毕业设计(论文)-能力风暴机器人无线通讯卡设计.doc
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1、青岛理工大学 毕 业 设 计(论 文) 题目题目 能力风暴机器人无线通讯卡设计能力风暴机器人无线通讯卡设计 学生姓名:学生姓名: 学生学号:学生学号: 指导教师:指导教师: 机械工程机械工程 学院学院 测控技术与仪器专业测控技术与仪器专业 测控测控 061 班班 2010 年 6 月 15 日 毕业设计(论文)任务书毕业设计(论文)任务书 专业 测控技术与仪器 班级 测控 061 姓名 下发日期 2010-3-2 题目题目能力风暴机器人无线通讯卡设计 专题专题 主主 要要 内内 容容 及及 要要 求求 设计(论文)要求及应具备条件: 1) 无线通讯模块方案设计(概述,方案比较,整体布置等) 2
2、) 无线通讯模块整体设计(主要技术参数及整体尺寸的确定,芯片的选型,参数的 确定等) 3) 计算机绘图(如电路原理图,印刷电路版图、流程图等) 4) 自制的无线通讯模块一块 5) 利用 VJC1.6 编程工具调试通过 说明书手写 60 页左右,打印小四号字 40 页以上,目录要求: (1)概述(机器人足球比赛现状,本设计任务等);(2)方案比较与参数确定; (3)电路原理图与印刷电路版图的绘制;(4)基于无线通讯模块的机器人足球 比赛控制策略研究;(5)程序调试;(6)参考文献 主要技主要技 术参数术参数 元件 NRF401 封装尺寸 SSOIC、电路板各元器件大小及封装形式 各个元件到电路板
3、尺寸大小、导线尺寸 进进 度度 及及 完完 成成 日日 期期 第 1-2 周(3.8-3.21):毕业实习。 第 3 周(3.22-3.29):毕业设计准备,文献资料收集。 第 4-5 周(3.29-4.11):英文资料翻译。 第 6 周(4.12-4.18):查阅资料,寻找方案并比较。 第 7 周(4.19-4.25):确定方案,完善方案。 第 8 周(4.26-5.2):学习 Protel 软件。 第 9-11 周(5.3-5.23):程序设计。 第 12-13 周(5.24-6.6):整理设计资料。 第 14 周(6.7-6.13):撰写毕业设计说明书。 第 15 周(6.14-6.20
4、):打印、装订,整理资料准备答辩。 第 16 周(6.21-6.22):答辩。 教学院长签字日 期教研室主任签字日 期指导教师签字日 期 指 导 教 师 评 语 指导教师: 年 月 日 指 定 论 文 评 阅 人 评 语 评阅人: 年 月 日 答 辩 委 员 会 评 语 指导教师给定 成绩(30%) 评阅人给定 成绩(30%) 答辩成绩 (40%) 总 评 答辩委员会主席 签字 评 定 成 绩 青岛理工大学本科毕业设计(论文)说明书 I 摘要摘要 能力风暴机器人是上海广茂达电子信息有限公司开发的对动手操作和实现 能力培养的机器人平台,他还可以借助于交互式 C 语言和开放式接口进一步提 高机器人
5、的开发潜力。它是最优秀的科技类探索性课程及课外活动的教具,它 融合了光学、机械、电子、计算机等学科的高科技知识,集辅助教学和娱乐于 一身。 在移动机器人多传感器信息处理能力研究中,在机器人自身有限处理能力 情况下,通过无线通信方式,依靠 PC 机处理传感器信息成为一种可行方案。 本文以能力风暴机器人作为控制平台,成功地实现了移动机器人的无线通讯扩 展。 本文首先介绍了机器人的研究背景,分析了用无线收发模块实现机器人之 间无线通信的原理和设计要点。该无线通信系统脱离了计算机的控制,机器人 可自行收发数据,通过方案一的确定,然后通过对 NRF401 芯片的介绍和运用 来处理机器人在无线通讯传输方面
6、遇到的一系列问题,同时给出了相应的原理 图和 PCB 图的设计。 设计中使用 VJC 进行软件编程调试。扩展卡安装在机器人上运行表明所作 设计可以使能力风暴机器人之间实现无线通信。 关键词:关键词: 能力风暴机器人;无线通讯;Protel99;NRF401;VJC 青岛理工大学本科毕业设计(论文)说明书 II Abstract The “Ability storms” robot, which is developed by Shanghai Grandar Electronic Information Co., is a platform training ones operating an
