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附件1：外文資料翻譯譯文
一個垂直移動的機器人能夠控制手動的消防設備
1.引言
關鍵詞：消防機器人，救災機器人，救援機器人，城市搜索和救援.
有許多高層公寓和階梯軌道被用于阻止高速增長的建筑火災。然而，他們的身高遠遠高于到達的高度梯子。另一方面，也出現(xiàn)了一些研究移動機器人垂直關于墻的吸管手段。然而，它們的提升速度和可靠性可以在實際的消防操作中使用。我建議首先利用的移動機器人的一個手臂。我開發(fā)全尺寸的混合控制系統(tǒng)，它由非線性試驗機器人反饋和順序的方法組成。最后，我從實驗結果中得出的結論是垂直移動機器人可用于高層公寓的消防。因此，我介紹機器人的大綱和解釋機器人的性能。
2.機器人綱要
機器人的照片如圖1尺寸為4.0米高，0.5米寬，大約0.4米深度。總共約38.5千克。機器人由兩個夾子和三個連續(xù)的鏈環(huán)組成。三個鏈環(huán)用來連接旋轉(zhuǎn)接頭，兩個夾鉗被安裝在通過旋轉(zhuǎn)接頭在每個鏈環(huán)的末尾。
夾鉗1和2的作用是相同的，雖然他們是被反向安裝在連接鏈環(huán)上的。鏈環(huán)1和3的作用是相同的，除了安裝在電力設備上。計算機及其接口的安裝被設置在鏈路1上。發(fā)動機的驅(qū)動電路被安裝在鏈路3上。鏈路1和3對稱的安裝在鏈路2上。
該機器人工作在直流為48V的電功率上，并且電源從外部供電。該電源連接到鏈路2中。直流發(fā)動機作為驅(qū)動器。它們的額定功率是150W。
為了控制機器人，我使用了由聯(lián)合空間控制器和順序控制器組成的混合控制器。聯(lián)合空間控制器的設計是基于非線性反饋的方法。在聯(lián)合空間控制器中設置了理想的軌跡。
3.機器人運動
在本節(jié)中，我簡要地解釋一下機器人運動。機器人運動側圖如圖2，機器人的形狀大致顯示各個環(huán)節(jié)和機器人夾持器，以及圓圈代表機器人的連接處。這項運動被分為以下五個部分。
第1步。機器人釋放較低層扶手。手抓2解除垂直。
第2步。該機器人旋轉(zhuǎn)手抓2至陽臺外面。
第3步。手抓2抬起。抓取2和鏈路3通過鏈路2內(nèi)部。每個鏈路和手抓2之間保持一定的空間，以避免與伸出的障礙物發(fā)生碰撞。
第4步。手抓2繼續(xù)抬起。對剛開始運動樓上間隔不明確，然后機 圖1移動機器人
器人暫時將手抓2盡可能的舉高。
第5步。手抓2放下垂直并陷入到被動的樓上扶手。
機器人上升一層樓時最終狀態(tài)和初始狀態(tài)發(fā)生變化。機器人通過這項運動一層又一層攀爬樓層。一個可以握扶手的垂直移動機器人機器人是倒置的，因此為了能爬上一各樓層時，它需要將結構1轉(zhuǎn)變?yōu)榻Y構2，結構2轉(zhuǎn)變?yōu)榻Y構3，結構3轉(zhuǎn)變?yōu)榻Y構2，結構4轉(zhuǎn)變?yōu)榻Y構1。
圖2.機器人運動略圖
4．性能
我完成在幾個樓層間隔從2.50至3.20米，其間隔為0.10米的實驗，發(fā)現(xiàn)機器人能攀爬間隔高達3.1米的樓層。攀爬所需的時間取決于在樓層的間隔。我論述爬一層樓所需要得時間，在圖2中將這個運動分為三步。
第一部分所需的時間依賴于較低層間隔。雖然第二部分依賴于兩個上下樓層間隔嚴格，我把它看作僅僅依靠第二部分。假設較好吻合實驗結果。第一部分所需的時間見表1和第二部分是列于表2。結果表明，在表中每0.20米的間隔使表變得簡單。開關控制器的時間包括在第二部分。
例如，當最底層的間隙為3.10米和上一層的間隙為2.50米時，在這種情況下采用18.8s。在這種情況下，它的爬行速度是0.149m/s。我認為，機器人攀登的下限和上限平均值樓間隔，即機器人在這種情況下爬行2.8米。
表1 第一部分所需時間
較底層間隔(m) 2.50 2.70 2.90 3.10
時間(s) 6.23 6.49 6.78 7.13
表2 第二部分所需時間
較低層間隔(m) 2.50 2.70 2.90 3.10
時間(s) 11.67 11.16 10.59 9.90
在最高速度為0.182米/秒的條件下，較低層和上一層的樓層間隔都是3.10米，兩個樓面的最小間隔是2.50米，速度是0.140米/秒，由此我計算出的機器人爬行速度的平均值。它是0.161米/秒。
5.結論
作者的結論是設計垂直移動機器人是用于高層公寓的消防戰(zhàn)斗。這樣就很清楚，這種機器人在合理時間內(nèi)能攀登建筑物。此外，這種機器人可以攀爬建筑物不同的樓層間隔從2.50至3.10米。
該機器人只是一個原尺寸試驗模型并且還存在一些技術問題與耐水性，耐久性和可靠性部署機器人在消防局并利用它在實際的消防中滅火。然而，發(fā)展的基本部分地區(qū)已經(jīng)完成。
1． 導言—維護公民安全的消防機器人
各種災難還在繼續(xù)侵襲21世紀，使城市結構在社會環(huán)境發(fā)生了顯著的變化。如今消防員處理里災難非常艱難，而且消防機器人比過去更為廣泛。
消防機器人替代了消防隊員而采取高效率的地面消防操作，在這種情況下由于難度爆炸，有毒氣體泄漏，熱/濃煙的危害等消防隊員發(fā)現(xiàn)它們的活動。
作為應急的全面支持，東京消防廳最新開發(fā)處高科技機器人以應付重大災難的發(fā)生。
2.概述
2.1無人駕駛車輛監(jiān)控噴嘴（彩圖5）（圖1）
這個機器人處理由于被坦克推翻的軌道，強烈的輻射熱，爆炸引起的嚴重的火災等造成的石化總廠火災，飛機墜毀火災，石油火災。
表1 消防機器人模型
模型 件 用法
無人駕駛車輛監(jiān)控噴嘴 4 消防 大型火災
主要石油大火
遠程控制消防車輛(噴射戰(zhàn)士) 1 隧道火災
消防機器人(原型) 1 耐熱
建筑火災
救援機器人(Robocue) 1 救援 有害物質(zhì)/
有毒氣體災害
潛水機器人(水下搜索) 6 在水里進行搜索和營救
勘測機器人(消防搜索) 1 實況調(diào)查濃煙/有害氣體災害
該機器人配備了一個障礙去除擺脫高空墮物，有害物質(zhì)等。水和泡沫分別被控制在5000和3000升/分鐘。
2.2.遙控消防車輛（噴氣戰(zhàn)斗機）（圖2）
這種機器人處理隧道火災等城市災害（如電話電纜隧道火災）和地下商場火災。
該機器人是由于高壓水和發(fā)動機推動的。
2.3.消防機器人（原型）（圖3）
這種遙控機器人戰(zhàn)斗火災消防耐火建筑物或地下商場里，這里由于火焰，濃煙或熱使消防隊員無法進入。該機器人是由一個機構，一個增壓器，一個發(fā)電機的穩(wěn)壓器和一個控制電路板組成。
該機器人的排水量在200升/分鐘。為了有效控制機器人在其頭部安裝能顯示三倍空間大小的圖像。
圖1.無人駕駛車輛監(jiān)控噴嘴(彩圖5) 圖2. 遙控消防車輛（噴氣戰(zhàn)斗機）
2.4．救援機器人（Robocue）（圖4）
這種救援和找回的受害人是高新技術操作者。它移動是依靠發(fā)動機驅(qū)動橡膠抓取。
圖3. 消防機器人（原型） 圖4. 救援機器人
圖5.潛水機器人（水下搜索） 圖6.勘測機器人（消防搜索）
2.5．潛水機器人（水下搜索）（圖5）
當消防戰(zhàn)士因為天氣條件或水深無法潛水時，這種遙控機器人在水里可以進行有效的搜索和救援受害者。使用三種螺旋推進器使其能水平和垂直運動，它可下潛的深度為110米。
在被污染的水里它的超聲波檢測儀（聲納）發(fā)現(xiàn)能發(fā)現(xiàn)障礙物。
2.6．勘測機器人（消防搜索）（圖6）
假如消防員在困難的情況下進入到一個濃煙或有毒氣體的災難現(xiàn)場，這種遙控機器人根據(jù)實況調(diào)查作出響應。
機器人進入災區(qū)對氣體密度進行測量，在濃煙中攝影，可根據(jù)相機監(jiān)控進行情況評估。
3．消防戰(zhàn)士的挑戰(zhàn)
雖然機器人使我們使用的最新技術，但是其功能從未達到令人滿意的水平。有些問題詳情如下。
3.1．耐熱性
消防機器人需要有耐熱性的系統(tǒng)作為它們的控制系統(tǒng)，必須保護其免受熱損傷。
雖然水冷卻系統(tǒng)顯然是最實際的，但是在實際應用中它缺乏效率。
3.2．移動
這就要求消防機器人能上下樓梯移動。這有幾個方法采用機器人的更大的機動性，像抓取工具或特殊就業(yè)車輪。我們的機器人都配備了抓取工具。
然而，這種動力機制在速度和負載上有許多限制。因此，有必要開發(fā)更先進的駕駛系統(tǒng)。
3.3．電源
作為消防機器人的電量來源，幾種方式如內(nèi)燃發(fā)動機，電池，外置供電電源都是可以的。
雖然現(xiàn)在沒有完善的方法，但是電池系統(tǒng)是一個有希望的力量來源。水壓動力是一個不可忽視電力來源
3.4．號傳輸系統(tǒng)
有兩種信號傳輸系統(tǒng)——無線電和電線。目前，有線比廣播更可靠。然而，機器人技術的發(fā)展表明無線電系統(tǒng)在今后將作為考慮的問題。
