家用擦玻璃清洁机器人结构设计毕业设计说明书

毕业说明书 系(专业)： 机械设计制造及其自动化 题 目： 家用擦玻璃清洁机器人结构设计 毕业设计（论文）原创性声明和使用授权说明 原创性声明 本人郑重承诺：所呈交的毕业设计（论文），是我个人在指导教师的指导下进行的研究工作及取得的成果。尽我所知，除文中特别加以标注和致谢的地方外，不包含其他人或组织已经发表或公布过的研究成果，也不包含我为获得 及其它教育机构的学位或学历而使用过的材料。对本研究提供过帮助和做出过贡献的个人或集体，均已在文中作了明确的说明并表示了谢意。 作 者 签 名：　　 　 　　日　 期：　　 　 　　 ​​​​​​​​​​​​ 指导教师签名：　　 　 　　 日　　期：　　 　 　　 使用授权说明 本人完全了解 大学关于收集、保存、使用毕业设计（论文）的规定，即：按照学校要求提交毕业设计（论文）的印刷本和电子版本；学校有权保存毕业设计（论文）的印刷本和电子版，并提供目录检索与阅览服务；学校可以采用影印、缩印、数字化或其它复制手段保存论文；在不以赢利为目的前提下，学校可以公布论文的部分或全部内容。 作者签名：　　 　 　　 日　 期：　　 　 　　 ​​​​​​​​​​​​ 学位论文原创性声明 本人郑重声明：所呈交的论文是本人在导师的指导下独立进行研究所取得的研究成果。除了文中特别加以标注引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写的成果作品。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本人完全意识到本声明的法律后果由本人承担。 作者签名： 日期： 年 月 日 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，同意学校保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅。本人授权　　 　 　大学可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。 涉密论文按学校规定处理。 作者签名： 日期： 年 月 日 导师签名： 日期： 年 月 日 注 意 事 项 1.设计（论文）的内容包括： 1）封面（按教务处制定的封面格式制作） 2）原创性声明 3）中文摘要（300字左右）、关键词 4）外文摘要、关键词 5）目次页（附件不统一编入） 6）论文主体部分：引言（或绪论）、正文、结论 7）参考文献 8）致谢 9）附录（对论文支持必要时） 2.论文字数要求：理工类设计（论文）正文字数不少于1万字（不包括图纸、程序清单等），文科类论文正文字数不少于1.2万字。 3.附件包括：任务书、开题报告、外文译文、译文原文（复印件）。 4.文字、图表要求： 1）文字通顺，语言流畅，书写字迹工整，打印字体及大小符合要求，无错别字，不准请他人代写 2）工程设计类题目的图纸，要求部分用尺规绘制，部分用计算机绘制，所有图纸应符合国家技术标准规范。图表整洁，布局合理，文字注释必须使用工程字书写，不准用徒手画 3）毕业论文须用A4单面打印，论文50页以上的双面打印 4）图表应绘制于无格子的页面上 5）软件工程类课题应有程序清单，并提供电子文档 5.装订顺序 1）设计（论文） 2）附件：按照任务书、开题报告、外文译文、译文原文（复印件）次序装订 3）其它 毕业设计中文摘要 家用擦玻璃清洁机器人结构设计 摘要： 随着时代的进步，科技的发展，智能家居越来越流行，与此同时，智能机器人也如火如荼地发展起来，人们越来越注重智能化，自动化。 同时，人们住的楼层也越来越高，擦玻璃变成了很难办的事情，本人自主研发设计了一款全自动民用擦玻璃小车，该小车启动之后，小车能够同时对玻璃里外侧进行全自动擦拭。 本文首先阐述了本课题的背景以及国内外发展概况，接着描述了擦玻璃机器人的整体的确定以及详细机械结构的设计，然后阐述了本课题控制系统的设计，最后介绍了机器人实体样机的调试。 