前言：中文期刊網精心挑選了機器人設計范文供你參考和學習，希望我們的參考范文能激發你的文章創作靈感，歡迎閱讀。
機器人設計范文1
關鍵詞：機器人；輪腿式；電子控制
中圖分類號：TP242 文獻標識碼：A
0.引言
機器人是給人提供方便或拓展人活動范圍的工具：提供方便，諸如掃地機器人；拓展人的活動范圍，諸如科考類機器人。在自然和人類社會中，存在一些人類無法到達的地方及不適合人類達到的場合，如災難發生的礦井、防災救援和反恐等。
與雙足和四足機器人相比，六足和八足機器人具有獨特的非連續支撐行走方式，即在某條腿失穩情況下機器人仍具有良好的運動穩定性，同時具有不同的步態以應對不同的地形環境；與八足機器人相比，六足具有相對簡單的機械結構，同時也使得控制算法生成較方便可以預見，這些優點將使六足機器人成為在復雜環境下機器人作業的最佳選擇。同時，采用六足在需要時可將其中的兩足轉化成操作臂，進行手臂操作。因此，對六足機器人的研究具有深遠的理論價值和工程應用意義。
因此課題進行研究的是一款陸地移動機器人――多功能六足輪腿式機器人。所述多功能六足輪腿式機器人，輪腿融合并且腿臂可轉換，將在救援行動和探測活動中得到廣泛應用；如果在機器人上搭載更多的模塊，其將具有更多的功能并可以被應用在更多的領域中。
1.機器人機械本體設計
1.1 六足輪腿設計
根據對昆蟲生理結構的分析，根據仿生學的知識設計了如圖1中左圖所示六足機器人。該機器人由6條腿和機器人本體構成，6條腿分別分布在機器人本體兩側，每側三條腿?，F在以編號為②的腿進行腿部結構的詳細介紹。腿部由連桿CE、CB、AB組成，在C、B、A處分別通過轉動副連接，腿在A處通過轉動副與主體相連。在這一腿部機構中CE最長、CB長度中等、BA長度最短，以此模擬六足類昆蟲腿部的真實情況，便于模擬昆蟲實際運動方式。
對機器人腿的自由度進行分析，以腿②為例，該腿部機構中，活動構件數為3，運動副中低副的個數為3，高副的個數為0，因此該機構的自度為：
F=3n-2Pl-Ph=3×3-2×3-1×0=3
因此該腿部機構的自由度為3，要使連桿AB、BC、CE獲得確定的運動，需要增添3個驅動。因此在A、B、C三個轉動副處添加電機作為驅動，即通^控制3個電動機即可使整個機構如昆蟲的足一樣前后移動，同理剩余的5條腿也是如此運動。至此，基于模擬昆蟲運動，完成了六足機器人機械本體的設計。
由于機器人執行任務的需求，需要在到達指定位置時進行一些抓取操作。但為了進行抓取操作再增添操作臂則顯得太過于復雜，因此將機器人腿與操作臂進行結合設計，機器人前部的腿①與腿⑥可以轉換成機械臂，后部的4條腿用于支撐，將前部的腿轉換成操作臂進行抓取操作。
設計的機器人通過機械腿和輪式結構進行移動，前部的兩條腿可以轉換成機械臂進行夾持操作。在平緩的公路上機器人可以通過輪式結構移動，在崎嶇的路面上可以通過機械足進行移動，這樣的設計大大提高了移動效率。
1.2 操作臂設計
如2.1所述，腿①與腿⑥可以從腿部結構轉換為操作臂，在腿部結構的末端F處可以增添夾持手。設計該夾持機構時以結構簡單、能進行簡單操作為原則，在設計時模擬螃蟹的夾持手。
根據仿生學知識設計如圖2所示的夾持手，該夾持手由上下兩部分對稱的夾持指組成，下面以上部夾持指為例進行詳細的說明。該夾持手由連桿OJ、JL、NK組成在O、J、K、N處分別通過轉動副連接，O、N處轉動副與夾持手基座相連。下部夾持指的結構與上部夾持手完全一樣。上下兩個夾持指通過兩個齒輪連接，兩個齒輪分別與連桿OJ、PH固連，即齒輪轉動時兩個連桿也隨之一起運動。
對該夾持機構的自由度進行分析，以便確定原動件數目，以及需要多少電機驅動。該機構中，活動構件數為6，運動副中低副的個數為8，高副的個數為1，因此該機構的自度為：
F=3n-2Pl-Ph=3×6-2×8-1×1=1
因此該機構的自由度為1，需要一個電機進行驅動。在轉動副O處增添電機，使齒輪轉動，進而帶動連桿OJ轉動；通過嚙合的齒輪使得下部連桿PH也轉動，最終即可實現夾持指末端LM的張開和夾緊，即可實現對物體的抓取操作。夾持手通過灰色框線表示的夾持手基座與機器人足末端相連。當LM接觸，即夾持指并攏時作為機器人足可以行走；當腿①、⑥抬起時，即可進行抓取操作。至此，完成了六足機器人操作臂夾持手的設計。
