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机器人课程设计报告材料

智能机器人课程设计

总结报告

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一、课程设计设计目的

了解机器人技术的基本知识以及有关电工电子学、单片机、机械设计、传感器等相关技术。初步掌握机器人的运动学原理、基于智能机器人的控制理论，并应用于实践。通过学习，具体掌握智能机器人的控制技术，并使机器人能独立执行一定的任务。

基本要求：要求设计一个能走迷宫(迷宫为立体迷宫)的机器人。要求设计机器人的行走机构，控制系统、传感器类型的选择及排列布局。要有走迷宫的策略（软件流程图）。对于走迷宫小车控制系统设计主要有几个方面：控制电路设计，传感器选择以及安放位置设计，程序设计

二、总体方案

2.1 机器人的寻路算法选择

将迷宫看成一个m*n的网络，机器人通过传感器反馈的信息感知迷宫的形状，并将各个节点的与周围节点的联通性信息存储于存储器中，再根据已经构建好的地图搜索离开迷宫的路径。这里可选择回溯算法。对每个网格从左到右，每个网格具有4个方向，分别定义。并规定机器人行进过程中不停探测前方是否有障碍物，同时探测时按左侧规则，进入新网格后优先探测当前方向的左侧方向。探测过程中记录每个网格的四个方向上的状态：通路、不通或未知，探测得到不同状态后记记录，同时记录当前网格的四个方向是否已被探测过。若某网格四个方向全部探测过则利用标志位表示该网格已访问。为了寻找到从起点到终点的最佳路径，记录当前网格在四个方向上的邻接网格序号，由此最后可在机器人已探测过的网格中利用Dijkstra算法找到最佳路径。并为计算方便，记录网格所在迷宫中行号、列号。并机器人探索过程中设置一个回溯网格栈记录机器人经过的迷宫网格序号及方向，此方向是从一个迷宫网格到下一个迷宫网格经过的方向。设置一个方向队列记录机器人在某网格内探测方向的顺序。设置一个回溯路径数组记录需要回溯时从回溯起点到回溯终点的迷宫网格序号及方向。

考虑到迷宫比较简单，且主要为纵横方向的直线，可采用让小车在路口始终左转或者始终右转的方法走迷宫，也就是让小车沿迷宫的边沿走。这样最终也能走出迷宫。本次课程设计采用此方法。即控制策略为机器人左侧有缺口时，向左进入缺口，当机器人前方有障碍是，向右旋转180°，其余情况保持前进。

2.2 传感器的选择

由于需要检测机器人左侧和前方是否有通路，采用红外传感器对机器人行进方向和左侧进行感知。红外避障传感器是依据红外线的反射来工作的。当遇到障碍物时，发出的红外线被反射面反射回来，被传感器接收到，信号输出引脚就会给出低电平提示信号。本机器人系统的红外避障信号采用直接检测的方式进行，直接读取引脚电平。传感器感应障碍物的距离阈值可以通过调节传感器上的变阻器来改变。

行进过程中，机器人可能会偏绿迷宫的横轴或纵轴的方向。碰触传感器利用外力的作用传递给单片机信息，当碰触传感器碰到迷宫墙壁后，传感器检测到信号就可以判断小车碰壁。经过电路处理后，信号输出接口输出数字信号送给控制器，从而让控制器进行决策调整小车姿态。本机器人系统共使用了2个碰触传感器，分别安装在小车的左前方和右前方，使得机器人在偏离航向撞击迷宫侧面后可以立即对航向进行修正。

四个传感器一共占用四个外部中断。

3.3 总体结构设计

三、具体实现

3.1 芯片选择

最小系统已经设计好，本次课程设计采用的控制芯片为STM32F103RBT6

它是32位的Cortex-M3内盒的控制芯片, 主频达到72MHz, 拥有128kB 闪存, 20kB SRAM,

锁相环,内置 8MHz and 32kHz时钟电路，具有PWM模块，方便电机转速的控制。

3.2 控制电路设计

（1）电机驱动：

电机驱动电路原理图如图所示，采用BTS7960芯片驱动电机，以控制机器人的两个驱动轮，利用PWM控制方法，通过改变PWM波的占空比，达到调节电机转速的目的，实现机器人的前进，后退，转向，刹车等功能。每个电机都由一个H桥电路驱动，由两个输入信号共同

控制。两个电机共由4路PWM波进行控制，结合上述的电机驱动原理，小车运动方式可以通过如下方式实现：四个控制信号均为低电平时，电机停转，小车停止；电机的左右轮电机同向等速运行时，可以实现前行或后退的动作；小车的左右转向通过两轮差速来实现。在本机器人的设计中，需要实现的90°角度转弯，是通过电机定速运动和延时的配合完成的，通过不断调试确定出最佳的旋转时间。

（2）电源模块：

采用电池供电，可行的供电方案原理图如下

（3）引脚（外部中断）分配：

PA0,PA4,PA5,PA15为中断输入引脚。PA0引脚对应的外部中断由机器人前向红外传感器触发，PA4，PA5分别连接机器人前进方向的左侧和右侧的碰撞开关，PA4，PA5的上升沿信号代表机器人与迷宫的左，右侧发生碰撞，触发相应地终端服务程序，调整航向。PA15接收左侧红外传感器产生的触发信号，当机器人左侧出现缺口时，触发中断服务程序，机器人向左转向进入缺口。

3.3 程序设计部分

（1）机器人的移动：

机器人靠两个驱动轮，一个从动轮进行移动，每个驱动轮由一个电机，两个驱动芯片进行控制。驱动芯片输出电平的高低决定电机的转向，占空比决定了电机的转速。

首先应配置芯片的PWM模块，具体过程如下：

#include "pwm.h"

float mo1,mo2,mo3,mo4;

void PWM_Init(u16 arr,u16 psc)

{

RCC->APB1ENR|=1<<1;

GPIOA->CRL&=0X00FFFFFF;

GPIOA->CRL|=0XBB000000;

GPIOA->ODR|=1<<6|1<<7;

GPIOB->CRL&=0XFFFFFF00;

GPIOB->CRL|=0X000000BB;

GPIOB->ODR|=1<<0|1<<1;

TIM3->ARR=arr;

TIM3->PSC=psc;

TIM3->CCER|=1<<1|1<<5|1<<9|1<<13;

TIM3->CCMR1|=7<<12|7<<4;

