說明：下面是一篇完整的設(shè)計說書，可以參考說明書的章節(jié)安排，不能抄襲內(nèi)容。而IIIIIIII而創(chuàng)新設(shè)計結(jié)題報告［網(wǎng)格式的移動機器人導(dǎo)航］【小組成員】楊紹瓊朱斌洪尤寶康王利波【指導(dǎo)老師】【實訓(xùn)日期】2008年6月課程成績評價表學(xué)號姓名年級專業(yè)工作分工成績20051023楊紹瓊機械05-4班模型搭建程序編寫論文撰寫20051027朱斌洪20051020王利波機械05-4班模型搭建論文撰寫20051025尤寶康造型設(shè)計整體評價性能（70%）美觀與創(chuàng)意（30%）評語：創(chuàng)新實訓(xùn)GROUP14I結(jié)題報告sTOC\o"1-5"\h\z一、機器人發(fā)展簡述6二、問題的提出和分析7\o"CurrentDocument"三、方案選擇和模型搭建11\o"CurrentDocument"四、程序編制和程序說明13五、運行結(jié)果和實訓(xùn)小結(jié)14六、鳴謝16\o"CurrentDocument"七、參考資料17八、附件一：導(dǎo)航機器人程序全圖九、附件二：導(dǎo)航機器人程序流程圖一、問題的提出和分析1.1問題的提出創(chuàng)新實訓(xùn)課程是利用樂高機器人套裝設(shè)計機器人完成實訓(xùn)任務(wù)的。最后我們選擇的結(jié)課任務(wù)是《基于網(wǎng)格式的移動機器人導(dǎo)航》。它要求我們自主導(dǎo)航機器人，并編寫導(dǎo)航控制程序。樂高機器人套裝中包括RCX控制器、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(chǔ)構(gòu)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(dǎo)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)境中面向目標(biāo)的自主運動。導(dǎo)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(jié)一下導(dǎo)航面對的問題有三點：定位、建圖、路徑規(guī)劃。傳統(tǒng)的導(dǎo)航方式：創(chuàng)新實訓(xùn)GROUP14V/L結(jié)題報告A.電磁導(dǎo)航（路徑地下埋電纜，流過不同頻率的電流，作為路徑信息）光反射導(dǎo)航（路徑上貼光反射條）視覺導(dǎo)航（實時性是關(guān)鍵）味覺導(dǎo)航（搜尋空氣污染源和化學(xué)藥品泄露源）聲音導(dǎo)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：移動機器人按照某一性能指標(biāo)搜索一條從起始狀態(tài)到目標(biāo)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(rèn)真仔細(xì)的創(chuàng)新實訓(xùn)，我對樂高組件已經(jīng)有了更多的認(rèn)識。樂高組件是一種優(yōu)秀的科技教育產(chǎn)品，它將模型搭建和計算機編程有效的結(jié)合在一起，使學(xué)生能夠設(shè)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——RCX微型電腦，啟動RCX的開關(guān)，機器人就可以完全脫離計算機，按指令獨立運動。LOGO電動機，可以用來驅(qū)動輪胎，可以用來帶動齒輪轉(zhuǎn)動；7

創(chuàng)新實訓(xùn)GROUP14V//結(jié)題報告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?shù)絉CX微型電腦來改變命令;LOGO齒輪，可以用來傳遞各種運動；LOGO積木，可以達成各種形狀，實現(xiàn)多種功能。2、實訓(xùn)目標(biāo)：【實訓(xùn)目標(biāo)】機器人導(dǎo)航運行環(huán)境是用黑色紙帶拼成的網(wǎng)格，網(wǎng)格尺寸約20cm，以使各種尺寸的樂高機器人都能在一格內(nèi)旋轉(zhuǎn)任意角度而不出界。網(wǎng)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(wǎng)格邊界。導(dǎo)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（Xn，Yn）單元格處。然后返回（X0，Y0）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。【初步分析】導(dǎo)航機器人必須具備下面一些主要的功能：（1）行走功能，導(dǎo)航機器人的行走系統(tǒng)可由LEGO低速電機經(jīng)齒輪傳動適當(dāng)組合進行減速，驅(qū)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(dǎo)航機器人開始處于某一單元格中，計為（X0，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（Xn，Yn）格內(nèi)。8三、方案選擇和模型搭建1、導(dǎo)航機器人的搭建。經(jīng)過上面的分析，本次實訓(xùn)的任務(wù)和目標(biāo)我們完全可以用［實訓(xùn)四］的小車加以改進得到。