3.5．自主性
我們的最終目標是開發(fā)在處理周邊情況時他們自己可以決定采取相應行動的防機器人。
為了讓消防機器人有自主能力，我們不得不在我們的機器人中引進機械大腦。
4．結論
東京消防廳的有14類6種消防機器人模型。
我們想在實踐中提升‘消防機器人’，我們想到了開發(fā)‘高性能熱影響墊反應機器人’。
今后，我們要發(fā)展多用途的機器人，作為消防戰(zhàn)士自治區(qū)消防機器人具有同樣的機動性和判斷力。
附件2：外文原文（復印件）
開題報告填寫要求
1．開題報告（含“文獻綜述”）作為畢業(yè)設計（論文）答辯委員會對學生答辯資格審查的依據(jù)材料之一。此報告應在指導教師指導下，由學生在畢業(yè)設計（論文）工作前期內(nèi)完成，經(jīng)指導教師簽署意見及所在專業(yè)審查后生效；
2．開題報告內(nèi)容必須用黑墨水筆工整書寫或按教務處統(tǒng)一設計的電子文檔標準格式（可從教務處網(wǎng)頁上下載）打印，禁止打印在其它紙上后剪貼，完成后應及時交給指導教師簽署意見；
3．“文獻綜述”應按論文的格式成文，并直接書寫（或打?。┰诒鹃_題報告第一欄目內(nèi)，學生寫文獻綜述的參考文獻應不少于15篇科技論文的信息量，一般一本參考書最多相當于三篇科技論文的信息量（不包括辭典、手冊）；
4．有關年月日等日期的填寫，應當按照國標GB/T 7408—94《數(shù)據(jù)元和交換格式、信息交換、日期和時間表示法》規(guī)定的要求，一律用阿拉伯數(shù)字書寫。如“2010年3月15日”或“2010-03-15”。
畢 業(yè) 設 計（論 文）開 題 報 告
1．結合畢業(yè)設計（論文）課題情況，根據(jù)所查閱的文獻資料，每人撰寫
2000字左右的文獻綜述：
文 獻 綜 述
摘要 全自動倉庫滅火機器人屬于智能機器人的一種。本文介紹了機器人的組成和設計方案，并對機器人的結構進行分析。例外主要闡述了機器人的發(fā)展史和國內(nèi)的研究現(xiàn)狀以及設計產(chǎn)品的用途和應用領域。
關鍵詞 機器人的組成 設計方案 結構
1 機器人的發(fā)展史
從二十世紀八十年代開始，世界許多國家都進行了消防機器人的研究。美國和蘇聯(lián)最早進行消防機器人的研究，而后日本、英國、法國等國家都紛紛開展了消防機器人的研究，目前已有多種不同類型的消防機器人用于各種火災場合。
從功能上劃分，目前的消防機器人有下列幾類：滅火機器人、偵察機器人、攀登營救機器人和救護機器人。從控制方式來分，消防機器人可分為遙控消防機器人和自主消防機器人。
我國從八十年代末期開始消防機器人的研究，公安部上海消防研究所等單位在消防機器人的研究中取得了大量的成果，"自行式消防炮"已經(jīng)投入市場，"履帶輪式消防滅火偵察機器人"也于2000年6月通過了國家驗收。但是，我國消防機器人的研究還處在初級階段，還有許多有待研究的問題。比如，高層建筑發(fā)生火災時，消防人員不可能在短時間內(nèi)到達高處的火災發(fā)生地點，在地下建筑中，由于環(huán)境比較潮濕，煙氣不易擴散，消防人員不容易快速的判定火源位置；而在石化企業(yè)發(fā)生火災時，將產(chǎn)生大量的毒氣，消防人員在滅火時極易中毒。研制能夠用于這些場合的偵察滅火機器人，協(xié)助消防人員進行火災的定位和滅火，將有極大的社會意義[1][2]。
1．1 國內(nèi)的研究現(xiàn)狀
在國內(nèi),救災機器人的研究剛剛起步,但進展很快。 中科院沈陽自動化所在2002年研制了一種蛇形機器人,由16個單自由度關節(jié)模塊和蛇頭、蛇尾組成,在監(jiān)控系統(tǒng)的無線控制下可實現(xiàn)蜿蜒前進、后退、側移、翻滾等多種動作,并能通過安裝在蛇頭上的微型攝像頭將現(xiàn)場圖像傳回監(jiān)控系統(tǒng)。 國防科技大學在2001年也研制了一種蛇形機器人。中國礦業(yè)大學在“211工程”的支持下,已開始研制煤礦救災機器人[3]。
2 機器人的組成
機器人主要由以下6個部分組成[4][5]。
(1)機械手（manipulator）
機械手是機器人的一部分。該部位由手（手爪）、手臂（手的姿勢）和手腕組成。手爪是抓取物體的必要部位必須根據(jù)所抓取物體的形狀、大小、堅硬度和柔軟度及表面狀態(tài)等，配備各種機構。對于手臂，根據(jù)不同運動方向，可以分為旋轉(zhuǎn)式、回轉(zhuǎn)式和移動式3種；根據(jù)不同的負荷調(diào)整方式，可以分為浮動機構型和防止超負荷機構型。
(2)操作機構
該部位是驅(qū)動機械手關節(jié)的驅(qū)動機構。被用于關節(jié)部位的操作機構幾乎都是帶有減速器的伺服電動機，但是對于可以放入手腕中的小型高扭矩的直接驅(qū)動式電動機的要求則較高。
(3)傳感器
傳感器作為用來檢測視覺、觸覺、動作姿勢控制等部位，包括用于測定手腕位置和速度等的內(nèi)置傳感器和用于識別機器人作業(yè)對象的外部傳感器。
(4)移動機構
移動機構相當與機器人的腳，它是用來移動的部位。
(5)控制器（控制裝置）
控制器是用來控制一系列動作的部位。為了使工業(yè)機器人的手腕和手爪部位活動起來，需要控制器（控制裝置）來向安裝在這些部位的操作機構和傳感器發(fā)送信號指令，使其接受位置信號?？刂破鲿讶祟愃蟮淖鳂I(yè)命令記錄起來，通過開始質(zhì)量那個讓其激活，再把必要的動作指令傳送給手腕和手爪部位。
(6)操作機構的驅(qū)動源
操作機構的驅(qū)動源主要有液壓式、電動式和啟動式。
2．1 機器人的設計方案
（1）傳感器的選擇: 選用E18-D80NK紅外避障傳感器，自發(fā)自收傳感器，探測距離為3-80cm[1]。其主要有兩種應用方式[6][7]：
第一種：信號接單片機處理，作用方式表現(xiàn)如下：
第二種：信號直接驅(qū)動負載，作用方式表現(xiàn)如下：
（2）針對避障原理及方略：隨著機器人技術的不斷進步,機器人學科越來越具有強大的生命力,它在某種程度上已經(jīng)代表當今信息技術、自動化技術、系統(tǒng)集成等技術的最新發(fā)展。從機器人的歷史和現(xiàn)狀出發(fā),對比了國內(nèi)外的不同發(fā)展狀況,對機器人領域的研究方向進行了綜述。著重介紹了移動機器人避障與路徑規(guī)劃中常用的方法,對其中的勢場法,柵格法、遺傳算法進行了逐一的分析闡述。本文主要研究的是使用倉庫滅火機器人本體的傳感器來進行機器人的避障與路徑規(guī)劃。移動機器人在實際應用中首先遇到的就是機器人本身的定位問題,確保機器人的初始位姿的準確性是完成任務的前提。多功能倉庫滅火機器人的基本運動控制一般有兩種,直線運動和圓弧運動,通過這兩種典型分解運動的特性就能比較準確的對機器人進行控制。其次,將倉庫滅火機器人的避障運動分解成兩種基本的動作:避開前方和側面的障礙物,并對這兩種動作做了深入的分析 [8][9]。
3 機器人結構的選擇
移動機構作為倉庫滅火機器人的移動載體,必須具備以下特點:一定的移動速度和低能耗;良好的姿態(tài)穩(wěn)定性和高運動精度;能夠適應各種各樣的地理環(huán)境,有一定的爬坡和越障能力。 現(xiàn)有的倉庫滅火機器人移動機構主要有:無肢運動(以蛇形機器人為主) 、輪式、腿式、輪腿式和履帶式等。 蛇形機器人具有運動穩(wěn)定性好、適應地形能力強和高的牽引力等特點,但多自由度的控制困難,運動速度低;輪式機器人具有結構簡單、重量輕、輪式滾動摩擦阻力小和機械效率高等特點,但越過壕溝、臺階的能力差;腿式機器人具有適應地形能力強的特點,能越過大的壕溝和臺階,其缺點是速度慢；輪腿式機器人融合腿式機構的地形適應能力和輪式機構的高速高效性能,其缺點是結構相對復雜;履帶式機器人地形適應能力強,動載荷小,設計緊湊,其缺點是重量大,能耗大。根據(jù)本題目的設計要求及技術特點，本次設計擬選擇履帶式移動機構[10][11]。 圖1.履帶式結構
4 設計產(chǎn)品的用途
根據(jù)災難發(fā)生的時間，對于一些存放(如紙制品)需要干燥環(huán)境而且不能受潮的產(chǎn)品的倉庫,由于倉庫十分干燥,所以及其容易引發(fā)火災。這時如果使用水來滅火的話，雖然火被撲滅了，但是由于產(chǎn)品碰到了水，從而造成產(chǎn)品都報廢。根據(jù)這點我們設計了一款既能滅火又能保全倉庫里所有產(chǎn)品的滅火機器人。此時，全自動倉庫滅火機器人的參與可以有效地提高救援的效率和避免公司的財產(chǎn)損失，它們不但能夠幫助工作人員執(zhí)行救援工作，而且能夠代替工作人員執(zhí)行搜救任務，在災難救援中起著越來越重要的作用[14][15]。
參 考 文 獻
[1] 羅志增主編. 測試技術與傳感器[M]. 西安：西安電子科技大學出版社，2008.
