报告-机电工程学院-08-29-残疾人助手智能机器人

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1、残疾人助手智能机器人08-29陶海明郭利根指导教师刘国平教授摘要：本文介绍了残疾人助手机器人的总体设计思想。整个系统采用模块化设计，分成机械与电控两个大部分，机械又分为底盘、升降和夹具三部分，电控分为主控，接口板，电机驱动器和传感器四个部分。最后讲述了本课项目的研究成果和创新点。关键词：模块化；智能性；通用性一、选题背景目前，全世界60岁以上的老年人口己达到6亿左右，预计到2015年，60岁以上的人口将超过2亿，占总人口的14%,其中老年病患者约有50%耑要护理服务。我国有各类残疾人约6千万，约占我国总人口的因此，我国合计耑要进行护理的人U大约为1亿人。各类残疾人和长期卧床老

2、年人的大量存在，使得助老助残I'u）题正口益成为一个重大的社会fu）题。因此，研宂一款可以帮助残疾人，老年人的科技产品，即有科研价值，也很有现实意义。“亚洲广播电视联盟亚太地区机器人大赛（简称ABU-Robocon）是由亚广联节目部发起的致力于培养各国青少年对于开发、研制高科技的兴趣与爱好，提高各参与国的科技水平，为机器人工业的发展发掘培养后备人才的一项重要赛事。“亚太大学生机器人大赛”其宗旨是致力于培养各国青少年对于开发、研制高科技的兴趣与爱好，提高各参与国的科技水平，为机器人工业的发展发觉培养后备人才，激发大学生想象力，创造力，动手和动脑能力，将探索精神和创新思维付诸实践

3、，推进机器人事业的普及和发展。本项目成员都是南昌大学机器人队的成员，参加Y两届亚机器人大赛国内选择活动。对于设计和制作机器人具有相当的经验与能力。我们目的是在现有参加亚太大学生机器人大赛国内选拔赛的机器人基础上，改进、研制智能助残机器人，探索机器人比赛与市场开发的衔接。二、方案论述残疾人助手机器人是为残疾人或老年人屮行动不便的人设计的，帮助他们拿取物品。机器人工作于贴有白色路线环境的室用传感器检测白色，实现导航。机器人启动到达目的夹取残疾人所需物品后原来返回，将物品交给残疾人，一次任务完成。三、研究方法3.1总述根据助残机器人的特点和功能，以及我们的经验，机器人采用模块化设计

4、。机械与电子的设计都分别采用了模块化设计，并且最终集成到机器人总系统上，最终形成了助残机器人系统。模块化的设计有利于成本的降低，系统的修改升级和后来人的学习。助残机器人的硬件由机械部分和电控部分组成。机械主要包括底盘部分、升降部分和夹持部分；电控主要包括主控板、接口板、电机驱动器、传感器（见图3-1）。残疚人助手酕机B人机械结构庇盘升降矩动电机一靼动器升降电机驱动器夹取电机—驱动电路—图3-1机器人系统机构图传感器人机界面3.2机械结构机械部分巾底盘部分、升降部分和夹具部分组成。成盘采用四轮方式

5、21,前面是两个万向轮，用于辅助支持作用；而机器人的驱动与方向校制都是两后轮实现

6、的，后轮转速可以巾控制器分别控制，机器人就可以实现直线或拐弯等运动。升降部分用电机提供动力，并且巾履带将能量传递到夹具部分，实现夹具的升降。夹具部分巾拖把改进而成，用丝杆传递动力。3.3电子与控制系统控制系统也模块化没计方式，并用分布式控制，各部分的连接采用12C通信。当用户向机器人下达行动命令后，机器人就可以自动运行并完成任务。机器人以ARM为主控板，并嵌入UC/OSII操作系统，扩展接口板口、人机交互界面、传感器、电机驱动器等模诀（见图3-2），它们之间的通信采用I2C通信、或其它通信方式。3.3.1电机控制电机采用直流无刷电机，选用MD200BL-24V型驱动器，利用直

7、流无刷电机的霍尔信号进行倍频后作为反馈信号传递给闭环控制模块，闭环校制算法采用PID速度控制方式，系统控制稳定可靠，尤其是在低速下能达到最大转矩，且具有欠压、过流、崔尔信号非法报警功能H。电机矩动器行《幵关央风屯机rr42,J/r降屯机人机交互•1:■1■鳓卜5■■■Ha麗臞通过DAC转换芯片TLV5618改变速度校制口SV端电压,图3-2控制系统机构图TLV5618为带有缓冲基准输入的双路12位数模转换器，其输入量rflSSP发送；使能、刹车、正反转、报警有GPIO口控制，只需改变GPIO的高低电平即可控实现相应功能。3.3.2导航系统不同颜色的物体对可见光线反射程度不同，

8、利用这一特性讨以识别不同颜色的物体。正是基于该原理，设计了机器人的导航系统［41。将一束光照射到场地上，并用一个光敏三极管接收反射光，通过A/D采样，由于不同颜色地面反射光的颜色与强度不同，所以采集到的A/D信号也有差异，用芯片处理就可以知道所在场地的颜色［31。巡线与数线传感器都是采用这种方法设计的电路，其结构如图3-3所示。图3-3巡线和数线传感器框图导航系统，共集成了16路巡线采样通道和4路数线采样通道。将传感器按一定方式排列，采集的信号由AVR芯片初步处理后送入上位机（ARM芯片），上位机根据这