1、網格式的移動機器人導航創(chuàng)新設計方案一、問題的提出和分析1. 1問題的提出創(chuàng)新實訓課程是利用樂高機器人套裝設計機器人完成實訓任務的。最后我們選擇的結課任務是 基于網格式的移動機器人導航 。它要求我們自主導航機器人，并編寫導航控制程序。樂高機器人套裝中包括 RCX空制器、馬達、角度傳感器、光線傳 感器、觸動傳感器、溫度傳感器以及近800件搭建機器人所用的基礎 構件等。利用這些器件，可方便搭建各種機器人。 Robolab軟件是樂 高機器人編程軟件，擁有圖形化的編程界面；運用該軟件可方便快速 的編寫機器人控制軟件。自主導航機器人是指移動機器人通過傳感器感知環(huán)境和自身狀 態(tài)，實現(xiàn)在有障礙物的環(huán)境中面向目

2、標的自主運動。導航主要解決的問題：1）通過一定的檢測手段獲取移動機器人在空間中的位置、方 向以及所處環(huán)境的信息。2）用一定的算法對所獲信息進行處理并建立環(huán)境模型。3）尋找一條最優(yōu)或近似最優(yōu)的無碰路徑，實現(xiàn)移動機器人安全移動的路徑規(guī)劃總結一下導航面對的問題有三點：定位、建圖、路徑規(guī)劃傳統(tǒng)的導航方式：A. 電磁導航（路徑地下埋電纜，流過不同頻率的電流，作為路徑 信息）B. 光反射導航（路徑上貼光反射條）C. 視覺導航（實時性是關鍵）D. 味覺導航（搜尋空氣污染源和化學藥品泄露源）E. 聲音導航（無方向性，時間分辨率高，能在黑暗中工作等優(yōu)點） 前兩者多用于制造行業(yè)，目前已比較成熟。路徑規(guī)劃：移動機器

3、人按照某一性能指標搜索一條從起始狀態(tài)到目標 狀態(tài)的最優(yōu)或次最優(yōu)的無碰路徑。（1）靜態(tài)路徑規(guī)劃：離線全局路徑規(guī)劃，環(huán)境信息完全已知。（2）動態(tài)路徑規(guī)劃：在線局部路徑規(guī)劃，環(huán)境信息部分或者完全未知。1. 2問題的分析1、樂高組件：通過前三次認真仔細的創(chuàng)新實訓，我對樂高組件已經有了更多的認識。樂高組件是一種優(yōu)秀的科技教育產品，它將模型搭建和計算 機編程有效的結合在一起，使學生能夠設計自己的機器人，在計算機 上編寫程序，然后通過與計算機相連的紅外發(fā)射器將程序下載到機器 人的大腦一一RCX微型電腦，啟動RCX勺開關，機器人就可以完全脫離 計算機，按指令獨立運動。LOGO!動機，可以用來驅動輪胎，可以用來

4、帶動齒輪轉動；LOGO光電傳感器，可以用來感知前方光源的變化；LOGO觸動傳感器，只要接觸到物體就可以通過他傳輸到 RCX微型電腦來改變命令；LOGO 齒輪，可以用來傳遞各種運動；LOGC積木，可以達成各種形狀，實 現(xiàn)多種功能。2、實訓目標：【實訓目標 】 機器人導航運行環(huán)境是用黑色紙帶拼成的網格， 網格 尺寸約20cm以使各種尺寸的樂高機器人都能在一格旋轉任意角度 而不出界。網格至少為5X5格大小。背景為白色，這樣方便光線傳 感器判斷網格邊界。導航功能如下：機器人開始處于某一單元格中，計為（ X0， Y0），由此開始運行到（X, W）單元格處。然后返回（Xo, Yo）處。在某些 單元格中，放

5、置障礙物。要求機器人能繞過障礙物，自主規(guī)劃行走路 線。【初步分析 】導航機器人必須具備下面一些主要的功能：（1）行走功能，導航機器人的行走系統(tǒng)可由LEGO氐速電機經齒 輪傳動適當組合進行減速,驅動輪子。這過程需要兩個個電動機,用 來給左右的兩個輪胎提供動力,使其運動。（2）導航機器人開始處于某一單元格中，計為（X）, Y）,由此開 始運行到（Xn, Yn）單元格處。在某些單元格中，放置障礙物。要求 機器人能繞過障礙物，自主規(guī)劃行走路線，停在（, Yn）格。三、方案選擇和模型搭建1、導航機器人的搭建。經過上面的分析，本次實訓的任務和目標我們完全可以用 實訓 四的小車加以改進得到。所以我們把光電傳

