探险机器人

探险机器人

随着社会的向前发展，人们的生活水平不断提高。人类早就渴望有个机器的装置来解放人的枯燥甚至危险的工作。随着科学的技术的发展，各个学科的共同进步，机器人这个概念被提了出来。机器人是综合了人的特长和机器特长的一种拟人电子机械装置，既有人对环境状态的快速反应和分析判断能力，又有机器可长时间持续工作、精确度高、抗恶劣环境的能力。并非是常人理解简单意义上代替人工的劳动。从某种意义上说它也是机器的进化过程的产物，它是工业以及非产业界的重要生产和服务性设备，也是先进制造技术领域不可缺少的自动化设备。有必要先了解机器人的概况。自从七十年代工业机器人应用与工业生产以来，机器人对工业生产的发展，劳动生产率、劳动市场、环境工程都产生了深远的影响。几十年来，机器人技术以惊人的速度发展起来。第一代示教机器人已广泛应用于生产；第二代具有感知的机器人的研究已取得了很大的突破；第三代类人智能机器人的研究已成为许多国家的高科技前沿项目之一。在核工业场所，深海石油平台的维护、战场上排雷、弹药运输、火场救火等方面，机器人相对与人类来说都有很大的优越性。机器人在其他工农业领域也正有越来越广泛的应用。

人们对未知险情世界的了解和探索。怎样解决人不能进入得危险区域，最大程度上减少探险时可能对人身造成的伤害。探险机器人成为他们首选产品。所以市场对各种探险机器人需求越来越大。各种性能机器人的开发也成了研究热点。未来的机器人都是朝着节能

化,高级智能化,超级微型化方向发展。的探险机器人起步比较早并且有着下面几个发展特点和趋势：

（1）性能可靠，功能全面，精确度高；

（2）机器人语言研究发展较快，语言类型多、应用广，水平高居世界之首；

（3）智能技术发展快，其视觉、触觉等人工智能技术应用到探险机器人的装置中

（4）高智能、高难度的军用探险机器人、太空探测机器人等发展迅速典型用于扫雷、侦察、太空探测方面。

（5）系统向基于机的开放型控制器方向发展，趋于标准化、网络化；器件高度集成化，提高了系统的可靠性、易操作性和可维修性。

（6）机械结构向模块化、可重构化发展。

下位机是整个系统的主体部分，所有探测数据工作全部由它完成。由轮式装置作为载体，89C58 单片机作为中央处理器。配合各种传感器模块。

下位机是整个系统的主体部分，所有探测数据工作全部由它完成。由轮式装置作为载体，89C58 单片机作为中央处理器。配合各种传感器模块。本章介绍了下位机的整个硬件与软件设计部分。

系统组成框如图

图 2.1 系统组成框架图

虽然探险机器人的机械、电气和计算的结构千差万别，但大多数有四个共同的主要部件：（1）机械手（机械单元）；（2）一个或一个以上的传感器；（3）控制器（大脑）；（4）动力源。

（一）机械手

它是机器人的工作装置，以关节连在一起的许多连杆集合体，形成开环的运动学链系，包括齿轮、联轴器等。它在各个方向都能运动，而这些运动认为是机器人在“做工”。按关节—连杆结构所构成的机械手，一般有三个主要结构部件，即臂、腕和手。除大多数机械手还含有使各种机械部件产生运动的装置，这些装置称为驱动部件，可以是气动的、液压的或电动的。它们总是直接或间接地与臂的不同机械连杆或关节（轴）连结在一起。在间接连结的情况下，可以使用齿轮、皮带、链条、谐波驱动装置或丝杠来传动。

(二)传感器

传感器将有关机械手的信息传递给机器人的控制器。信息传递可连续进行，或在预定动作终了时进行。近代机器人所用的传感器可分为视觉和非视觉两大类。视觉类包括光导摄像管、电荷耦合器件或电荷注入器件、摄像机。非视觉类包括限位开关、位置传感器、速度传感器以及力和触觉传感器。它们用于跟踪、目标识别或目标捕获。

（三）控制器

机器人的控制器一般执行三个功能：

1、使机械手各部件按规定程序在规定的点开始和结束动作；

2、将位置和程序的信息存储在存储器中；

3、是机器人通过装在工作区域的传感器了解“外部”环境并相互联系。

机器人控制器一般有以下几种：

简单步骤顺序控制器；

启动逻辑系统；

电子程序控制器；

微型计算机；

小型计算机。

（四）功率变换单元

它为机械手的驱动部件供给必需的能量，对于伺服电机驱动系统是功率放大器，对于气动或液压设备，可以是装在远处的压缩机。

温度传感器

温度传感器 18B20 芯片的介绍

公司生产的型号为 18B20 是 18 系列数字化温度传感器。具有

单总线接口，工作温度范围是 55℃～125℃，在 30℃～85℃范围内温度测量精度为18±0.5℃，可直接将温度转换值以 16 位二进制数字码的方式串行输出，因此特别适合单线多点温度测量系统；具有温度报警功能，用户可设置最高和最低报警温度，且设置值掉电不丢失；18B20 数字温度传感器提供 9 位（二进制）温度读数，指示器件温度，所以无需转换。为了在总线上可以分布多个 18B20 不产生混乱，因此每一个 18B20 在出厂时已经给定了唯一的序号因此从理论上说任意多个 18B20 可以连接在一条单线总线上。

图 2.10 18B20 引脚及外形图

温度传感器的硬件设计

18B20[12]有两种工作模式，寄生电源工作方式与外接电源工作方式。本系统采用外接电源的电路图如图 2.12 所示

图 2.12 18B20 与单片机的连接

图中电源可以用（+3V～+5V）电源供电。P3 用于单片机与 18B20 的通信线，负责两者的数据交换。R5 为上拉电阻将数据信号线的电平往上拉本系统里选择的是 4.7K。

温度传感器的软件设计

18B20 与单片机的接口协议[21]是通过严格的时序来实现的，18B20 数据的写入与读出都是由主机读写特定的时间暂存器完成的。18B20 和计算机之间在工作过程的协议主要有初始化，存储器操作命令，存储器操作命令。具体编程思路流程图如图 2.13 所示：

图 2.13 读取 18B20 的程序流程图

模块仿真及调试结果

如图 2.14 所示仿真 18B20 运行的电路，该电路是一个子项设计内容是个智能温显水位系统。借助这个电路对 18B20 的温度读取，及限温警报功能。仿真初期由于不能正确对高速暂存器中十六制数据正确转换，最终不能正确进行数码显示。后来通过寄存值分析做了纠正，显示正常，探险机器人的这部分工作正常