XX 市 职 业 学
课程设计说明书
名称 会追光机器
2012年12月31日 2013年1月4日 1 周
院 系 电子信息工程系
班 级 电气
姓 名
学 号
系
教研室
指导教师
目录
第章 绪 1
11课程设计务背景 1
12课程设计求 1
第二章硬件设计 2
21 结构设计 2
22电机驱动 3
23 传感器 4
231光强传感器 4
232光强传感器原理 5
24硬件搭建 5
第三章 软件设计 7
31 步态设计 7
311步态分析： 7
312程序逻辑图： 8
32 NorthStar设计程序 8
第四章 总结 10
第五章 参考文献 11
第章 绪
11课程设计务背景
机器机械部分传感部分控制部分三部分组成．三部分分成驱动系统机械结构系统感受系统机器环境交互系统机交互系统控制系统六子系统现机器普遍工业动化领域汽车制造医疗领域远程协助机器微纳米机器军事领域单兵机器拆弹机器型侦查机器（属机吧）美国狗样途负重机器科研勘探领域水勘探机器震废墟等搜查机器煤矿利机器机器发展特点概括：横应面越越宽95工业应扩展更领域非工业应做手术采摘水果剪枝巷道掘进侦查排雷空间机器潜海机器机器应限制想创造实现 机器种类会越越进入体微型机器已成新方米粒般机器智化加强机器会更加聪明
12课程设计求
设计机器系统该机器轮式足式车型型仿生物该机器应具备基功：够灵活行进感知光源转光源踪光源外应具备项功该功选（亮灯钮启动红外接停止等）
具体求：
1 根功求进行机械构型设计实训套件搭建实物
2 基实训套件选定满足功求传感器
3 设计追光策略运动步态
4 NorthStar设计完整机器追光程序
5 调试
6 完成课程设计说明书容：方案设计硬件搭建程（附片）控制算法流程程序编写调试结果心体会
第二章硬件设计
机器硬件包括控板电机传感器需搭建系统动衡机器需够载Segway系统言参考价值根设计系统求该方案选材控制
21 结构设计
1) MultiFLEX2AVR控制器1块
2) 功调试器线1套
3) 光强传感器2
4) 舵机8
5) 连接件干
舵机：
图21舵机
控制器：
图22控制器
22电机驱动
驱动系统机械结构系统提供动力装置采动力源驱动系统传动方式驱动系统传动方式四种：液压式气压式电气式机械式电力驱动目前种驱动方式特点电源取方便响应快驱动力信号检测传递处理方便采种灵活控制方式驱动电机般采步进电机伺服电机目前采直接驱动电机造价较高控制较复杂
电动机称电机（俗称马达）电路中字母M（旧标准D）表示作产生驱动转矩作电器种机械动力源电动机结构工作原理分直流电动机异步电动机步电动机步电动机分永磁步电动机磁阻步电动机磁滞布电动机异步电动机分感应电动机交流换器电动机直流电动机结构工作原理分刷直流电动机刷直流电动机
舵机遥控模型控制动作动力源类型遥控模型需舵机种类
舵机外壳电路板核心马达齿轮位置检测器构成工作原理接收机发出讯号舵机电路板判断转动方驱动核心马达开始转动透减速齿轮动力传摆臂时位置检测器送回讯号判断否已达定位位置检测器实变电阻舵机转动时电阻值会改变藉检测电阻值便知转动角度般伺服马达细铜线缠绕三极转子电流流线圈时便会产生磁场转子外围磁铁产生排斥作进产生转动作力
伺服电动机称执行电动机动控制系统中作执行元件收电信号转换成电动机轴角位移角速度输出分直流交流伺服电动机两类特点信号电压零时转现象转速着转矩增加匀速降伺服电机部转子永磁铁驱动器控制三相电形成电磁场转子磁场作转动时电机带编码器反馈信号驱动器驱动器根反馈值目标值进行较调整转子转动角度伺服电机精度决定编码器精度（线数）
23 传感器
传感器动化系统机器技术中关键部件作系统中结构组成重性变越越明显传感器技术综合方面知识年体现尤突出类具五种感觉(视觉听觉触觉嗅觉味觉)机器需通传感器感觉信息目前机器具视觉听觉触觉感觉通相应传感器
机器传感器根检测象分部传感器外部传感器
a部传感器：检测机器身状态（手臂间角度）传感器检测位置角度传感器
b外部传感器：检测机器处环境（什物体离物体距离远等）状况（抓取物体否滑落）传感器具体物体识传感器物体探伤传感器接觉传感器距离传感器力觉传感器听觉传感器等
231光强传感器
光强传感器种感应光强弱进行显示处理测量装置完成种光学实验诸较光强距离关系研究光干涉衍射偏振光源测量光相强弱研究光源明暗变化等常生物化学实验中光强传感器见光波长光强度敏感核心元件光敏电阻输出信号光强相关模拟信号光强传感器见光波长光强度敏感核心元件光敏电阻光强传感器外观图23示