本课题主要完成的工作： （1）设计加工擦玻璃机器人的机械结构并进行实体装配。 （2）基于STC12单片机，设计PCB板，加工并焊接零件，然后编程烧写，上机调试。 关键词： 机器人 全自动 实体装配 单片机 PCB 毕业设计（论文）外文摘要 Title Structure design of household cleaning robot for cleaning glass Abstract Along with the progress of the times, the development of science and technology, the home automation is more and more popular, meanwhile, the intelligent robot is also in full swing, people pay more and more attention to intelligent automation. At the same time, the floors which people live in are also getting higher and higher, wiping the glass becomes a troublesome thing, I design a fully automatic civil car to wipe glass in my research and development, when the car is started, it can wipe the glass outside and inside automatically at the same time. The background and foreign development situation are described in this paper at first, after representing the determination of the overall scheme of glass cleaning robot and detailed mechanical structure design, then the design of control system of the subject is elaborated on, at last, the debugging of the prototype robot entity is introduced in this paper. The main work of this thesis: (1) designing and processing the mechanical structure of glass robot and assemble the entity. (2) based on STC12 microcontroller, designing PCB board, processing and welding parts, and then programming and debugging the machine. Keywords： robot automatic entity assembly MCU PCB 目 录 第一章 引言 ……………………………………………………………… 1 1.1 课题背景……………………………………………………………1 1.2 国内外擦玻璃机器人的研究概况…………………………………1 1.3 本课题的主要工作…………………………………………………3 第二章 家用擦玻璃清洁机器人总体方案设计 …………………………… 3 2.1 家用擦玻璃清洁机器人的设计原则…………………………………4 2.2 家用擦玻璃清洁机器人的总体方案的确定…………………………4 2.2.1 家用擦玻璃清洁机器人的总体方案……………………………4 