探索机器人设计与实验研究(附件)
摘 要在机器人系统的应用设计过程中，探索功能具有巨大的研究价值，所以不论是在探测复杂地形，还是搜集相关信息时，关于地形探索问题的解决都是关键所在。在大多数情况下，机器人工作区域的具体信息都是不能提前知晓的，这就要求我们在安排机器人作业时，必须控制机器人对周围环境进行探测，建构出相关地图，从而不是盲目地执行任务；在其他一些情况下，比如在一些搜救现场或是监控森林火灾时，任务的根本所在都是对于目标地形的遍历。首先，本文论述了国内外机器人的研究现状，并对我国关于探索机器人的研究过程进行了详细的描述。以慧鱼机器人为模型，在ROBOPro的平台上，将寻迹作为主要实现功能，对其进行编程，并对该寻迹机器人进行三维实体建模，以便更好地分析和理解该机器人的结构和工作原理。关键词：探索机器人；寻迹；建模；程序目 录
第一章 绪论 1
1.1 引言 1
1.2 国内外探索机器人的研究现状 1
1.2.1 国外探索机器人研究现状 1
1.2.2 我国探索机器人研究现状和存在的问题 2
1.3 课题的目的和意义 3
1.4 本课题的主要研究内容 4
第二章 探索机器人的搭建 5
2.1 引言 5
2.2 探索机器人的搭建 6
2.3 实际操作中存在的问题 8
2.4 本章小结 9
第三章 探索机器人的三维建模和装配 10
3.1 引言 10
3.2 探索机器人各零部件的三维建模 10
3.2.1 齿轮 10
3.2.2 电机 12
3.3.3 轴 12
3.3.4 螺帽 13
3.3.5 履带 13
3.3.6 基座 15
3.3 探索机器人的总装配图和相关工程图 15
3.4 本章小结 17
第四章 探索机器人的程序设计和分析 18
4.1 引言 18
4.2 子程序的设计与分析 19
4.2.1 子程序 (空1) 19
4.2.2 子程序 (空2) 19
4.2.3 子程序 (左循环)
*好棒文|www.hbsrm.com +Q: 3_5_1_9_1_6_0_7_2
.6 基座 15
3.3 探索机器人的总装配图和相关工程图 15
3.4 本章小结 17
第四章 探索机器人的程序设计和分析 18
4.1 引言 18
4.2 子程序的设计与分析 19
4.2.1 子程序 (空1) 19
4.2.2 子程序 (空2) 19
4.2.3 子程序 (左循环) 20
4.2.4 子程序 (停转) 20
4.2.5 子程序 (遇障) 21
4.2.6 子程序 (寻迹) 22
4.2.7 子程序 (辨色) 23
4.3 主程序的设计与分析 24
4.3.1 主程序Ⅰ 24
4.3.2 主程序Ⅱ 26
4.4 本章小结 26
结论 27
致谢 28
参考文献 29
第一章 绪论
1.1引言
在我们谈论到机器人时，所有人都会自然而然地联想到那些形体与人类相似，并且具有人类思维的机器人，就像我们在许多科幻电影，比如《终结者》或是《变形金刚》中塑造的一样。在这些机器人的身上集结了许多社会人的特征，比如语言表达，思维判断，情绪变化等。但是到现在为止，尽管西方发达国家都已经研发出了比较智能的机器人（这些机器人能够实现在地面上的任意行走、上下楼梯、抓取物体、对周围环境影响和声音进行处理、利用声纳系统对周围的环境进行感知等动作），但就目前实现的功能来说，和人们心中想要达到的目标还是有一定的差距的。
目前，智能化机器人蓬勃发展，款式多样，功能繁多，所涉及的领域也越来越广。随着国内外通力合作，不断地深入研发，各种具有感知、判断、行动和交互能力的特种机器人都相继被开发出来投入运用，比如行走机器人、迷你机器人、潜水机器人、球形机器人、军用机器人、仿真机器人等，在工农业的生产、海洋资源的开发、宇宙秘密的探索、军事调研、服务和文娱等各个领域中，机器人都获得了更好的发展机会和一片明亮的应用前景[1]。
1.2国内外探索机器人的研究现状
1.2.1国外探索机器人研究现状
图11 美军研发的机器人
