創(chuàng)新設(shè)計實訓(xùn)--網(wǎng)格導(dǎo)航.doc

機械專業(yè)設(shè)計創(chuàng)新設(shè)計實訓(xùn) 設(shè)計題目： 網(wǎng)格導(dǎo)航 完成日期： 2 0 1 2年 4 月 學(xué) 院： 機 械 工 程 學(xué) 院 專 業(yè)： 機 械 工 程 及 自 動 化 指導(dǎo)老師： 武 剛 小組成員：課程成績評價表學(xué)號姓名年級專業(yè)工作分工成績程序編寫論文撰寫模型搭建造型設(shè)計模型搭建造型設(shè)計模型搭建造型設(shè)計模型搭建造型設(shè)計整體評價性能（70%）美觀與創(chuàng)意（30%）評語：目 錄一、樂高機器人簡述.4二、問題的提出和分析.52.1 設(shè)計目標.52.2 功能分析.5三、方案的選擇和模型的搭建.63.1 行走功能.63.2 定位功能.73.3 停車功能.73.4 避障功能.73.5 美感工作.8四、程序的實現(xiàn).94.1 程序流程圖.94.2 功能模塊.124.3 程序全圖.13五、設(shè)計小結(jié).145.1 感想.145.2 感謝.15- 16 -一、樂高機器人簡述上個世紀的八十年代，稱為個人計算機（PC）的時代，把九十年代稱為Internet飛速發(fā)展的時代，那么本世紀的第一個十年，會是個人機器人（PR）的時代。隨著智能機器人技術(shù)的發(fā)展，智能機器人的教育走入中、小學(xué)校已經(jīng)成為必然趨勢。智能機器人教育走進普通中、小學(xué)校的可能性和必然性估計會在今后的五年內(nèi)得以實現(xiàn)。21世紀是全球科技經(jīng)濟激烈競爭的世紀。參與激烈的競爭，擔(dān)負建設(shè)的重任，時代向新一代中國青少年提出了高標準、高要求，讓他們提高素質(zhì)、發(fā)展?jié)撃?，適應(yīng)當今這樣一個科學(xué)普及的信息化，現(xiàn)代化時期，他們才能成長為合格的祖國現(xiàn)代化事業(yè)的建設(shè)者和接班人。在這里，你可以了解到：樂高機器人發(fā)展史及發(fā)展方向、機器人的構(gòu)成、機器人的制作、操作、機器人的語言編程、機器的競賽規(guī)則、競賽技巧等。在這里，我們將破除青少年對機器人的神秘感，提高青少年的邏輯思維能力、動手協(xié)作能力和創(chuàng)造能力，讓青少年親手搭建制造一個屬于自己的夢想中的個人機器人。我們還會組織一些對個人機器人感興趣的青少年，參加多項國際性的機器人大賽，展現(xiàn)證明中國新一代的智慧和風(fēng)采。 機器人教育是當今教育中“第一綜合”教育資源。 在美國麻省理工、塔輔茨大學(xué)、卡內(nèi)基梅隆大學(xué)、哈佛大學(xué)、美國太空總署等等世界著名高等學(xué)府和科研機構(gòu)應(yīng)用樂高機器人在教育和科研項目的設(shè)計中，有許多教授使用樂高積木開展和研究各種課程，包括機器人、機械、計算機、設(shè)計與技術(shù)和創(chuàng)造性思維的促進等。他們設(shè)計的這些教育方法和課程有適合大中小學(xué)的，也有適合研究生課題的。中國也有許多學(xué)校開始使用樂高積木來開展各種拓展性和創(chuàng)新性的科學(xué)技術(shù)類課程，促進學(xué)生的創(chuàng)造力、解決問題能力，以推進素質(zhì)教育。每年，國際和國內(nèi)的樂高機器人大賽更是吸引了很多的學(xué)生和家長愛好者的參與。 