2.2.2 总体方案的对比与选择…………………………………………12 第三章 家用擦玻璃清洁机器人详细结构设计………………………………14 3.1 关键部件的选型………………………………………………………14 3.1.1 电机的选型………………………………………………………14 3.1.2 微动开关的选型…………………………………………………15 3.1.3 电池的选择………………………………………………………15 3.1.4 磁铁的选择………………………………………………………16 3.2 微动开关缓冲机构的设计……………………………………………16 3.3 磁铁升降机构的设计…………………………………………………17 3.3.1 磁铁升降机构的ANSYS……………………………………18 第四章 家用擦玻璃清洁机器人控制系统设计………………………………21 4.1 单片机控制系统电路的设计……………………………………… 21 4.1.1 单片机系统元器件的选型…………………………………… 21 4.1.2 单片机系统的硬件电路及I/O口分配……………………… 25 4.2 单片机系统编程框图……………………………………………… 25 第五章 家用擦玻璃清洁机器人样机研制与调试……………………………27 5.1控制电路板的设计与调试……………………………………………27 5.1.1 PCB设计…………………………………………………………27 5.1.2 电路板的调试……………………………………………………28 5.2 家用擦玻璃清洁机器人样机的制作…………………………………31 5.3 家用擦玻璃清洁机器人样机的测试…………………………………31 第六章 总结与展望……………………………………………………………33 参考文献……………………………………………………………………… 34 致谢…………………………………………………………………………… 35 附录…………………………………………………………………………… 37 1 引言 1.1 课题背景 智能家居近两年发展火热，作为其重要组成部分的智能服务机器人也不甘示弱，伴随着计算机和自动化技术的迅速发展,人们对机器人的智能性的要求也越来越高，同时智能服务机器人产业近年来也陆续被写入国家发展战略。2006年,发展智能服务机器人被列入《国家中长期科学和技术发展规划纲要(2006-2020年)》; 2012年,我国出台《智能制造科技发展“十二五”专项规划》和《服务机器人科技发展“十二五”专项规划》，足见我国对机器人行业发展的重视。 在智能机器人如火如荼得发展过程中，目前具有一定的智能性的清洁机器人也成为研究热点之一,智能清洁机器人系统的研究在发达国家受到广泛的关注,许多高科技应用领域,以及实际生产实践中的特殊应用环境的强烈需求更成为它不断发展的强劲动力。 近年来,都市中的高层建筑越来越多,目前对高层建筑的玻璃窗的清洗工作主要还是由清洗工人搭乘吊篮完成的,传统的人工清洗方式既危险,效率又低且成本高，但如果自己清洗的话不仅有危险而且费时费力，况且现在更多的人们希望从繁琐的日常事务中解放出来，因此迫切需要一种设备协助甚至替代人来完成玻璃的清洗工作。 1.2 国内外擦玻璃机器人的研究概况 众所周知，日本是机器人发展较为发达的国家，其对智能机器人的研究实力雄厚，值得我们学习，下图的多用途壁面机器人是一个日本开发的清洁机器人的范例：该机器人自重100kg，同时可载150kg负重，小车的车轮上具有磁性设计，采用磁吸附方式吸附在墙壁上，可直接越过坑洼不平的墙面以及其他墙上的不明障碍物，多用于桥墩底部、玻璃幕墙等检测和修复作业。 上图的双车体机器人也是由日本人研制，其采用负压吸盘吸附，在运行过程中吸盘与壁面之间产生有滑动密封效果，强大的大气压能够保证小车不会从墙壁上滑落，由四个高摩擦系数的轮子贴合在墙壁面上，在吸盘保持负压的过程中，机器人通过控制轮子的正反转控制机器人的行走方向，轮子的差速保证了机器人的转弯功能的实现，且由于四个轮子均为独立控制，所以该机器人控制起来显得格外灵活。 