1、 本科畢業(yè)論文(設計)開題報告 論 文 題 目： 搬運機器人調(diào)研論文 專 業(yè) ： 機械工程及自動化 學 生 姓 名： 姚斌 指 導 教 師 ： 朱立達 2015年1月20日一、選題依據(jù)1論文（設計）題目：搬運機器人調(diào)研2研究領域：搬運機器人調(diào)研及控制設計3論文（設計）工作的意義機器人開始迅猛的發(fā)展，是近幾十年來快速發(fā)展起來的高新技術產(chǎn)品，其涉及自控技術、電力電子、傳感器、機械、無線網(wǎng)絡和人工智能等多學科的內(nèi)容。機器人在我們的生活中越來越常見了而在發(fā)達國家，機器人的使用范圍已經(jīng)越來越廣。隨著科學技術的發(fā)展，機器人已經(jīng)遍及工業(yè)、國防、宇宙空間、海洋開發(fā)等領域。所以，機器人已經(jīng)成為人類生活和生產(chǎn)發(fā)展

2、中不可或缺的一部分了隨著科技的發(fā)展。“計算機主導了過去的20年，而未來的幾十年屬于機器人。”美國匹茲堡市卡內(nèi)基麥農(nóng)大學機器人研究所主任麥克歐卡納德如是說。目前，我國的機器人發(fā)展正在以一種迅猛的趨勢在追趕發(fā)達國。目前機器人上廣泛使用舵機控制。所以舵機的控制對機器人的各種性能有著致關重要的作用。因此，對機器人舵機控制方法的研究就顯得很有必要。本論文的主要任務是分析現(xiàn)有舵機特點和控制方法的基礎上，使用計算機仿真的方法，對舵機控制系統(tǒng)進行仿真分析，研究機器人用舵機的控制方法，使用單片機做控制器，完成控制電路設計、制作，完成軟件編程，構成舵機控制系統(tǒng)，實現(xiàn)對舵機的控制。 在完成相關實驗的基礎上，尋找適合

3、特定要求的控制方法，確定控制參數(shù)，構成舵機控制系統(tǒng)。4、單片機在控制領域的發(fā)展近幾年來，隨著單片機技術的應用，促進了開發(fā)系統(tǒng)的發(fā)展，功能不斷完善，質量不斷提高，品種層出不窮。剛起步時的單片機開發(fā)系統(tǒng)(裝置)不具有和PC機通訊的能力，也沒有仿真RAM區(qū)的斷電保護功能，用戶調(diào)試的程序保存在錄音帶上，操作十分不便；單片機的很多資源被開發(fā)系統(tǒng)占用，用戶無法實現(xiàn)真正的仿真，用戶在開發(fā)系統(tǒng)上完成的軟件進行修改地址或在硬件設計時進行必要的調(diào)整與限制才能使用，即不能實現(xiàn)“ 一次仿真”等等，這些都給用戶開發(fā)帶來了極大不便，功能不斷完善和質量的不斷提高是單片機開發(fā)系統(tǒng)近年來發(fā)展的一個重要特點。品種多是近年來發(fā)展的

4、另一重要特點。在品種方面，有PC機插卡式的，如北京科力新技術發(fā)展總公司的EMD-51單片機仿真器；有RS232C通訊方式的，如北京中軟計算研究所的ATD系列開發(fā)系統(tǒng)，西南交大的JD-l通用多功能單片機開發(fā)系統(tǒng)，北京市單片機應用技術協(xié)會的BJ -98仿真器，北京金鐘電子有限公司的8089單片機開發(fā)板；有模塊式的，如復旦大學、蘇州三電有限公司的SICE 系列仿真器， 14 所的JDS-98單片機仿真開發(fā)系統(tǒng)，北工大、啟東計算機廠等的STD系列模板；有單板式的，如啟東、計算機廠的DVCC-51、98系列開發(fā)系統(tǒng),珠海萬利電子廠有限公司的MICE-51單板機仿真開發(fā)系統(tǒng)。除了開發(fā)Intel公司的MCS

