全自动仓库灭火机器人设计

本科毕业设计说明书（论文）第Ⅰ页共Ⅰ页目录1绪论..................................................................11.1机器人的定义........................................................11.2机器人的发展........................................................11.3机器人的主要用途....................................................21.4机械创新设计的背景..................................................22总体设计..............................................................42.1方案设计............................................................42.2创新亮点............................................................42.3ROBOPro软件的简介...................................................52.4全自动仓库灭火机器人的总体结构设计..................................53全自动仓库灭火机器人的控制部分.......................................113.1全自动仓库灭火机器人的整体运动方式.................................113.2程序执行方式.......................................................123.3控制要求的分析.....................................................133.4ROBO扩展板和接口板的型号及功用.....................................154子程序设计...........................................................164.1寻光程序...........................................................164.2越障程序...........................................................164.3左避障程序.........................................................174.4右避障程序.........................................................194.5报警灯.............................................................204.6灭火方式...........................................................214.7确定火源，自行（左、右）拐.........................................22总结....................................................................25致谢....................................................................27参考文献................................................................291绪论说起机器人，大部分人脑海中闪现的恐怕都是一系列钢筋铁骨且具有人类外形的机器，而实际上，机器人的存在状态不一定是人形的；以及机器人所涉及的应用领域，需根据不同的机器人去完成这一系列工作。1.1机器人的科学定义机器人的定义，每个人的理解均有所不同，有些人认为机器人至少有一只手和一本科毕业设计说明书（论文）第Ⅰ页共Ⅰ页个手臂；能自行推动和自行转向；有配套的动力系统和控制系统；能容纳一定数量指令的存储器；有各种传感器能识别对象和环境。日本早稻田大学加藤一郎教授则认为机器人要有意识的头脑、工作的手、移动的脚、接受感觉的各种传感器这几个要素组成。可见，机器人并不是人，它是一种机械和电子相结合的自动化机器，可以根据人类的需要编写相应的程序，实现某些功能，它并不一定要有人的形态[1]。1.2机器人的发展从机器人技术的发展水平来看，机器人主要经历了简单可变成机器人、低级智能机器人和高级智能机器人。1.2.1简单可编成机器人简单可编成机器人是第一代机器人，能根据人们设好的程序按照一定的顺序和路径来实现特定的动作。若要更改机器人的动作，只需重新编写控制程序即可。目前大部分工业机器人都属于这类，它能分担人类的部分工作，但是它只是按照人类预定的指令动作，不会感知所处的环境，更不会因为环境的变化而随时做出反应。1.2.2低级智能机器人低级智能机器人是第二代机器人，相比较第一代的机器人，它增加了一些用于感知环境的感觉装置，因此也可以称作感觉机器人。第二代的机器人可以感知到环境的简单信息，并可根据某些参数的变化进行一些分析计算，改变自身的行动。这一代的机器人已经具备了一定的自行适应的能力，一旦外界环境有变化，也可以做出某些反应，极大地提高了机器人的灵活性。