图23 光强传感器
光传感器利光敏元件光信号转换电信号传感器敏感波长见光波长附包括红外线波长紫外线波长光传感器局限光探测作探测元件组成传感器许非电量进行检测非电量转换光信号变化光传感器目前产量应广传感器动控制非电量电测技术中占非常重位简单光敏传感器光敏电阻光子击接合处会产生电流
232光强传感器原理
利光敏元件光信号特点柴油机燃烧室着火燃烧时火焰光辐射信号转换电信号反映出柴油机燃烧情况图24光强传感器原理图
图24 强传感器原理图
光强传感器应
农业生产气象环保等工作中光强度环境监测中重参数尤温室棚中光强作物着决定性作光强传感器应室光度测定光源强度距离间关系研究
24硬件搭建
1安装底盘舵机架安装舵机时需注意两端完全称需实际情况装配舵机保证轮子称分布
2安装舵机舵机装入舵机架中螺丝钉固定
3安装橡胶轮LZ4连接件安装轮子螺丝钉固定
4修改ID号取出功调试器电源连接左前轮舵机
查端口号开串口电脑点右键选择理选择设备理器选择端口COM LPT端口号USB Serial Port (COM1)
5组装机械手里组装3度机械手手掌腕关节肘关节
6安装光敏传感器红外接传感器控制器LED灯底板
7接线光敏传感器IO10~IO10红外接传感器接IO9LED灯分接IO0~IO3轮子4舵机两两相连连接功调节器控制器PC机直流稳压电源连接控制器搭建轮形机器图25示
图25 轮式机器
第三章 软件设计
31 步态设计
311步态分析：
轮式机器前进分五步
第步前进
第二步左转
第三步右转
第四步前进
第五步重复第步实现循环
追光步态设计：
获取两侧光强数值便开始设计程序逻辑框架情况分3种：
状况左侧光右侧光强
状况二左侧光右侧弱
状况三左右侧光强似相等三种情况逻辑较区分覆盖出现状态程序程序里三条件区分三种情况
作左右光强较中间变量两侧光强差值Diff进行计算：DiffLeftRight
三种状况区分围绕差值Diff进行：
状况左侧光强右侧光强：Diff>50
状况二左侧光强右侧光弱：Diff<50
状况三左侧光强右侧光接相等：Diff<50Diff>50
判断条件里50数值考虑光强传感器采集样光强度数存着差异出区间数
312程序逻辑图：
根该项目设计求画程序流程图时应程序定分析分析图31示程序逻辑图
图31 程序逻辑图
32 NorthStar设计程序
根求编写机器追光程序逻辑图编写程序时应注意舵机中参数设计舵机调试ID参数设置
机器追光程序图32示
图32 程序流程图
实验结果分析
次实验机器然轮式通光传感器感应光判断光强弱光强方转弯运行编写程序相机器脑光传感器似机器眼睛通光传感器获取信息程序处理获取信息终原先设定程序光强方运行
第四章 总结
通次课程设计熟练掌握机器ID设置方法通两足机器动作设计达行走效果进行组讨等形式进步掌握机器行走工作原理编写程序提供更清晰思路通次试验更加熟练掌握NorthSTAR软件应加深机器学兴趣次课程学东西仅知识方面动手方面等着科技发展机器应越越普遍机器解必须
没接触门课时候机器解慢慢接触明白机器动执行工作机器装置接受类指挥运行预先编排程序根工智技术制定原纲领行动务协助取代类工作
整设计程中组装调试花长时间特组装组装前必须想先装部件果安装序错面进行组员心协力幸没走少弯路编程前做类似机器手较容易舵机进行正确调试次设计受益匪浅
想做什兴趣付诸行动付出汗水会回报努力定学会
第五章参考文献
u 王建华俞孟祺李众智控制基础北京：科学出版社1998
u 张建民工业机器北京：北京理工学出版社1998
u 蔡兴著机器学北京清华学出版社2000
u 张福学机器学智机器传感器技术北京：电子工业出版社1996
u 吴立德计算机视觉海：复旦学出版社1993
u 王耀南智控制系统模糊逻辑长沙：湖南学出版社1996
u 许中贺益康电机控制杭州：浙江学出版社1999
u （日）见仁尚志永守重信著直流伺服电动机陈忠许明程树康译海：海科学技术出版社1986
u （日）熊繁机器控制卢柏英译北京：科学出版社2002
u 胡佑德乐生马东升伺服系统原理设计北京：北京理工学出版社1993
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课程设计说明书