5、-51、98系列單片機開發(fā)系統(tǒng)外，還開發(fā)了日立公司IID64180的TP-180單板機（廣東韶關計算機廠)、NEC 公司uPD7 8系列的uPD7810/11單片機開發(fā)系統(tǒng)(廣東工學院)、Motorola公司的MC68系列的開發(fā)系統(tǒng)( 復旦大學和啟東計算機廠) ，除了單品種開發(fā)系統(tǒng)外，還有南京通訊兵工程學院的多微處理器仿真開發(fā)裝置、湖北省機電研究院的通用微機開發(fā)系統(tǒng)和啟東計算機廠的DVCC-MP 多處理器開發(fā)系統(tǒng)。既有經(jīng)濟型的開發(fā)系統(tǒng)，也有像北京三環(huán)計算技術研究所的MDS-55系列高性能通用型微處理器開發(fā)系統(tǒng)。除了有8/16位單片機開發(fā)系統(tǒng)外，還有32位的80386單板機(北京航空航天人學)等

6、。除此之外, 國內(nèi)有些科研單位和企業(yè)引進了部分開發(fā)系統(tǒng)，例如香港安得利電子有限公司MICE微處理器仿真器和In t e l公司的ICE 5100在線仿真器。二、論文（設計）研究的內(nèi)容1、所要解決主要問題：（1）建議機器人制作問題（2）外用電路的解決問題（3）AVR單片機的組成、工作原理及其端口的應用三、論文（設計）工作安排1、析目前現(xiàn)有舵機的控制方法，采用單片機作為機器人的控制器控制舵機的輸出角度，以滿足機器人運動性能的要求。采用單片機產(chǎn)生PWM信號對舵機進行控制，由于單片機系統(tǒng)是一個數(shù)字系統(tǒng)，其控制信號的變化完全依靠硬件計數(shù)，所以受外界干擾較小，整個系統(tǒng)工作可靠。基于單片機的舵機控制方法具有

7、簡單、精度高、成本低、體積小的特點，并可根據(jù)不同的舵機數(shù)量加以靈活應用。2、析建立舵機運動的數(shù)學模型并根據(jù)自動控制原理確定及測量舵機的控制參數(shù)。3、PID控制法實現(xiàn)對舵機的控制以滿足控制要求。4、于MATLAB仿真軟件適用于復雜的動態(tài)系統(tǒng)，并可以在仿真過程中對仿真參數(shù)進行更精確的描述。通過MATLAB仿真觀察所選參數(shù)的合理性，最后根據(jù)所選參數(shù)，建立舵機的控制系統(tǒng)。5、論文（設計）進度計劃第1-2周：查閱相關文獻，收集資料，了解設計內(nèi)容第3-4周：撰寫開題報告第5-6周：完成系統(tǒng)總體方案設計第7-10 周：選好相應的舵機和單片機硬件，做好簡易的控制實體。第11-13周：編寫控制程序并調(diào)試完成；第

8、14周：撰寫論文，完成外文文獻翻譯；第15周：完善畢業(yè)設計各項內(nèi)容，準備答辯四、需要閱讀的參考文獻1 吳斌華，黃衛(wèi)華，程磊編.基于嵌入式系統(tǒng)的擬人機器人控制器設計M.北京：學術電子期刊，19892 梁峰，王志良.多舵機控制在類人機器人上的應用M長沙：學術電子期刊，20003 馮文旭 等著.單片機原理及應用M.北京：械工業(yè)出版社，19964 李朝青編著. 單片機原理與接口技術M. 北京：北京航空航天大學出版社,20105 吳華波，錢春來. 基于AT89C2051多路舵機控制器設計M.浙江：嘉興學院,19996 王耀南著.機器人智能控制工程M. 北京：科學出版社,20047 周興華. AVR 單片

9、機C 語言高級程序設計M .北京:中國電力出版社, 2008. 3.9 王敏，金波斯科，黃心漢.基于傳感器和模糊規(guī)則的機器人在動態(tài)障礙環(huán)境中的智能運動控制J.控制理論與應用，2000(6)：819-825.10 楊進.應用AVR開發(fā)智能移動機器人的控制系統(tǒng)J.MICROCOMPUTER APPLICATIONS,2010,26(6):15-1711 Antonio Lpez Pelez， Dimitris uRobots，genes and bytes technology development and social changes towards the year 2020JTechnol