2.機器人電子控制系統設計
2.1 電子系統整體設計
為了能夠讓機器人有運動的能量，需要在機器人本體上布置電池功能模塊；為了控制各個電機按照指定指令運動，需要布置電機控制器模塊；為了對機器人進行遠程控制、與外部環境進行交互，需要在機器人上增添一些交互設備。
機器人電子系統整體如圖3所示，驅動電機布置在各個驅動關節處，通過線纜與電機控制器相連；其他電子設備均集中安放在機器人本體處。機器人本體分為上中下3層，分別為設備、控制器和電池。
2.2 控制及交互設計
對電機控制、設備等各部分進行詳細地設計說明。
電機控制模塊：電機安裝在各個驅動關節處。機器人運動有自主和遠程控制兩種運動模式，自主運動模式是不需要外界實時給機器人運動指令，機器人可以自行運動；遠程控制是通過遠程控制軟件實時給機器人發送運動指令。同時還可以控制機器人前部的兩個腿變換為操作臂，并通過末端的夾持器實現對物體的夾取。
語音與圖像交互模塊：麥克風與攝像頭安裝在機器人本體最上層，通過麥克風、攝像頭可進行語音和圖像的交流。災害發生需要救援被困人員時，可以讓機器人進入一些人無法進入的狹小空間。
手勢識別及地圖重建模塊：增添現有的一些3D體感攝像機，通過攝像機捕捉并分析得到人手的手勢動作，將捕捉到的手勢與之前程序中預設的進行比對，再讓機器人進行相應的操作。無線模塊：在機器人本體最上層安裝天線，通過此天線實現機器人各種設備、電機控制器與遠程控制軟件之間的通信；遠程控制可以通過電腦控制程序實現。
結論
本文運用仿生學的知識，通過模擬足形昆蟲腿式結構，并且結合輪式機器人的特點，設計了一種多功能輪腿式六足機器人。該機器人可采用足式與和輪式兩種行走方式在兩個足末端安裝有夾持手可進行抓取操作。通過安裝3D體感攝像機等設備，實現與外部的語音圖像交互以及手勢操控、地圖重建等功能。所設計的機器人結構新穎、功能豐富，具有很強的實用價值。
參考文獻
[1]王穎，孫翠磊，于淳，等.移動機器人綜述[J].科學導報， 2014（15）：12-13.
[2]李滿宏，張明路，張建華，等.六足機器人關鍵技術綜述[J].機械設計，2015（10）：1-8.
[3]聶澄輝，劉莉，陳懇.模塊化可重構足式仿生機器人設計[J].機械設計與制造，2009（2）：7-9.
機器人設計范文2
關鍵詞：滅火機器人；傳感器；編程策略
中圖分類號：F49
文獻標識碼：A
文章編號：16723198（2013）01017402
0引言
隨著現代科技的飛速發展，機器人在人們生產生活中發揮著越來越重要的作用，在某些特殊領域可以代替人完成人們不可能完成的任務，例如機器人可以參與救援、排爆、消防等。機器人學科涵蓋面廣，綜合了機械、電子、自動控制、傳感器、通信和人工智能等多學科的最新技術。目前，很多高校已經開設機器人實踐教學課程，同時，國際上還推出不同類型的機器人比賽，為了適應國內機器人教學的發展趨勢，借鑒國內機器人生產廠家樂高、廣茂達等機器人制作經驗，自行設計開發了基于國際賽制滅火比賽規則的機器人。
1選擇嵌入式ARM CortexTM-M3為滅火機器人處理器
嵌入式系統是將先進的計算機技術、半導體技術、電子技術以及通信和語音圖像技術與各個行業的具體應用相結合形成的產物，既具有硬件擴展功能還有軟件開發功能。將嵌入式系統應用于滅火機器人的控制器中，使機器人更加的智能化、網絡化和小型化。
ARM CortexTM-M3內含32位72 MHz時鐘主頻，能執行實時多任務進行快速中斷響應。CPU 含有5 級流水線，
緊耦合存儲器（TCM），跳轉指令高速緩存（BC）等性能增強部件，使得每秒種可執行約1 億1 千萬條機器指令。允許用戶自調主頻以適應不同的應用場合，具有64Kb 隨機存儲器（RAM）和512kb 程序存儲器（Flash ROM）。
2滅火機器人傳感器系統總體設計
傳感器用于實時監測周圍環境信息，描述機器人與環境的相互關系。主要使用紅外光電傳感器、180。全方位探測復眼、地面灰度傳感器、內置式數字指南針和聲音啟動模塊，滅火機器人傳感器分布如圖2所示，（〖XC李宗學-03.TIF〗表示紅外光電傳感器；表示火焰探測傳感器）。
