課程設計
設計題目： 仿生機器龜設計
課程設計任務書
課程設計題目： 仿生機器龜設計
仿生機器龜設計
1 設計主要內容及要求
1.1設計目的：
（1）了解機械人技術的基本知識以及有關電工電子學、微控制器、機械設計、感測器等相關技術。
（2）初步掌握機械人的運動學原理、基於智慧型機械人的控制理論，並應用於所設計的機械人中。
（3）通過學習，具體掌握機械人的控制技術，並使機械人能獨立執行一定的任務。
1.2基本要求：
（1）要求設計乙個具有仿生功能的機械人；
（2）要求設計機械人的行走機構，控制系統、感測器型別的選擇及排列布局。
（3）要求機械人具有趨光功能（龜喜歡曬太陽），避障功能（不能撞到障礙物上），知道飢餓（電池電量檢測功能）。
1.3發揮部分：
自由發揮
2 設計過程及**的基本要求：
2.1 設計過程的基本要求
（1）基本部分必須完成，發揮部分可任選；
（2）符合設計要求的報告乙份，其中包括總體設計框圖、電路原理圖各乙份；
（3）設計過程的資料、草稿要求保留並隨設計報告一起上交；報告的電子檔需全班統一存檔上交。
2.2 課程設計**的基本要求
（1）參照畢業設計**規範列印，包括附錄中的圖紙。專案齊全、不許塗改，不少於。圖紙為a4，所有插圖不允許影印。
（2）裝訂順序：封面、任務書、成績評審意見表、中文摘要、關鍵詞、目錄、正文（設計題目、設計任務、設計思路、設計框圖、各部分電路及相應的詳細的功能分析和重要的引數計算、工作過程分析、元器件清單、主要器件介紹）、小結、參考文獻、附錄（總體設計框圖與電路原理圖）。
3 時間進度安排
瀋陽工程學院
機械人技術及其應用課程設計成績評定表
隨著人類認知領域的不斷擴充套件和研究層次的不斷深入，人類的作業環境也開始向著更為複雜的空間發展，例如核輻射場所、深海、太空、有毒環境或高溫高壓等。這些環境的作業條件遠遠超出了人類所能夠承受的極限，因此人們就開始尋找可以代替人來完成作業的物體，最終人們發明了機械人這種擬人化的機器
機械人是一種智慧型的機器，它能夠代替人類的部分工作，從處理個別問題的速度和可靠性來看，它在一定程度上已經超過了人。在國際上關於機械人的定義有好幾種，但是這幾種不同的定義都有共同的屬性是：象人或人的一部分，並模仿人的動作；具有智慧型或感覺與識別能力；是人製造的機器或機械電子裝置。
在研究機械人和製造機械人的領域必須要知道機械人學的三定律：第一，機械人不得傷害人或由於故障而使人遭受不幸；也不得見人受到傷害而袖手旁觀 。第二，機械人應執行人們所下達的指令，除非這些指令與第一定律相矛盾；第三，機械人應能保護自己的生存，只要這種防護行為不與第一或第二定律相矛盾。
所以無論在任何時候，我們都要遵守這三定律。
本次課程設計的題目是仿生機器龜，仿生是模仿生物系統的功能和行為，來建造技術系統的一種科學方法。它打破了生物和機器的界限，將各種不同的系統溝通起來。本次設計通過四個部分來實現機器龜的基本功能。
分別是主控制器、驅動部分、感測器部分、機械人的控制部分的設計。其中，在主控制器部分我是通過c8051微控制器對機器龜的行動進行控制的。驅動部分，我選擇的是直流電動機，由於直流電機控制方便，只用乙個簡單的h橋電路就能實現電動機的正反轉。
感測器部分，避障感測器我選擇的是紅外感測器，趨光感測器我選擇的是光敏電阻，機器龜的覓食其實就是當它本身要沒有電的時候自動去尋找陽光充電。機器龜的新走機構我選擇的是四輪式行走機構。
總之，我設計的機器龜的整體結構包括兩個驅動輪，兩個轉動輪，四個紅外感測器，兩個光敏電阻，微控制器。紅外感測器分別位於殼體的前、後、左、右，兩個光敏電阻分別位於殼體前部的左右兩側。四個紅外感測器，兩個光敏電阻的測量電路分別與微控制器連線，四個紅外感測器用於檢測障礙物，光敏電阻用於檢測光強，微控制器通過根據紅外感測器，光敏電阻輸入的訊號來控制電機，進而控制驅動足。
關鍵詞感測器，電動機，機械人，仿生龜
中文摘要 iv
1設計任務描述 1
1.1 設計題目：仿生機器龜的設計 1
1.2 設計要求 1
1.2.1 設計目的 1
1.3 基本要求 1
1.3.1 發揮部分 1
2 設計思路 2
2.1 行走機構的設計 2
2.2 執行器部分的選擇 2
2.3 驅動方式的選擇 2
2.3.1 液壓驅動 2
2.3.2 氣壓驅動 3
2.3.3 電動機驅動 3
2.4 感測器的選擇 4
2.4.1 趨光功能感測器的選擇 4
2.4.2 避障功能感測器的選擇 4
2.5 主控制器的選擇 5
2.6 軟體功能的實現 5
2.7 電機驅動晶元的選擇 5
3 設計方框圖 7
4 硬體設計 8
4.1 微控制器模組 8
4.1.1 電源電路 8
4.1.2 復位電路 8
4.2 趨光功能的設計 9
4.2.1 光敏電阻感測器 9
4.2.2 光敏電阻的數量和布局 9
4.2.3 光敏電阻的測量電路 9
4.3 避障功能的設計 10
4.3.1 紅外感測器 10
4.3.2 紅外感測器的測量電路 11
