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PLC机器人设计.doc
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摘要
随着社会的进步和科技的发展,机器人产品开始进入到生产过程和日
常生活中,种类型的机器人在特定的工作环境下发挥着越来越重要的作用。
但是目前对于移动式器人多采用轮式移动机构,在适应复杂地形时无法满
足路况的要求,由此设计一种灵的、行走平稳和对路况适应性强的机器人
成为解决此类问题的关键。本文研究的六足仿生机器人是结合了仿生学原
理和机器人技术而设计的一种多微型机器人。根据昆虫运动时采用的动作
设计了机器人的腿部 18 自由度行走构,并对其进行了占空比、稳定性、监
控等分析。硬件控制采用 Atmel 公司生产的 51 系列微控制器 AT89C51,三
菱公司生产的 FX1N-24MT-001 通过对端口设计,配备相应的外围电路,由程
序来控制机器人的动作。本论文设计的机器人有自动和手动行走功能。机
器人传动部件采用舵机,舵机角度控制精度高,使机器人行走时稳定性高。
本系统采用 PLC 加单片机形式,其中 PLC 主要负责逻辑运算处理,根据控
制盒给出的输入信号指令经程序运算处理后执行相应的动作并转换为脉冲
发送给单片机,单片机负责将收到的 PLC 信号驱动各舵机运行,完成所要
执行的动作。
最后通过 keil 编译环境编译和 GX Developer 调试了机器人行走程
序。实验结果证明运良好,可以实现机器人自动行走和手动行走功能。
关键词:六足机器人;舵机;PLC;ATmega8515L
目 录
第一章 绪论........................................................................................................................3
1.1 课题研究的背景......................................................................................................3
1.2 机器人的分类....................................... ..................................................................4
1.3 课题的研究现状........................ .............................................................................5
1.3.1 国外研究动态.......................................................................................................6
1.3.2 国内机器人研究动态...........................................................................................6
1.4 6 足 18 自由度仿生爬行机器人的特点.................................................................
7
1.5 课题研究的主要内容..............................................................................................6
第二章 机人的硬件系统设计............................................................................................8
2.控制模块....................................................................................................................8
2.1.1 单片机的选取......................................................................................................9
2.1.2 ATmega8515 的特性与引脚功能.......................................................................11
2.1.3 PLC 的选取…………………………………………………………………….12
2.1.4 FX1N-24MT-001PLC 的简介................................................................................12
2.2 电机驱动模块.........................................................................................................12
2.2.1 随动机构的选择……………………………………………..…………………12
2.2.2 舵机内部结构......................................................................................................13
2.2.3 舵机的工作原理..................................................................................................13
2.2.4 舵机的控制方法.................................................................................................14
2.2.5 舵机控制器的设................................................................................................15
2.3 系统总电路图及机器人结构.................................................................................15
2.3.1 系统总电路图......................................................................................................15
2.3.2 机器人结构..........................................................................................................16
第三章 系统软件设计........................................................................................................19
3.1 机器人软件设计总体方案.....................................................................................20
3.2 单片机模块.............................................................................................................21
3.2.1 系统初始化………………………………………………………………..…....22
3.2.2 程序设计………………………………………………………………..……....23