2.1紅外光電傳感器
主要是用來檢測障礙物的，搜索蠟燭所在房間是避免碰撞發生和檢測房間門口，也稱距離傳感器（PSD傳感器）。紅外光電傳感器的檢測距離為10cm～80cm。通過發射和接受紅外線來確定障礙物的遠近。
2.2180°全方位火焰探測傳感器
在滅火比賽中主要用于尋找火源。當輸出電壓約等于0時表示沒有火焰，當輸出電壓為0.5～2.5V時表示探測到火焰。有效探測距離2m，探測角度為60°，在每個半圓形區域共有7個通道，180°掃描范圍，同時在機器人前后對稱安裝2個，則可以覆蓋360°范圍。
2.3灰度傳感器
根據不同顏色地面對光的反射程度的不同，通過比較電壓來檢測場地內的房間入口白線、火焰范圍及出發處。
2.4數字指南針
數字指南針連接于控制卡的I2C端口，機器人通過數字指南針能夠明確自己在滅火場地中的位置，智能定向，使機器人能順利搜索各個房間和在滅火后順利返回出發點。
3程序設計
有了以上的硬件基礎，還要有優化的程序來支撐，我們采用在房間門口白線處檢測房間內有無火焰的方法，節省時間，減少碰撞。滅火全過程共由避障、找火、滅火和回到出發點四部分組成。
3.1門口白線處檢測火焰的程序設計
利用紅外光電傳感器，檢測墻壁實現無碰撞行走。機器人通過地面灰度傳感器檢測每個房間入口的白線，在白線處利用火焰傳感器和溫度傳感器快速探測有無火源，如果檢測到火源，則走進房間蠟燭周圍的白線區域火焰處啟動滅火風扇完成滅火，最后返回到出發點。其總體算法流程圖如圖3所示。
3.2躲避碰撞程序設計
滅火機器人主要通過距離紅外傳感器，判斷距離周圍墻壁的遠近，從而控制機器人無碰撞行走。無火不進房間策略綜合應用了右手、左手法則以及固定線路法來躲避障礙物，以沿右墻走為例說明躲避碰撞搜索房間的程序。通過紅外光電傳感器設置多個條件判斷，對機器人下一步的運動方向做出精準的判斷，從而躲避碰撞。如表3所示，其中PSD2為右45度角紅外傳感器，PSD1為右紅外傳感器。
3.3機器人尋找火源及回家程序設計
當機器人前、后兩個灰度傳感器檢測的灰度值有較大差距時，則說明機器人處于房間的門口白線處。這時左、右火焰傳感器和溫度傳感器檢測火源，通過前、后溫度傳感器值來判斷房間是否有火。如果有火源則進入滅火階段，通過檢測左右火焰探測傳感器的值來調整機器人位置使其正對火焰，最后啟動風扇將蠟燭熄滅。
在對火源進行滅火后，需返回且停在出發點位置。返回路線根據機器人所處的房間不同而不同，如果在1號或者4號房間滅火后走右手法則回家；如果在3號房間則滅火后走左手法則回家；如果在2號房間滅火后先走左手法則，然后走固定直線線路返回到出發點位置。當機器人的地面灰度傳感器檢測前后皆為白色并且紅外光電傳感器檢測前面有墻壁時結束程序，即回到出發點成功滅火。
4總結
滅火比賽的任務是機器人以最短時間找到火源并熄滅。成功滅火并且用時最短者獲勝。機器人遍歷4個房間后，熄滅4號房間的火源，實際滅火時間大約為7秒左右，接近于國內領先水平，其余房間實際滅火時間均在6.5秒以下。實驗表明設計的滅火機器人能夠較好完成滅火任務.具有一定使用價值。該設計的創新之處是以ARM CortexTM-M3為核心的嵌入式系統的控制器能夠高速采集和處理傳感器信號。實現7S內完成任意房間滅火，并且成本較低，有利于智能機器人早日實現市場化；通過沿墻行進規則的設計，機器人的靈敏度和適應外界變化的特性明顯提高.且程序簡捷，有利于模塊化編程。
參考文獻
[1]張曉偉.劉盼盼.嵌入式系統設計原理開發實例[M].北京：電子工業出版社，2008.
[2]ASControSet2012控制器使用手冊[M].上海：上海廣茂達，2012.
[3]梁毓明，徐立鴻.移動機器人多傳感器測距系統研究與設計[J].計算機應用，2008，28（6）：340343.
[4]SETHARES W A，MORRIS R D，SETHARES J C.Beat tracking of musical performances using lowlevel audio features[J].IEEE Transactions on Speech and Audio Processing，2005，13（2）：110113.