二、問題的提出和分析2.1 設(shè)計目標網(wǎng)格導(dǎo)航小車主要有兩個實驗的目標：（1）能夠識別方向且能正確判斷經(jīng)過的網(wǎng)格位置，以及它能立即識別自身所在方向，通過不斷的調(diào)整方向，最后將小車停止在指定網(wǎng)格內(nèi)。（2）能夠識別前方是否有障礙物的存在，并在有障礙物阻礙的時候，改變方向以避開障礙物。2.2 功能分析網(wǎng)格導(dǎo)航小車必須具備一些主要的功能：（1）行走功能。網(wǎng)格導(dǎo)航小車的行走系統(tǒng)可由LEGO低速電機經(jīng)齒輪傳動適當組合進行減速，驅(qū)動輪子。這過程需要兩個個電動機，用來給左右的兩個輪胎提供動力，使其運動。（2）定位功能。小車還要具備定位功能，定位過程中需要判斷。我們在小車上安裝了光傳感器，根據(jù)它來判斷經(jīng)過網(wǎng)格線個數(shù)及方位。在定位過程中根據(jù)經(jīng)過的網(wǎng)格線個數(shù)判斷小車的坐標位置及方向：根據(jù)網(wǎng)格反射光線的強弱進行判斷，用LEGO光感傳感器。事先需要大致測量網(wǎng)格線光光度及網(wǎng)格內(nèi)白色面積光感度，取其中間值。我們用了兩個光的傳感器使光感的定位更加的準確。（3）到達終點或邊緣停車功能。到達指定位置或邊線，要求小車強制停車，防止小車掉落損壞：由于光感接頭有限，于是我們想到當小車檢測到經(jīng)過的網(wǎng)格線達到需要的位置時強制停車。這樣的問題是我們必須想到的，也是必須要克服的。（4）避障功能。能夠識別前方是否有障礙物的存在，這里可以用觸動傳感器進行判斷。并在觸動傳感器發(fā)現(xiàn)有有障礙物阻礙的時候，改變方向以避開障礙物。三、方案的選擇和模型的搭建我們在初步分析了上述需要實現(xiàn)的功能后，開始了我們方案的選擇和模型的搭建。3.1 行走功能。（1）骨架的搭建。首先，我們要把小車的骨架搭建好，骨架作為整個小車的支撐其承載力必須要滿足要求，否則就不能支撐小車的重量，所以我們選擇多列板作為底板并且選用單列板進行加強固定，提高小車的碰撞強度，在行進途中也更加的穩(wěn)定。搭建結(jié)果如下圖所示。骨架的搭建 （2）輪胎的安裝。骨架搭建好后，就要考慮怎么讓小車行走的問題了。有多種組件可以實現(xiàn)這種功能，例如說履帶或者車輪，但考慮到我們要讓小車要有向前走、向后走、向左、向右轉(zhuǎn)這幾個功能，所以選用了四車輪設(shè)計。在給底架安上輪胎時，由于限制于功率及接口，輪胎和電動機之間采用較短的軸，通過它將輪胎、齒輪和軸套鏈接起來，再在底板里面加上了兩個長梁，將軸穿過中間的孔加以固定。（3）電動機的放置。接下來就是放置電動機了。這里主要是指用來帶動輪胎運動的電動機的發(fā)置的選擇。輪胎驅(qū)動方面，先要考慮的是采用四輪驅(qū)動好，還是兩輪驅(qū)動好。二輪驅(qū)動力量小及體積大，不適合網(wǎng)格轉(zhuǎn)向及不允許齊線走的要求；于是我們選擇了結(jié)構(gòu)緊湊的四大輪驅(qū)動。3.2 定位功能。小車的定位功能是利用一個光傳感器來實現(xiàn)的。采用兩個光傳感器的原因是為了可以根據(jù)光線的強弱，通過判斷比較兩個光傳感器的數(shù)值來判斷小車在網(wǎng)格的位置。這樣通過程序的修正可以不斷的靠近終點坐標。3.3 到達終點或邊緣停車功能。小車在到達邊緣或指定終點網(wǎng)格之后就要停止電動機轉(zhuǎn)動，防止小車掉落損壞。3.4 避障功能。