指令-给定变量数值为7-判断指令-当(N)时,反馈到M3(IF1)电机正转;当(Y)时,M3(IF1)电机停止-M2(IF1)电机正转、M3(IF1)电机正转-I2(IF1)脉冲计数4、I3(IF1)脉冲计数4-M2(IF1)电机停止、M3(IF1)电机停止-M2(IF1)电机正转-I2(IF1)开关判断-当(0)时,I7(IF1)开关判断-M2(IF1)电机停止-I2(IF1)开关判断-减值运算指令-给定变量数值为7-判断指令-当(N)时,反馈到I2(IF1)开关判断;当(Y)时, M2(IF1)电机停止-重新回到M2(IF1)电机正转、M3(IF1)电机正转。当I2(IF1)开关判断为(Y)时,加值运算指令-给定变量数值为7-判断指令-当(N)时,反馈到I2(IF1)开关判断;当(Y)时,M2(IF1)电机停止-M2(IF1)电机正转、M3(IF1)电机正转-I2(IF1)脉冲计数12、I3(IF1)脉冲计数12-M2(IF1)电机停止、M3(IF1)电机停止-M3(IF1)电机正转-I3(IF1)脉冲计数14- M3(IF1)电机停止-M1(IF1)电机反转-I1(IF1)脉冲计数60-M1(IF1)电机停止-M4(IF1)电机反转- I4(IF1)脉冲计数190-M4(IF1)电机停止- M1(EM1)电机反转-I1(EM1)脉冲计数80-M1(EM1)电机停止。图4.4 右避障子程序4.5 报警灯的思路当传感器作120度扫描时,报警灯也相应的工作起来。程序如下图:程序的编写方式:如图(4.5)报警灯共三盏,分红,蓝,绿三种颜色。每两盏灯之间的时间差距为0.2S,工作方式为:红蓝绿红M2(EM1)报警灯1亮-I2(EM1)时间延迟0.2S- M2(EM1)报警灯1灭-M3(EM1)报警灯2亮-I3(EM1)时间延迟0.2S-M3(EM1)报警灯2灭-M4(EM1)报警灯3亮-I4(EM1)时间延迟0.2S- M4(EM1)报警灯3灭-M2(EM1)报警灯1亮-I2(EM1)时间延迟0.2S-M2(EM1)报警灯1灭(循环) 14 陈恳主编.机器人技术与应用M.北京:清华大学出版社,2006.415 唐德修主编.现代汽车机械基础M.西南交通大学出版社,2006.5。图4.5报警灯子程序4.6 灭火方式的思路当传感器与火源的距离小于100时,机器人会自行停止,传感器3再次发出信号,确认之后,机械手臂将执行灭火。灭火方式为:机械手臂上的灭火器对火源来回喷洒2次。程序的编写方式:图(4.6)循环计数2次-M1(EM1)电机正转-I1(EM1)开关判断-加值运算指令-给定变量数值为0-判断指令-当小于12时,程序将反馈到I1(EM1)开关判断;当等于12时- M1(EM1)电机反转-I1(EM1)开关判断-减值运算指令-给定变量数值为0-判断指令-当大于-12时,程序将反馈到I1(EM1)开关判断;当等于-12时,程序将回到循环计数端-经过2次循环之后- M1(EM1)电机正转-I1(EM1)脉冲计数24-M1(EM1)电机停止。图4.6 灭火子程序4.7 确定火源,自行(左、右)拐的思路当传感器发现火源位置时,根据传感器的位置,我们机器人可以自行调整车身的位置,使机器人与火源的位置成一直线。并能快速灭火。这时,如何根据传感器来调整车身,这是我们程序一大亮点之一。a) 假设火源在机器人的右方出现,机器人将自行右拐。程序如下:程序的编写方式:图(4.7.1)让传感器上的计数脉冲的起点为30,但发现火源位置时,我们在程序中附加一个变量指令,假设测出传感器上的计数脉冲此时为40。我们则可以根据变量上的数值使车身调整,M3电机自行反转,电机的脉冲计数为10。M3(IF1)电机反转-I3(IF1)开关判断-减值运算指令-给定变量数值为40-判断指令-当大于30时,程序自行反馈到M3(IF1)电机反转位置;当等于30时,M3(IF1)电机停止。图4.7 左拐子程序b) 假设火源在机器人的左方出现,机器人将自行左拐。