所以我們把光電傳感器從新安放就得到了本次實訓(xùn)的機器人。2、光傳感器的放置。我們在原小車前端的兩側(cè)空余地方裝上了兩個光傳感器，這是準(zhǔn)確判斷是不是再走黑線用的。并完成坐標(biāo)運算中的計算（容器值的計算）。光傳感器1，用于判斷是否有障礙物光敏傳感器光傳感器1，用于判斷是否有障礙物光敏傳感器3,用來X軸計數(shù)光敏傳感器2,用來Y軸計數(shù)3、導(dǎo)航機器人的最后外型、程序編制和程序說明ROBOLAB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，ROBOLAB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(biāo)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(xùn)的一半時間，因為這里面需要考慮到太多的因素，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(dǎo)航機器人程序全圖》★程序流程圖：見附件2《導(dǎo)航機器人程序流程圖》★程序說明：程序總體上是利用分支結(jié)構(gòu)和事件監(jiān)控來完成設(shè)計所需任務(wù)的。事件的定義和監(jiān)控主要用來應(yīng)對導(dǎo)航機器人遇見障礙物后執(zhí)行的動作任務(wù)。從（％，Y1）開始，直到導(dǎo)航機器人運行到（X5,Y4）單元格，我們采用容器計數(shù)的方法，用紅色容器值表示X軸，用藍色容器值表示Y軸，當(dāng)光傳感器2,3每經(jīng)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(zhuǎn)彎完成Y軸容器值的變化，最終完成到達目標(biāo)坐標(biāo)的任務(wù)。結(jié)題報告12創(chuàng)新實訓(xùn)GROUP14設(shè)計的要求。經(jīng)老師查看后進行拍照、程序記錄［運行結(jié)果］：結(jié)題報告12創(chuàng)新實訓(xùn)GROUP14設(shè)計的要求。經(jīng)老師查看后進行拍照、程序記錄［運行結(jié)果］：在輸入程序之后，兩小組機器人按照預(yù)先的指令實現(xiàn)了導(dǎo)航機器人在行進過程中的位置（X5，Y1）導(dǎo)航機器人在目標(biāo)位置（x5，y4）導(dǎo)航機器人在初始位置（X］，Y］）［實訓(xùn)小結(jié)］:經(jīng)過八個星期的學(xué)習(xí)，我們迎來了創(chuàng)新實訓(xùn)課程的結(jié)課設(shè)計，創(chuàng)新實訓(xùn)課程即將結(jié)課。短短八個星期的學(xué)習(xí)，我感受到了巨大的提高。對于創(chuàng)新實訓(xùn)課程和樂高組件，我有太多的感受。通過此次創(chuàng)新實訓(xùn)結(jié)題實訓(xùn)，我們出色的完成了基于黑線網(wǎng)格的機器人導(dǎo)航任務(wù)。當(dāng)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(xùn)我們還錄制了視頻剪輯，對大家在完成任務(wù)過程中遇到的困難做了詳細(xì)的記錄，對大家來說也是一個記憶和寶貴的經(jīng)驗。我們傳統(tǒng)的教學(xué)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(xùn)，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(biāo)，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(xué)校開設(shè)這門課程是息息相關(guān)的，我們要特別感謝學(xué)校以及學(xué)院給我們這樣一次機會，讓我們得到了鍛煉，讓我們充分認(rèn)識了創(chuàng)新能力的重要。天、鳴謝我們的提高和學(xué)校開設(shè)這門課程是息息相關(guān)的，我們要特別感謝學(xué)校以及學(xué)院給我們這樣一次機會，讓我們得到了鍛煉，讓我們充分認(rèn)識了創(chuàng)新能力的重要。另外要特別感謝武剛老師在整個過程中給予的指導(dǎo)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?nèi)ソ鉀Q，使我們順利完成了機器人的設(shè)計和編程，也讓我們充分發(fā)揮了我們的創(chuàng)新才能。還要感謝李輝同學(xué)提供了數(shù)碼相機，為我們拍照片，和錄制實訓(xùn)過程。造型專業(yè)王耀民同學(xué)對我們視頻做的非專業(yè)級別的剪輯。可使用'-具七、參考資料七、參考資料l—J，—，|I[t.u.T&S.M.E]1,劉全良.基于LEG0的工程創(chuàng)新設(shè)計.北京：機械工業(yè)出版社，2006.32,羅紹新.機械創(chuàng)新設(shè)計.北京：機械工業(yè)出版社，20033,黃純穎.機械創(chuàng)新設(shè)計.北京：高等教育出版社,20004,樂高教育部門：/dacta/5,Robolab的官方網(wǎng)站：/dacta/robolab/6,/research.html7,Every