[2] 郭迎福主編. 測試技術與信號處理[M]. 中國礦業(yè)大學出版社，2009.
[3] 毛宗源主編. 機器人智能控制方法[M]. 國防工業(yè)出版社，2002.
[4] 霍偉主編. 機器人動力學與控制[M]. 北京:高等教育出版社，2005.
[5] 曲凌主編. 慧魚創(chuàng)意機器人設計與實踐教程[M]. 上海交通大學出版社，2007.
[6] 濮良貴主編. 機械設計[M]. 北京：高等教育出版社，2006.
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[11] 章宏甲主編. 液壓與氣壓傳動[M]. 北京：機械工業(yè)出版社，2009.
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[14] 陳懇主編. 機器人技術與應用[M]. 北京：清華大學出版社，2006.
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畢 業(yè) 設 計（論 文）開 題 報 告
２．本課題要研究或解決的問題和擬采用的研究手段（途徑）：
1．研究的手段
本設計中多功能倉庫滅火機器人采用兩塊SPCE061A單片機作為檢測和控制的核心，實現(xiàn)機器人的智能控制，包括尋找火源、躲避障礙接近火源、啟用滅火裝置等功能?；鹪刺綔y使用紅外傳感器，障礙物判斷采用集成紅外傳感器，電機采用直流電機。電機控制核心采用SPCE061A單片機，控制系統(tǒng)與電路用光電耦合器完全隔離以避免干擾。實現(xiàn)的功能是：從安全區(qū)出發(fā)，自動尋找火源并選擇路線滅火，避開障礙接近火源，啟用滅火裝置滅火源后，再回到原始出發(fā)點。其中該滅火機器人提供了兩種滅火方案：①利用二氧化碳來進行滅火②利用風來滅火。
2．需要解決的問題
（1）傳感器的選擇。
（2）避障原理及越障原理的分析。
（3）機械手臂及滅火的裝置的結構設計。
（4）程序的分析及校核。
畢 業(yè) 設 計（論 文）開 題 報 告
指導教師意見：
1．對“文獻綜述”的評語：
2．對本課題的深度、廣度及工作量的意見和對設計（論文）結果的預測：
指導教師：
年 月 日
所在專業(yè)審查意見：
負責人：
年 月 日
本科畢業(yè)設計說明書（論文） 第 Ⅰ 頁 共 Ⅰ 頁
目 錄
1 緒論 1
1.1 機器人的定義 1
1.2 機器人的發(fā)展 1
1.3 機器人的主要用途 2
1.4 機械創(chuàng)新設計的背景 2
2 總體設計 4
2.1 方案設計 4
2.2 創(chuàng)新亮點 4
2.3 ROBOPro軟件的簡介 5
2.4 全自動倉庫滅火機器人的總體結構設計 5
3 全自動倉庫滅火機器人的控制部分 11
3.1 全自動倉庫滅火機器人的整體運動方式 11
3.2 程序執(zhí)行方式 12
3.3 控制要求的分析 13
3.4 ROBO擴展板和接口板的型號及功用 15
4 子程序設計 16
4.1 尋光程序 16
4.2 越障程序 16
4.3 左避障程序 17
4.4 右避障程序 19
4.5 報警燈 20
4.6 滅火方式 21
4.7 確定火源，自行（左、右）拐 22
總結 25
致謝 27
參考文獻 29
本科畢業(yè)設計說明書（論文） 第 30 頁 共 30 頁
1 緒論
說起機器人，大部分人腦海中閃現(xiàn)的恐怕都是一系列鋼筋鐵骨且具有人類外形的機器，而實際上，機器人的存在狀態(tài)不一定是人形的；以及機器人所涉及的應用領域，需根據(jù)不同的機器人去完成這一系列工作。
1.1 機器人的科學定義
機器人的定義，每個人的理解均有所不同，有些人認為機器人至少有一只手和一個手臂；能自行推動和自行轉(zhuǎn)向；有配套的動力系統(tǒng)和控制系統(tǒng)；能容納一定數(shù)量指令的存儲器；有各種傳感器能識別對象和環(huán)境。日本早稻田大學加藤一郎教授則認為機器人要有意識的頭腦、工作的手、移動的腳、接受感覺的各種傳感器這幾個要素組成。
可見，機器人并不是人，它是一種機械和電子相結合的自動化機器，可以根據(jù)人類的需要編寫相應的程序，實現(xiàn)某些功能，它并不一定要有人的形態(tài)[1] 羅志增主編.測試技術與傳感器[M].西安：西安電子科技大學出版社，2008.