TIM3->CCMR1|=1<<11|1<<3;

TIM3->CCMR2|=7<<12|7<<4;

TIM3->CCMR2|=1<<11|1<<3;

TIM3->CCER|=1<<12|1<<8|1<<4|1<<0;

TIM3->CR1=0x0080; //ARPEê1?ü

TIM3->CR1|=1<<4;

TIM3->EGR |= 1<<0;

TIM3->CR1|=0x01;

}

本段代码使能TIM3时钟，启用PA6，PA7,PB0，PB1引脚的复用功能，并对计数器进行相应设置（向下计数），使得芯片能在这四个引脚上输出所需的PWM波。

由于前进，后退，转向，都是重复性的动作，直接对这些操作进行宏定义，需要的时候直接调用，能减轻程序编写的负担：

#define Moto_PwmMax 899 //

#define LEFT_MOTOR_F TIM3->CCR1

#define LEFT_MOTOR_B TIM3->CCR2

#define RIGHT_MOTOR_B TIM3->CCR3

#define RIGHT_MOTOR_F TIM3->CCR4

注：TIM3产生PWM波相应寄存器的宏定义如下

#define go_forward

{

LEFT_MOTOR_F =3500;

LEFT_MOTOR_B =0;

RIGHT_MOTOR_F =3500;

RIGHT_MOTOR_B =0;

}

#define go_back

{LEFT_MOTOR_F =0; LEFT_MOTOR_B =3500; RIGHT_MOTOR_F =0; RIGHT_MOTOR_B =3500;} #define turn_left

{

LEFT_MOTOR_F =0;

LEFT_MOTOR_B =0;

RIGHT_MOTOR_F =4000;

RIGHT_MOTOR_B =0;

}

#define turn_left_90

{

LEFT_MOTOR_F =0;

LEFT_MOTOR_B=0;

RIGHT_MOTOR_F=4000;

RIGHT_MOTOR_B=0;

delay_ms(800);

delay_ms(600);

RIGHT_MOTOR_F=0;

}

#define turn_right

{

LEFT_MOTOR_F =4000;

LEFT_MOTOR_B =0;

RIGHT_MOTOR_F =0;

RIGHT_MOTOR_B =0;

delay_ms(200);

}

#define turn_back_righ

{

LEFT_MOTOR_F=4000;

LEFT_MOTOR_B=0;

RIGHT_MOTOR_F=0;

RIGHT_MOTOR_B=4000;

delay_ms(800);

delay_ms(400);

LEFT_MOTOR_F=0;

RIGHT_MOTOR_B=0;

}

#define turn_back_left

{

LEFT_MOTOR_F =0;

LEFT_MOTOR_B =4000;

RIGHT_MOTOR_F =4000;

RIGHT_MOTOR_B=0;

delay_ms(800);

delay_ms(400);

LEFT_MOTOR_B=0;

RIGHT_MOTOR_F=0;

}

#define stop

{

LEFT_MOTOR_F =0;

LEFT_MOTOR_B =0;

RIGHT_MOTOR_F =0;

RIGHT_MOTOR_B =0;

}

//几个机器人基本动作的宏定义

由于采用向下计数的方式，CCR中的值代表相应引脚高电平持续时间长度，响应值越大，PWM占空比越大，驱动电机转速越快。

（2）机器人对外界的感知及相应中断服务程序的编写：

#include"exti.h"

void EXTIX_Init(void)

{

RCC->APB2ENR|=1<<2;

JTAG_Set(JTAG_SWD_DISABLE);

GPIOA->CRL&=0XFF00FFF0;

GPIOA->CRL|=0X00880008;

GPIOA->CRH&=0X0FFFFFFF;

GPIOA->CRH|=0X80000000;

GPIOA->ODR|=(1<<0);

Ex_NVIC_Config(GPIO_A,0,FTIR);

Ex_NVIC_Config(GPIO_A,4,RTIR);

Ex_NVIC_Config(GPIO_A,5,RTIR);

Ex_NVIC_Config(GPIO_A,15,RTIR);

MY_NVIC_Init(2,1,EXTI0_IRQChannel,4);

MY_NVIC_Init(3,1,EXTI4_IRQChannel,4);

MY_NVIC_Init(4,1,EXTI9_5_IRQChannel,4);

MY_NVIC_Init(1,1,EXTI15_10_IRQChannel,4);

}

GPIOA的配置，使能相关时钟，并将PA0,PA4,PA5,PA1设为输入引脚，并设置好中断优先级。

void EXTI0_IRQHandler(void)

{

delay_ms(100);

if(KEY0==0)

{

LED1=0;

LED2=0;

go_back;

delay_ms(800);

turn_back_right;

}

LED1=1;

LED2=1;

EXTI->PR=1<<0;

}

前向红外传感器触发的中断服务程序，当PA0出现下降沿时，代表机器人前方已经出现了障碍物，此时执行向右掉头的动作。

void EXTI4_IRQHandler(void)

{

delay_ms(100);

if(KEY4==1)

{

LED1=0;

flag=1;

go_back;delay_ms(400);

turn_left;delay_ms(400);

}

LED1=1;

EXTI->PR=1<<4;

}

右侧碰撞开关触发外部中断，消抖后判断是否确实发生碰撞，如果是，则机器人应向左校正航向。

void EXTI9_5_IRQHandler(void)

{

delay_ms(100);

if(KEY5==1)

{

LED2=0;

flag=2;

go_back;delay_ms(400);

turn_right;delay_ms(400);

}

LED2=1;

EXTI->PR=1<<5;

}

左侧碰撞开关触发外部中断，消抖后判断是否确实发生碰撞，如果是，则机器人应向右校正航向。

void EXTI15_10_IRQHandler(void)

{

delay_ms(100);

if(KEY15==1)

{

turn_left_90;

while(KEY0==1)

{

go_forward;

delay_ms(100);

}

go_back;

delay_ms(600);

turn_left_90;

while(KEY15==1)

{

if(KEY5==1)

{

go_back;delay_ms(400);

turn_right;delay_ms(400);

}

if (KEY4==1)

{

go_back;delay_ms(400);

turn_left;delay_ms(400);

}

else {go_forward;}

delay_ms(100);

}

delay_ms(1000);

}

EXTI->PR=1<<15;

}//PA15出现下降沿，代表机器人前进方向的左侧出现了缺口，应当执行向左转向的操作。

注：中断程序中部分变量的宏定义如下

#define KEY0 PAin(0)