[5]NISSON N J.Artificial intelligence：a new synthesis[M].Beijing：China Machine Press，2006：5860.
[6]卓晴，黃開勝，邵貝貝等.學做智能車[M].北京：北京航空航天大學出版社，2007.
[7]孫涵芳，徐愛卿.MCS-51/96單片機原理及應用[M].北京：北京航空航天大學出版社，2005.
[8]陶敏，陳新，孫振平.移動機器人定位技術[J].火力與指揮控制，2010，35（7）.
機器人設計范文3
關鍵詞：機器人；變半徑管道；修補；蝸輪蝸桿
1 前言
目前細小型管道已廣泛應用在電力，制冷，航空航天等領域。而隨之而來的細小的查漏、排障、修補等問題也日益引起業界的廣泛關注。本文所研制的機器人主要應用于內徑50-70mm的管道中的查漏和修補，通過機器人攜帶的超聲波傳感器及紅外線傳感器可排查阻塞管道的障礙和檢測管道縫隙，機器人上安裝有修補劑涂抹機構，通過CCD成像技術可使機器人準確的修補管道縫隙。
2 總體結構設計
本研究中機器人主要由行走機構，變徑機構，涂膠及檢測機構組成；總體結構示意圖，如圖1所示：
圖1 總體結構圖
1.變徑機構 2.行走機構 3.涂膠及檢測機構
2.1 行走機構
機器人的行走機構由四個行走單元組成，每個單元固定在變徑滑道上，由此組成機器人的行走機構。行走單元機構示意圖如圖2所示：
圖2 行走機構
1.支架 2.從動輪 3.驅動電機 4.從動輪連桿
5.從動輪扭簧 6.從動軸 7.主動輪
8.主動軸 9.蝸輪 10.蝸桿
機器人行走時由3驅動10帶動9和8旋轉，主動輪7帶動機器人在管壁內行走，從動輪2通過扭簧5及從動輪連桿的被動的適應在管壁上，由于機器人的行進從動輪2從動旋轉以增加機器人和管道壁的接觸長度。
2.2 變徑機構
變徑機構部分主要有滑道、滑塊、連桿及拉簧組成。機器人進入管道時拉簧要有一定的預緊力，以增加機器人行進的驅動力，機器人行進至變半徑管道時，由于管道半徑發生了變化，導致機器人行走單元上相對主動輪間的距離變化，連接各單元的拉簧長度變化致使滑塊在滑道上滑動，從而適應變化后的新半徑。具體結構如圖3所示：
圖3 變半徑機構
1.單元固定塊 2.拉簧 3.變徑連桿 4.滑塊
5.行走單元 6.滑道 7.主動輪
8.支架 9.扭簧 10.從動輪
機器人行走在變半徑管道內，當管道半徑發生變化時，3、4、7可視為的搖桿機構，由扭簧2的伸縮帶動滑塊4在滑道6上滑動，滑塊4通過變徑連桿3拉動支架8沿管壁半徑方向擺動，使主動輪7適應管內半徑的變化，從動輪10通過扭簧9的作用也在管道半徑方向上擺動，從而適應管道半徑的變化。
2.3 涂膠及檢測機構
圖4 涂膠及檢測部分
1.推出電機 2.檢測攝像機 3.推出絲杠
4.行進攝像機 5.澆池 6.注膠電機
機器人在管道里行進時通過行進攝像頭4實時監控管道內的情況，攝像機前端安裝有一周LED發光體，通過手持終端來調整機器人的速度和姿態，通過檢測攝像機2反饋回的圖像信號檢測管壁的情況，當發現管壁有需要作業的區域，通過手持終端的控制，驅動電機3帶動澆池5沿管壁半徑方向調整，當對準作業區域時，電機6旋轉通過絲杠螺母機構擠壓澆池5，使膠涂抹在作業區域，完成一次作業任務。
2.4 機器人的轉彎
機器人的轉彎是通過控制行進電機的差速實現的，通過控制行進電機的速度及旋轉方向可以使機器人在狹小管道內靈活的轉彎。
5 總結
基于直流電機驅動蝸輪蝸桿機構、扭簧和連桿機構被動適應的細小管道機器人，采用這種機構可以提高機器人的爬行牽引力，結構簡單、緊湊，能適應不同的管道半徑，轉彎靈活，控制簡單，其力學特性分析證明，保持較小的姿態角能提高機器人的牽引力，管道被動適應機構的張開過程是一個復雜的受力過程，在設計中應給予著重考慮。
參考文獻
[1] 許馮平, 鄧宗全. 管道機器人在彎道處通過性研究[J]. 機器人, 2004, 26(2)： 155-160
[2] 張永順, 鄧宗全, 賈振元等. 管道內輪式移動機器人彎道內驅動控制方法[J]. 中國工程機械, 2002, 13(18)： 1534- 1539
[3] 張云偉, 顏國正, 丁國清等. 煤氣管道機器人管徑適應調整機構分析[J]. 上海交通大學學報, 2005, 39(6)： 950-959
