哨兵机器人_铁人战队_西南石油大学.docVIP

第十四届全国大学生机器人大赛 技 术 报 告 学校：西南石油大学 队伍名称：铁人战队 参赛队员： 随着第十四届全国大学生机器人大赛的开幕，各高校大学生纷纷报名参加本次比赛，我们西南石油大学的同学们也积极参与，报名参加了本次比赛。在本次比赛的准备过程中，我们制作出了最牛的机器哨兵，在比赛时能够在10秒之内爬上瞭望塔顶端，为我方阵地进行军事侦查。 我们的机器人哨兵以剪式千斤顶为主要变形结构，直流电机通过减速齿轮与千斤顶丝杆连接，剪式千斤顶其一相邻臂上固定带有车轮的大扭矩直流减速电机。千斤顶固定于三轮式小车上，小车主动轮为前车轮，后两车轮起到平衡机器人及协同主动轮完成地面移动。直流电机带动丝杆转动，使得剪式千斤顶相邻臂电机车轮完成夹紧动作，小车主动轮不仅完成地面移动，还与千斤顶相邻臂车轮形成三角固定，从而三直流减速电机带动车轮完成机器人爬升动作。软件方面，以16位飞思卡尔MC9S12XS128单片机为MCU，以CodeWarrior IDE v5.9为开发环境，控制方式采用170MHz无线串口遥控一键启动，限位开关反馈信号判定爬杆机器人是否贴紧杆体表面和夹紧杆体，超声波测距传感器定位爬杆高度，继电器控制直流电机的启停和正反转，利用无线串口联机调试，Nokia 5110液晶显示屏显示调试参数。为使爬杆机器人具有一定的作业能力，采用了DJI 5.8 GHz HDMI接口无线图传模块，陀螺仪和CDS5516数字舵机配合使高清运动像机定向摄像，无线图传将爬杆机器人瞭望情况传输至显示终端，起到哨兵侦查作用。 我们的哨兵机器人呢具体设计制作过程分为系统方案设计、方案论证分析、硬件设计制作、软件控制与设计、联机调试五个步骤完成。下面分五个部分具体描述。 第一部分 系统方案设计 1.1系统总体方案设计 整体系统分为以下几个部分： (1)主控部分：接收无线串口控制命令，处理各传感器反馈信号并控制各执行器执行相应动作。 (2)上位机：基于无线串口设计的上位机，主要完成控制命令的发送，调试参数的接收显示。 (3)执行器：电机完成爬杆机器人地面水平运动和杆体爬升运动以及夹紧杆体动作，数字舵机完成摄像机定向摄像动作。 (4)传感器：限位开关判断机器人是否贴紧和加紧杆体，超声波定位爬升高度，陀螺仪监测相机旋转角度。 (5)其他：剪式千斤顶、小车、运动摄像机、无线图传、电源。如图1.1所示。 图1.1 系统总体方案设计 1.2硬件方案设计 硬件设计主要部分在于爬杆机器人的机械结构设计，采用的是连续运动轮式爬升结构。其夹紧变形结构主要靠直流电机通过减速齿轮带动丝杆传动，使剪式千斤顶一相邻臂上装有大扭矩直流减速电机两车轮之间距离发生变化，从而实现夹紧和松开动作；千斤顶固定在三轮式小车上，小车主动轮为前车轮，后两车轮起到平衡机器人及协同主动轮完成地面移动；小车主动轮不仅完成地面移动，还与千斤顶相邻臂车轮形成三角固定，从而直流减速电机带动车轮完成机器人爬升动作；高清运动相机固定在数字舵机上，实现定向摄像。其主视图如图1.2所示。 图1.2 机械结构设计（主视图） 简单说明：图2.2中，1：剪式千斤顶；2：丝杆；3：数字舵机；4：高清运动相机；5：待爬杆体；6：车轮；7：直流减速电机；8：齿轮；9：直流电机；10、11：小车水平运动从动轮；12：小车底盘。 右视图如图1.3所示。 图1.3 机械结构设计（右视图） 简单说明：图2.3中，1：小车水平运动从动轮；2：小车底盘；3：千斤顶丝杆齿轮；4:直流电机轴齿轮；5：直流电机；6：直流减速电机；7：剪式千斤顶；8：待爬杆体；9：车轮；10:小车水平运动主动轮。 1.3软件方案设计 可将爬杆机器人运动分解为水平动作、夹紧动作、爬升动作、相机定向动作四个部分。 首先，无线遥控一键启动，机器人做地面水平运动，当贴紧杆体的限位开关被触发，则表明爬杆机器人已贴紧杆体，此时地面水平运动则结束；水平运动结束，直流电机通过齿轮带动千斤顶丝杆进行夹紧动作，夹紧杆体限位开关被触发，则表明机器人已夹紧杆体；夹紧动作结束后，千斤顶相邻臂上直流减速电机和小车底盘主动轮同时启动，爬升动作开始，当超声波传感器测得已爬升到预设高度时，直流减速电机停止，爬升动作结束，数字舵机转动，相机定向摄像，程序结束。程序流程图如图2.4所示。 图1.4 程序流程图 1.4控制方案设计 爬杆机器人采用一键启动，又为调试方便，且实时检测机器人运行时动态信息，选择用无线串口远程控制，发送控制命令，并利用其设计一较为简易的上位机，接收显示调试参数。 采用远程遥控采用的E50-TTL-100，一款100mW的无线传输模块，工作在148-173.5MHz频段，由于频率很低，具有很强的穿透能力，特别适合于需要穿墙的场合。同时使用串口进行数据收发，降低了无线应用的门槛。模块具有软