。
1.2 機器人的發(fā)展
從機器人技術的發(fā)展水平來看，機器人主要經(jīng)歷了簡單可變成機器人、低級智能機器人和高級智能機器人。
1.2.1 簡單可編成機器人
簡單可編成機器人是第一代機器人，能根據(jù)人們設好的程序按照一定的順序和路徑來實現(xiàn)特定的動作。若要更改機器人的動作，只需重新編寫控制程序即可。目前大部分工業(yè)機器人都屬于這類，它能分擔人類的部分工作，但是它只是按照人類預定的指令動作，不會感知所處的環(huán)境，更不會因為環(huán)境的變化而隨時做出反應。
1.2.2 低級智能機器人
低級智能機器人是第二代機器人，相比較第一代的機器人，它增加了一些用于感知環(huán)境的感覺裝置，因此也可以稱作感覺機器人。第二代的機器人可以感知到環(huán)境的簡單信息，并可根據(jù)某些參數(shù)的變化進行一些分析計算，改變自身的行動。這一代的機器人已經(jīng)具備了一定的自行適應的能力，一旦外界環(huán)境有變化，也可以做出某些反應，極大地提高了機器人的靈活性。
1.2.3 高級智能機器人
高級智能機器人是第三代機器人，它不但具有第二代基本的感知設備和自適應能力，還能夠識別對象和所處的環(huán)境，并根據(jù)人的指令和自身的判斷結果自動確定但錢環(huán)境下的相應動作。
目前對此類機器人反映能力的研究，主要集中在如下三方面：
a) 對環(huán)境的感知能力。
b) 對環(huán)境的作用能力。
c) 對環(huán)境、作業(yè)的思考能力。
1.3 機器人的主要用途
機器人目前正廣泛應用于日常生活、空間探索、軍事應用和工業(yè)生產(chǎn)等各個領域，隨著科學技術的發(fā)展，義勇的范圍也在不斷地擴大。逐漸地用于實驗、采礦、冶金、農(nóng)業(yè)、林木、畜牧業(yè)、紡織、食品制造等各個領域。
1.3.1 日日常生活領域
在生活領域，機器人主要用以提高人們的生活水平，豐富日常文化和娛樂生活。進入21世紀，隨著科學的進步和技術的成熟，機器人家族將更大的發(fā)展。常見的機器人有：家政服務機器人、導游機器人、表演機器人、教學機器人、機器人寵物、仿人形機器人等。
1.3.2 空間探索領域
機器人用語空間探索，也是人們進行機器人研究的主要目的之一。這里的空間探索包含很廣泛，不僅僅是指對 的開發(fā)，還包括其他任何對人類危險的環(huán)境或者是人類無法到達的地方，只要是人類想了解的，都是探索的目標。無疑機器人將成為輔助人們了解那里的有力工具。常見的機器人有：火星探測車、水下機器人、管道機器人等。
1.3.3 軍事應用領域
軍事領域，作為一個國家高科技產(chǎn)品的主要使用方向之一，必然可以看到特種機器人在軍事上的應用。常見的機器人有：反恐防爆機器人、掃雷機器人、自主式車輛、機器人軍團等。
1.3.4 工業(yè)生產(chǎn)領域
工業(yè)生產(chǎn)也是目前最廣泛使用機器人的領域，因為機器人的出現(xiàn)，將人類從枯燥重復的、繁重的生產(chǎn)勞動中解放出來。工業(yè)上甚至有些生產(chǎn)環(huán)境是有害健康的、危人性命的，工業(yè)機器人替代人類成這里的主要勞動力，也是將來的發(fā)展趨勢?，F(xiàn)在已經(jīng)有很多種機器人站上了工業(yè)生產(chǎn)的第一線。常見的機器人有：裝配機器人、分揀機器人、搬運機器人、噴涂機器人、焊接機器人等。
1.4 全國大學生機械創(chuàng)新設計大賽的背景
1964年，慧魚創(chuàng)意組合模型（fischertechnik）誕生于德國，是技術含量很高的工程技術類智趣拼裝模型，是展示科學原理和技術過程的理想教具，也是體現(xiàn)世界最先進教育理念的學具，為創(chuàng)新教育和創(chuàng)新實驗提供了最佳的載體。
慧魚創(chuàng)意組合模型的主要部件采用優(yōu)質(zhì)尼龍塑膠制造，尺寸精確，不易磨損，可以保證反復拆裝的同時不影響模型結合。
全國大學生機械創(chuàng)新設計大賽的目的在于引導高等學校在教學中注重培養(yǎng)大學生的創(chuàng)新設計意識、綜合設計能力與團隊協(xié)作精神；加強學生動手能力的培養(yǎng)和工程實踐的訓練，提高學生針對實際需求通過創(chuàng)新思維,進行機械設計和工藝制作等實際工作能力；吸引、鼓勵廣大學生踴躍參加課外科技活動，為優(yōu)秀人才脫穎而出創(chuàng)造條件。
2 總體設計
在當今社會火災發(fā)生的機率越發(fā)頻繁，嚴重損害國家和人民的利益，尤其是倉庫火災。倉庫是物資集中儲存的場所，包括由國家、集體和個體經(jīng)營的儲存物品的各類倉庫、堆棧、貨場，一旦發(fā)生火災經(jīng)濟損失巨大，對社會各方面影響大，后果嚴重，而且倉庫一旦發(fā)生火災，救火困難，威脅人民的生命，所以急需能用于倉庫滅火的產(chǎn)品。
我們小組針對倉庫火災設計了一款倉庫全自動滅火機器人，該滅火機器人能進行無人控制的全自動滅火，降低消防人員的危險程度，降低財產(chǎn)損失。
2.1 方案設計
為了可以使全自動倉庫滅火機器人在滅火過程中實現(xiàn)全自動無人控制，所以其中一個最重要的功能就是可以自動搜索火源，而這個功能可以使用光敏傳感器來實現(xiàn)，通過一個固定的光敏傳感器和一個可以進行橫向120度轉(zhuǎn)動的傳感器來進行配合使用，就可以大范圍的搜索火源，同時還可以對火源進行精確定位。但需要注意的是滅火機械手臂要與火源之間保持一個固定的距離，如果這個距離過短的話，即機械手臂與火源靠的太近的話則會因高溫燒損機械手臂，距離太遠則達不到良好的滅火效果，所以該距離應是滅火的最佳距離。我們可利用一個光敏傳感器來達到這個功能，光敏傳感器安裝在滅火機械手臂上，當這個機械手臂升出滅火時，在慢慢靠近火源的過程中，當靠近到一定距離時，光敏傳感器就會給機械手發(fā)出一個停止伸出的信號，從而達到一個可以自動調(diào)整機械手與火源之間距離的功能。由于全自動滅火機器人是在一間倉庫里進行無人控制滅火，就必須還需要具有另外兩個功能：越障與避障功能，其中避障功能可由安裝在機器人四周的7個導輪來實現(xiàn)，比如說在機器人滅火的途中，剛好碰到左邊的導輪，機器人往右邊拐60度，碰到右邊的導輪就往左邊拐60度，從而來達到一個避障的功能。而越障功能可以利用一個大功率電機來帶動絲杠與前半節(jié)車身上的內(nèi)螺紋相嚙合，電機正轉(zhuǎn)可以把前半車身向上拉起一個角度，電機反轉(zhuǎn)可以使整個車身向上拱起，不過整個車身是由兩段底座通過活動鉸鏈連接在一起的，從而整個車身有一個可以活動的角度，然后通過兩節(jié)車身底座向上與向下運動的配合來達到越障功能[2] 郭迎福主編.測試技術與信號處理[M].中國礦業(yè)大學出版社，2009.
2][3] 郭迎福主編.測試技術與信號處理[M].中國礦業(yè)大學出版社，2009.
3]。
2.2 創(chuàng)新亮點
獨特的避障機構與越障機構相結合,使倉庫全自動滅火機器人可以在一個有障礙的房間里獨自去尋找火源,自動化程度高。避障結構由7個導輪加7個接觸開關組成,結構緊湊,避障能力強。越障機構越障功能可以利用一個大功率電機來帶動絲杠與前半節(jié)車身上的內(nèi)螺紋相嚙合，電機正轉(zhuǎn)可以把前半車身向上拉起一個角度，電機反轉(zhuǎn)可以使整個車身向上拱起，不過整個車身是由兩段底座通過活動鉸鏈連接在一起的，從而整個車身有一個可以活動的角度，然后通過兩節(jié)車身底座向上向下運動的配合來達到越障功能。
旋轉(zhuǎn)的光敏傳感器與固定的光敏傳感器相結合,使其可以大范圍的尋找火源并且可以對火源進行精確定位,當確定火源的位置后機器人可以自行靠近火源,從而自動化程度高。
滅火裝置利用旋轉(zhuǎn)的伸縮式機械手臂來完成,從而可以加大滅火范圍，加強滅火效果，滅火時比較靈活并且可以自行判斷火源是否被撲滅。還可以根據(jù)不同的滅火對象使用不同的滅火劑[4] 霍偉主編.機器人動力學與控制[M]. 北京:高等教育出版社，2005..