多年来机器人的研发主动性一直被美欧和日本等国家所掌控，如图11和12所示，他们拥有绝对的话语权，掌握着高端的科研资源和科研团队。现在，日本在看重特殊能力机器人和服务类机器人研发的同时，还将技术资源向零部件的研发倾斜。但是，最近几年日本的自主研发有所减弱，技术的创新和突破也没有了往日的势头。与此同时，美国依旧当仁不让地挑起了大梁，一直引领着国际机器人的科研潮流。再有就是，美国注重技术的投入比，不像亚洲和东南亚地区，一味地开发劳动力，而忘却了科技才是第一生产力，就比如军事中使用的机器人，就目前世界各国使用量来说，有60%来自美国，这给美国所带来的利润是相当可观的，从而大大增加了其科研经费，进入一个良性循环，通过技术研发创造巨额利润从而反过来作用于技术研发，使得其一直遥遥领先。
图12 日式六足机器人
在国外，取得发展的不仅仅是高端精密机器人领域，制造业的机器人研发也获得了很大的发展空间，并且成为了一种标配，得到了业界的广泛认可，从而也就成就了现在一系列在国际上颇具知名度和影响力的开发公司。根据相关专家的评估和预测，机器人工业将会是承接汽车和计算机之后的又一个新型的高端技术产业[2]。
1.2.2我国探索机器人研究现状和存在的问题
与国外基本成熟的研究开发系统和高端的技术相比，我们国内对机器人的研究时间比较短，起步比较晚，目前大多数的研究还是处于初步的单一零部件的研发阶段。主要的研究开发工作可以通过某知名大学在1994年通过鉴定的移动机器人来获得一个初步的认识和了解。在这款机器人的研发过程中，涉及到了五个重要方面：在获悉地图基础上关于整体运动路径的规划和研究（知晓具体道路网结构下的整体路径规划、面对跨越障碍物时的整体路径规划、自然条件下的整体
图13 中国早期研发的机器人
路径规划）；在获悉传感器信息下的局部路径的规划和设计（在多种传感器作用下的反应、在环境势场下的反应、模糊环境下的路径规划和导航）；关于路径的设计仿真研究（在获悉地图基础上关于整体运动路径的仿真、机器人在室内外运动时的相关路径仿真）；关于传感技术和信息处理（GPS定位、磁罗盘和光码盘定位系统、声波定位、信息处理、视觉图像处理）；整体机器人的结构设计。当然我们也可以看到，虽然我们国家在机器人方面的起步比较晚，但是这两年的发展也是相当迅速的，一批高校蓬勃兴起。就拿我校江苏科技大学来说，在科研这方面还是相当看重的，每年积极组织学生参加飞思卡尔设计大赛和机器人设计比赛等，学院也专门成立有智能车实验室和机器人实验室等，这都体现了高校现在越来越重视学生的实际操作能力和对所学知识的运用能力的培养。我相信，不用多长时间，我国的科研水平和科研团队的质量一定能够获得世界各国的认可。
综合我国目前的研究现状，目前的探索机器人：能力有限、适应能力有待提高、可靠性，稳定性需提高、智能化程度有限、机器视觉技术需不断完善。
1.3 课题的目的和意义
就目前开发环境而言，拥有自
第一章 绪论 1
1.1 引言 1
1.2 国内外探索机器人的研究现状 1
1.2.1 国外探索机器人研究现状 1
1.2.2 我国探索机器人研究现状和存在的问题 2
1.3 课题的目的和意义 3
1.4 本课题的主要研究内容 4
第二章 探索机器人的搭建 5
2.1 引言 5
2.2 探索机器人的搭建 6
2.3 实际操作中存在的问题 8
2.4 本章小结 9
第三章 探索机器人的三维建模和装配 10
3.1 引言 10
3.2 探索机器人各零部件的三维建模 10
3.2.1 齿轮 10
3.2.2 电机 12
3.3.3 轴 12
3.3.4 螺帽 13
3.3.5 履带 13
3.3.6 基座 15
3.3 探索机器人的总装配图和相关工程图 15
3.4 本章小结 17
第四章 探索机器人的程序设计和分析 18
4.1 引言 18
4.2 子程序的设计与分析 19
4.2.1 子程序 (空1) 19
4.2.2 子程序 (空2) 19
4.2.3 子程序 (左循环)
*好棒文|www.hbsrm.com +Q: 3_5_1_9_1_6_0_7_2
.6 基座 15
3.3 探索机器人的总装配图和相关工程图 15
3.4 本章小结 17
第四章 探索机器人的程序设计和分析 18
4.1 引言 18
4.2 子程序的设计与分析 19
4.2.1 子程序 (空1) 19
4.2.2 子程序 (空2) 19
4.2.3 子程序 (左循环) 20
4.2.4 子程序 (停转) 20
4.2.5 子程序 (遇障) 21
4.2.6 子程序 (寻迹) 22
4.2.7 子程序 (辨色) 23
4.3 主程序的设计与分析 24
4.3.1 主程序Ⅰ 24
4.3.2 主程序Ⅱ 26