4.4 覓食功能的設計 11
4.5 電機驅動部分的設計 12
4.5.1 l298簡介 12
4.5.2 h橋原理簡述 12
4.5.3 驅動電路的設計 13
5 系統軟體 14
5.1 軟體流程圖 14
6 工作過程分析 15
7 元器件清單 16
8 主要元器件介紹 17
8.1 光敏電阻cds的介紹 17
8.2 紅外感測器的介紹 17
8.3 lm7805的介紹 17
8.4 c8051微控制器 17
8.5 lm298的簡介 18
小結 19
致謝 20
參考文獻 21
附錄 22
（1）了解機械人技術的基本知識以及有關電工電子學、微控制器、機械設計、感測器等相關技術。
（2）初步掌握機械人的運動學原理、基於智慧型機械人的控制理論，並應用於所設計的機械人中。
（3）通過學習，具體掌握機械人的控制技術，並使機械人能獨立執行一定的任務。
（1）要求設計乙個具有仿生功能的機械人；
（2）要求設計機械人的行走機構，控制系統、感測器型別的選擇及排列布局。
（3）要求機械人具有趨光功能（龜喜歡曬太陽），避障功能（不能撞到障礙物上），知道飢餓（電池電量檢測功能）。
遇到障礙物時led等報警。
行走機構是行走機械人的重要執行部件，也稱為機械人的下肢，是機械人的關鍵部分，主要用來承受體重和完成位移，它決定著機械人能否迅速靈活地移動，能否準確地按照作者的意願到達指定地點。機械人的行走機構首先要體現穩定性，其次是靈活性。行走機械人的行走機構主要有車輪式行走機構、履帶式行走機構和足式行走機構。
一般而言，在崎嶇的山路上，適合選擇履帶式行走機構；在沙漠中，適合選用足步式行走機構；在相對平坦的道路上，適合選擇車輪式行走機構。由於輪式行走機構由滾動摩擦代替滑動摩擦，主要的特點式效率高，適合在平坦的路上移動，定位準確，而且重量較輕，製作簡單。因為設計的**小龜主要是針對陸地而言的，而且對小龜的重量上還有一定的限制，所以，在設計**龜時，選擇車輪式行走機構。
驅動機械人做出各種行為，包括發出各種訊號（點亮發光二極體、發出聲音）的部分，並且可以根據控制器部分的訊號調整自己的狀態。對機器龜來說，最基本的就是輪子。這部分就好比烏龜的四肢一樣。
車輪型移動機構按車輪數可分為兩輪式、三輪式和四輪式。
人們把非常簡單、便宜的自行車或兩輪電單車用在機械人上的試驗很早就進行了。但是人們很容易的就認識到兩輪車的速度、傾斜等物理量精度不高，而進行機械人化，所需簡單、便宜、可靠性高的感測器也很難獲得。此外，兩輪車制動時以及低速行走時也極不穩定。
而使用三個輪的優點是所有的輪子都會著地，不會產生懸空現象，控制穩定。但當機械人重心偏移時，如轉彎、相撞等，由於只有三個輪子支撐車體，穩定性不好。較三輪車體來說，四個輪子可以更好地支撐龜體，行走穩定，當重心偏移時，左右晃動小。
所以在設計中我選擇機器龜為四輪式。
機械人驅動方式可分為液壓式、氣動式和電動式。
液壓驅動的特點是，液壓容易達到較高的壓力，體積較小，可以獲得較大的推力或轉矩；液壓系統介質的可壓縮性小，工作平穩可靠，並可得到較高的位置精度；在液壓傳動中，力、速度和方向比較容易實現自動控制；液壓系統由於採用油液作介質，具有防鏽性和自潤滑性，可以提高機械效率，使用壽命長。但是，液壓驅動方式也有不足之處，由於油液的粘度隨著溫度的變化而變化，影響工作效能，高溫容易引起燃燒**等危險；另外液體的洩露難於克服，要求液壓元件有較高的精度和質量，故造價比很高。
總之這種驅動方式的輸出力和功率很大，經常用於比較大型機械人關節的驅動，而且這種驅動方式還存在著危險性，所以對於仿生機器龜來說不適合選擇液壓驅動方式。
氣壓驅動的特點是，壓縮空氣粘度小，很容易達到高速；它不必新增動力裝置；空氣介質對環境無汙染，使用安全，可直接應用於高溫作業；氣動元件工作壓力低。但是它的不足之處是若要獲得較大的力，其結構就要相對的增大，而且空氣壓縮性大，工作平穩性差，速度控制困難，要想達到準確的位置控制很困難。另外，還有乙個嚴重的問題是，壓縮空氣的排水問題如果處理不當會使鋼類零件生鏽，導致機械人失靈。
此外，排氣還會造成雜訊汙染。
機械人整理
機械人定義 由各種外部感測器引導的，帶有乙個或多個末端執行器，通過可程式設計運動，在其工作空間內對真實物體進行操作的，軟體可控制的機械裝置。機械人由三大部分組成。機械部分 用於實現各種動作 感測部分 用於感知內部和外部的資訊 控制部分 控制機械人完成各種動作 機械結構系統由機身 手臂 末端執行器三大...
機械人實驗
關節的長度為110mm，單元體長度約為220mm，蛇體的總長度大約為1760mm。由於舵機自身的約束條件限制，每個舵機的轉角範圍被限制在 90 90度。為了減少機器蛇運動中的摩擦阻力，在機器蛇兩側設計了可裝拆從動輪，可以實現蛇體的平穩游動。採用輕型耐磨塑料製造蛇形機械人的主要結構，在很大程度上減輕了...
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