[4] 張秀麗. 一種小型管道檢測機器人[J]. 機器人, 2001(10)： 626-629
機器人設計范文4
關鍵詞：人形機器人；單片機；軟件
中圖分類號：TP242 文獻標識碼：A
0.引言
如今，機器人技術在軍事、生產和生活領域中得到了廣泛的應用。隨著機械化、自動化和智能化技術的發展，許多先進的技術已應用于各類機器人中。人形機器人的出現是控制科學、傳感器技術、人工智能等學科的技術進步。人形機器人的設計和發展在生活中應用前景較廣，如引路機器人、點菜機器人、問詢機器人等。本設計完成了一個具有17關節的機器人外形設計和零部件加工制作、電路設計和搭建和軟件編程調試，最終實現了一個能夠按照預先設置程序而動作的機器人。
1.外形設計
要使機器人動起來，必須借助電機的轉動控制機器人的關節以某種規則轉動。人形機器人整體采用1.5mm厚輕質鋁板手工加工而成，如圖1所示。機器人頭部采用一個90°的9g舵機帶動，可以實現頭部的左右轉動運動。其余16個舵機均采用270°的60g金屬齒大扭矩舵機。每條手臂由3個舵機構成，其中一個舵機固定在胸板上，控制手臂的前后旋轉運動；一個舵機控制手臂的上下運動；一個舵機控制小臂的運印C刻跬炔坑4個舵機組成，其中最上方舵機控制腿部左右運動；其余3個舵機控制腿部彎曲的運動。每只腳部由1個舵機組成，控制腳部左右方向的運動。除了胸板、胸板外殼、頭部、腳板以外，其余所有關節連接均采用標準件完成。機械連接件均在本校內加工中心由師生共同完成。最終機器人高度為500mm，寬度270mm，臂展560mm，臂長180mm，總質量約1.5kg。
經測量，機器人重心在膝蓋附近。機器人重心越低，機器人運動越加平穩。反之機器人重心約高，機器人穩定性越差。本設計電源分布在機器人胸板偏下，兩塊鋰電池左右對稱安置，避免破壞機器人的平衡性。
2.電路設計
人形機器人由舵機電源電路、單片機電源電路、單片機最小系統電路和舵機控制電路四部分組成。由于需要同時驅動17個舵機，故本設計采用2塊額定電壓為7.4V的輕質鋰電池為機器人供電，其中頭部舵機、單片機最小系統和其中7個關節舵機采用一塊電池供電，另外9個關節舵機由另一塊電池供電。
因為60g舵機的驅動電流較大，故采用LM29302驅動，其驅動電流可達到3A。為保證供電平衡，本設計中采用4塊LM29302構成4個可調穩壓電路模塊，經調節后穩壓輸出6V（±5%）為舵機供電，每個模塊控制4個舵機。如圖2所示為LM29302電路圖。頭部舵機、單片機最小系統采用LM2940穩壓輸出5V控制。
機器人核心控制板采用作者本人設計PCB印制電路板，如圖3所示。該PCB中需要將XS128最小系統板插入在引腳座中。核心板中包含LM2940穩壓電源線路，并引出了最小系統中的80個引腳。
3.軟件設計
（1）舵機控制
本設計中的舵機均為數字舵機，采用PWM信號控制。MC9S12XS128系列芯片帶有7路引出的PWM輸出口，其余10路PWM信號輸出采用10個I/O口由軟件模擬實現。調試前，先找到每個舵機的中間位置點和運動范圍區間，記錄角度和對應的PWM值，最終實現線性控制。每個舵機的單獨控制可以近似采用y=kx+b的數學模型。
（2）動作控制
程序采用C語言編程，每個舵機關節的運動采用一個獨立的函數編寫完成，并建立模塊化程序，通過各個模塊的協調運行實現機器人的協調運動。同時程序中具有良好的可維護性和擴展性，可以滿足隨時加入新的動作。本設計編寫了一套“舞蹈”動作和一套行走動作。
（3）單片機初始化
本設計采用MC9S12XS128型號單片機。其中包含以下初始化程序模塊：PLL模塊主頻80MHz；PWM模塊不級聯輸出；PIT定時中斷和外部觸發中斷；I/O輸入輸出接口模塊。
結論
人形機器人在今后生活中的應用前景較大，配有GPS功能、語音功能和網絡化管理的人形機器人是未來人形機器人發展的趨勢。但這些智能化的功能都需要以機器人穩定的行動能力為基礎。經驗證，本設計的機器人能夠實現基本動作的展示和行走。下一步，可以在本文研究的基礎上，加入如語音問詢和導航功能，從而進一步提高人形機器人的智能化程度。
參考文獻
[1]虞漢中，馮雪梅.人形機器人技術的發展與現狀[J].機械工程師，2010（7）：3-4.