#define KEY4 PAin(4)

#define KEY5 PAin(5)

#define KEY15 PAin(15)

（3）主程序设计：

首先进行初始化，调用实现写好的函数使能相关时钟，配置相关引脚的功能，使得PWM 模块能正常工作，对NVIC进行设置，使得四个由传感器触发外部中断能共正常工作。

进行初始化后，在没有碰撞开关，机器人前方没有障碍，左侧没有缺口的情况下，外部中断都不触发，机器人应该保持向前行走的状态，程序如下：

#include "test.h"

int flag=0;

u8 mode='0';

float distance=0;

int main(void)

{

Stm32_Clock_Init(9);

delay_init(72);

uart_init(72,9600);

PWM_Init(10000,0);

EXTIX_Init();

led_int();

while(1)

{

go_forward;

}

（4）程序流程图说明：

附件：程序

////////////////主程序

#include "test.h"

#define KEY0 PAin(0)

#define KEY4 PAin(4)

#define KEY5 PAin(5)

#define KEY15 PAin(15)

#define LED2 PCout(11) // PA8 板子上的红灯，上面的

#define LED1 PCout(12) // PD2

int main(void)

{

Stm32_Clock_Init(9); //主频72M

delay_init(72); //延时初始化

uart_init(72,9600); //初始化串口1(PA9,PA10)、串口2(PA2,PA3)、串口3(PB10,PB11)

PWM_Init(10000,0);

EXTIX_Init();

led_int();

while(1)

{

go_forward;

}

//////////////////////中断程序

#include"exti.h"

//外部中断初始化程序

//初始化PA0,PA4,PA5,PA15为中断输入.

void EXTIX_Init(void)

{

RCC->APB2ENR|=1<<2; //使能PORTA时钟

JTAG_Set(JTAG_SWD_DISABLE);//关闭JTAG和SWD

GPIOA->CRL&=0XFF00FFF0;//PA0,4,5设置成输入

GPIOA->CRL|=0X00880008;

GPIOA->CRH&=0X0FFFFFFF;//PA15设置成输入

GPIOA->CRH|=0X80000000;

GPIOA->ODR|=(1<<0); //PA0,4上拉

Ex_NVIC_Config(GPIO_A,0,FTIR);//下降沿触发，反转

Ex_NVIC_Config(GPIO_A,4,RTIR);//上升沿触发，左转

Ex_NVIC_Config(GPIO_A,5,RTIR);//上升沿触发，右转

Ex_NVIC_Config(GPIO_A,15,RTIR);//上升沿触发，缺口

MY_NVIC_Init(2,1,EXTI0_IRQChannel,4);//抢占2，子优先级1，组4 MY_NVIC_Init(3,1,EXTI4_IRQChannel,4);

MY_NVIC_Init(4,1,EXTI9_5_IRQChannel,4);

MY_NVIC_Init(1,1,EXTI15_10_IRQChannel,4);

}

//外部中断0服务程序 PA.0 PB.0 PC.0.......PG.0都对应到中断线0 void EXTI0_IRQHandler(void)

{

delay_ms(100);//消抖

if(KEY0==0) //按键2

{

LED1=0; //指示灯亮起

LED2=0;

go_back;

delay_ms(800);

turn_back_right;

}

LED1=1;

LED2=1;

EXTI->PR=1<<0; //清除LINE0上的中断标志位

}

void EXTI4_IRQHandler(void)

{

delay_ms(100);//消抖

if(KEY4==1) //按键2

{

LED1=0;

go_back;delay_ms(400);

turn_left;delay_ms(400);

}

LED1=1;

EXTI->PR=1<<4; //清除LINE0上的中断标志位

}

void EXTI9_5_IRQHandler(void)

{

delay_ms(100);//消抖

if(KEY5==1) //按键2

{

LED2=0;

go_back;delay_ms(400);

turn_right;delay_ms(400);

}

LED2=1;

EXTI->PR=1<<5; //清除LINE0上的中断标志位}

void EXTI15_10_IRQHandler(void)

{

delay_ms(100);//消抖

if(KEY15==1) //按键2

{

turn_left_90;

while(KEY0==1)

{

go_forward;

delay_ms(100);

}

go_back;

delay_ms(600);

turn_left_60;

while(KEY15==1)

{

if(KEY5==1)

{

go_back;delay_ms(400);

turn_right;delay_ms(400);

}

if (KEY4==1)

{

go_back;delay_ms(400);

turn_left;delay_ms(400);

}

else {go_forward;}

delay_ms(100);

}

delay_ms(1000);

}

EXTI->PR=1<<15; //清除LINE0上的中断标志位}

工业机器人设计(大四机器人课设作业)(DOC)

“工业机器人”设计大作业作品题目：货物装卸机器人专业：机械设计制造及其自动化姓名：班级：学号：姓名：班级：学号：姓名：班级：学号：指导教师：陈明

1 前言货物装卸作业是指用一种设备握持工件，是指从一个加工位置移到另一个加工位置。货物装卸机器人可安装不同的末端执行器以完成各种不同形状和状态的工件货物装卸工作，大大减轻了人类繁重的体力劳动。目前世界上使用的货物装卸机器人愈10 万台，被广泛应用于机床上下料、冲压机自动化生产线、自动装配流水线、码垛货物装卸、集装箱等的自动货物装卸。部分发达国家已制定出人工货物装卸的最大限度，超过限度的必须由货物装卸机器人来完成。装卸货物装卸是物流的功能要素之一，在物流系统中发生的频率很高 2 设计方案论证本课题通过对货物装卸机器人工作对象及工作场所的分析研究，深入了解其工作是如何进行，各部分零部件应该如何运行以及如何紧密配合，先确定其总体结构再对主要零部件进行设计计算确定其尺寸大小以及确定电机型号。 2.1 基本思想（1）设计要考虑要求和工作环境的限制。（2）考虑到货物装卸货物时所需要精确度不是很高，为了简化结构，境地成本，采用角铁焊接结构。（3）为了满足设计要求，须设计三个独立的电机驱动系统，各部分之间通过计算机控制、协调工作。（4）本次设计只是该题目的机械部分，而对应控制部件的考虑较少。 3 仓库货物装卸机器人的设计计算 3.1 货物装载伸缩装置的设计 3.1.1 确定传动方案我们所学的传动方式有以下几种：带传动、链传动、齿轮传动、蜗轮蜗杆传动和钢丝绳传动等，一般地说，啮合传动传递功率的能力高于摩擦传动；蜗轮传动工作的发热情况较为严重，因而传动的功率不宜过大；摩擦轮传动由于必须有足够的压紧力，故而在传递同一圆周力时，其压轴力比齿轮传动的大几倍，因而不宜用于大功率传动。带传