名称 会追光机器
2012年12月31日 2013年1月4日 1 周
院 系 电子信息工程系
班 级 电气
姓 名
学 号
系
教研室
指导教师
目录
第章 绪 1
11课程设计务背景 1
12课程设计求 1
第二章硬件设计 2
21 结构设计 2
22电机驱动 3
23 传感器 4
231光强传感器 4
232光强传感器原理 5
24硬件搭建 5
第三章 软件设计 7
31 步态设计 7
311步态分析： 7
312程序逻辑图： 8
32 NorthStar设计程序 8
第四章 总结 10
第五章 参考文献 11
第章 绪
11课程设计务背景
机器机械部分传感部分控制部分三部分组成．三部分分成驱动系统机械结构系统感受系统机器环境交互系统机交互系统控制系统六子系统现机器普遍工业动化领域汽车制造医疗领域远程协助机器微纳米机器军事领域单兵机器拆弹机器型侦查机器（属机吧）美国狗样途负重机器科研勘探领域水勘探机器震废墟等搜查机器煤矿利机器机器发展特点概括：横应面越越宽95工业应扩展更领域非工业应做手术采摘水果剪枝巷道掘进侦查排雷空间机器潜海机器机器应限制想创造实现 机器种类会越越进入体微型机器已成新方米粒般机器智化加强机器会更加聪明
12课程设计求
设计机器系统该机器轮式足式车型型仿生物该机器应具备基功：够灵活行进感知光源转光源踪光源外应具备项功该功选（亮灯钮启动红外接停止等）
具体求：
1 根功求进行机械构型设计实训套件搭建实物
2 基实训套件选定满足功求传感器
3 设计追光策略运动步态
4 NorthStar设计完整机器追光程序
5 调试
6 完成课程设计说明书容：方案设计硬件搭建程（附片）控制算法流程程序编写调试结果心体会
第二章硬件设计
机器硬件包括控板电机传感器需搭建系统动衡机器需够载Segway系统言参考价值根设计系统求该方案选材控制
21 结构设计
1) MultiFLEX2AVR控制器1块
2) 功调试器线1套
3) 光强传感器2
4) 舵机8
5) 连接件干
舵机：
图21舵机
控制器：
图22控制器
22电机驱动
驱动系统机械结构系统提供动力装置采动力源驱动系统传动方式驱动系统传动方式四种：液压式气压式电气式机械式电力驱动目前种驱动方式特点电源取方便响应快驱动力信号检测传递处理方便采种灵活控制方式驱动电机般采步进电机伺服电机目前采直接驱动电机造价较高控制较复杂
电动机称电机（俗称马达）电路中字母M（旧标准D）表示作产生驱动转矩作电器种机械动力源电动机结构工作原理分直流电动机异步电动机步电动机步电动机分永磁步电动机磁阻步电动机磁滞布电动机异步电动机分感应电动机交流换器电动机直流电动机结构工作原理分刷直流电动机刷直流电动机
舵机遥控模型控制动作动力源类型遥控模型需舵机种类
舵机外壳电路板核心马达齿轮位置检测器构成工作原理接收机发出讯号舵机电路板判断转动方驱动核心马达开始转动透减速齿轮动力传摆臂时位置检测器送回讯号判断否已达定位位置检测器实变电阻舵机转动时电阻值会改变藉检测电阻值便知转动角度般伺服马达细铜线缠绕三极转子电流流线圈时便会产生磁场转子外围磁铁产生排斥作进产生转动作力
伺服电动机称执行电动机动控制系统中作执行元件收电信号转换成电动机轴角位移角速度输出分直流交流伺服电动机两类特点信号电压零时转现象转速着转矩增加匀速降伺服电机部转子永磁铁驱动器控制三相电形成电磁场转子磁场作转动时电机带编码器反馈信号驱动器驱动器根反馈值目标值进行较调整转子转动角度伺服电机精度决定编码器精度（线数）
23 传感器
传感器动化系统机器技术中关键部件作系统中结构组成重性变越越明显传感器技术综合方面知识年体现尤突出类具五种感觉(视觉听觉触觉嗅觉味觉)机器需通传感器感觉信息目前机器具视觉听觉触觉感觉通相应传感器
机器传感器根检测象分部传感器外部传感器
a部传感器：检测机器身状态（手臂间角度）传感器检测位置角度传感器
b外部传感器：检测机器处环境（什物体离物体距离远等）状况（抓取物体否滑落）传感器具体物体识传感器物体探伤传感器接觉传感器距离传感器力觉传感器听觉传感器等
231光强传感器
光强传感器种感应光强弱进行显示处理测量装置完成种光学实验诸较光强距离关系研究光干涉衍射偏振光源测量光相强弱研究光源明暗变化等常生物化学实验中光强传感器见光波长光强度敏感核心元件光敏电阻输出信号光强相关模拟信号光强传感器见光波长光强度敏感核心元件光敏电阻光强传感器外观图23示