機器人設計范文5
關鍵詞：STM32單片機、限位開關、步進電機
Abstract： The solar cell board cleaning device is controlled by STM32 microcontroller as the control part，Connecting the rail （belt drive） with two two phase hybrid stepping motor，XY rectangular coordinate system is composed of a solar panel to clean the solar panels.A line of cleaning is carried out at the level of the horizontal direction，End of a line，The vertical direction of stepper motor drives the horizontal guide rail overall move a distance by the limit switch trigger，Then the horizontal direction of the cleaning device and then a line level，So go round and begin again until the entire cleaning， cleaning the panels.At this point， the limit switch to the end of the vertical guide rail，The whole device will be reversed in the vertical direction to the starting position， then the cleaning will be completed.
Key word：STM32 single chip microcomputer、Limit switch、Stepper motor
0引言
隨著時代的發展，節能成為當今社會的又一大主題。其中，太陽能成為大家的研究對象。太陽能電池板將會成為世界節能的主流方向。目前，國內家用太陽能電池板越來越普及，但若要清理電池板，則需我們人為的清理。由于太陽能電池板大多安裝在較高處，一般情況很難清理。而我國在清潔太陽能電池板機器人這塊兒，仍處于初期的探索階段，很多核心技術尚未掌握，市面上也很少有太陽能電池板清潔機器人。所以對清潔太陽能電池板機器人的設計的研究就顯得十分重要，使其可以在危險的環境下替代工人勞動，并且已在各個領域發揮不凡的作用。
從市場供應層面看，雖然國際市場已經有類似的產品，但是日本掌握著較為成熟的技術和生產，我國在這方面仍處于各方探索的初期階段，深入研究和創新仍是我們的目標。從市場需求層面看，環保節能逐漸成為生產的宗旨，太陽能電池板提供的清潔能源且取之不竭，家用太陽能的供電模式將成為主導，保持板面清潔是提高效率的必要選擇，在我國已有的研究成果上擴大其功能和適用范圍是我們研究的終極目標。將環保節能意識貫徹始終是我們作此研究的重要意義。
1方案論證與比較
1.1 整體結構選擇
方案一：選用外形小車結構的模型，為清潔機器人裝上吸附裝置、清潔裝置、蓄電裝置、遙控裝置。這種設計方法最終機器人清潔靈活，技術上和產品上較為優越，但是在小車指定區域內循跡難以實現，算法結構較為復雜。技術要求較高，成本昂貴。
方案二：采用機械臂式框架結構設計，采用單片機控制運行軌跡進行清潔，結構簡單，成本適宜，實現較大面積清潔相對方便快捷。
相比之下選用方案二。
1.2 電機及運行方式
方案一：電機選擇兩相步進電機作為驅動裝置，兩個兩相步進電機連接導軌（皮帶傳送）。組成XY坐標系，以太陽能電池板中心為始點，驅動電機實現有內線外漸開式走矩形路線，直到將板清掃完。此方案的驅動部分程序設計相對復雜。
方案二：電機選擇兩相步進電機作為驅動裝以置，兩個兩相步進電機連接導軌（皮帶傳送）。組成XY坐標系，先后驅動水平和垂直方向上的電機，實現清掃裝置部分進行己字形路線清掃。此種方法實現簡單，程序設計清晰不復雜。故選用方案二。