4]。
2.3 ROBOPro軟件的簡介
兼容Windows 98,ME,NT,2000,XP的圖形化ROBO軟件，用來對ROBO接口板（貨號：93293）和ROBO擴展接口板（貨號：93294）進行編程，也可對以前的智能接口板（貨號：30402）在線編程模式控制。
因為使用了各種功能模塊組成的流程圖編程模式，易于入門級用戶使用。各功能模塊和子流程間可以進行數(shù)據(jù)交換，不僅可以用變量方式，也可以用圖形化連接方式。編程操作更容易理解。子流程存儲在一個庫文件中，可以任意調(diào)用而不必知道其內(nèi)部工作原理。
圖形化編程語言ROBO Pro提供了現(xiàn)代編程語言中的所有關鍵元素，比如隊列，函數(shù)，遞歸，對象，異步事件，準并行處理等等，使其對專業(yè)程序員也是一個有力工具。程序直接翻譯成機器語言，以便有效地執(zhí)行。即便是高級程序員也會發(fā)現(xiàn)ROBO Pro的知識點無止境。用ROBOPro可以方便的編寫teach－in程序或者其它windows軟件交換數(shù)據(jù)。
在線模式下，可以并接多塊ROBO Pro接口板來控制大規(guī)模的模型，還可以生成包含開關、控制器、顯示等元素的控制面板。
2.4 全自動倉庫滅火機器人的總體結構設計
2.4.1 動力機構
根據(jù)倉庫滅火的工作環(huán)境，我們設計的倉庫全自動滅火機器人采用履帶式的移動方式。利用兩個大功率的馬達來帶動前半身的兩根履帶，其特點是越野性能好,能夠越過階梯、壕溝等障礙,一般如坦克、推土機等均采用此類移動機構。
整個車身是由兩段底座通過活動鉸鏈連接在一起的，從而整個車身有一個可以活動的角度，然后通過車身向上向下運動的配合來達到越障功能，如圖2.1。
圖2.1 車身底座
2.4.2 越障機構
倉庫全自動滅火機器人在行進過程中遇到障礙物時，它首先通過自身安裝在最前的兩個接觸開關來確定障礙物的高度，相當于兩個極限位置，只有當障礙物的高度在兩個接觸開關之間時（如圖2.2），機器人才會開始執(zhí)行越障程序，如低于下方的接觸開表示機器人可以不改變車身任何位置就可以逾越過去，如果高于上方的接觸開關表示障礙物無法逾越，從而達到自動識別障礙物高度的功能，如不能判別出無法逾越障礙物則避障繞行。
圖2.2 自動判別障礙物高度的兩個導輪
滅火機器人在運動過程中碰到前方最低的那個接觸開關，機器人開始執(zhí)行越障程序,這時利用一個大功率電機來帶動絲杠,在利用絲杠與前半個底座上的內(nèi)螺紋相嚙合進行傳動,從而將前半個底座拉起，整個越障過程如圖2.3,圖2.4和圖2.5。
圖2.3 越障前
圖2.4 越障剛開始
圖2.5 越障快結束時
但該越障方式，還要考慮到一個車身的重心問題，在剛開始越障時，整個車身的重心必須在后半節(jié)車身，以便把前半節(jié)車身抬起，當越障快結束時，整個車身的重心必須在前半節(jié)車身。所以這里需設置一個可以用來調(diào)節(jié)車身重心的滑臺，如圖2.7。而滑臺中的傳動機構為絲杠傳動，由于絲杠傳動傳動效率較高，能高效地將扭力轉(zhuǎn)化為推力，或?qū)⑼屏D(zhuǎn)化為扭力。精度保持性好，滾道形狀準確，滾動摩擦磨損極小，具有良好的精度保持性、可靠性和使用壽命。所以考慮到該機器人在滅火時調(diào)整車身重心的頻繁，故選絲杠傳動。
圖2.7 用來調(diào)整整個車身重心的滑臺機構
2.4.3 避障機構
倉庫全自動滅火機器人的避障機構一共由7個導輪和7個接觸開關組成，當碰到上方的接觸開關的時候（接觸開關如圖2.2），機器人開始進執(zhí)行避障程序，這時機器人向左轉(zhuǎn)動一個60度的角度，然后向后直線倒退一小段距離，然后再向前運動，如果這時還沒有避過障礙，這時就會碰到右邊的接觸開關（接觸開關位置如圖3.9），然后機器人再向左轉(zhuǎn)動一個60度的角度，如果這時碰到左邊的接觸開關時，機器人就向右邊轉(zhuǎn)動一個60度的角度，之后向后直線倒退一小段距離，然后再向前運動，如果在向后退的過程的中，后面有障礙物的話，當碰到機器人最后的兩個接觸開關的時候，則機身先向前運動一小段距離，然后往右轉(zhuǎn)動一個60度的角度，碰到右邊的接觸開關機器人往左轉(zhuǎn)動一個60的角度，碰到后面的接觸開關就向前運動一小段距離，直到7個接觸開關都不被碰到的時候，就可以順利繞過障礙物了。其中的導輪機構如圖2.8[6] 曲凌主編.慧魚創(chuàng)意機器人設計與實踐教程[M].上海交通大學出版社，2007.
5]。
圖2.8 避障機構實物照
2.4.4 自動尋光機構
倉庫全自動滅火機器人的自動尋光機構是由一個運動的光敏傳感器和一個固定的光敏傳感器組成，其中運動著的光敏傳感器用以在一個大范圍內(nèi)進行尋找光源，而固定著的尋光傳感器用以對火源進行精確定位。
運動的光敏傳感器須以一個120度的角度左右擺動,且在擺動時速度不能太快，所以該機構可以由一個轉(zhuǎn)盤來實現(xiàn)左右的擺動,而轉(zhuǎn)盤的動力裝置可以由一對蝸輪蝸桿來實現(xiàn)，因為蝸輪蝸桿可以得到一個很大的傳動比，且運動時比較平穩(wěn)，如圖2.9。
圖2.9 自動尋光機構
2.4.5 滅火裝置
倉庫全自動滅火機器人的滅火裝置由一個可伸縮式機械臂和一個可旋轉(zhuǎn)的底盤組成,從而可加大滅火的范圍和加強滅火效果，另外滅火裝置還包括一個水平的滑臺,在越障和避障中用來控制整個車身的重心（如圖2.7）。一個伸縮的機械手臂，并且可以向上抬起一個角度，當遇到比較大火勢的時候，抬起機械手臂既可加強滅火效果，又可以避免高溫燒損機械手臂,工作時機械手狀態(tài)如圖2.10。
圖2.10 機械手工作時
3 控制部分
3.1 機器人的整體運動方式
該機器人可以在無人看守的情況下實現(xiàn)全方位滅火，能根據(jù)火源的位置自動改變車身位置，在滅火的途中如果碰到障礙物，可以自動判別障礙物的高度，當判別出障礙可逾越時能自動越過障礙物，當判別出障礙物無法逾越時，可以繞過障礙物。從而可以實現(xiàn)平時24小時監(jiān)控倉庫或當發(fā)生火災時進行滅火。
自動尋光機構開始以180的角度來回的擺動來搜索火源,當光敏傳感器搜索到火源時,滅火機器人開始調(diào)整整個車身的重心,以便可以更加輕松的轉(zhuǎn)動整個車身,當調(diào)整完畢后,整個車身開始轉(zhuǎn)動,直至車身與火源在一直線上,把車身的重心調(diào)回到初始位置上，尋光機構也回到初始位置,機器人向火源的方向前進, 當滅火機器人在滅火的行進過程中遇到障礙物,滅火機器人先開始判別障礙物的高度,當判別出障礙物可以越過的時候,滅火機器人先倒退一小段距離，然后開始越障，越障機構開始工作，先抬起前半個車身，向前行進，把整個車身的重心移動到前半節(jié)車身，使整個車身向上拱起， 向前行進一小段距離，最后抬起后半節(jié)車身，越障完畢。如果當判別障礙我很低，滅火機器人就直接越過障礙物。當滅火機器人判別出前面的障礙物無法越過的時候,滅火機器人開始避障,機器人先往右轉(zhuǎn)動一個角度,往前行進一小段距離,再往右轉(zhuǎn)動一個角度,這時機器人自動判別是否繞過障礙,如果沒有繞過障礙。機器人還會往前行進一段距離后再往右轉(zhuǎn)動，在機器人轉(zhuǎn)動的過程當中，6個導輪輪流工作，如果再向 右轉(zhuǎn)動時，碰到了右邊的導輪，則車身往右轉(zhuǎn)，如果再向左轉(zhuǎn)動時，碰到了左邊的導輪，則車身往右轉(zhuǎn)，這樣一次類推，從而達到一個自動避障的功能。當機器人接近火源時,機械臂上的光敏傳感器感受火光的強度,這里我們把光敏傳感器的數(shù)值設置為當火光的強度低于100時,滅火機器人停止前進,開始伸出并抬起機械手臂,開始噴灑滅火劑,并在噴灑的過程中機械手來回擺動兩次,使其可以達到更好的滅火效果，最后自動尋光機構在來回擺動一次來判別火是否被撲滅。如果沒有被撲滅，滅火機器人會再次伸出機械手臂進行滅火，直至火被撲滅為止。如果當機器人沒有再搜索到火源時，滅火機器人會向后轉(zhuǎn)動180度，然后開始搜索火源，從而達到360度全方位滅火[6] 濮良貴主編.機械設計[M].北京：高等教育出版社，2006.
6][7] 孫桓主編.機械原理[M]. 北京：高等教育出版社，2006.
