公寓夜间防火自动搜寻机器人.doc

公寓夜间防火自动搜寻机器人
洪浛檩
机电工程学院
张勇讲师
1、课题研究目的
该项目为一个由单片机控制的具有感光、感热功能的六足行走机器人
以52单片机为中枢,由光电二极管来实现感光功能,18B20温度传感器来实现感热功能。单片机接收到光、热信号之后会做出判断决定机器人是否前进、后退或者转弯,并调用相应子程序,来控制伺服电机的转动来实现各种动作。
该机器人的感光、感热功能可用来实现在夜间搜寻火源的功能,因此可用于夜间的防火报警。
2、课题背景
工大各公寓人数众多,房屋设备老化,公寓防火一直备受学校重视,每年入冬都有防火宣传海报张贴在各公寓,以及火灾救援演习。而且,火灾一直是校园公寓的几大隐患之一,特别是在哈市经纬360大厦发生火灾后,工大各公寓都加强了防火措施。不过由于人夜间易疲劳,难以及时发现火灾隐患,因此我们曾在大一时就有了为学校排忧解难的想法。
我们希望制作出一种功能强大的火源搜寻与报警装置,帮助公寓工作人员在困乏的夜间自动搜寻火源,并提醒工作人员在火源很小时便及时熄灭。大一时我们制作了一个“公寓夜间防火自动搜寻装置”,但由于当时知识与能力有限,所以作出的装置是依靠模拟电路和纸质外壳的。现在我们学习了更多的知识,希望能充分发挥能力,将装置改造的更合理一些,为校园安全贡献一份力量。
3、课题研究主要内容
技术要求:
⑴机器人对光敏感,并可对光源追踪。
⑵机器人靠近火源时,停止前进,并报警。
⑶机器人的各种行走功能可按需调用。
⑷机器人美观,小巧,耗能低。
4、结论(成果介绍)
成品模型制作完成,各部分介绍如下:
机械部分
我们让该六足机器人实现前进、后退、转弯的平面运动方式,详细如下:
A
4
5
6
3
2
C
B
1
难点与创新点
难点
三个舵机控制六足有序行走,是目前六足行走机器人中运用最少舵机的方案。这就需要一个合理地行走步态与相适应的机械结构。我们查阅了图书馆中关于六足机器人行走的方案以及网上他人提供的行走方案,发现都存在或多或少的问题,其中最主要的在两个方面:1. 行走方式完全依靠电机的马力从而克服机构阻力前进,不过这样会导致行走的不稳定和不精确;2. 机构都会导致侧边前后腿的连杆与身体主板始终平行运动,这样遇到的最大问题就是不能正确转向。
例如:在《机器人设计与控制》(丹尼斯·克拉克/迈克尔·欧文斯编著,宗华光/张慧慧翻译,科学出版社。)一书中,其六足机器人行走方案如下图例:

而其行走方案建模图如下(其中两侧使用的是双曲柄机构):
初看起来很合理,先前进左侧前后腿,再前进右侧前后腿,最后同时向后移动使中腿。不过问题在于实际的机器人身体是刚性材料,无法形变导致这种行走方案会出现不稳定的结构和不确定的步态。
我们查到的另外2种方案也基本和上面这种方案类似,虽然步态方面都有所改进,但并没有真正解决机构的不稳定和步态的不确定。
由此我们制作了一个步态模型,进过反复模拟和多次讨论,确定了一套自己的步态方案和配套机构。
步态(自创):
前进:由电机A控制,使足2着地,足5抬起,并由于电机的转动作用,足1与足4也会同时抬起。此时,由电机B控制,足1与足3向前移动。之后电机A反转,按先前的方式抬起足2、足4与足6。此时,用电机B控制,足1与足3同时向后摆动,由于此两