不仅国外有类似的清洁机器人，国内虽然起步较晚，但也已经有了相对成熟的东西，图1.3为北京航空航天大学机器人研究所研制的用于清洗国家大剧院玻璃幕墙的样机，图上所示为该机器人工作在国家大剧院的场景，其由攀爬机构、俯仰调节机构、移动机构和清洗机构等部分构成，总长约3m, 高0.5m，宽1m, 整个机身主体由铝型材搭建而成，不仅强度高而且相对重量也轻了许多，其在工作过程中把安装在建筑物上的滑动导杆作为中介，成功避免了机器人对建筑物的直接抓取所可能带来的损伤以及其他不安全因素。 通过对上述文献的分析，无论是国外的多用途壁面机器人还是国内的清洗机器人，在体积及重量上都相对较大，多用途壁面机器人本身就重达100kg，显然这个重量是普通家庭玻璃难以承受的，而北航机器人研究所所研发的清洁机器人样机高度竟然达到了2.9米,这对于比较宽阔的玻璃幕墙来说,清洗起来确实方便、迅速，但是对于一些普通的家庭玻璃窗来说,这明显是不合适的。 1.3 本课题的主要工作 本设计拟在设计一款机器人，该机器人能够实现全自动擦拭家庭玻璃的功能，而且需确保擦拭无死角且擦拭干净。 具体工作如下： （1）进行机器人机械结构设计，绘制机器人的三维图，并在三维图的基础上导出其二维图，然后进行ansys分析工作，以确保机械结构的合理性。 （2）联系厂家进行机械部件的加工，并将各个部件进行实体装配。 （3）设计PCB板子并联系厂家加工以作为控制机器人的硬件。 （4） 基于单片机控制系统进行C语言编程，以完成整个机器人的擦拭功能。 （5）将机器人在玻璃上进行上机调试，完善程序，确保机器人能够将玻璃擦拭干净。 2 家用擦玻璃清洁机器人总体方案设计 2.1 家用擦玻璃清洁机器人的设计原则 家庭用擦玻璃机器人在国内还比较少，国外虽然做的相对成熟但产品一般比较昂贵，并不能实现普及到国内的大部分家庭中愿景，因此，我们要设计一款具有自主知识产权的成品低廉的擦玻璃机器人，与此同时，本课题的设计过程中也要保证如下原则： （1）该机器人能够实现擦拭各种厚度的玻璃的工作，而且各个部件具有较好的互换性，以便维修。 （2）各零件应便于装配，便于加工。 （3）机器人应操控简单，可以实现无线控制。 （4）机器人真正实现智能化，能够全自动地将自己的擦拭任务完成。 2.2 家用擦玻璃清洁机器人的总体方案的确定 在经过无数的文献查阅以及自己的思考工作之后，我已经对擦玻璃机器人有了进一步的认识，经过对文献的整合以及自己的创新，我最终确定了以下几套相对可行的方案。 2.2.1 家用擦玻璃清洁机器人的总体方案 总体方案一： 如上图所示，将擦玻璃机器人做成完全仿人型的自动化机器，机器人的手上安装有擦拭玻璃的抹布以及刷子等，通过对机器人的示教编程，机器人能够记住各个关节的角度，以及擦玻璃的运行模式，就能够达到全自动擦拭的目的。 机器人底部由四个轮子支撑，其中包括两个具有驱动能力的动力轮和两个万向轮，这样能够在运用最少的驱动的前提下，确保机器人具有前往各个方向运行的能力，与此同时机器人的各个轮子均具有升降功能，即能够确保机器人在相对不平的地板上能够自由地运行；然后往上看是机器人的中干，其腰部由具有三个自由度的旋转杆构成，其机构简图如图2.2所示 正如图2.2中表达的那样，机器人的腰部底端具有一个竖直的旋转副，再往上具有两个水平的旋转副，到此该空间开链机构给机器人的末端执行机构-擦拭手爪，提供的自由度为3。 图2.3所示机构见图为机器人的上半部分，其中支架的旋转副代表机器人的肩关节，然后以下关节依次代表机器人的肘关节和腕关节，不难看出，该部分机构给机器人末端执行构件提供的自由度为3，而整个机器人的机构为空间开链机构，所以综上所述可以得出，机器人的自由度为6，可以实现各种所需要的空间动作。 总体方案二： 采用永磁式的双面吸附小车贴在玻璃两侧的运动来实现擦玻璃的功能。