6、感器從新安放就得到了 本次實訓的機器人。2、光傳感器的放置。我們在原小車前端的兩側空余地方裝上了兩個光傳感器，這是準 確判斷是不是再走黑線用的。并完成坐標運算中的計算（容器值的計 算）光敏傳感 器2,用來 Y軸計數光敏傳感 器3，用來 X軸計數GROUP 14導航機器人傳感器布置3、導航機器人的最后外型四、程序編制和程序說明ROBOLA是樂高機器人專用的編程語言，它利用圖形化編程環(huán)境，使的我們特別容易掌握，ROBOLA軟件編程不需要識記各種語句 的格式，不需要在電腦上輸入語句， 只要將所需要的圖標邏輯性的連 接起來就可完成程序的編寫。程序的實現(xiàn)過程，將近用了我們實訓的一半時間，因為這里面需 要

7、考慮到太多的因素， 時時都有新的想法出現(xiàn)。 我們也是在摸索中不 斷的完善我們的程序。程序全圖：見附件 1 導航機器人程序全圖程序流程圖：見附件 2 導航機器人程序流程圖程序說明：程序總體上是利用分支結構和事件監(jiān)控來完成設計所需任務 的。事件的定義和監(jiān)控主要用來應對導航機器人遇見障礙物后執(zhí)行的 動作任務。從（X, Yi）開始，直到導航機器人運行到（X 丫4）單元格，我 們采用容器計數的方法， 用紅色容器值表示 X 軸，用藍色容器值表示 Y軸，當光傳感器2，3每經過一次黑線后各容器自動減1。注意：X 軸先減，減到0值后轉彎完成丫軸容器值的變化，最終完成到達目標 坐標的任務。五、運行結果和實訓小結運

8、行結果:在輸入程序之后，兩小組機器人按照預先的指令實現(xiàn)了 設計的要求。經老師查看后進行拍照、程序記錄。OO導航機器人在 行進過程中的 位置（X5，丫1）導航機器人在初始位置（Xi，丫1）導航機器人在目標位置（X5，丫4）實訓小結:經過八個星期的學習，我們迎來了創(chuàng)新實訓課程的結課 設計，創(chuàng)新實訓課程即將結課。短短八個星期的學習，我感受到了巨 大的提高。對于創(chuàng)新實訓課程和樂高組件，我有太多的感受。通過此次創(chuàng)新實訓結題實訓，我們出色的完成了基于黑線網格的 機器人導航任務。當然過程中我們遇到了很多的困難， 不過在老師的 幫助下我們最后還是成功了。本次實訓我們還錄制了視頻剪輯，對大 家在完成任務過程中遇

9、到的困難做了詳細的記錄， 對大家來說也是一 個記憶和寶貴的經驗。我們傳統(tǒng)的教學方式與教材，都傾向與就一個給定的問題，告訴 我們一個既定的答案，所以以前的我，思考問題總是照著一條思路走， 特別是對于課本上的知識，都是老師講什么我就接受什么。而現(xiàn)在，通過這個實訓，通過樂高組件，給我提出了開放性的問 題，可以讓我用不同的方法達到同一項目標， 這在很大的程度上鍛煉 了我的想象力、創(chuàng)造性和開放性思維。特別是在方案的選擇和程序的 編寫上，那不斷的改進，都讓我不斷的開闊了思維。我們的提高和學校開設這門課程是息息相關的， 我們要特別感學 校以及學院給我們這樣一次機會，讓我們得到了鍛煉，讓我們充分認 識了創(chuàng)新能

10、力的重要。六、鳴我們的提高和學校開設這門課程是息息相關的，我們要特別感學 校以及學院給我們這樣一次機會，讓我們得到了鍛煉，讓我們充分認 識了創(chuàng)新能力的重要。另外要特別感武剛老師在整個過程中給予的指導和幫助，老師總 是耐心給我們講解這些知識，特別是在我們遇到困難的時候，總是熱 情的啟發(fā)我們去解決，使我們順利完成了機器人的設計和編程，也讓 我們充分發(fā)揮了我們的創(chuàng)新才能。還要感輝同學提供了數碼相機，為我們拍照片，和錄制實訓過程。 造型專業(yè)王耀民同學對我們視頻做的非專業(yè)級別的剪輯。* a0 EFlu Lis1E：目 r3E-fflX囪Bn3 0:.IaI +1 - -l2TI0IOCUZD-raJGStr 二nJi放置在文檔中的任何位置。可使用“文本框工”選項卡更改小 nh i IitSmrj3Fl滬一寶制回刃riBnG一x七、參考資料2006.31, 全良.基于LEG0勺工程創(chuàng)新設計.：機械工業(yè),2, 羅紹新.機械創(chuàng)新設