7]。
3.2 程序執(zhí)行方式
程序的編寫方式：
如圖(3.1)：報警燈的程序開始執(zhí)行；M1(EM2)電機反轉(zhuǎn)----I1(EM2)開關判斷----減值運算指令----給定變量數(shù)值為30----判斷指令----當(N)時，程序反饋到M1(EM2)電機反轉(zhuǎn)；當(Y)時，M1(EM2)電機停止----- M1(EM2)電機正轉(zhuǎn)----I1(EM2)開關判斷----當(1)時----加值運算指令----給定變量數(shù)值為30----判斷指令----當(Y)時，程序反饋到M1(EM2)電機反轉(zhuǎn)；當(N)時，程序反饋到I1(EM2)開關判斷。當(0)時----AX、AY光敏傳感器----判斷指令----當大于1023時，程序反饋到I1(EM2)開關判斷；當小于1023時----判斷指令----當小于30時----M1(EM2)停止----車身調(diào)整(出)----左拐----車身調(diào)整(收)----傳感器(左)----直走；等于30時----直走；當大于30時----M1(EM2)停止----車身調(diào)整(出)----右拐----車身調(diào)整(收)----傳感器(右)----直走。I8(IF1)開關判斷和I5(IF1)開關判斷----當(1)時----加值運算指令；I6(IF1)開關判斷----當(1)時----減值運算指令； I7(IF1)開關判斷----當(1)時----賦值運算指令。給定變量數(shù)值為30----判斷指令----當小于0時----倒車----越障----直走一小段----停車----反饋到程序的首端；當?shù)扔?時----倒車----右避障----反饋到程序的首端；當大于0時----倒車----左避障----反饋到程序的首端。當I8(IF1)開關判斷、I5(IF1)開關判斷、I7(IF1)開關判斷、I6(IF1)開關判斷-----當(0)時----AX(EM1)傳感器----判斷指令----當大于100時，反饋到程序I8(IF1)開關判斷、I5(IF1)開關判斷、I7(IF1)開關判斷、I6(IF1)開關判斷；當小于100時----停車----判斷指令----當小于50時----短距離----滅火----噴灑2次----滅火裝置關----短距離(收)；當大于50時----長距離----滅火----噴灑2次----滅火裝置關----長距離(收)。巡視----AX(EM1)傳感器----判斷指令----當(Y)時，反饋到開關判斷50之上；當(N)時----旋轉(zhuǎn)180度----3S----程序的首端。
圖3.1 母程序
3.3 控制要求的分析
對于模塊與機器人的各個元器件之間的聯(lián)系方式，我們將表格中排列出來。具體參數(shù)如下表3.2所示：
表3.2 I/O分配表
IF1模塊
名稱
控制單元
AX
光敏傳感器1
AY
光敏傳感器2
I1
調(diào)整機器人車身的馬達限位開關
I2
機器人的左輪電機的限位開關
I3
機器人的右輪電機的限位開關
I4
機械手臂的一級前后電機的限位開關
I5
機器人左避障的限位開關
I6
機器人越障的限位開關
I7
機器人左避障的限位開關
I8
機器人右避障的限位開關
M1
調(diào)整機器人車身的馬達
M2
機器人左輪電機
M3
機器人右輪電機
M4
機械手臂的一級前后電機
EMI模塊
名稱
控制單元
AX
光敏傳感器3
I1
機器人大轉(zhuǎn)盤馬達的限位開關
I4
機器人尾部的限位開關（左）
I5
機器人尾部的限位開關（右）
I8
機器人右避障的限位開關
M1
機器人大轉(zhuǎn)盤上的馬達
M2
報警燈1
M3
報警燈2
M4
報警燈3
EM2模塊
名稱
控制單元
I1
傳感器3的馬達限位開關
I3
機械手臂的二級前后電機的限位開關
I4
機械手臂的三級前后電機的限位開關
I8
傳感器3的馬達（起點位置）的限位開關
M1
傳感器3的馬達
M2
指示燈
M3
機械手臂的二級前后電機
M4
機械手臂的三級前后電機
3.4 ROBO擴展板和接口板的型號及功用
對于ROBO擴展板與接口板，我們對它的產(chǎn)品的名稱、型號、類型及產(chǎn)品的功用列出表格，如下表3.3所示：
表3.3 ROBO擴展板和接口板
圖
片
產(chǎn)品的名稱
ROBO接口板
ROBO接口板擴展板
產(chǎn)品的型號
93293
93294
產(chǎn)品的類型
配套產(chǎn)品 <輔助件>
配套產(chǎn)品 <輔助件>
產(chǎn)
品
的
功
用
1．處理器：三菱30245系列，16位微處理器。
2．存儲器：128K RAM和128K flash memory，flash memory中可以存兩個程序，RAM中可以存一個程序，程序可在線和下載操作，通過USB1.1/2.0和RS232串口與電腦連接
四路馬達輸出9V/250mA，8個級別速度控制，帶有短路保護功能。
3．八路9V DC數(shù)字信號輸入，兩路模擬量輸入。
4．四路模擬信號輸入（兩路0-5.5KΩ；兩路0-10V）。
5．可實現(xiàn)遠紅外線控制。
6．可擴展射頻數(shù)據(jù)連接功能板ROBO無線射頻通訊模塊（貨號：93295）。
1．可以擴充ROBO智能接口板輸入輸出數(shù)量，通過USB1.1/2.0連接，支持程序在線操作。
2．四路馬達輸出9V/250mA，8個級別速度控制，帶有短路保護功能。
3．八路數(shù)字信號輸入。
4．一路模擬信號輸入0-5.5KΩ。
帶有ROBO接口板擴展板接口，ROBO接口板共擴展3塊ROBO接口板擴展板。
4．另購附件：直流開關電源9V/1A。
4 子程序部分
4.1 尋光的程序思路
將機器人放置倉庫之中，需要對它進行一個24小時的一個巡視過程。 自動尋光
機構開始以120的角度來回的擺動來搜索火源，因此在這里考慮到電機脈沖問題。如圖圖(4.1)：
電機脈沖的記數(shù)方式，經(jīng)過調(diào)試，當傳感器向左旋轉(zhuǎn)60度時，它需要30個脈沖。則我們把它起始點記做30存放到變量指令中。在“指令集”里有個“”指令，其作用是對變量之中的值，進行做減值運算。一段程序之后我們附加一個判斷指令“”，它用作于對變量之中的數(shù)值進行判斷。當變量中的值等于0時，它會判斷轉(zhuǎn)移到下一步，電機停止。否則它會自行回到程序的起始點。之后電機再進行正轉(zhuǎn)，原本附于變量之中的數(shù)值為0，現(xiàn)在給它一個“”指令，其作用是對變量之中的值進行做加值運算。一段程序之后我們繼續(xù)附加一個判斷指令“”，當變量中的值等于60時，它會回到整個程序的起點。進行循環(huán)性的掃描，這就完成了機器人24小時倉庫監(jiān)控的程序[8] (美)David Cook主編.機器人制作[M].北京：北京航空航天大學出版社，2005.
8][9] 錢煒編著.越障機器人的設計與研究[J]. 上海理工大學學報，2002.
9]。
圖4.1 尋光子程序
4.2 越障程序的思路
在滅火的途中，時常會有障礙物出現(xiàn)。所以我們附加于程序有自行避障和越障的功能。從而可以越過障礙物，直到火源被撲滅。因此在這，當機器人碰到障礙物時，根據(jù)障礙物的高低選擇采用越障。我們程序如下：
程序的編寫方式：如圖(4.2)當接觸到障礙物時，限位開關(IF1)中I6由常開位置改變?yōu)殚]合狀態(tài)。越障程序立即啟動。首先機器人先后退，給出機器人調(diào)整車身的距離。將M2(機器人左輪電機)和M3(機器人右輪電機)同時反轉(zhuǎn)，并設定其馬達脈沖數(shù)為2，這樣就可以完成機器人后退這一程序。之后，我們需調(diào)整機器人的車身。機器人的重心原設定在后身，我們可以靠中間的絲杠來抬高機器人的前座。M1(IF1)電機正轉(zhuǎn)----I1(IF1)脈沖計數(shù)130----M1(IF1)電機停止----M2(IF1)電機正轉(zhuǎn)、M3(IF1)電機正轉(zhuǎn)----I2(IF1)脈沖計數(shù)5、I3(IF1)脈沖計數(shù)5----M2(IF1)電機停止、M3(IF1)電機停止----M4(IF1)電機正轉(zhuǎn)----I4(IF1)脈沖計數(shù)190----M4(IF1)電機停止----M1(IF1)電機反轉(zhuǎn)----I1(IF1)脈沖計數(shù)200----M1(IF1)電機停止---- M2(IF1)電機正轉(zhuǎn)、M3(IF1)電機正轉(zhuǎn)---- I2(IF1)脈沖計數(shù)8、I3(IF1)脈沖計數(shù)8---- M2(IF1)電機停止、M3(IF1)電機停止---- M1(IF1)電機正轉(zhuǎn)----I1(IF1)脈沖計數(shù)70----M1(IF1)電機停止---- M2(IF1)電機正轉(zhuǎn)、M3(IF1)電機正轉(zhuǎn)---- I2(IF1)脈沖計數(shù)8、I3(IF1)脈沖計數(shù)8---- M2(IF1)電機停止、M3(IF1)電機停止---- M4(IF1)電機反轉(zhuǎn)----I4(IF1)脈沖計數(shù)190----M4(IF1)電機停止[10] 范永勝主編.電器控制與PLC應用[M].北京：中國電力出版社，2007.
0][11] 章宏甲主編.液壓與氣壓傳動[M].北京：機械工業(yè)出版社，2009.