程序如下:程序的编写方式:图(4.8)让传感器上的计数脉冲的起点为30,但发现火源位置时,我们在程序中附加一个变量指令,假设测出传感器上的计数脉冲此时为20。我们则可以根据变量上的数值使车身调整,M3电机自行正转,电机的脉冲计数为10。M3(IF1)电机反正转-I3(IF1)开关判断-减值运算指令-给定变量数值为40-判断指令-当大于30时,程序自行反馈到M3(IF1)电机正转位置;当等于30时,M3(IF1)电机停止。图4.8 右拐子程序总结时间过的飞快毕业设计接近尾声,这段时间里我们要完成的任务就是做好我们毕业前最后一件事完成我们的毕业设计。毕业设计是对我们大学学业结束的总结,也是对我们所学知识的巩固,它体现了学生的综合素质。首先我十分感谢辛勤教育我们的所有老师,你们辛苦了!其次,我要感谢我的母校南京理工大学泰州科技学院,是它提供给了我两年美好的学习环境。最后,等我工作之后,我一定会努力工作,将来汇报学校对我的照顾和教育。 在做机器人毕业编程的这段时间里,感觉虽然有点忙,但是说实话收获非常的大,懂得了,凡遇到任何困难,只要吃苦耐劳,踏实勤奋,乐观进取,就一定能突破困难。体会最深的就是现在的就业形式有点严峻,压力也比较大,应届毕业生面临着很大的困难,但是万事开头难,我相信只要我们付出足够的努力就会有收获,在企业和社会上立足。在编程的过程中也有许多的困难和不足之处,比如平常和老师的沟通还不够;对设计及编程的要求理解还不够;开始的时候没有给予足够的重视。但是可以说我很好的总结了这些不足,想办法改进自己,使自己变的出色。 全自动仓库灭火机器人设计与编程这个课题可以说是非常有利于我们巩固所学的知识特别是机械设计知识,意义非常大。,由于机器人程序具有对使用环境适应性强的特性,同时所针对的仓库的类型也是有一部分的局限性,因此在这,还需要进一步的调整及设计。在机器人的构思方面,还有许多的不足的地方,比如说结构的固定,传动时,所常遇到的死点等等。当然我们的努力同时也得到了学校及老师们的认可。回想上课的时候,自己确实感到遗漏很多。在学校的两年里,我学到了。学到了许多做人的道理,人在处理问题方面也成熟果断了许多,最主要学到了适应社会的本领。课程设计的结束意味着大学生活的结束,正式跨入职场,迎接我的是一个有挑战性的工作,在找工作的途中。我真正体会到了理论联系实际。在外面学的东西多,人际关系,真正的技术,说话的方式和态度等等!当然在有些方面在学校还是得到了锻炼,但是还不够,希望学校能给我们得学弟学妹们更多展示自己能力得舞台和机会。 回想做机器人那短暂的两个星期,知道了其实自己比想象中的自己要强的多。比起在从前的学习生涯,可以说是艰苦很多,我要学习得东西非常非常多,所以我对我自己说,一定要坚持开始肯定苦得,而且要有短期和长期目标,我一定会努力实现自己得目标。我相信我自己,一定会有一番成就得。 最后,我想说我十分感谢两位老师(刘艳和李连波)平时在完成设计的时间里对我的关心和照顾,也要感谢所有帮助过我的人。致谢美好的校园生活已经到了尾声,背着行李走进校园的情景依然清晰可见。毫无疑问,校园生活将是我一生中最美好的时光,这里给我留下了太多美好,有尊敬而智慧的老师,有友好而可爱的同学,有志趣相投而相互促进的朋友这些都将是我最难忘的留恋。这两年的点点滴滴改变了我很多方面,它留给我的影响是受用终生的。在这里有循循善诱的老师,互帮互助的同学,丰富多彩的生活,充实了我的校园生活,给我的业余生活留下了太多欢声笑语,在这里我开始睁开眼睛观察并思考我身边的世界,开始编织我的理想并规划着我的将来,开始为了实现自己的抱负而学习必要的知识锻炼必要的能力,开始有了展翅高飞的冲动和自信。无论以后的路我将怎样走过,至少这里给了我起飞的平台。我真要感谢我的学校,是它让我有了一个学习和思考的环境;真要感谢我的老师们,向我的每一个老师致敬,是他们教给了我生存和竞争的本领;我还要感谢我的同学朋友们,因为有你们的陪伴我的学校生活才会如此丰富多彩。