小车分为两个部分：包括主动小车和从动小车，其分别位于玻璃的内侧和外侧，通过相互间强磁铁的吸附来保证小车贴在玻璃上不会滑落，巧妙的编程给了小车灵魂，通过主动一侧带动从动一侧在玻璃上按照程序中编写的路径行走，并在移动过程中通过两面小车底盘的擦拭装置将玻璃擦拭干净。 图2.4 正面小车整体效果图 图2.5 正面小车内部图 图2.4图2.5为正面小车三维图，其中小车总长260mm，总宽228mm。 如图2.5所示，该图为正面小车的内部结构图，其中四块强磁铁吸附在铁质的升降架子上，而架子则通过螺杆与升降旋钮相连接，升降旋钮的底部与外壳上部相接触，因此，当旋动旋钮，在外壳的支撑作用下，升降架便能带动磁铁完成升降动作；在反面小车上，也存在四块磁铁，该四块磁铁与正面的磁铁均为N S极相对，产生强大的吸引力，通过升降机构的调节，能够很方便得调整正反面磁铁之间的距离，从而达到手动调节两面小车间的吸引力的目的以适应擦拭不同厚度玻璃时的情况。 小车的动力来源于分布在小车两侧的直流减速电机，两个小车的轮胎紧紧压在玻璃上，通过对电机正反转的调节完成小车在玻璃上前进以及倒退的动作，同时通过两轮的差速调节完成小车的转弯动作。 图2.6 磁铁的旁边是小车的微动开关缓冲机构，如图2.6所示，当小车在运行中一端顶到窗户边框时，缓冲架向小车内部移动，并触动微动开关，此时被触动的微动开关触发小车的其他动作，当小车的这一端离开窗户边框时，在弹簧的作用下，缓冲架恢复到初始状态，微动开关拨片也随着弹开了，能够避免该微动开关一直触动小车去做相同的动作所造成的死机。 图2.7 反面小车的整体效果图 图2.8 反面小车内部图 图2.7图2.8为反面小车的图，其中小车总长229mm，总宽200mm。 该面小车为随动面，即完全靠正面小车的吸引力作为动力在玻璃上完成整套擦拭动作。 总体方案三： 与方案二相类似，依旧采用双面小车吸附在玻璃上的方式来擦拭玻璃，但是本人在方案二的基础上对小车做了进一步结构优化，整体的机械结构变得更加紧凑，没有产生任何多余的浪费的空间。 图2.9 正面小车整体效果图 图2.10 正面小车内部图 图2.9、2.10为正面小车图，其中小车总长178mm，总宽190mm。 图2.11 反面小车整体效果图 图2.12 反面小车内部效果图 图2.11、2.12为反面小车图，其中小车总长160mm，总宽172mm。 在本方案中，磁铁升降机构置于反面，且微动开关的安装结构相比上一方案更加紧凑，从总体来看，无论长度，宽度还是高度的尺寸都比上一方案小巧了好多，使用起来更加便捷。 2.2.2 总体方案的对比与选择 综合分析以上三种方案，虽然方案一在表面上看着更加直接，更加可信，其实它存在着天生的弊端：首先，方案一设计制作工序繁琐，工程庞大，编程复杂，虽然做的是一个仿人型的机器人，但完成的功能则只有擦玻璃而已，实则是大材小用，也可以说并不是针对要完成的擦玻璃功能的专一化设计，所以并不能为人所采用；而且，方案一的机器人还有另一个致命的缺点，那就是它虽然能很好的擦拭屋内一面的玻璃，但是对窗外一面的玻璃则全然束手无策。而对方案二来说它有自己的优点，那就是相比方案一来说它已经做了实质性改变：将擦玻璃的动作转化为小车的来回运动，虽然擦玻璃工作的顺序看似很复杂无章，但其实还是有规律可循，只要适当的归纳总结便能归结出合适的运动路径，换言之，通过恰当的编程来控制小车在玻璃上行走的路径，车到之处，玻璃变得干干净净，这样不仅能起到自动擦玻璃的效果，而且能够同时擦拭双面的玻璃，节约了擦玻璃的时间，而且也解决了城市居民窗外一侧玻璃难擦的困扰，同时相比方案一极大地节约了成本，使其量产成为可能。 依据以上的论述，我们决定采用双面吸附小车擦玻璃的方式来实现功能，那对比方案二和方案三，很明显方案三中的小车，体积更小，结构更加紧凑，小车也更加轻便，更能够让现在生活空间不大的城市居民所接受，图2.13为小车吸附在玻璃上的效果图。 图2.13 玻璃吸附效果图 SHAPE \* MERGEFORMAT 图2.14 小车工作流程图 如图2.14所示，小车的工作步骤为： ① 将双面小车置于玻璃上，令其头部大致朝上。 ② 调节磁铁升降机构，以确保磁铁的吸引力能够保证小车在玻璃上平稳运行。 ③ 打开电源开关，按下红外线遥控器的开始按钮。 ④ 小车在程序的驱动下，自己运行，首先完成步骤一：小车向上行驶，当碰到上边框后停止，然后经过一段延时，小车后退一个车身，然后通过车轮差速，右轮转动而左轮不转，小车成功实现转弯当小车水平后停止。 ⑤小车完成步骤二：在步骤一的基础上小车前行，当碰到窗户左边框后小车停止，然后小车倒退直行，在陀螺仪的驱动下保证平稳直至碰到右边边框停止，然后小车利用差速原理向下转动，然后将车头调正后再向左直行，如此往复，直至小车的边框碰到窗户的下边框时停止，至此整块玻璃的正反面已被小车擦拭干净。 第三章 家用擦玻璃清洁机器人详细结构设计 3.1 关键部件的选型 3.1.1 电机的选型 根据该小车的工作方式，可以计算得出，该小车所需的动力扭矩为： 根据以上计算的数据，在下表选择电机扭矩为8.8NM，即两个电机扭矩之和为17.6NM，远大于所需要的扭矩，因此选用该电机满足使用要求。 图3.1 电机参数表 3.1.2 微动开关的选型 图3.2 微动开关实物图 KW10-Z1P开关体长度12.8毫米，宽度5.8毫米，高6.5毫米；不锈钢压片长13.5毫米，宽3.75毫米，厚0.28毫米；脚长3.5毫米，宽0.85毫米，厚0.56毫米；耐压125V1A；安装孔2毫米大，孔中心距6.5毫米。 该微动开关只需接出两根线，其中一根GND一根常开线，当不锈钢压片没有被压下时，两根线相当于断路，当压片被压下时，两根线接通，触发小车动作。 3.1.3 电池的选择 图3.3 电池参数图 小车的电机为12V直流减速电机，所以综合考虑之下电池的选择参数如上所示。 3.1.4 磁铁的选择 两面小车均依靠磁铁的吸引力吸附在玻璃两侧，所以选择永磁铁的规格很重要，如果磁铁的吸引力过大，会导致电机支座甚至电机的损坏，但如果其吸引力过小又会导致小车车轮与玻璃间摩擦力太小，从而引起小车的打滑现象，甚至滑离玻璃，经过一番实验验证，我选择的磁铁规格为：材质：钕铁硼稀土永磁，电镀涂层:镀镍，性能:N535，最大耐温:80°，形状规格:40X30X10MM，正反面小车分别各装有四块该永磁铁，由于钕铁硼稀土材料做的磁铁磁力很大，所以在小车中磁铁全都被封装了起来以防止发生意外。 3.2 微动开关缓冲机构的设计 图3.4 缓冲机构正面图 图3.5 缓冲机构反面图 图3.6 缓冲机构正面细节图 图3.7 缓冲机构反面细节图 微动开关缓冲机构如上图所示，四只扭簧相互配合起到了将挡板控制在恰当的平衡位置的作用，同时，当小车走到玻璃的尽头，挡板将微动开关1、2压下，为了避免小车一直执行微动开关1、2触动下的程序，当小车离开窗户边缘后，在扭簧1、2的共同作用下，挡板被弹开回到初始位置；同理扭簧3、4也是这样工作的。 该机构设置了卡槽，正是这一对卡槽对挡板起到了限位作用，当小车撞到窗户边界时，有了卡槽的保护，能够防止微动开关不会被挡板撞坏，同时，挡板上端的卡槽和下端的伸出端配合起来起到了限制挡板上下蹿动的作用。 3.3 磁铁升降机构的设计 图3.8 升降机构细节图 磁铁升降机构是小车很重要的一个构件，通过旋转旋钮，螺杆被拧入旋钮中，在外壳的支撑下以及导向杆的导向作用下，升降架竖直升起，进而调节反面小车的磁铁到玻璃的距离来调节两个小车间的吸引力，从而保证机器人能够承担不同厚度的玻璃的擦拭工作。 图3.9 升降支架图 3.3.1 磁铁升降机构的ANSYS分析 图3.10 ANSYS参数设置图 将磁铁升降机构的三维文件导入到ANSYS中并对模型参数进行设置如上图所示，该零件为3D打印件，其材料为玻璃纤维参数为：抗拉强度（Tensile Strength）：44Mpa；弹性模量（Elastic Modulus）：3500 ~ 7800Mpa（取其为5000Mpa）；泊松比为0.25，然后设置其受力参数，四块磁铁的吸引力大约为60N，即每块磁铁对于升降机构的压力为15N，可得出其压强为 然后对物件进行网格划分，其结果如图所示： 图3.11 ANSYS网格划分图 经过计算机的计算，结果如下： 由以上分析可知，该机构所受的最大应力为，比该材料的许用应力小很多，因此从这个角度看，该设计满足应力的限制要求。 