模电课程设计报告(10)

《模拟电子技术》课程设计报告系别：电气工程系专业班级：09电科（一）班学生姓名：曹海锋指导教师：赵剑锷 2011年09月25 日郑州科技学院

目录 1 课程设计的目的 (1) 2课程设计的题目要求 (1) 3课程设计报告内容 (1) 3.1实验设计的意义 (2) 3.2半双工对讲机实现方法 (2) 3.3 电路原理分析 (2) 3.4电子元件清单及选择 (3) 4总结 (3) 参考文献 (4)

摘要无线对讲机是移动通信中一个重要的分支,应用非常广泛,无线电对讲机和其它无线通信工具(如手机)其市场定位各不相同,难以互相取代,还将长期使用下去。本论文研究设计了一款调频无线对讲机。首先介绍了调频无线对讲机的功能、性能指标和工作原理。从工作原理出发,通过现代电子系统设计方法,深入行业现状寻找到低成本的器件MC3363、MC2833、LM386等,确立了完整具体的方案。在具体的硬件设计实现上,分成发射和接收两部分,分别对各个功能模块以信号、控制为联系进行设计。在硬件设计上,通过主要芯片将各功能模块有机地组织起来协同完成系统需要的功能。 1课程设计目的对讲机在现实生活中应用广泛。这次设计制作的对讲机简单实用可以满足日常生活使用。我们学习模拟电子技术重要的在于应用，通过这次实践，可以让我们将理论与实践结合，是对我们已经学习知识的一次实际应用与巩固，更是一次升华！这对于以后学习其他知识奠定基础，我们知道学习模电就要将元件的特点,功能，使用方法等熟练掌握，组成一个合理，经济，实用的系统。总而言之，这次实践是我受益匪浅。 2 课程设计的题目要求本对讲机成本低廉，电路简单，可用于办公室不同房间对讲、婴儿室监听等。通话距离可达2Km。 a.采用集成运放和集成功放及阻容元件等构成对讲机，实现甲、乙双方异地通话。 b.用扬声器用作话筒和喇叭，双方对讲、互不影响。 c.电源电压4.5～9.0v. 3.课程设计报告内容 3.1半双工对讲机实验设计的意义有线对讲机在日常生活中应用广泛。有线对讲机原理简单，设计方便，制作简易，成本低。广泛用于医院病员呼叫机、门铃、室内电话等。所以有线对讲机日益成为日常生活中不可缺少的部分。我们了解了它的原理过程，正确使用操作它，可以提高我们知识的应用性。本次试验既增长了我们的知识，又让磨砺了我们的意志以及团队意识。更让我们对电子模拟更加感兴趣，为以后的研究道路

工业机器人课程设计

河南机电高等专科学校《机器人应用技术》课程作品设计说明书作品名称：多功能机械手专业：机电一体化技术班级：机电124班扣号：姓名：流星 2014 年 10 月 1 日

目录一课题概述 (2) 1、选题背景 (2) 2、发展现状和趋势 (3) 3、研究调研 (4) 二机械手组成及工作过程 (6) 1、整体结构分析 (6) 2、所需器材 (6) 3、底座部分 (8) 4、躯干部分 (9) 5、上臂部分 (10) 6、手爪部分 (11) 7、机械手系统的总调试 (12) 三软件部分 (13) 1、机械手软件编制流程图 (13) 2、机械手运行控制程序图 (14) 四设计体会 (15) 一课题概述 1、选题背景随着我国经济的高速发展，各种电子产品和各种创新机械结构的出现，工业机器人的作用在装配制造业产业中的地位更加重要了。另一方面随着人们生活水平的提高传统制造产业劳动力生产成本进一

步提高，这也使企业意识到用高速准确的机械自动化生产代替传统人工操作的重要性。其中机械手是其发展过程中的重要产物之一，它不仅提高了劳动生产的效率，还能代替人类完成高强度、危险、重复枯燥的工作，减轻人类劳动强度，可以说是一举两得。在机械行业中，机械手越来越广泛的得到应用，它可用于零部件的组装，加工工件的搬运、装卸，特别是在自动化数控机床、组合机床上使用更为普遍。目前，机械手已发展成为柔性制造系统FMS和柔性制造单元FMC中一个重要组成部分。把机床设备和机械手共同构成一个柔性加工系统或柔性制造单元，可以节省庞大的工件输送装置，结构紧凑，而且适应性很强。但目前我国的工业机械手技术及其工程应用的水平和国外比还有一定的距离，应用规模和产业化水平低，机械手的研究和开发直接影响到我国机械行业自动化生产水平的提高，从经济上、技术上考虑都是十分必要的。因此，进行机械手的研究设计具有重要意义。在这样一个大的背景下结合自己的专业机电一体化，我们选择多功能机械手来作为我们的设计题目。结合专业特点使用德国慧鱼机器人教学模型作为我们实现这一课题的元件。利用慧鱼模型的各种机械结构组装出机械手的机械部分，用pc编程实现对机械手的自动控制，利用限位开关来保护电机和控制机械手位置的准停。这个课题可以充分的体现机电一体化的由程序自动控制机械结构的运动，对自己以前的所学的课程也是一种巩固。另一方面这个机械手可以实现一定的搬运功能具有很强的实用性能。 2、发展现状和趋势