3.3 PLC 模块.................................................................................................................24
第四章 结论与展望............................................................................................................27
5.1 结论.........................................................................................................................27
5.2 展望.........................................................................................................................28
参考文献..............................................................................................................................29
致谢......................................................................................................................................29
第一章 绪论
1.1 课题研究的背景
随着社会的发展和科技的进步,越来越多的机电产品进入现代中,大幅度提高了社
会生产力,并使我们的生活更加舒适与便捷。机出现的一个科学技术发展的代表,无疑
使人们认识到科技的力量,在应用下,企业生产效率得到了明显的提升。特别是近年来
智能机器人深海勘探等目前人类无法到达的地域的科学研究工作提供了全新的研发展
也往往代表了一个国家的科技实力和工业化的进程。生产的需要和科学技术的发展,也
使人们开始认识到物系统成径之一,自觉地把生物界作为各种技术思想、设计原理和创
造发明的源物理学、数学以及技术模型对生物系统开展着深入的研究,促进了生对生物
体内功能机理的研究也取得了迅速的进展。此时模拟生物不想,而成了可以实现的事实。
在生物学和工程技术的结合下,人们开的知识用来改善旧的或创造新的工程技术设备。
生物学开始跨入各行术革命的行列,而且首先在自动控制、航空、航海等军事部门取得
了和工程技术学科结合在一起,互相渗透孕育出一门新生的科学——仿将机器人的研究
与仿生学结合,能够充分拓展机器人的功能,使条件下能够模仿生物体的某些生理特征,
适应环境的变化进而做出正运动更加合理与准确。由于目前国内外研究的机器人多采用
轮式移动地形时无法满足工况的要求,而足式机器人就可以弥补这些缺点。本足机器人
的设计实现机器人在特定条件下的自主行走。。
1.2 机器人的分类
根据机器人的发展和用途,机器人分为以下三类:
(1)示教再现型机器人。第一代机器人出现在二十世纪五十年传感器,对外界没有
感知能力。机器人的作业路径、运动参数需要操者通过编制程序来设定,机器人重复再
现示教的内容。目前商品化、多是此类机器人,如工业机器手。
(2)感觉型机器人。此类机器人配备了简单的内外部传感器,的速度、位置、姿态
等物理量,并以这些信息的反馈构成闭环控制。觉、力觉传感器后就具有了部分的适应
外界环境的能力。
(3)智能型机器人。具有多种内外传感器组成的感觉系统,既的运行速度、力的大
小等参数,又可以通过外部传感器,如视觉传感器对外部环境进行感知、提取、处理并
进行相应的决策,在结构或半结成某项任务。
根据机器人的外型和行走方式分为:
(1)轮式机器人。其行走机构为轮子,特点是承载能力大,移少,大多数高性能的
轮式机器人设计中采用很多汽车工业技术,甚至接以汽车作为平台进行改造设计。如美
国的“阿波罗”月球车就采用轮
(2)履带式机器人。该机器人的采用履带式行走机构,由于履积接触,所以其跨越
壕沟和爬坡能力要强于轮式机器人,目前主要应术和吸附爬壁清洁方面。
(3)足式机器人。足式移动方式的机器人可以相对较易地跨过坎等,并且机器人的
足所具有的大量的自由度可以使机器人的运动更平的地形的适应能力更强。在地表面极
不规则的情况下,足式机器人的点接触来支撑整个机器人的躯体。较之轮式机器人或履
带式机器人足点是离散的,跟地面接触面积较小,可以在地面上选择最优支撑点 4 则的
情况下,也能够通过严格选择足的支撑点使行走自如。为了适应境下的机器人作业,足
式机器人受到越来越多人的关注,成为了研究点。足式机器人按足的数目可以分为单足,
两足,四足,六足,八足。
(4)其他类型机器人。如球形机器人,蛇形机器人,仿鱼机器物的体态特征研制出的
仿生机器人能够在很大成都上适应特种工作环的仿鱼机器人可以进行跟踪鱼群、水下探
测等任务。
1.3 课题的研究现状
1.3.1 国外研究动态
国外对机器人的研究一直处于领先水平。1954 年 7 月 3 日美国发世界第一台工业机
器人样机,并同时申请具有记忆和重复操作功能然它是一台实验样机,但是已经具备了
现代机器人的主要特征。目前主要集中在航天及军事领域。其代表产品是“勇气”号火
星车,它于登陆火星。它长 1.6m、宽 2.3m、高 1.5m,重 174Kg。它的控制器是一台万
条指令的计算机。当“勇气”号发现值得探测的目标时,它会以 6 至目标面前,然后伸
“手”进行考察。火星车的“手臂”具有与人肩的结构,能够灵活地伸展、弯曲和转动,
上面带有多种探测工具,阿富汗战争中也使用了 5000 台战争机器人进行空中和地面作
战任。日本在 1967 年从美国购买了机器人的生产许可证后,开始了对的热潮。如本田
公司从 1986 年至今相继推出了 P1、P2、P3 和 ASIM 机器人,特别是 ASIMO 除了杰出的
步行能力以外,还可以实现开电灯拖盘子,推车,具有脸部识别功能,并能够与人进行
交谈。它的控制 5 实现了真三维空间的行走。其外型如图 1-1 所示。
图 1-2 所示为 2007 年 8 月意大利科学家研究出一种可以探明机器人”。这个以昆虫为
原型的机器人长 10cm,重 80g。在制作机器参考了跳蚤和青蛙的跳跃方式。当探测大面
积土地时,采用这种设计器人效率更高。这种机器人的身上配备有汞探测器,这样就可
以定位不能探测的盲区。
图 1-1 图 1-2
1.3.2 国内机器人研究动态
我国机器人研究始于上世纪 70 年代,并被列入“七五”期间实施科技发展计划(512
主题)。“863”计划的实施大大推动了我国机器“八五”、“九五”和“十五”期间分别
将机器人技术作为主题,制研究发展规划。“八五”期间重点围绕恶劣环境的室外移动
机器人、遥控移动作业机器人、壁面爬行机器人、水下无缆自治机器人、高精
种类型开展先进机器人技术研究。“九五”期间重点围绕汽车、家电化与以“CR-01”
6000 米水下机器人为代表的特种机器人等方面开键技术与应用示范研究。“十五”期间
进一步拓宽了机器人技术向自的发展,一方面围绕国家急需的关键基础装备,包括高精
尖数控机床机与工程机械、自动化生产线等,开展了相应关键技术与应用示范研国家社
会发展需求的机器人与自动化装备,包括深海载人潜器、仿人与反恐防爆机器人、医疗
外科机器人农业采摘机器人等方面,开展了究。目前我国机器人正朝着遥控检查和排险
机器人(沈阳自动化所)(清华大学、国防科技大学)、防核防化军用机器人(国防科技
大学)、中科技大学)等实用化、智能化和特种机器人的方向发展。图 1-3 仿生螃蟹机
器人,2007 年 7 月 7 日由哈尔滨工程大学研制开发的仿生机器人螃蟹获得成功。该仿生
机器人螃蟹长 60cm,宽 35cm 厚度为 25cm,体重 16 这只仿生螃蟹配备有卫星定位系统,
能潜入 4m 深水下进行搜救、探测如图 1-3 所示。图 1-4 所示为北京航空航天大学研制
的 BH-1 多指灵巧手。它能材质的物体,具有三个手指,每个手指有三个关节共 9 个自
由度。微的内部,各关节有关节角度传感器,指端配有三维传感器,采用两级
系统进行控制。我们可以相信,随着我国科学技术的飞速发展和知识经济时代的究水平
和应用领域,将进入一个大的发展时期。
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oligaga
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