图23 光强传感器
光传感器利光敏元件光信号转换电信号传感器敏感波长见光波长附包括红外线波长紫外线波长光传感器局限光探测作探测元件组成传感器许非电量进行检测非电量转换光信号变化光传感器目前产量应广传感器动控制非电量电测技术中占非常重位简单光敏传感器光敏电阻光子击接合处会产生电流
232光强传感器原理
利光敏元件光信号特点柴油机燃烧室着火燃烧时火焰光辐射信号转换电信号反映出柴油机燃烧情况图24光强传感器原理图
图24 强传感器原理图
光强传感器应
农业生产气象环保等工作中光强度环境监测中重参数尤温室棚中光强作物着决定性作光强传感器应室光度测定光源强度距离间关系研究
24硬件搭建
1安装底盘舵机架安装舵机时需注意两端完全称需实际情况装配舵机保证轮子称分布
2安装舵机舵机装入舵机架中螺丝钉固定
3安装橡胶轮LZ4连接件安装轮子螺丝钉固定
4修改ID号取出功调试器电源连接左前轮舵机
查端口号开串口电脑点右键选择理选择设备理器选择端口COM LPT端口号USB Serial Port (COM1)
5组装机械手里组装3度机械手手掌腕关节肘关节
6安装光敏传感器红外接传感器控制器LED灯底板
7接线光敏传感器IO10~IO10红外接传感器接IO9LED灯分接IO0~IO3轮子4舵机两两相连连接功调节器控制器PC机直流稳压电源连接控制器搭建轮形机器图25示
图25 轮式机器
第三章 软件设计
31 步态设计
311步态分析：
轮式机器前进分五步
第步前进
第二步左转
第三步右转
第四步前进
第五步重复第步实现循环
追光步态设计：
获取两侧光强数值便开始设计程序逻辑框架情况分3种：
状况左侧光右侧光强
状况二左侧光右侧弱
状况三左右侧光强似相等三种情况逻辑较区分覆盖出现状态程序程序里三条件区分三种情况
作左右光强较中间变量两侧光强差值Diff进行计算：DiffLeftRight
三种状况区分围绕差值Diff进行：
状况左侧光强右侧光强：Diff>50
状况二左侧光强右侧光弱：Diff<50
状况三左侧光强右侧光接相等：Diff<50Diff>50
判断条件里50数值考虑光强传感器采集样光强度数存着差异出区间数
312程序逻辑图：
根该项目设计求画程序流程图时应程序定分析分析图31示程序逻辑图
图31 程序逻辑图
32 NorthStar设计程序
根求编写机器追光程序逻辑图编写程序时应注意舵机中参数设计舵机调试ID参数设置
机器追光程序图32示
图32 程序流程图
实验结果分析
次实验机器然轮式通光传感器感应光判断光强弱光强方转弯运行编写程序相机器脑光传感器似机器眼睛通光传感器获取信息程序处理获取信息终原先设定程序光强方运行
第四章 总结
通次课程设计熟练掌握机器ID设置方法通两足机器动作设计达行走效果进行组讨等形式进步掌握机器行走工作原理编写程序提供更清晰思路通次试验更加熟练掌握NorthSTAR软件应加深机器学兴趣次课程学东西仅知识方面动手方面等着科技发展机器应越越普遍机器解必须
没接触门课时候机器解慢慢接触明白机器动执行工作机器装置接受类指挥运行预先编排程序根工智技术制定原纲领行动务协助取代类工作
整设计程中组装调试花长时间特组装组装前必须想先装部件果安装序错面进行组员心协力幸没走少弯路编程前做类似机器手较容易舵机进行正确调试次设计受益匪浅
想做什兴趣付诸行动付出汗水会回报努力定学会
第五章参考文献
u 王建华俞孟祺李众智控制基础北京：科学出版社1998
u 张建民工业机器北京：北京理工学出版社1998
u 蔡兴著机器学北京清华学出版社2000
u 张福学机器学智机器传感器技术北京：电子工业出版社1996
u 吴立德计算机视觉海：复旦学出版社1993
u 王耀南智控制系统模糊逻辑长沙：湖南学出版社1996
u 许中贺益康电机控制杭州：浙江学出版社1999
u （日）见仁尚志永守重信著直流伺服电动机陈忠许明程树康译海：海科学技术出版社1986
u （日）熊繁机器控制卢柏英译北京：科学出版社2002
u 胡佑德乐生马东升伺服系统原理设计北京：北京理工学出版社1993
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