工业机器人课程设计说明书

工业机器人课程设计基于Matlab的工业机器人运动学和雅克比运动分析班级：学号姓名：

目录摘要 ..................................................................................................................................................... - 2 - PUMA560机器人简介 ...................................................................................................................... - 3 - 一、PUMA560机器人的正解 .......................................................................................................... - 4 - 1.1、确定D-H 坐标系 .................................................................................................................... - 4 - 1.2、确定各连杆D-H 参数和关节变量 ........................................................................................ - 4 - 1.3、求出两杆间的位姿矩阵 ......................................................................................................... - 4 - 1.4、求末杆的位姿矩阵 ................................................................................................................. - 5 - 1.5、M A TLAB 编程求解 .................................................................................................................. - 6 - 1.6、验证 ......................................................................................................................................... - 6 - 二、PUMA560机器人的逆解 .......................................................................................................... - 7 - 2.1、求1θ ........................................................................................................................................ - 7 - 2.2、求3θ ........................................................................................................................................ - 7 - 2.3、求2θ ........................................................................................................................................ - 8 - 2.4、求4θ ........................................................................................................................................ - 9 - 2.5、求5θ ........................................................................................................................................ - 9 - 2.6、求 6 θ ...................................................................................................................................... - 10 - 2.7、解的多重性 ........................................................................................................................... - 10 - 2.8、M A TLAB 编程求解 ................................................................................................................ - 10 - 2.9、对于机器人解的分析 ........................................................................................................... - 10 - 三、机器人的雅克比矩阵 ............................................................................................................... - 11 - 3.1、定义 ....................................................................................................................................... - 11 - 3.2、雅可比矩阵的求法 ............................................................................................................... - 11 - 3.3、微分变换法求机器人的雅可比矩阵 ................................................................................... - 12 - 3.4、矢量积法求机器人的雅克比矩阵 ....................................................................................... - 13 - 3.5、M A TLAB 编程求解 ................................................................................................................ - 14 - 附录 ................................................................................................................................................... - 15 - 1、M ATLAB 程序 ........................................................................................................................... - 15 - 2、三维图 ...................................................................................................................................... - 24 -

模电课程设计报告

模拟电路课程设计题目：OCL功率放大器学院：信息学院专业：自动化班级学号：学生姓名：指导教师;

一、课程设计任务及要求 1、设计目的 ①学习OCL功率放大器的设计方法 ②了解集成功率放大器内部电路工作原理根据设计要求,完成对OCL功率放大器的设计,进一步加强对模拟电子技术的了解 ④采用集成运放与晶体管原件设计OCL功率放大器 ⑤培养实践技能,提高分析和解决实际问题的能力 2、设计指标 ①频率响应:50Hz≤f≤20KHz ②额定输出功率:P o=8W ③负载电阻:R L=8Ω ④非线性失真尽量小 ⑤输入信号:U i<=100mv

3、设计要求（1）进行方案论证及方案比较（2）分析电路的组成及工作原理（3）进行单元电路设计计算（4）画整机电路图（5）写出元件明细表（6）小结和讨论（7）写出对本设计的心得体会分析设计要求，明确性能指标；查阅资料、设计方案分析对比。 4、制作要求论证并确定合理的总体设计方案，绘制结构框图。 5、OCL功率放大器各单元具体电路设计。总体方案分解成若干子系统或单元电路，逐个设计，计算电路元件参数；分析工作性能。

6、完成整体电路设计及论证。 7、编写设计报告写出设计与制作的全过程，附上有关资料和图纸，有心得体会。二、总体方案设计 1、设计思路功率放大器的作用是给负载R l提供一定的输出功率，当R I一定时，希望输出功率尽可能大，输出信号的非线性失真尽可能小，且效率尽可能高。放大电路实质上都是能量转换电路。从能量控制的观点来看，功率放大电路和电压放大电路没有本质的区别。但是，功率放大电路和电压放大电路所要完成的任务是不同的。对电压放大电路的主要要求是使其输出端得到不失真的电压信号，讨论的主要指标是电压增益，输入和输出阻抗等，输出的功率并不一定大。而功率放大电路则不同，它主要要求获得一定的不失真（或失真

机器人课程设计报告范例

**学校机器人课程设计名称院系电子信息工程系班级10电气3 姓名谢士强学号107301336 指导教师宋佳

目录第一章绪论 (2) 1.1课程设计任务背景 (2) 1.2课程设计的要求 (2) 第二章硬件设计 (3) 2.1 结构设计 (3) 2.2电机驱动 (4) 2.3 传感器 (5) 2.3.1光强传感器 (5) 2.3.2光强传感器原理 (6) 2.4硬件搭建 (7) 第三章软件设计 (8) 3.1 步态设计 (8) 3.1.1步态分析： (8) 3.1.2程序逻辑图： (9) 3.2 用NorthStar设计的程序 (10) 第四章总结 (12) 第五章参考文献 (13)

第一章绪论 1.1课程设计任务背景机器人由机械部分、传感部分、控制部分三大部分组成．这三大部分可分成驱动系统、机械结构系统、感受系统、机器人一环境交互系统、人机交互系统、控制系统六个子系统现在机器人普遍用于工业自动化领域，如汽车制造，医疗领域，如远程协助机器人，微纳米机器人，军事领域，如单兵机器人，拆弹机器人，小型侦查机器人（也属于无人机吧），美国大狗这样的多用途负重机器人，科研勘探领域，如水下勘探机器人，地震废墟等的用于搜查的机器人，煤矿利用的机器人。如今机器人发展的特点可概括为：横向上，应用面越来越宽。由95%的工业应用扩展到更多领域的非工业应用。像做手术、采摘水果、剪枝、巷道掘进、侦查、排雷，还有空间机器人、潜海机器人。机器人应用无限制，只要能想到的，就可以去创造实现；纵向上，机器人的种类会越来越多，像进入人体的微型机器人，已成为一个新方向，可以小到像一个米粒般大小；机器人智能化得到加强，机器人会更加聪明 1.2课程设计的要求设计一个机器人系统，该机器人可以是轮式、足式、车型、人型，也可以是仿其他生物的，但该机器人应具备的基本功能为：能够灵活行进，能感知光源、转向光源并跟踪光源；另外还应具备一项其他功能，该功能可自选（如亮灯、按钮启动、红外接近停止等）。具体要求如下： 1、根据功能要求进行机械构型设计，并用实训套件搭建实物。 2、基于实训套件选定满足功能要求的传感器； 3、设计追光策略及运动步态； 4、用NorthStar设计完整的机器人追光程序；

模电课程设计报告

模电课程设计报告 It was last revised on January 2, 2021

模拟电路课程设计题目：OCL功率放大器学院：信息学院专业：自动化班级学号：学生姓名：指导教师;