10、ogical Forecasting & Social Change ，2008（75）：1176120112 LiR，WallanceA，spefR，etalTwo-axis model development of cage-rotor brushless doubly-fed machinesJIEEE Trans on Energy Conversion，1991，6（3）：453-46013Microcontroller based dual multi-channel data acquisition system design, Papers Journal of Scienti

11、fic Instrument，Lin ZhuliangWu LinYang Jinhua。14 Using federations for flexible SCM systems ，Jacky Estublier, Anh-Tuyet Le, Jorge Villalobos ，May 200315 Defining and supporting concurrent engineering policies in SCM ，Jacky Estublier, Sergio Garca, Germn Vega ，May 200316Exploring power reduction optio

12、ns for a single-chip multiprocessor through system-level modeling ，Patrick Anthony La Fratta, James M. Baker, Jr. April 2006 Journal of Embedded Computing, Volume 2 Issue 217 Application of AMESim and Matlab simulation on hydraulic servo control system of spinning lathe ，F(xiàn)eiku Zhang, Hui Li, Xudong

13、Yang ，July 2013 SCSC 13: Proceedings of the 2013 Summer Computer Simulation Conference。18 Filip M. SZYMASKI,Marcin GRABOWSKI,Krzysztof J. FILIPIAK, et al.Admission St-segment Elevation in Lead Avr as the Factor Improving Complex Risk Stratification in Acute Coronary SyndromesJ.American Journal of Em

14、ergency Medicine,2008,26(4):408-412.文獻綜述機器人是一種可編程和多功能的操作機；或是為了執(zhí)行不同的任務而具有可用電腦改變和可編程動作的專門系統(tǒng)。從它的定義上我們可以看出，它既可以運行預先編排的程序，還可以根據(jù)以人工智能技術制定的原則行動。機器人是靠自身動力和控制能力來實現(xiàn)各種功能的一種機器。它的任務是協(xié)助或取代人類的一些危險或是重復繁瑣的工作。驅動裝置是驅使執(zhí)行機構運動的機構，按照控制系統(tǒng)發(fā)出的指令信號，借助于動力元件使機器人進行動作。它輸入的是電信號，輸出的是線、角位移量。機器人使用的驅動裝置主要是電力驅動裝置，如步進電機、伺服電機等。市面上常見的機器人主

15、要使用伺服電動機對機械臂進行控制，所以伺服電動機對于機器人的研發(fā)起到重要的作用，因此對于伺服電動機的研究就顯得非常的重要。這正是該論文的重要性。隨著機器人技術的發(fā)展，機器人的驅動裝置中誕生了一個新的詞匯，那就是舵機，在各式各樣的機器人中，舵機逐漸變成了最關鍵、使用最多的部件。能將信號轉換成轉軸的角位移或角速度，這就是舵機的功用。而隨著社會科技的發(fā)展，舵機控制的發(fā)展成為了越來越重要的主題。依據(jù)控制方式的特點，舵機應該稱為微型伺服馬達。早期在模型上使用最多，主要用于控制模型的舵面，所以俗稱舵機。用作自動控制裝置中執(zhí)行元件的微特電機，又稱執(zhí)行電動機。其功能是將電信號轉換成轉軸的角位移或角速度。舵機外

16、殼、電路板、無核心馬達、齒輪與位置檢測器所構成。 舵機是一種位置伺服的驅動器，適用于那些需要角度不斷變化并可以保持的控制系統(tǒng)。其工作原理是：控制信號由接收機的通道進入信號調(diào)制芯片，獲得直流偏置電壓。它內(nèi)部有一個基準電路，產(chǎn)生周期為20ms，寬度為1.5ms的基準信號，將獲得的直流偏置電壓與電位器的電壓比較，獲得電壓差輸出。最后，電壓差的正負輸出到電機驅動芯片決定電機的正反轉。當電機轉速一定時，通過級聯(lián)減速齒輪帶動電位器旋轉，使得電壓差為0，電機停止轉動。目前現(xiàn)有的控制方法有：PID控制、自適應控制、滑膜變結構控制、模糊控制。PID控制：在以往傳統(tǒng)的控制策略中，經(jīng)典PID控制作為代表，具有結構簡