两年的学校生活转瞬即逝,短暂得让我还没来得及准备妥当就要开始踏上社会开始新的征程,回首过去,我有过很多失败,很多无知,也浪费了很多宝贵的时间。因此我只能寄希望于以后,我会用我的努力让我的以后变得更加美好,也用我的努力让我对这个养育了我的社会做出更多的贡献。毕业在即,最后一年的主要任务就是完成一份毕业设计,用我们丰富的实践经验,扎实的理论功底,向学校汇报我这几年的收获。毕业设计是对每一个即将跨出学校大门,步入社会学生的检验。紧张而繁忙的毕业设计即将结束,回顾这次毕业设计,我看到在这次锻炼中我受益匪浅,在次过程中我调动了我的所有知识,查找了多种资料,向老师请教,而他们也都不厌其烦地给我讲解,尽管有时候他们认为我的问题简单得可笑。通过这次毕业设计我巩固了以往所学的所有知识,而且学会了如何融会贯通地去运用这些知识,并且有机地综合其它各方面的因素,使理论与实践相结合,设计出满足题目要求的产品来。这培养了我探索科学的兴趣,一丝不苟的态度,吃苦耐劳的风格,还有可贵的钻研精神,同时也使我感到要成为一名合格的工程技术人员的不易,在学校里我们虽然掌握了一定的理论知识,但离现实运用还有一定的距离,因此我们还必须付出艰辛的努力,坚持不懈地学习并积极投身于实践,这样才能实现自己的抱负。在这次毕业设计的过程中,我还深深体会到自己知识的缺乏,在许多领域我还只是知其皮毛,甚至一无所知,离真正的知识海洋还有很长的一段路要走。所以我决心要在今后的工作中继续不断地学习,不断地提高自己的理论知识和实践能力,只有这二者完美地结合在一起才能发挥我的最大作用。经过这次长达近一年的毕业设计,我个人的工程技术素质和综合运用知识的能力都有很大的进步,同时在提出问题,分析问题和解决问题方面的能力都得到了很大提高,锻炼了形象思维与抽象思维相结合的能力,使我的知识结构更加合理化,为胜任即将登上的工作岗位打下了良好的基础,所有这些都将是我宝贵的财富。在这次毕业设计中,我得到了刘艳老师、李连波老师的精心指导,我能顺利地完成本次毕业设计与他们的辛勤付出是分不开的,正因为老师们的不厌其烦的指导和点拨我的毕业设计才有了方向和轮廓,在此对老师表示深深的感谢。也要感谢慧鱼公司为我提供了做毕业设计的良好环境,在那里我得以有机会接触机器人,和获得全国二等奖。同时要感谢的还有那些平时在毕业设计过程中帮助过我的同学们,因为有了他们的支持和鼓励以及一些资料上的提供才有了这次毕业的圆满成功。当然,毕业设计是有一定难度的,鉴于个人能力,知识,经验有限,设计中难免有不足或错误,恳请各位老师批评指正。参考文献1 罗志增主编.测试技术与传感器M.西安:西安电子科技大学出版社,2008.2 郭迎福主编.测试技术与信号处理M.中国矿业大学出版社,2009.3 毛宗源主编.机器人智能控制方法M. 国防工业出版社,2002. 4 霍伟主编.机器人动力学与控制M. 北京:高等教育出版社,2005.5 曲凌主编.慧鱼创意机器人设计与实践教程M.上海交通大学出版社,2007. 6 濮良贵主编.机械设计M.北京:高等教育出版社,2006.7 孙桓主编.机械原理M. 北京:高等教育出版社,2006. 8 (美)David Cook主编.机器人制作M.北京:北京航空航天大学出版社,2005.9 钱炜编著.越障机器人的设计与研究J. 上海理工大学学报,2002.10 范永胜主编.电器控制与PLC应用M.北京:中国电力出版社,2007.11 章宏甲主编.液压与气压传动M.北京:机械工业出版社,2009.12 朱世强主编.机器人及其应用M.浙江:浙江大学出版社,2001.13 吴振彪主编. 工业机器人M. 武汉: 华中理工大学出版社, 1997.14 陈恳主编.机器人技术与应用M.北京:清华大学出版社,2006.15 唐德修主编.现代汽车机械基础M.西南交通大学出版社,2006.30
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