工业机器人课程设计--多功能机械手-精品

《机器人应用技术》课程作品设计说明书作品名称：多功能机械手专业：机电一体化技术班级：机电124班 2014 年10 月1 日

一课题概述 1、选题背景随着我国经济的高速发展，各种电子产品和各种创新机械结构的出现，工业机器人的作用在装配制造业产业中的地位更加重要了。另一方面随着人们生活水平的提高传统制造产业劳动力生产成本进一步提高，这也使企业意识到用高速准确的机械自动化生产代替传统人工操作的重要性。其中机械手是其发展过程中的重要产物之一，它不仅提高了劳动生产的效率，还能代替人类完成高强度、危险、重复枯燥的工作，减轻人类劳动强度，可以说是一举两得。在机械行业中，机械手越来越广泛的得到应用，它可用于零部件的组装，加工工件的搬运、装卸，特别是在自动化数控机床、组合机床上使用更为普遍。目前，机械手已发展成为柔性制造系统FMS和柔性制造单元FMC中一个重要组成部分。把机床设备和机械手共同构成一个柔性加工系统或柔性制造单元，可以节省庞大的工件输送装置，结构紧凑，而且适应性很强。但目前我国的工业机械手技术及其工程应用的水平和国外比还有一定的距离，应用规模和产业化水平低，机械手的研究和开发直接影响到我国机械行业自动化生产水平的提高，从经济上、技术上考虑都是十分必要的。因此，进行机械手的研究设计具有重要意义。在这样一个大的背景下结合自己的专业机电一体化，我们选择多功能机械手来作为我们的设计题目。结合专业特点使用德国慧鱼机器人教学模型作为我们实现这一课题的元件。利用慧鱼模型的各种机械结构组装出机械手的机械部分，用pc编程实现对机械手的自动控制，

模电课设报告

模电课设报告 Document serial number【UU89WT-UU98YT-UU8CB-UUUT-UUT108】

南京航空航天大学模拟电子技术课程设计报告（频率-电压变换器）学生姓名：田恬学号：班级： 0315203 电工电子实验中心 2017年6月

目录第一章：设计指标第二章：系统概述第三章：单元电路设计与分析第四章：电路调试过程第五章：结束语附件1：器件表附件2：参考文献附件3：总图

第一章设计指标试设计一个频率-电压变换器，要求：（1）当正弦波信号的频率f i在200Hz-2kHz范围内变化时，对应输出的直流电压Vo在2-10V范围内线性变化，误差在5％左右。（2）正弦波信号源采用函数波形发生器。（3）采用±12V电源供电。第二章系统概述一、设计思想函数波形发生器输出的正弦波经比较器变换成方波。方波经频率变换通过反成直流电压。直流正电压经反相器变成负电压，再与参考电压V R 相加法器得到符合技术要求的Vo。二、各功能的组成（1）本次使用741运放设计三角波发生器作为设计函数波形发生器。调节范围为200Hz-2000Hz,在调试过程中，挑选中间的几个值进行测试。（2）电压比较器采用LM311。（3）F/V变换采用集成块LM331构成的典型电路。通过参考书和报告上的指导书确定相关参数，测定输出的电压范围在。（4）反相器采用比例为-1，通过集成芯片OP07实现。的大小。使输出的（5）反相加法器同样用芯片OP07实现，通过调节V R 电压在2-10V。

三、总体工作过程第三章单元电路设计与分析一、三角波发生器电路如图所示，它由运放A1、A2，电阻R1、R2组成的同相迟滞比较器，运放A2以及R 、C 构成的反相有源积分电路组成。其输出信号周期为二、电压比较器 LM311是一种电压比较器，它能将一个模拟电压信号和一个参考固定电压相比较，在二者幅度相等的附近，输出电压将产生跃变，相应输出高电平或低电平。三、频率电压变换器直接应用F/V 变换器LM331,其输出与输入的脉冲信号重复频率成正比. （1）LM331内部原理图此时,○1脚是输出端(恒流源输出),○6脚为输入端(输入脉冲链),○7脚接比较电平. （2）工作波形图及工作过程当输入负脉冲到达时,由于○6脚电平低于○7脚电平,所以S=1(高电平)，Q =0（低电平）。此时放电管T 截止，于是Ct 由Vcc 经Rt 充电，其上电压Vct 按指数规律增大。与此同时，电流开关S 使恒流源I 与○1 Vo=2- 参考电 -2V Vo3直流 Vo2 方 f i =200- 正弦函数波比较 F/V/变反相反相 μF

机器人课程设计报告

智能机器人课程设计总结报告姓名：组员：指导老师: 时间:

一、课程设计设计目的了解机器人技术的基本知识以及有关电工电子学、单片机、机械设计、传感器等相关技术。初步掌握机器人的运动学原理、基于智能机器人的控制理论，并应用于实践。经过学习，具体掌握智能机器人的控制技术，并使机器人能独立执行一定的任务。基本要求：要求设计一个能走迷宫(迷宫为立体迷宫)的机器人。要求设计机器人的行走机构，控制系统、传感器类型的选择及排列布局。要有走迷宫的策略（软件流程图）。对于走迷宫小车控制系统设计主要有几个方面：控制电路设计，传感器选择以及安放位置设计，程序设计二、总体方案 2.1 机器人的寻路算法选择将迷宫看成一个m*n的网络，机器人经过传感器反馈的信息感知迷宫的形状，并将各个节点的与周围节点的联通性信息存储于存储器中，再根据已经构建好的地图搜索离开迷宫的路径。这里可选择回溯算法。对每个网格从左到右，每个网格具有4个方向，分别定义。并规定机器人行进过程中不停探测前方是否有障碍物，同时探测时按左侧规则，进入新网格后优先探测当前方向的左侧方向。探测过程中记录每个网格的四个方向上的状态：通路、不通或未知，探测得到不同状态后记记录，同时记录当前网

