全自动仓库灭火机器人设计毕业设计论文(24页).doc
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1、-全自动仓库灭火机器人设计毕业设计论文-第 24 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
2、 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291 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
3、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
4、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
5、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
6、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
7、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。
8、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
9、。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
10、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
11、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
12、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
13、社，2005.4。2.3 ROBOPro软件的简介 此处省略NNNNNNNNNNNN字。如需要完整说明书和设计图纸等.请联系扣扣：九七一九二零八零零 另提供全套机械毕业设计下载！该论文已经通过答辩兼容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
14、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
15、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
16、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
17、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
18、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，2
19、007.5。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
20、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。
21、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
22、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
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