以下为该机构在各个方向的位移图： 图3.16 X方向位移图 图3.17 Y方向位移图 第四章 家用擦玻璃清洁机器人控制系统设计 4.1 单片机控制系统电路的设计 4.1.1 单片机系统元器件的选型 （1）CPU的选择 在本课题中，主控CPU需要实时监控2X4的矩阵键盘，且需要具有两路硬件PWM调速功能，然后还要连接外部红外模块以及陀螺仪MPU6050模块，还要通过L298M芯片去驱动两路直流减速电机等等，考虑到这些功能均需要很协调的实现，所以本人选用1T的基于51内核的8位单片机STC12C5A60S2，如图4.1所示。 图4.1 单片机管脚图 图4.2 单片机内部结构框图 该芯片的工作电压为3.5-5.5V，工作频率范围：0～35MHz，相当于普通8051的 0～420MHz，片上集成1280字节 RAM，有K的Flash程序存储器，有两个定时器T0、T1，拥有独立的波特率发生器，有两路UART串口，有两路硬件PWM发生器，该种封装拥有40-pin的I/O口，复位后为：准双向口/弱上拉（普通8051传统I/O口）可设置成四种模式：准双向口/弱上拉，强推挽/强上拉，仅为输入/高阻，开漏每个I/O口驱动能力均可达到20mA，但整个芯片最大不要超过120mA，拥有内置EEPOM，内部集成MAX810专用复位电路，内置看门狗，具有外部中断I/O口7路,传统的下降沿中断或低电平触发中断。 （2）红外模块 红外模块用于实现对小车的无线控制，本课题中采用HX1838模块，该模块具有宽电压适应、高灵敏度、低功耗、优良的抗干扰特性，而且该模块应用广泛，多用于家用电器、空调、玩具等红外遥控接收。 图4.3 HX1838芯片引脚图 （3）电机驱动模块 图4.4 L298M芯片引脚图 本课题中采用了L298-M电机驱动模块其运用全新原装L298芯片设计，双H 桥能够驱动2路直流或者1路步进电机，峰值驱动电流能达 4A。在L298M芯片底部布置有大面积的金属散热片，用以快速散失掉驱动芯片产生的热量，以免烧坏芯片。 L298M的使用：如果 IN1输入高电平，OUT1将输出高电平，如果IN1输入低电平，OUT1将输出低电平，同理IN2、 IN3、 IN4的编程方法与之类似。 图4.5斩波电路图 图4.6斩波原理图 PWM调速的本质便是通过斩波实现改变输出有效电压的方式来调节电机的速率，如上图所示S表示开关， VD 表示续流二极管。当S闭合时，直流电源电压 加到电动机上；当S断开时，直流电源与电机断开，电动机电枢电流经 VD 续流，因此两端电压接近于零。如此反复，电枢端电压波形如图所示，好像是电源电压在时间内被接上，又在 — 时间内被斩断，所以称“斩波”。 运用该模块再融合进STC12芯片的硬件PWM输出，用PWM调制的方法，把恒定的直流电源电压调制成频率一定、宽度可变的脉冲电压序列，从而可以改变平均输出电压的大小，进而实现对直流减速电机的无级调速。 （4）陀螺仪模块 本课题中使用的陀螺仪型号为MPU6050，该模块采用标准的IIC通信协议，其供电电源为3—5V，内部整合了3轴陀螺仪、3轴加速器最大的加速度测量范围为±16g，陀螺仪测量范围最大为±2000°/秒，本人利用该模块反馈Z轴的加速度值去找到模块与水平方向的夹角，从而在小车一开始向上运行的过程中由该值判断小车的姿态并通过PWM硬件调节两边电机的旋转速率进行差速调速，令小车灵活地不断地为自己调平，实现竖直向上的运动，同样运用X轴的加速度器反馈回来的值去控制小车在后来阶段水平运行的过程中的姿态调整，真正地实现小车姿态的闭环控制。 