格的四个方向是否已被探测过。若某网格四个方向全部探测过则利用标志位表示该网格已访问。为了寻找到从起点到终点的最佳路径，记录当前网格在四个方向上的邻接网格序号，由此最后可在机器人已探测过的网格中利用Dijkstra算法找到最佳路径。并为计算方便，记录网格所在迷宫中行号、列号。并机器人探索过程中设置一个回溯网格栈记录机器人经过的迷宫网格序号及方向，此方向是从一个迷宫网格到下一个迷宫网格经过的方向。设置一个方向队列记录机器人在某网格内探测方向的顺序。设置一个回溯路径数组记录需要回溯时从回溯起点到回溯终点的迷宫网格序号及方向。考虑到迷宫比较简单，且主要为纵横方向的直线，可采用让小车在路口始终左转或者始终右转的方法走迷宫，也就是让小车沿迷宫的边沿走。这样最终也能走出迷宫。本次课程设计采用此方法。即控制策略为机器人左侧有缺口时，向左进入缺口，当机器人前方有障碍是，向右旋转180°，其余情况保持前进。 2.2 传感器的选择由于需要检测机器人左侧和前方是否有通路，采用红外传感器对机器人行进方向和左侧进行感知。红外避障传感器是依据红外线的反射来工作的。当遇到障碍物时，发出的红外线被反射面反射回来，被传感器接收到，信号输出引脚就会给出低电平提示信号。本机器人系统的红外避障信号采用直接检测的方式进行，直接读取引脚电平。传感器感应障碍物的距离阈值能够经过调节

机器人课程设计

沈阳工程学院课程设计设计题目：三自由度微型直角坐标工业机器人模型设计系别自控系班级测本081 学生姓名步勇捷学号 2008310110 指导教师祝尚臻职称讲师起止日期：2012年 1 月 2 日起——至 2012 年 1 月13 日止 - I -

沈阳工程学院课程设计任务书课程设计题目：三自由度直角坐标工业机器人设计系别自动控制工程系班级学生姓名学号指导教师职称讲师课程设计进行地点： F430 任务下达时间： 2011年 12月31日起止日期：2012 年 1 月2日起——至 2012 年 1 月13日止教研室主任年月日批准 - II -

三自由度直角坐标工业机器人设计 1 设计主要内容及要求 1.1 设计目的： 1了解工业机器人技术的基本知识以及单片机、机械设计、传感器等相关技术。 2初步掌握工业机器人的运动学原理、传动机构、驱动系统及控制系统并应用于工业机器人的设计中。3通过学习，掌握工业机器人的驱动机构、控制技术，并使机器人能独立执行一定的任务。 1.2 基本要求 1要求设计一个微型的三自由度的直角坐标工业机器人； 2要求设计机器人的机械机构（示意图），传动机构、控制系统、及必需的内外部传感器的种类和数量布局。 3要有控制系统硬件设计电路。 1.3 发挥部分自由发挥 2 设计过程及论文的基本要求： 2.1 设计过程的基本要求（1）基本部分必须完成，发挥部分可任选；（2）符合设计要求的报告一份，其中包括总体设计框图、电路原理图各一份；（3）设计过程的资料保留并随设计报告一起上交；报告的电子档需全班统一存盘上交。 2.2 课程设计论文的基本要求（1）参照毕业设计论文规范打印，包括附录中的图纸。项目齐全、不许涂改，不少于3000字。图纸为A4，所有插图不允许复印。（2）装订顺序：封面、任务书、成绩评审意见表、中文摘要、关键词、目录、正文（设计题目、设计任务、设计思路、设计框图、各部分电路及相应的详细的功能分析和重要的参数计算、工作过程分析、元器件清单、主要器件介绍）、小结、参考文献、附录（总体设计框图与电路原理图）。 3 时间进度安排顺序阶段日期计划完成内容备注 1 2012.1. 2 讲解主要设计内容，布置任务打分 2 2012.1. 3 检查框图及初步原理图完成情况，讲解及纠正错误打分 3 2012.1. 4 检查机械结构设计并指出错误及纠正；打分 4 2012.1. 5 继续机械机构和传动机构设计打分 5 2012.1. 6 进行控制系统设计打分 6 2012.1.9 检查控制系统原理图设计草图打分 7 2012.1.10 完善并确定控制系统打分 8 2012.1.11 指导学生进行驱动机构的选择打分 9 2012.1.12 进行传感器的选择和软件流程设计打分 10 2012.1.13 检查任务完成情况并答辩打分 - III -

工业机器人课程设计

河南机电高等专科学校《机器人应用技术》课程作品设计说明书作品名称：多功能机械手专业：机电一体化技术班级：机电124班扣号：1534542251 姓名：流星 2014 年10 月1 日

模电课程设计实验报告分析

模电课程设计实验报告实验内容：一、设计并制作一个能输出+5V 电压的直流稳压电源，输入电压为直流9V。二、利用课程设计（一）制作的电源、电压比较器、电压跟随器设计，驱动三极管，通过可调电阻，控制LED灯的点亮和熄灭。实验要求：（1）设计出+5V 直流稳压电源的电路原理图；（2）在万用板上焊接组装给定的元器件并进行调试，输入电压没有极性之分，输出电压+5V，并点亮电源指示灯（红色）；（3）设计一款电压比较器A，参考电压2.5V；（4）设计一款电压跟随器B，跟随电压比较器A 的电压；（5）驱动三极管，通过可调电阻，实现对LED（绿色）灯的控制；（6）完成课程设计报告的撰写。实验原理：一、制作稳定电压源采用二极管、集成运放、电阻、稳压管、电容、二极管、LED发光二极管等元件器件。输入电压为9V 的直流电源经桥式整流电路和滤波电路形成稳定的直流电源，稳压部分采用串联型稳压电路。比例运算电路的输入电压为稳定电压；同时，为了扩大输出大电流，集成运放输出端加晶体管，并保持射极输出形式，就构成了具有放大环节的串联型稳压电路。整体功能结构如图直流9V 1、单相桥式整流电路直流5V 为了将电压转换为单一方向的电压，通过整流电路实现。查阅资料可知单相整流电路有单相桥式整流电路（全波整流电路）。桥式整流电路巧妙地利用了二极管的单向导电性，将四个二极管分为两组，根据变压器次级电压的极性分别导通，将变压器次级电压的正极性端与负载电阻的上端相连，负极性端与负载电阻的下端相连，使负载上始终可以得到一个单方向的脉动电压。单相桥式整流电路，具有输出电压高，变压器利用率高、脉动系数小等优点。所以在电路中采用单相桥式整流电路。 2、滤波电路整流电路滤波电路稳压电路