1.3 清潔裝置選擇
方案一：在清掃部分使用毛刷，在裝置按軌跡運動過程中，帶動毛刷將電池板上的灰塵刷掉，并在毛刷周圍固定上海綿，進行二次擦拭。此方案設計簡單，成本較低，但是對于附著較緊的污漬清掃效果不理想。
方案二：在清掃部分使用直流電機帶動圓盤刷進行清掃，這樣毛刷可獲得較大的動力，清掃效果可以得到明確的提高。故采用方案二。
1.4 單片機選擇
方案一：51單片機：價格便宜，引腳功能簡單，但對復雜控制有些力不從心。
方案二：STM32系列單片機高性能，低成本，低功耗且功能強大，若以后要對設計進行改進則可方便實現。故采用方案二。
1.5 總體方案論述
此太陽能電池板清潔裝置以STM32單片機作為控制部分，以兩個兩相混合步進電機連接導軌（皮帶傳動），組成XY直角坐標系對太陽能電池板進行清掃，清掃部分采用直流電機帶動圓盤刷隨驅動裝置按軌跡運動。清掃開始時先在水平方向上進行一行清掃，一行清掃結束，由限位開關觸發使得垂直方向上步進電機帶動水平導軌整體移動一段距離，然后水平方向上清掃裝置再進行一行水平清掃，就這樣周而復始的清掃，直至將整個電池板清掃完，此時碰到垂直導軌末端的限位開關，則整個裝置將在垂直方向上逆向行駛到啟動位置，這時本次清掃將全部完成。裝置實物圖如圖1所示。
圖1 裝置實物圖
1.6 系統總體框圖
2 硬件介紹
2.1 太陽能電池板板樣
選用模板大小為50cm X 70cm的家用太陽能電池板為實驗樣板，電池板實物如下：
圖2 太陽能電池板
2.2 兩相步進電機
本實驗選用電機為57BYGH301，其各項參數可在下表中查詢：
2.3 M542H 兩相混合式步進電機驅動器
M542H 細分型兩相混合式步進電機驅動器，采用直流 18～50V 供電，適合驅動電壓 24V～50V，電流小于 4.2A 外徑 42～86 毫米的兩相混合式步進電機。此驅動器采用交流伺服驅動器的電流環進行細分控制，電機的轉矩波動很小，低速運行很平穩，幾乎沒有振動和噪音。硬件如下：
圖3 步進電機驅動器
2.3.1 電氣參數
輸入電壓： 直流 24～50V 輸入
輸入電流： 小于 4 安培
輸出電流： 1.0A～4.2A
功 耗 功耗：80W； 內部保險：6A
溫 度： 工作溫度-10～45℃；存放溫度-40℃～70℃
濕 度： 不能結露，不能有水珠
氣 體： 禁止有可燃氣體和導電灰塵
注：撥碼開關請在未上電時調好，嚴禁帶電操作，切記！
2.3.2 控制信號接口
PLS+： 步進脈沖信號輸入正端或正向步進脈沖信號輸入正端
PLS-： 步進脈沖信號輸入負端或正向步進脈沖信號輸入負端
DIR+： 步進方向信號輸入正端或反向步進脈沖信號輸入正端
DIR-： 步進方向信號輸入負端或反向步進脈沖信號輸入負端
ENA+： 脫機使能復位信號輸入正端
ENA-： 脫機使能復位信號輸入負端
2.3.3 撥碼開關
為了驅動不同扭矩的步進電機，用戶可以通過驅動器面板上的撥碼開關 SW1、SW2、SW3位來設置驅動器的輸出相電流（有效值）單位安培，各開關位置對應的輸出電流不同。
2.3.4 驅動器接線
一個完整的步進電機控制系統應含有步進驅動器、直流電源以及控制器（脈沖源）。以下為典型系統接線圖：
圖4 步進電機接線圖
3 軟件程序流程圖
4 實驗結果
（1）經過試驗測試，此太陽能電池板清掃裝置可實現傾斜的電池板的清掃工作，
清掃效果良好，能將附著較緊的污漬清掃干凈。
（2）通過加長水平導軌可實現對多塊太陽能電池板的跨板清掃。從實際使用效果看總體達到實驗基本要求。
5 總結
本次設計剛開始選定題目后，經過討論選定了一個方案小車模型的清掃裝置，但由于設計所需知識水平較高，最終經過較長時間的研究，也沒有將實驗做出實質性的進展，致使浪費很多時間。當我們從頭開始后，汲取之前的教訓，最終確定了現在導軌框架清掃方案。
當然在完成設計后仍有許多有待改進的地方，這都是我們今后努力的方向。并且實驗中每一個實驗成員配合更加默契，更加懂得了團結協作的重要性。這在我們今后的生活工作中都會是非常重要的寶藏。
參考文獻：
[1]濮良貴，紀名剛，陳國定，等.機械設計（第八版）[M].高等教育出版社，2007.
[2]大連理工大學工程畫教研室.機械制圖（第五版）[M].高等教育出版社，2003.