7、d realizing ability, it can also enhance the development potential of the robot through the use of interactive C language and open interfaces. In the mobile robot research of multi sensors information processing, for the limitation of robot S capability, it is possible for robot to process the infor
8、mation depend on profession computer via wireless communication. We describes the implementation of wireless control based on AS0S robot This paper introduces the research background, and analyzed the principle and designing features of how achieving wireless communication between the robots by wire
9、less transceiver modules. The wireless communications system is separated from the computer control, the robot can send and receive data by itself, then through the introduction and use of the NRF401 chip handle a series of problems encountered in the wireless communication transmission, with the co
10、rresponding schematic and the PCB map. VJC is used to debug software in the design. The conducting of expansion card installed in the robot shows that the design will enable the “Ability storms” robot realizes wireless communication. Key words:Ability storm robot; wireless transmission; PROTELL99; N
11、RF401; VJC 青岛理工大学本科毕业设计(论文)说明书 III 目录目录 摘要摘要.I AbstractII 目录目录 .III 第第 1 章章 绪论绪论1 1.1 机器人的概念1 1.2 国际机器人的发展1 1.4 机器人的发展趋势4 1.5 无线通信7 1.6 本文的主要研究内容8 第第 2 章章 能力风暴机器人能力风暴机器人10 2.1 能力风暴机器人的结构10 2.1.1 控制部分10 2.1.2 传感器部分10 2.2 能力风暴机器人的三大要素12 2.3 能力风暴的计算机硬件13 2.3.1 微控制器14 2.3.2 外部存储器17 2.3.3 电源与复位电路19 2.3.4
12、 通信19 第第 3 章章 无限通讯卡设计方案选择无限通讯卡设计方案选择20 3.1 主要芯片介绍20 3.1.1 PTR2000.20 3.1.2 NRF401.22 3.2 设计方案(基于 NRF401).25 第第 4 章章 无线通讯卡硬件设计无线通讯卡硬件设计28 4.1 元件的选择28 4.2 Protel 99 SE 简介31 4.3 设计原理图31 4.4 工作原理33 青岛理工大学本科毕业设计(论文)说明书 IV 4.5 设计过程34 第第 5 章章 无线通讯卡软件设计无线通讯卡软件设计35 5.1 测试程序35 5.2 系统测试39 结论结论40 参考文献参考文献41 致谢致