机器人课程设计报告范例

**学校机器人课程设计名称院系电子信息工程系班级10电气3 姓名谢士强学号107301336 指导教师宋佳

第一章绪论 1.1课程设计任务背景机器人由机械部分、传感部分、控制部分三大部分组成．这三大部分可分成驱动系统、机械结构系统、感受系统、机器人一环境交互系统、人机交互系统、控制系统六个子系统现在机器人普遍用于工业自动化领域，如汽车制造，医疗领域，如远程协助机器人，微纳米机器人，军事领域，如单兵机器人，拆弹机器人，小型侦查机器人（也属于无人机吧），美国大狗这样的多用途负重机器人，科研勘探领域，如水下勘探机器人，地震废墟等的用于搜查的机器人，煤矿利用的机器人。如今机器人发展的特点可概括为：横向上，应用面越来越宽。由95% 的工业应用扩展到更多领域的非工业应用。像做手术、采摘水果、剪枝、巷道掘进、侦查、排雷，还有空间机器人、潜海机器人。机器人应用无限制，只要能想到的，就可以去创造实现；纵向上，机器人的种类会越来越多，像进入人体的微型机器人，已成为一个新方向，可以小到像一个米粒般大小；机器人智能化得到加强，机器人会更加聪明 1.2课程设计的要求设计一个机器人系统，该机器人可以是轮式、足式、车型、人型，也可以是仿其他生物的，但该机器人应具备的基本功能为：能够灵活行进，能感知光源、转向光源并跟踪光源；另外还应具备一项其他功能，该功能可自选（如亮灯、按钮启动、红外接近停止等）。具体要求如下： 1、根据功能要求进行机械构型设计，并用实训套件搭建实物。 2、基于实训套件选定满足功能要求的传感器； 3、设计追光策略及运动步态； 4、用NorthStar设计完整的机器人追光程序； 5、调试； 6、完成课程设计说明书，内容：方案设计、硬件搭建过程（附照片）、控制算法流程、程序编写、调试结果、心得体会。

模电课程设计报告hlx

太原理工大学现代科技学院模拟电子技术基础课程设计设计名称信号发生器专业班级自动化11—4 学号2011101202 姓名许海龙指导教师秦建中

课程设计任务书

一、设计题目：信号发生器设计二、设计目的：掌握方波-三角波-正弦波的设计方法和调试技术。三、设计内容与要求：信号发生器是常用的测试仪器，常用的信号源有正弦波、方波、三角波、锯齿波、阶梯波等。 ①RC桥式正弦波产生电路，频率分别为300Hz、1KHz、10KHz，输出幅值300mV~5V可调、负载1KΩ。 ②矩形波电路，频率3KHz，占空比可调范围10%~90%，输出幅值3V、负载1KΩ。 ③三角波电路，频率1KHz，占空比可调范围10%~90%，输出幅值3V、负载1KΩ。 ④多用信号源产生电路，分别产生正弦波、方波、三角波，频率范围100Hz~3KHz、输出幅值≥5V、负载电阻1KΩ。四、设计思路及实验原理： 1、正弦波产生电路（由放大电路、选频网络和反馈网络组成）从结构上看，RC正弦波振荡电路就是一个没有输入信号的带选频网络的正反馈放大电路。振幅平衡和相位平衡是正弦波振荡电路产生持续振荡的两个条件。其中，振荡频率是由相位平衡条件所决定的。刚开始时，Rf略大于R1的两倍，这样放大倍数才会略大于3，电路才

能够起振。一段时间后，可以利用非线性元件来自动调整反馈的强弱以维持输出电压恒定，也可以将Rf 用滑动变阻器代替，人为调节放大倍数，从而使电路能够产生幅度稳定、几乎不失真的正弦波。其选频网络的频率特性如下： 121 1,; 11r j cr r j c Z r Z j c j c j c r j c ωωωωωω+=+===++ 反馈网络的反馈系数为 2212(); 13()v Z j cR F s Z Z j cR j cR ωωω= =+++ 由此可得RC 串并联选频网络的幅频响应及相频响应 v F = 0( )arctan ; 3 f ωωωω ?-=- 可以计算，当 00112f f rc rc ωωπ== ==或时，幅频响应的幅值为最大，即 max 1 ; 3F = 相应的相频响应的相位

智能扫地机器人课程设计

1、课题背景及研究的目的和意义 1.1课题背景扫地机器人是服务机器人的一种，可以代替人进行清扫房间、车间、墙壁等。提出一种应用于室内的移动清洁机器人的设计方案。其具有实用价值。室内清洁机器人的主要任务是能够代替人进行清扫工作，因此需要有一定的智能。清洁机器人应该具备以下能力：能够自我导航，检测出墙壁，房间内的障碍物并且能够避开；能够走遍房间的大部分空间，可以检测出电池的电量并且能够自主返回充电，同时要求外形比较紧凑，运行稳定，噪音小；要具有人性化的接口，便于操作和控制。结合扫地机器人主要功能探讨其控制系统的硬件设计。 1.2研究目的和意义国家农业智能装备工程技术研究中心邱权博士介绍说，扫地机器人可以看作是一种智能吸尘器，通过其基于传感器检测的智能运动规划算法使原本由人操作的吸尘器成为一个可自主运行的智能化设备。它通过各种传感器，比如碰撞开关、红外接近开关、超声传感器、摄像头等，来感知自身的位置和状态，通过智能算法决定当前的任务状态。它可以根据某个传感器检验地面清洁程度，根据历史信息确定哪些区域已经打扫过，它的充电座会发出红外线信息，在电量低于一定值后，它开始寻找红外信息来自动充电。防跌落是基于机器人底部所安装的红外传感器检测地面的距离，当距离发生变化时机器人将停止并改变路线。由于扫

地机器人是一个智能化产品， 1.3工作原理扫地机器人机身为可移动装置，机器人依托红外识别以及超声波测距从而避障，配合芯片控制内部电机转动以及内部真空环境吸尘，通过路线设计，在室内自由行走，由中央主刷旋转清扫，并且辅以边刷，沿直线或者之字形活动路径打扫。 2、设计要求与内容 1）以 AT89S52系列单片机为核心设计移动清扫机器人电机驱动与控制电路，采用红外传感器和超声波传感器完成障碍物检测电路设计，完成充电站检测电路设计，完成避障算法与路径规划算法设计。 2）按键选择清扫模式和充电模式。 3）显示方式LED 显示当前时间和机器人当前工作状态。 3、系统方案设计 3.1设计任务 1）利用AT89S52处理器编程实现电机驱动。 2）液晶显示扫地机器人的内部参数。 3）当扫地机器人显示电量不足时，无线模块发送命令到充电桩，开始进行充电模式，此时红外发射光线充电桩与扫地机器人充电接口对接，此