機器人設計范文6
關鍵詞：stm32；傳感器；滅火機器人
DOI：10.16640/ki.37-1222/t.2016.10.127
1 系統整體方案設計
智能滅火機器人在聲音或人工啟動后 ，左右兩側的電機被驅動旋轉，小車在前進的過程中，通過兩側夾角固定紅外傳感器，來調整兩輪的轉速，是車體達到前行方向，前行過程中實時監測是否有火源存在，若火焰傳感器檢測到有火源時，向火源靠攏，當與貨源達到一定距離時，溫度傳感器接收到信號，在單片機處理下使風扇轉動，直至火源被滅才停止旋轉，然后繼續尋找下一火源。
系統總體設計框圖如圖1。
2 系統硬件設計
2.1 結構設計
在綜合考慮工作受地面摩擦、機器人慣性、機器人電機的轉數差、齒輪箱與輪子的摩擦、電壓變化等多個因素影響后，為了方便小車在前進過程中，能夠直線前進，且沒有左右較大的晃動，而且能夠平穩轉彎，我們采用圓形車體，兩電機驅動，前后各安裝一個萬向輪。
車體主要由電路板，車底盤，風扇架，車輪等構成，為了更加節省車體空間，我們在設計電路板時，將穩壓芯片，電機驅動，stm32芯片都焊接在一塊板子上，使整個車體看起來更整潔更美觀。在車體前方安裝5個紅外傳感器，并且距中心紅外各岔開30度，將兩個傳感器放在車盤后面，距中心岔開60度。這樣能夠使探測的范圍更大，有利于對墻壁的探測。紅外的距離大概8cm，經過檢測，這樣車體能夠最快修正，更加平穩。電池放于車底盤下面，將車的重心降低，更有利于車體穩定。將風扇提高能夠略高于火源，而溫度傳感器與火焰傳感器一般與火源同等高度，風扇要有大概10度的向下傾角，這樣就能保證最大范圍的滅火。
2.2 電源管理模塊設計
電源管理模塊包括穩壓模塊與驅動模塊。由于單片機及所有的傳感器系統供電采用的是5V的電源，而車體要良好的運行電機的供電電壓應該達到12V，所以在電源的處理上采用了穩壓芯片，LM2596來穩5V，以供傳感器使用，電機驅動模塊使用直流12V，使用一款MC34063 升壓芯片。由于傳感器數量較多，尤其紅外傳感器所消耗的電流較大，這便是我們使用LM2596的原因。
電機驅動芯片我們采用的是 LR7843 ，電機驅動電路為一個由分立元件制作的直流電動機可逆雙極型橋式驅動器，其功率元件由4片 N 溝道功率 MOS 管組成，額定工作電流可以輕易達到 100A 以上，大大提高了電動機的工作轉矩和轉速。該驅動器主要由以下部分組成：功率 MOS 管柵極驅動電路、 IR2104驅動芯片、74HC08D與門芯片等。
2.3 傳感器模塊設計
紅外傳感器采用E18-D80NK，傳感器具有探測距離遠、受可見光干擾小、價格便宜、易于裝配、使用方便等特點。紅外發射管發射出經過調制過的38KHZ的紅外光，當前方沒有障礙物時，接收器收不到紅外光，相反當前方有障礙物時，接受器可以收到紅外光。根據此原理，機器人可以感知前方的路況從而決定是否前行。聲音傳感器是固定頻率聲控的，內部含有鑒頻器，可以對固定頻率音頻信號識別；放大器對麥克風的聲音進行100倍放大，并從接口插針輸出，可以精密多圈電位器調節頻率。這樣我們就可以更加準確的控制小車，不至于在雜音下啟動。溫度傳感器采用的是DS18B20 測溫模塊，其板載DS18B20芯片，同時留有3P圓孔座，方便插拔DS18B20芯片，芯片引腳已經全部引出，內置上拉電阻，方便使用，價格便宜，能夠精確檢測與火源距離，使小車實現完全自動化?；鹧鎮鞲衅髋c風扇模塊選材，滿足需求即可，但其位置有較為嚴格要求，火焰傳感器最好使用5路，分布原理與紅外傳感器分布原理相似，方便在檢測火源后校正角度。風扇最好選用大功率空心杯等，能夠保證足夠的風力滅火，使用繼電器控制其開關。
3 軟件設計
程序的開發是在Keil開發環境下進行的，包括源程序的編寫、編譯和鏈接，并最終生成可執行文件。軟件設計部分包括系統初始化、 數據采集與處理、 電機控制、滅火等部分。
在小車接收到信號啟動后，實時監測是否有火源存在，在紅外傳感器沒有檢測到物體時，小車則向兩邊斜向靠攏，以便貼近障礙物行駛。若檢測到火源，根據火焰傳感器來判別火源的方向，并逐漸向火源靠攏，靠近過程中及時修正車體方向，在距火源達到一定距離后，溫度傳感器接收到信號，通過單片機控制繼電開通，促使風扇轉動，直至檢測不到火源時風扇停止。為防止火復燃，需小車在原地靜定幾秒鐘，確定無火源時再離開，繼續尋找下一火源。
4 結論
順應于現代滅火技術的理念，基于stm32核心處理器，合理搭建小車機械結構，使用紅外傳感器避障，聲音傳感器啟動，火焰傳感器檢測火源，溫度傳感器控制與火源距離，用風扇滅火，我們設計出一種運行穩定，價格低廉，可靠且可行的全自動智能滅火機器人。
參考文獻：
[1] （美）麥庫姆.小型智能機器人制作全攻略[M].（第4版）北京：人民郵電出版社，2013（06）.