1.2.3高级智能机器人高级智能机器人是第三代机器人，它不但具有第二代基本的感知设备和自适应能力，还能够识别对象和所处的环境，并根据人的指令和自身的判断结果自动确定但钱环境下的相应动作。目前对此类机器人反映能力的研究，主要集中在如下三方面：a)对环境的感知能力。b)对环境的作用能力。c)对环境、作业的思考能力。[1]罗志增主编.测试技术与传感器[M].西安：西安电子科技大学出版社，2008.本科毕业设计说明书（论文）第Ⅰ页共Ⅰ页1.3机器人的主要用途机器人目前正广泛应用于日常生活、空间探索、军事应用和工业生产等各个领域，随着科学技术的发展，义勇的范围也在不断地扩大。逐渐地用于实验、采矿、冶金、农业、林木、畜牧业、纺织、食品制造等各个领域。1.3.1日日常生活领域在生活领域，机器人主要用以提高人们的生活水平，丰富日常文化和娱乐生活。进入21世纪，随着科学的进步和技术的成熟，机器人家族将更大的发展。常见的机器人有：家政服务机器人、导游机器人、表演机器人、教学机器人、机器人宠物、仿人形机器人等。1.3.2空间探索领域机器人用语空间探索，也是人们进行机器人研究的主要目的之一。这里的空间探索包含很广泛，不仅仅是指对的开发，还包括其他任何对人类危险的环境或者是人类无法到达的地方，只要是人类想了解的，都是探索的目标。无疑机器人将成为辅助人们了解那里的有力工具。常见的机器人有：火星探测车、水下机器人、管道机器人等。1.3.3军事应用领域军事领域，作为一个国家高科技产品的主要使用方向之一，必然可以看到特种机器人在军事上的应用。常见的机器人有：反恐防爆机器人、扫雷机器人、自主式车辆、机器人军团等。1.3.4工业生产领域工业生产也是目前最广泛使用机器人的领域，因为机器人的出现，将人类从枯燥重复的、繁重的生产劳动中解放出来。工业上甚至有些生产环境是有害健康的、危人性命的，工业机器人替代人类成这里的主要劳动力，也是将来的发展趋势。现在已经有很多种机器人站上了工业生产的第一线。常见的机器人有：装配机器人、分拣机器人、搬运机器人、喷涂机器人、焊接机器人等。1.4全国大学生机械创新设计大赛的背景1964年，慧鱼创意组合模型（fischertechnik）诞生于德国，是技术含量很高的工程技术类智趣拼装模型，是展示科学原理和技术过程的理想教具，也是体现世界最先进教育理念的学具，为创新教育和创新实验提供了最佳的载体。本科毕业设计说明书（论文）第Ⅰ页共Ⅰ页慧鱼创意组合模型的主要部件采用优质尼龙塑胶制造，尺寸精确，不易磨损，可以保证反复拆装的同时不影响模型结合。全国大学生机械创新设计大赛的目的在于引导高等学校在教学中注重培养大学生的创新设计意识、综合设计能力与团队协作精神；加强学生动手能力的培养和工程实践的训练，提高学生针对实际需求通过创新思维,进行机械设计和工艺制作等实际工作能力；吸引、鼓励广大学生踊跃参加课外科技活动，为优秀人才脱颖而出创造条件。2总体设计在当今社会火灾发生的机率越发频繁，严重损害国家和人民的利益，尤其是仓库火灾。仓库是物资集中储存的场所，包括由国家、集体和个体经营的储存物品的各类仓库、堆栈、货场，一旦发生火灾经济损失巨大，对社会各方面影响大，后果严重，本科毕业设计说明书（论文）第Ⅰ页共Ⅰ页而且仓库一旦发生火灾，救火困难，威胁人民的生命，所以急需能用于仓库灭火的产品。我们小组针对仓库火灾设计了一款仓库全自动灭火机器人，该灭火机器人能进行无人控制的全自动灭火，降低消防人员的危险程度，降低财产损失。2.1方案设计为了可以使全自动仓库灭火机器人在灭火过程中实现全自动无人控制，所以其中一个最重要的功能就是可以自动搜索火源，而这个功能可以使用光敏传感器来实现，通过一个固定的光敏传感器和一个可以进行横向120度转动的传感器来进行配合使用，就可以大范围的搜索火源，同时还可以对火源进行精确定位。但需要注意的是灭火机械手臂要与火源之间保持一个固定的距离，如果这个距离过短的话，即机械手臂与火源靠的太近的话则会因高温烧损机械手臂，距离太远则达不到良好的灭火效果，所以该距离应是灭火的最佳距离。我们可利用一个光敏传感器来达到这个功能，光敏传感器安装在灭火机械手臂上，当这个机械手臂升出灭火时，在慢慢靠近火源的过程中，当靠近到一定距离时，光敏传感器就会给机械手发出一个停止伸出的信号，从而达到一个可以自动调整机械手与火源之间距离的功能。由于全自动灭火机器人是在一间仓库里进行无人控制灭火，就必须还需要具有另外两个功能：越障与避障功能，其中避障功能可由安装在机器人四周的7个导轮来实现，比如说在机器人灭火的途中，刚好碰到左边的导轮，机器人往右边拐60度，碰到右边的导轮就往左边拐60度，从而来达到一个避障的功能。而越障功能可以利用一个大功率电机来带动丝杠与前半节车身上的内螺纹相啮合，电机正转可以把前半车身向上拉起一个角度，电机反转可以使整个车身向上拱起，不过整个车身是由两段底座通过活动铰链连接在一起的，从而整个车身有一个可以活动的角度，然后通过两节车身底座向上与向下运动的配合来达到越障功能[2][3]。2.2创新亮点独特的避障机构与越障机构相结合,使仓库全自动灭火机器人可以在一个有障碍的房间里独自去寻找火源,自动化程度高。避障结构由7个导轮加7个接触开关组成,结构紧凑,避障能力强。越障机构越障功能可以利用一个大功率电机来带动丝杠与前半节车身上的内螺纹相啮合，电机正转可以把前半车身向上拉起一个角度，电机反转[2]郭迎福主编.测试技术与信号处理[M].中国矿业大学出版社，2009.[3]郭迎福主编.测试技术与信号处理[M].中国矿业大学出版社，2009.本科毕业设计说明书（论文）第Ⅰ页共Ⅰ页可以使整个车身向上拱起，不过整个车身是由两段底座通过活动铰链连接在一起的，从而整个车身有一个可以活动的角度，然后通过两节车身底座向上向下运动的配合来达到越障功能。旋转的光敏传感器与固定的光敏传感器相结合,使其可以大范围的寻找火源并且可以对火源进行精确定位,当确定火源的位置后机器人可以自行靠近火源,从而自动化程度高。灭火装置利用旋转的伸缩式机械手臂来完成,从而可以加大灭火范围，加强