4.4 本章小结 26
结论 27
致谢 28
参考文献 29
第一章 绪论
1.1引言
在我们谈论到机器人时，所有人都会自然而然地联想到那些形体与人类相似，并且具有人类思维的机器人，就像我们在许多科幻电影，比如《终结者》或是《变形金刚》中塑造的一样。在这些机器人的身上集结了许多社会人的特征，比如语言表达，思维判断，情绪变化等。但是到现在为止，尽管西方发达国家都已经研发出了比较智能的机器人（这些机器人能够实现在地面上的任意行走、上下楼梯、抓取物体、对周围环境影响和声音进行处理、利用声纳系统对周围的环境进行感知等动作），但就目前实现的功能来说，和人们心中想要达到的目标还是有一定的差距的。
目前，智能化机器人蓬勃发展，款式多样，功能繁多，所涉及的领域也越来越广。随着国内外通力合作，不断地深入研发，各种具有感知、判断、行动和交互能力的特种机器人都相继被开发出来投入运用，比如行走机器人、迷你机器人、潜水机器人、球形机器人、军用机器人、仿真机器人等，在工农业的生产、海洋资源的开发、宇宙秘密的探索、军事调研、服务和文娱等各个领域中，机器人都获得了更好的发展机会和一片明亮的应用前景[1]。
1.2国内外探索机器人的研究现状
1.2.1国外探索机器人研究现状
图11 美军研发的机器人
多年来机器人的研发主动性一直被美欧和日本等国家所掌控，如图11和12所示，他们拥有绝对的话语权，掌握着高端的科研资源和科研团队。现在，日本在看重特殊能力机器人和服务类机器人研发的同时，还将技术资源向零部件的研发倾斜。但是，最近几年日本的自主研发有所减弱，技术的创新和突破也没有了往日的势头。与此同时，美国依旧当仁不让地挑起了大梁，一直引领着国际机器人的科研潮流。再有就是，美国注重技术的投入比，不像亚洲和东南亚地区，一味地开发劳动力，而忘却了科技才是第一生产力，就比如军事中使用的机器人，就目前世界各国使用量来说，有60%来自美国，这给美国所带来的利润是相当可观的，从而大大增加了其科研经费，进入一个良性循环，通过技术研发创造巨额利润从而反过来作用于技术研发，使得其一直遥遥领先。
图12 日式六足机器人
在国外，取得发展的不仅仅是高端精密机器人领域，制造业的机器人研发也获得了很大的发展空间，并且成为了一种标配，得到了业界的广泛认可，从而也就成就了现在一系列在国际上颇具知名度和影响力的开发公司。根据相关专家的评估和预测，机器人工业将会是承接汽车和计算机之后的又一个新型的高端技术产业[2]。
1.2.2我国探索机器人研究现状和存在的问题
与国外基本成熟的研究开发系统和高端的技术相比，我们国内对机器人的研究时间比较短，起步比较晚，目前大多数的研究还是处于初步的单一零部件的研发阶段。主要的研究开发工作可以通过某知名大学在1994年通过鉴定的移动机器人来获得一个初步的认识和了解。在这款机器人的研发过程中，涉及到了五个重要方面：在获悉地图基础上关于整体运动路径的规划和研究（知晓具体道路网结构下的整体路径规划、面对跨越障碍物时的整体路径规划、自然条件下的整体
图13 中国早期研发的机器人
路径规划）；在获悉传感器信息下的局部路径的规划和设计（在多种传感器作用下的反应、在环境势场下的反应、模糊环境下的路径规划和导航）；关于路径的设计仿真研究（在获悉地图基础上关于整体运动路径的仿真、机器人在室内外运动时的相关路径仿真）；关于传感技术和信息处理（GPS定位、磁罗盘和光码盘定位系统、声波定位、信息处理、视觉图像处理）；整体机器人的结构设计。当然我们也可以看到，虽然我们国家在机器人方面的起步比较晚，但是这两年的发展也是相当迅速的，一批高校蓬勃兴起。就拿我校江苏科技大学来说，在科研这方面还是相当看重的，每年积极组织学生参加飞思卡尔设计大赛和机器人设计比赛等，学院也专门成立有智能车实验室和机器人实验室等，这都体现了高校现在越来越重视学生的实际操作能力和对所学知识的运用能力的培养。我相信，不用多长时间，我国的科研水平和科研团队的质量一定能够获得世界各国的认可。
综合我国目前的研究现状，目前的探索机器人：能力有限、适应能力有待提高、可靠性，稳定性需提高、智能化程度有限、机器视觉技术需不断完善。
1.3 课题的目的和意义
就目前开发环境而言，拥有自
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