13、谢43 附件附件 1.44 附件附件 2.50 青岛理工大学本科毕业设计(论文)说明书 1 第第 1 章章 绪论绪论 1.1 机器人的概念机器人的概念 机器人是一种具有移动性、个体性、智能性、通用性、半机械半人性、自 动性、奴隶性等 7 个特征的柔性机器,用自动性、智能性、个体性、半机械半 人性、作业性、通用性、信息性、柔性、有限性、移动性等 10 个特性来表示机 器人的形象。 1987 年国际标准化组织对工业机器人进行了定义:“工业机器人是一种具 有自动控制的操作和移动功能,能完成各种作业的可编程操作机。” 我国科学家对机器人的定义是:“机器人是一种自动化的机器,所不同的 是这种机器具备一些
14、与人或生物相似的智能能力,如感知能力、规划能力、动 作能力和协同能力,是一种具有高度灵活性的自动化机器”。 自动化技术的发 展,特别是计算机的诞生,推动了现代机器人的发展。 1.2 国际机器人的发展国际机器人的发展 机器人的诞生地在美国,1962 年美国研制出世界上第一台工业机器人,经 过 30 多年的发展,美国现已成为世界上的机器人强国之一,基础雄厚,技术先 进。综观它的发展史,道路是曲折不平坦的。由于美国政府从 60 年代到 70 年 代中的十几年期间,并没有把工业机器人列入重点发展项目,只是在几所大学 和少数公司开展了一些研究工作。对于企业来说,在只看到眼前利益,政府又 无财政支持的情况
15、下,宁愿错过良机,固守在使用刚性自动化装置上,也不愿 冒着危险,去应用或制造机器人。加上当时美国失业率高达 665,政府担 心发展机器人会造成更多人失业,因此不予投资,也不组织研制机器人,这不 能不说是美国政府的战略决策错误。70 年代后期,美国政府和企业界虽有所重 视,但在技术路线上仍把重点放在研究机器人软件及军事、宇宙、海洋、核工 程等特殊领域的高级机器人的开发上,致使日本的工业机器人后来居上,并在 青岛理工大学本科毕业设计(论文)说明书 2 工业生产的应用上及机器人制造业上很快超过了美国,产品在国际市场上形成 了较强的竞争力。 进入 80 年代之后,美国才感到形势紧迫,政府和企业界才对机
16、器人真正重 视起来,政策上也有所体现,一方面鼓励工业界发展和应用机器人,另一方面 制订计划、提高投资,增加机器人的研究经费,把机器人看成美国再次工业化 的特征,使美国的机器人迅速发展。 80 年代中后期,随着各大厂家应用机器人的技术日臻成熟,第一代机器人 的技术性能越来越满足不了实际需要,美国开始生产带有视觉、力觉的第二代 机器人,并很快占领了美国 60的机器人市场。 日本在 60 年代末正处于经济高度发展时期,年增长率达 11。第二次世 界大战后,日本的劳动力本来就紧张,而高速度的经济发展更加剧了劳动力严 重不足的困难。为此,日本在 1967 年由川崎重工业公司从美国 Unimation 公
17、司 引进机器人及其技术,建立起生产车间,并于 1968 年试制出第一台川崎的“尤 尼曼特”机器人。正是由于日本当时劳动力显著不足,机器人在企业里受到了 “救世主”般的欢迎。日本政府一方面在经济上采取了积极的扶植政策,鼓励 发展和推广应用机器人,从而更进一步激发了企业家从事机器人产业的积极性。 尤其是政府对中、小企业的一系列经济优惠政策,如由政府银行提供优惠的低 息资金,鼓励集资成立“机器人长期租赁公司”,公司出资购入机器人后长期 租给用户,使用者每月只需付较低廉的租金,大大减轻了企业购入机器人所需 的资金负担;政府把由计算机控制的示教再现型机器人作为特别折扣优待产品, 企业除享受新设备通常的
18、40%折扣优待外,还可再享受 13的价格补贴。另一 方面,国家出资对小企业进行应用机器人的专门知识和技术指导等等。这一系 列扶植政策,使日本机器人产业迅速发展起来,经过短短的十几年,到 80 年代 中期,已一跃而为“机器人杨国”,其机器人的产量和安装的台数在国际上跃 居首位。按照日本产业机器人工业会常务理事米本完二的说法:“日本机器人 的发展经过了 60 年代的摇篮期,70 年代的实用期,到 80 年代进人普及提高期。 ”并正式把 1980 年定为“产业机器人的普及元年”,开始在各个领域内广泛推 广使用机器人。 青岛理工大学本科毕业设计(论文)说明书 3 日本政府和企业充分信任机器人,大胆使用