1]。
圖4.2 越障子程序
4.3 左避障程序的思路
在滅火的途中，當機器人碰到障礙物時，判斷出障礙物的高低選擇采用避障。根據(jù)障礙物的擺放，我們機器人會自行選擇左避障或右避障程序。假設機器人選擇左避障這個子程序時，我們程序如下：
程序的編寫方式：如圖(4.3)當接觸到障礙物時，限位開關(IF1)中I5由常開位置改變?yōu)殚]合狀態(tài)。左避障程序立即啟動。首先機器人先后退，給出機器人調(diào)整車身的距離。
將M2(機器人左輪電機)和M3(機器人右輪電機)同時反轉(zhuǎn)，并設定其馬達脈沖數(shù)為8，這樣就可以完成機器人后退這一程序。之后，我們需調(diào)整機器人的車身。由于機器人的重心原設定在后身，我們則要靠機械手臂下的滑臺，將機器人的重心位置移動到前座，使得機器人尾座部分離開地面，減少與地面的摩擦。M1(EM1)電機正轉(zhuǎn)----I1(EM1)脈沖計數(shù)80----M1(EM1)電機停止----M4(IF1)電機正轉(zhuǎn)----I4(IF1)脈沖計數(shù)190----M4(IF1)電機停止----M1(IF1)電機正轉(zhuǎn)----I1(IF1)脈沖計數(shù)60----M1(IF1)電機停止----M2(IF1)電機正轉(zhuǎn)----I2(IF1)開關判斷----減值運算指令----給定變量數(shù)值為7----判斷指令----當(N)時，反饋到M2(IF1)電機正轉(zhuǎn)；當(Y)時，M2(IF1)電機停止-----M2(IF1)電機正轉(zhuǎn)、M3(IF1)電機正轉(zhuǎn)----I2(IF1)脈沖計數(shù)4、I3(IF1)脈沖計數(shù)4----M2(IF1)電機停止、M3(IF1)電機停止----M3(IF1)電機正轉(zhuǎn)----I3(IF1)開關判斷----當(0)時，I8(IF1)開關判斷和I8(EM1)開關判斷---- M3(IF1)電機停止----I3(IF1)開關判斷----減值運算指令----給定變量數(shù)值為7----判斷指令----當(N)時,反饋到I3(IF1)開關判斷；當(Y)時, M3(IF1)電機停止----重新回到M2(IF1)電機正轉(zhuǎn)、M3(IF1)電機正轉(zhuǎn)。
當I3(IF1)開關判斷為(Y)時，加值運算指令----給定變量數(shù)值為7----判斷指令----當(N)時，反饋到I3(IF1)開關判斷；當(Y)時，M3(IF1)電機停止----M2(IF1)電機正轉(zhuǎn)、M3(IF1)電機正轉(zhuǎn)----I2(IF1)脈沖計數(shù)12、I3(IF1)脈沖計數(shù)12----M2(IF1)電機停止、M3(IF1)電機停止----M3(IF1)電機正轉(zhuǎn)----I3(IF1)脈沖計數(shù)14---- M3(IF1)電機停止----M1(IF1)電機反轉(zhuǎn)----I1(IF1)脈沖計數(shù)60----M1(IF1)電機停止----M4(IF1)電機反轉(zhuǎn)---- I4(IF1)脈沖計數(shù)190----M4(IF1)電機停止---- M1(EM1)電機反轉(zhuǎn)----I1(EM1)脈沖計數(shù)80----M1(EM1)電機停止[12] 朱世強主編.機器人及其應用[M].浙江：浙江大學出版社，2001.
2][13] 吳振彪主編. 工業(yè)機器人[M]. 武漢: 華中理工大學出版社, 1997.
3]。
圖4.3 左避障子程序
4.4 右避障程序的思路
在滅火的途中，當機器人碰到障礙物時，判斷出障礙物的高低選擇采用避障。根據(jù)障礙物的擺放，我們機器人會自行選擇左避障或右避障程序。假設機器人選擇右避障這個子程序時，我們程序如下：
程序的編寫方式：如圖(4.4)當接觸到障礙物時，限位開關(IF1)中I8由常開位置改變?yōu)殚]合狀態(tài)。左避障程序立即啟動。首先機器人先后退，給出機器人調(diào)整車身的距離。
將M2(機器人左輪電機)和M3(機器人右輪電機)同時反轉(zhuǎn)，并設定其馬達脈沖數(shù)為8，這樣就可以完成機器人后退這一程序。之后，我們需調(diào)整機器人的車身。由于機器人的重心原設定在后身，我們則要靠機械手臂下的滑臺，將機器人的重心位置移動到前座，使得機器人尾座部分離開地面，減少與地面的摩擦。M1(EM1)電機正轉(zhuǎn)----I1(EM1)脈沖計數(shù)80----M1(EM1)電機停止----M4(IF1)電機正轉(zhuǎn)----I4(IF1)脈沖計數(shù)190----M4(IF1)電機停止----M1(IF1)電機正轉(zhuǎn)----I1(IF1)脈沖計數(shù)60----M1(IF1)電機停止----M3(IF1)電機正轉(zhuǎn)----I3(IF1)開關判斷----減值運算指令----給定變量數(shù)值為7----判斷指令----當(N)時，反饋到M3(IF1)電機正轉(zhuǎn)；當(Y)時，M3(IF1)電機停止-----M2(IF1)電機正轉(zhuǎn)、M3(IF1)電機正轉(zhuǎn)----I2(IF1)脈沖計數(shù)4、I3(IF1)脈沖計數(shù)4----M2(IF1)電機停止、M3(IF1)電機停止----M2(IF1)電機正轉(zhuǎn)----I2(IF1)開關判斷----當(0)時，I7(IF1)開關判斷----M2(IF1)電機停止----I2(IF1)開關判斷----減值運算指令----給定變量數(shù)值為7----判斷指令----當(N)時,反饋到I2(IF1)開關判斷；當(Y)時, M2(IF1)電機停止----重新回到M2(IF1)電機正轉(zhuǎn)、M3(IF1)電機正轉(zhuǎn)。
當I2(IF1)開關判斷為(Y)時，加值運算指令----給定變量數(shù)值為7----判斷指令----當(N)時，反饋到I2(IF1)開關判斷；當(Y)時，M2(IF1)電機停止----M2(IF1)電機正轉(zhuǎn)、M3(IF1)電機正轉(zhuǎn)----I2(IF1)脈沖計數(shù)12、I3(IF1)脈沖計數(shù)12----M2(IF1)電機停止、M3(IF1)電機停止----M3(IF1)電機正轉(zhuǎn)----I3(IF1)脈沖計數(shù)14---- M3(IF1)電機停止----M1(IF1)電機反轉(zhuǎn)----I1(IF1)脈沖計數(shù)60----M1(IF1)電機停止----M4(IF1)電機反轉(zhuǎn)---- I4(IF1)脈沖計數(shù)190----M4(IF1)電機停止---- M1(EM1)電機反轉(zhuǎn)----I1(EM1)脈沖計數(shù)80----M1(EM1)電機停止。
圖4.4 右避障子程序
4.5 報警燈的思路
當傳感器作120度掃描時，報警燈也相應的工作起來。程序如下圖：
程序的編寫方式：如圖(4.5)報警燈共三盞，分紅，藍，綠三種顏色。每兩盞燈之間的時間差距為0.2S，工作方式為：紅→藍→綠→紅……M2(EM1)報警燈1亮----I2(EM1)時間延遲0.2S---- M2(EM1)報警燈1滅----M3(EM1)報警燈2亮----I3(EM1)時間延遲0.2S----M3(EM1)報警燈2滅----M4(EM1)報警燈3亮----I4(EM1)時間延遲0.2S---- M4(EM1)報警燈3滅----M2(EM1)報警燈1亮----I2(EM1)時間延遲0.2S----M2(EM1)報警燈1滅……(循環(huán)) [14] 陳懇主編.機器人技術與應用[M].北京：清華大學出版社，2006.
4][15] 唐德修主編.現(xiàn)代汽車機械基礎[M].西南交通大學出版社，2006.