我們在小車前端裝上了觸動傳感器，這是探知前方障礙物用的。當障礙物碰撞到前方的觸動傳感器，則用程序控制小車避開障礙物。 3.5 美感工作。經(jīng)過上面三個內(nèi)容后，我們小車的結(jié)構(gòu)基本上就完整了。作為工科的學(xué)生，我們都把性能放在了第一位，在性能實現(xiàn)的基礎(chǔ)上，我們也對小車進行了美化工作。 四、程序的實現(xiàn)ROBOLAB是樂高機器人專用的編程語言，它利用圖形化編程環(huán)境，使的我們特別容易掌握，ROBOLAB軟件編程不需要記各種語句的格式，不需要在電腦上輸入語句，只要將所需要的圖標邏輯性的連接起來就可完成程序的編寫。4.1 程序流程圖。（1）主流程圖：開始結(jié)束避障分支程序坐標分支程序圖4.1 主流程圖（2）避障分支流程圖：進入循環(huán)觸動傳感觸動傳感電機A、C正轉(zhuǎn)1秒電機A正轉(zhuǎn)、C反轉(zhuǎn)觸動傳感2按下0.5秒流程圖續(xù)圖圖4.2 蔽障分支流程圖（3）坐標分支流程圖。進入坐標循下光感觸控藍色容值 光感值40 容器值0 容器值0A、C正轉(zhuǎn)A、C正轉(zhuǎn)紅色容器值+1紅色容器值-1電機A、C正轉(zhuǎn)流程圖續(xù)圖紅色容值 3 3黃色容值黃色容值 3 3 3保持原動作電機A、C停止c正轉(zhuǎn)藍色容值藍色容值1010紅色起跳下落電機A反轉(zhuǎn)、C正轉(zhuǎn)電機A反轉(zhuǎn)、C正轉(zhuǎn)保持原動作保持原動作1秒1秒圖4.3 網(wǎng)格導(dǎo)航流程圖4.2 功能模塊。（1）蔽障功能模塊：小車蔽障功能主要是實現(xiàn)目標為：能夠識別前方是否有障礙物的存在，并在觸動傳感器發(fā)現(xiàn)有有障礙物阻礙的時候，改變方向以避開障礙物。蔽障功能模塊的程序圖如圖4.4所示。圖4.4 蔽障功能模塊程序圖（2）網(wǎng)格導(dǎo)航模塊：小車的網(wǎng)格功能主要體現(xiàn)在：們在小車上安裝了光傳感器，根據(jù)它來判斷經(jīng)過網(wǎng)格線個數(shù)及方位。在定位過程中根據(jù)經(jīng)過的網(wǎng)格線個數(shù)判斷小車的坐標位置及方向：根據(jù)網(wǎng)格反射光線的強弱進行判斷，用LEGO光感傳感器。事先需要大致測量網(wǎng)格線光光度及網(wǎng)格內(nèi)白色面積光感度，取其中間值。我們用了兩個光的傳感器使光感的定位更加的準確。并且最后準確停在規(guī)定終點坐標位置。搜索功能模塊的程序圖如圖4.5所示。圖4.5 搜索功能模塊程序圖4.3程序全圖圖4.7 程序全圖五、設(shè)計小結(jié)5.1 感想我認為這次的創(chuàng)新設(shè)計實驗是非常有意義的，因為我們在學(xué)校大多數(shù)時間都是在和理論打交道。理論固然非常的重要，但是實踐卻也是不可或缺的，一個人即使理論再好，但是他的動手能力和臨場創(chuàng)新以及組織協(xié)商比較差，也會對自己以后的工作造成很大的麻煩。而且這次實驗讓我們充分的認識到了自己的不足，尤其是創(chuàng)新能力，所以在以后的學(xué)習(xí)中：我們不僅要牢固的掌握好理論基礎(chǔ)，而且也要關(guān)注前沿的與本專業(yè)有關(guān)的科技，與時俱進豐富自己的視野。這次實驗的編寫程序?qū)τ谖覀円彩且粋€很大的挑戰(zhàn)，在老師講解下我們也初步了解編程，通過反復(fù)的實驗終于調(diào)好了自己的程序，完成了這些簡單程序編寫。5.2 感