17、單、穩(wěn)定性好、可靠性高等優(yōu)點，所以在伺服控制系統(tǒng)中得到了廣泛地應用。然而經(jīng)典PID控制只適合于有精確數(shù)學模型的控制系統(tǒng)，當系統(tǒng)中存在未知或隨機變化量時，這種控制方式就不能取得良好的控制效果，甚至會引起系統(tǒng)的不穩(wěn)定。自適應控制：針對伺服系統(tǒng)結構與參數(shù)變化、各種非線性的影響，于是出現(xiàn)自適應控制。現(xiàn)在控制對象便得越來越復雜，當人們不知道被控對象的動態(tài)特性或者被控對象發(fā)生了某些不可預測的變化時，為了得到高性能的控制器。從而提出了這種控制方法。自適應的控制的控制目的是：使被控對象的運動狀態(tài)或軌跡符合預定的要求。面對客觀存在的各種不確定性，它能在控制過程中，進行不停的測量系統(tǒng)本身的輸入量、狀態(tài)量、輸出量、

18、或者各種動態(tài)性能參數(shù)，逐漸的掌握被控對象的各種信息，并根據(jù)從系統(tǒng)中獲得的參數(shù)，根據(jù)特定的方法，得出控制決策來改變控制器的結構、參數(shù)和控制作用，一般在某個性能指標下，使控制效果達到最優(yōu)或近似最優(yōu)。自適應控制的優(yōu)點：具有能適應壞境變化和滿足系統(tǒng)要求的能力；學習能力；在內(nèi)部參數(shù)失敗時，有恢復的能力；良好的魯棒性。然而自適應控制也存在一定的弊端，如：數(shù)學模型和運算繁瑣，使控制系統(tǒng)復雜；辨識和校正都需要一個過程，所以對一些參數(shù)變化較快的系統(tǒng)，會因為來不及校正而難以產(chǎn)生很好的效果。滑模變結構控制：伺服系統(tǒng)的另一種控制方法滑模變結構控制。這種控制方法本質上是一類特殊的非線性控制，其非線性體現(xiàn)在控制方法的不連

19、續(xù)性。這種控制策略與其他控制策略的不同之處是控制系統(tǒng)的結構不固定，在動態(tài)過程中，根據(jù)系統(tǒng)當前的狀態(tài)有目的地進行不斷變化，迫使系統(tǒng)運動在預定的滑模面上。因為滑動模態(tài)能夠進行設計，被控對象參數(shù)的變化也與其無關，所以變結構控制具有很多優(yōu)點，如能快速響應輸入、參數(shù)變化及給予擾動對其控制影響比較慢等優(yōu)點。而且滑模變結構控制系統(tǒng)不需要在線辨識，而且控制實現(xiàn)比較簡單。然而滑膜變結構控制也有它的缺點：當狀態(tài)軌跡到達滑模面后，就不能嚴格的沿著滑模面運動向平衡點，而可能使其在滑模面的兩側來回穿越，這樣就產(chǎn)生了震蕩。這種震蕩不但會影響控制的精度，增加資源消耗，而且會很容易激發(fā)出系統(tǒng)中的高頻未建模動態(tài)特性，進而破壞系

20、統(tǒng)的動態(tài)性能，甚至使系統(tǒng)失穩(wěn)，損壞控制器部件。因此，關于變結構控制信號抖振消除的研究成為變結構控制研究的首要問題。模糊控制：由于以上兩種控制方法的缺陷，于是又出現(xiàn)了模糊控制。模糊控制屬于智能控制，模糊控制有三個基本組成部分：模糊化、模糊決策、精確化計算。模糊控制過程簡單的可以描述為：把被控對象的測量值從數(shù)字量轉化為模糊量，然后對模糊量按給定的模糊邏輯推理規(guī)則進行模糊推理，得出模糊控制器控制輸出的推理結果，再把推理輸出結果的模糊量轉化為實際系統(tǒng)能夠接受的精確數(shù)字量或者模擬控制量這次設計的核心控制部件采用TX-1C單片機開發(fā)板進行詳細說面。51單片機是目前市場上使用比較多的單片機，TX系列單片機實驗板完全支持51系列的單片機，對于S系列的51單片機可進行在線下載程序，用產(chǎn)品套件附帶的ISP并口下載線將開發(fā)板與計算機并口相連，按照ISP下載操作教程便可直接下載程序。本次使用TC公司生