5]。
圖4.5報警燈子程序
4.6 滅火方式的思路
當傳感器與火源的距離小于100時，機器人會自行停止，傳感器3再次發(fā)出信號，確認之后，機械手臂將執(zhí)行滅火。滅火方式為：機械手臂上的滅火器對火源來回噴灑2次。
程序的編寫方式：圖(4.6)循環(huán)計數(shù)2次----M1(EM1)電機正轉(zhuǎn)----I1(EM1)開關判斷----加值運算指令----給定變量數(shù)值為0----判斷指令----當小于12時，程序?qū)⒎答伒絀1(EM1)開關判斷；當?shù)扔?2時---- M1(EM1)電機反轉(zhuǎn)----I1(EM1)開關判斷----減值運算指令----給定變量數(shù)值為0----判斷指令----當大于-12時，程序?qū)⒎答伒絀1(EM1)開關判斷；當?shù)扔?12時，程序?qū)⒒氐窖h(huán)計數(shù)端----經(jīng)過2次循環(huán)之后---- M1(EM1)電機正轉(zhuǎn)----I1(EM1)脈沖計數(shù)24----M1(EM1)電機停止。
圖4.6 滅火子程序
4.7 確定火源，自行（左、右）拐的思路
當傳感器發(fā)現(xiàn)火源位置時，根據(jù)傳感器的位置，我們機器人可以自行調(diào)整車身的位置，使機器人與火源的位置成一直線。并能快速滅火。這時，如何根據(jù)傳感器來調(diào)整車身，這是我們程序一大亮點之一。
a) 假設火源在機器人的右方出現(xiàn)，機器人將自行右拐。程序如下：
程序的編寫方式：圖(4.7.1)讓傳感器上的計數(shù)脈沖的起點為30，但發(fā)現(xiàn)火源位置時，我們在程序中附加一個變量指令，假設測出傳感器上的計數(shù)脈沖此時為40。我們則可以根據(jù)變量上的數(shù)值使車身調(diào)整，M3電機自行反轉(zhuǎn)，電機的脈沖計數(shù)為10。M3(IF1)電機反轉(zhuǎn)----I3(IF1)開關判斷----減值運算指令----給定變量數(shù)值為40----判斷指令----當大于30時，程序自行反饋到M3(IF1)電機反轉(zhuǎn)位置；當?shù)扔?0時，M3(IF1)電機停止。
圖4.7 左拐子程序
b) 假設火源在機器人的左方出現(xiàn)，機器人將自行左拐。程序如下：
程序的編寫方式：圖(4.8)讓傳感器上的計數(shù)脈沖的起點為30，但發(fā)現(xiàn)火源位置時，我們在程序中附加一個變量指令，假設測出傳感器上的計數(shù)脈沖此時為20。我們則可以根據(jù)變量上的數(shù)值使車身調(diào)整，M3電機自行正轉(zhuǎn)，電機的脈沖計數(shù)為10。M3(IF1)電機反正轉(zhuǎn)----I3(IF1)開關判斷----減值運算指令----給定變量數(shù)值為40----判斷指令----當大于30時，程序自行反饋到M3(IF1)電機正轉(zhuǎn)位置；當?shù)扔?0時，M3(IF1)電機停止。
圖4.8 右拐子程序
總結
時間過的飛快畢業(yè)設計接近尾聲，這段時間里我們要完成的任務就是做好我們畢業(yè)前最后一件事——完成我們的畢業(yè)設計。畢業(yè)設計是對我們大學學業(yè)結束的總結，也是對我們所學知識的鞏固，它體現(xiàn)了學生的綜合素質(zhì)。首先我十分感謝辛勤教育我們的所有老師，你們辛苦了！其次，我要感謝我的母?！暇├砉ご髮W泰州科技學院，是它提供給了我兩年美好的學習環(huán)境。最后，等我工作之后，我一定會努力工作，將來匯報學校對我的照顧和教育。
在做機器人畢業(yè)編程的這段時間里，感覺雖然有點忙，但是說實話收獲非常的大，懂得了，凡遇到任何困難，只要吃苦耐勞，踏實勤奮，樂觀進取，就一定能突破困難。體會最深的就是現(xiàn)在的就業(yè)形式有點嚴峻，壓力也比較大，應屆畢業(yè)生面臨著很大的困難，但是萬事開頭難，我相信只要我們付出足夠的努力就會有收獲，在企業(yè)和社會上立足。在編程的過程中也有許多的困難和不足之處，比如平常和老師的溝通還不夠；對設計及編程的要求理解還不夠；開始的時候沒有給予足夠的重視。但是可以說我很好的總結了這些不足，想辦法改進自己，使自己變的出色。
全自動倉庫滅火機器人設計與編程這個課題可以說是非常有利于我們鞏固所學的知識特別是機械設計知識，意義非常大。，由于機器人程序具有對使用環(huán)境適應性強的特性，同時所針對的倉庫的類型也是有一部分的局限性，因此在這，還需要進一步的調(diào)整及設計。在機器人的構思方面，還有許多的不足的地方，比如說結構的固定，傳動時，所常遇到的死點等等。當然我們的努力同時也得到了學校及老師們的認可?；叵肷险n的時候，自己確實感到遺漏很多。在學校的兩年里，我學到了。學到了許多做人的道理，人在處理問題方面也成熟果斷了許多，最主要學到了適應社會的本領。課程設計的結束意味著大學生活的結束，正式跨入職場，迎接我的是一個有挑戰(zhàn)性的工作，在找工作的途中。我真正體會到了理論聯(lián)系實際。在外面學的東西多，人際關系，真正的技術，說話的方式和態(tài)度等等！當然在有些方面在學校還是得到了鍛煉，但是還不夠，希望學校能給我們得學弟學妹們更多展示自己能力得舞臺和機會。
回想做機器人那短暫的兩個星期，知道了其實自己比想象中的自己要強的多。比起在從前的學習生涯，可以說是艱苦很多，我要學習得東西非常非常多，所以我對我自己說，一定要堅持開始肯定苦得，而且要有短期和長期目標，我一定會努力實現(xiàn)自己得目標。我相信我自己，一定會有一番成就得。
最后，我想說我十分感謝兩位老師（劉艷和李連波）平時在完成設計的時間里對我的關心和照顧，也要感謝所有幫助過我的人。
致謝
美好的校園生活已經(jīng)到了尾聲，背著行李走進校園的情景依然清晰可見。毫無疑問，校園生活將是我一生中最美好的時光，這里給我留下了太多美好，有尊敬而智慧的老師，有友好而可愛的同學，有志趣相投而相互促進的朋友……這些都將是我最難忘的留戀。
這兩年的點點滴滴改變了我很多方面，它留給我的影響是受用終生的。在這里有循循善誘的老師，互幫互助的同學，豐富多彩的生活，充實了我的校園生活，給我的業(yè)余生活留下了太多歡聲笑語，在這里我開始睜開眼睛觀察并思考我身邊的世界，開始編織我的理想并規(guī)劃著我的將來，開始為了實現(xiàn)自己的抱負而學習必要的知識鍛煉必要的能力，開始有了展翅高飛的沖動和自信。無論以后的路我將怎樣走過，至少這里給了我起飛的平臺。
我真要感謝我的學校，是它讓我有了一個學習和思考的環(huán)境；真要感謝我的老師們，向我的每一個老師致敬，是他們教給了我生存和競爭的本領；我還要感謝我的同學朋友們，因為有你們的陪伴我的學校生活才會如此豐富多彩。
兩年的學校生活轉(zhuǎn)瞬即逝，短暫得讓我還沒來得及準備妥當就要開始踏上社會開始新的征程，回首過去，我有過很多失敗，很多無知，也浪費了很多寶貴的時間。因此我只能寄希望于以后，我會用我的努力讓我的以后變得更加美好，也用我的努力讓我對這個養(yǎng)育了我的社會做出更多的貢獻。
畢業(yè)在即，最后一年的主要任務就是完成一份畢業(yè)設計，用我們豐富的實踐經(jīng)驗，扎實的理論功底，向?qū)W校匯報我這幾年的收獲。
畢業(yè)設計是對每一個即將跨出學校大門，步入社會學生的檢驗。緊張而繁忙的畢業(yè)設計即將結束，回顧這次畢業(yè)設計，我看到在這次鍛煉中我受益匪淺，在次過程中我調(diào)動了我的所有知識，查找了多種資料，向老師請教，而他們也都不厭其煩地給我講解，盡管有時候他們認為我的問題簡單得可笑。通過這次畢業(yè)設計我鞏固了以往所學的所有知識，而且學會了如何融會貫通地去運用這些知識，并且有機地綜合其它各方面的因素，使理論與實踐相結合，設計出滿足題目要求的產(chǎn)品來。這培養(yǎng)了我探索科學的興趣，一絲不茍的態(tài)度，吃苦耐勞的風格，還有可貴的鉆研精神，同時也使我感到要成為一名合格的工程技術人員的不易，在學校里我們雖然掌握了一定的理論知識，但離現(xiàn)實運用還有一定的距離，因此我們還必須付出艱辛的努力，堅持不懈地學習并積極投身于實踐，這樣才能實現(xiàn)自己的抱負。
在這次畢業(yè)設計的過程中，我還深深體會到自己知識的缺乏，在許多領域我還只是知其皮毛，甚至一無所知，離真正的知識海洋還有很長的一段路要走。所以我決心要在今后的工作中繼續(xù)不斷地學習，不斷地提高自己的理論知識和實踐能力，只有這二者完美地結合在一起才能發(fā)揮我的最大作用。
經(jīng)過這次長達近一年的畢業(yè)設計，我個人的工程技術素質(zhì)和綜合運用知識的能力都有很大的進步，同時在提出問題，分析問題和解決問題方面的能力都得到了很大提高，鍛煉了形象思維與抽象思維相結合的能力，使我的知識結構更加合理化，為勝任即將登上的工作崗位打下了良好的基礎，所有這些都將是我寶貴的財富。
在這次畢業(yè)設計中，我得到了劉艷老師、李連波老師的精心指導，我能順利地完成本次畢業(yè)設計與他們的辛勤付出是分不開的，正因為老師們的不厭其煩的指導和點撥我的畢業(yè)設計才有了方向和輪廓，在此對老師表示深深的感謝。也要感謝慧魚公司為我提供了做畢業(yè)設計的良好環(huán)境，在那里我得以有機會接觸機器人，和獲得全國二等獎。同時要感謝的還有那些平時在畢業(yè)設計過程中幫助過我的同學們，因為有了他們的支持和鼓勵以及一些資料上的提供才有了這次畢業(yè)的圓滿成功。
當然，畢業(yè)設計是有一定難度的，鑒于個人能力，知識，經(jīng)驗有限，設計中難免有不足或錯誤，懇請各位老師批評指正。
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