19、机器人。机器人也没有辜负人 们的期望,它在解决劳动力不足、提高生产率、改进产品质量和降低生产成本 方面,发挥着越来越显著的作用,成为日本保持经济增长速度和产品竞争能力 的一支不可缺少的队伍。 1.3 我国机器人发展的现状 我国工业机器人现在的总装机量约为 1200 台,其中国产机器人占有量约为 1/3,即 400 多台。与世界机器人总装机台数 75 万台相比,我国总装机量仅占 万分之十六。对我国这样一个 12 亿人口的大国来说,差距是很明显的。装机数 量少,说明了我国的工业化程度与工业发达国家的差距大。因为工业机器人的 诞生和应用发展是以工业生产高度自动化和柔性化为大背景的。除数量外,差 距还
20、表现在已有的机器人的利用率不高,以进口的弧焊机器人为例,据调查, 完全正常运转,充分发挥效益的只占 1/3;另外 1/3 处于负荷不满或不能安全正 常运转状态,原因是生产管理及使用维护存在不合理现象或问题;还有 1/3 不 能正常使用,这是由于机器人质量问题或缺乏备件,以及请不起外方维修人员 造成的。机器人应用效果不理想,直接影响了用户使用更多机器人的信心。 图 1-1 我国 120 公斤点焊机器人 青岛理工大学本科毕业设计(论文)说明书 4 我国有组织有计划地发展机器人事业,应该说是从“七五”期间的科研攻关 及实施“863 计划”开始的,经过十几年来的研制、生产、应用,从纵向看,有 了长足的
21、进步。目前在一些机种方面,如喷涂机器人、弧焊机器人、点焊机器 人、搬运机器人、装配机器人、特种机器人(水下、爬壁、管道、遥控等机器人), 基本掌握了机器人操作机的设计制造技术,解决了控制,驱动系统的设计和配 置、软件的设计和编制等关键技术,还掌握了自动化喷漆线、弧焊自动线(工作 站)及其周边配套设备的 全线自动通信、协调控制技术;在基础元件方面,谐波减速器、机器人焊 接电源、焊缝自动跟踪装置也有了突破;于此同时造就了一支具有一定水平的 技术队伍。无疑,从技术方面来说,我国的机器人技术在世界机器人界已有一 席之地,奠定了独立自主发展中国机器人事业的基础;从社会经济角度来看, 我国机器人技术的发展
22、,为中、外机器人产品打开中国市场准备了物质和人员 条件。 1.4 机器人的发展趋势机器人的发展趋势 机器人技术作为 20 世纪人类最伟大的发明之一,自 60 年代初问世以来, 经历 40 年的发展已取得长足的进步。工业机器人在经历了诞生成长成 熟期后,已成为制造业中不可少的核心装备,世界上有约 75 万台工业机器人正 与工人朋友并肩战斗在各条战线上。特种机器人作为机器人家族的后起之秀, 由于其用途广泛而大有后来居上之势,仿人形机器人、农业机器人、服务机器 人、水下机器人、医疗机器人、军用机器人、娱乐机器人等各种用途的特种机 器人纷纷面世,而且正以飞快的速度向实用化迈进。 机器人的出现并高速发展
23、是社会和经济发展的必然,是为了提高社会的生 产水平和人类的生活质量,让机器人替人们干那些人干不了、干不好的工作。 在现实生活中有些工作会对人体造成伤害,比如喷漆、重物搬运等;有些工作 要求质量很高,人难以长时间胜任,比如汽车焊接、精密装配等;有些工作人 无法身临其境,比如火山探险、深海探密、空间探索等;有些工作不适合人去 干,比如一些恶劣的环境、一些枯燥单调的重复性劳作等;这些都是机器人大 显身手的地方。服务机器人还可以为您治病保健、保洁保安;水下机器人可以 青岛理工大学本科毕业设计(论文)说明书 5 帮助打捞沉船、铺设电缆;工程机器人可以上山入地、开洞筑路;农业机器人 可以耕耘播种、施肥除虫
24、; 图 1-2 微型飞行器 机器人并不是在简单意义上代替人工的劳动,而是综合了人的特长和机器 特长的一种拟人的电子机械装置,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,从某种意义 上说它也是机器的进化过程产物,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。 图 1-3 仿人形机器人 青岛理工大学本科毕业设计(论文)说明书 6 现在机器人领域发展趋势是: 1工业机器人性能不断提高(高速度、高精度、高可靠性、便于操作和维 修),而单机价格不断下降,平均单机价格从 91 年的 10.3 万美元降至 97
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