4.1.2 单片机系统的硬件电路及I/O口分配 图4.7 单片机控制系统原理图 上图为我所设计单片机控制系统的原理图，其关键引脚表如下所示 P1.0 P1.1 P1.2 P1.3 OUT4 OUT2 OUT1 OUT3 表4.1 电机驱动引脚 P0.2 P0.3 P0.4 P0.5 P0.6 P0.7 ROW1 ROW2 COL1 COL2 COL3 COL4 表4.2 矩阵键盘引脚 P2.0 P2.1 SCL SDA 表4.3 MPU6050引脚 4.3 单片机系统编程框图 SHAPE \* MERGEFORMAT 第五章 家用擦玻璃清洁机器人样机研制与调试 5.1控制电路板的设计与调试 结合小车的机械部分所留出来的空间，本课题作者设计并加工的控制板如下图所示 图5.1 控制板实物图 5.1.1 PCB设计 图5.2 PCB设计图 上图即为本课题中所绘制的PCB板子，首先要用altium designer将各个元器件在板子上尽量有序得画出来，然后把已经拥有所有元器件的板子上的元件再进行更加合理地排列，然后点击Auto Route/All 开始自动布线，待布线完毕之后再进行手工调整，到此PCB板大致绘制完成。 5.1.2 电路板的调试 为防止刚刚焊接完成的板子运行起来发生电路危险，还需要进行一系列的硬件测试： （1）测试条件 图5.3 电源模块PCB图 将K1的两个焊盘短。 （2）电源测试 A) 首先测量J1的两个焊盘有没有短路，用二极管档或者电阻档测量。若短路，停止一 切测试，检查原因。 B) 将12V电源的负极焊接在J1的GND焊盘上，正极悬空。 C) 将万用表拨到直流20A档，并将表笔插入对应位置。 D) 将万用表的红色表笔接在电源的正极上，黑色表笔快速（大约0.5S）连接在电路板J1的+12V焊盘上。观察万用表的电流，若电流大于500mA，请停止一切测试，检查问题。若电流小于500mA，继续测试。 E) 若C)中的电流正常（小于500mA），将万用表拨到直流电压20V档，先测试U1的输入即U1-pin1脚的电压是否是12V，然后测试5V测试点的电压是否为5V，若为5V则继续测试；否则检查U1是否为L7805CV并且查看L7805CV的datasheet看其引脚定义是否和PCB上的一致。 F) 测试U9-pin2脚的电压是否为3.3V，若为3.3V则继续下面的测试；否则检查U9是否为AMS1117-3.3并且查看其datasheet，看其引脚定义是否和PCB上的一致。 图5.4 电源模块PCB细化图1 图5.5电源模块PCB细化图2 （3）单片机最小系统测试 A) 测试U2-pin40脚的电压是否为5V。 B) 测试U2-pin9脚的电压是为为5V。 C) 通过USB转TTL模块给单片机下载程序，看是否能正常下载。 D) 观察C)中下载的程序是否正常工作（这个程序一般为LED闪烁测试）。 （4）红外接收传感器测试 A) 测量U8-pin3是否为5V。 B) 移植红外遥控测试程序，检测红外接收头是否工作正常。 图5.6 红外线PCB图 （5）电机驱动测试 A) 测量U4-pin6脚是否为12V。 B) 测量U4-pin8、U4-pin12、U4-pin14三个引脚的电压是否为5V。 C) 将两个电机接上，并编写程序测试该驱动是否正常工作。 （6）MPU6050测试 A) 测量U5-pin13脚的电压是否为3.3V。 B) 测量U10-pin2、U10-pin8的电压是否为3.3V。 C) 测量U10-pin15的电压是否为5V。 D) 编写程序读取MPU6000的数据，然后观察数据是否正常。 图5.7 MPU6000 PCB图 （7）其他测试 A) 将8路微动开关焊接到对应位置上。 B) 测量U3-pin5、U6-pin5、U7-pin5脚是否为5V。 C) 移植按键测试程序，观察这8个开关是否可实现共用一个中断。 图5.8 微动开关PCB图 5.2 家用擦玻璃清洁机器人样机的制作 通过以上一系列的工作，擦玻璃机器人的设计工作已经宣告完毕，由于零件要求重量轻且需有一定的强度，故3D打印成了最合适的加工方式，其中电机座和磁铁升降架所用的材料为玻璃纤维，而其它件均采用光敏树脂的材料打成，再经过实体装配后，实物图如下图所示： 图5.9 实体样机展示图 5.3 家用擦玻璃清洁机器人样机的测试 图5.10 机器人运行状态1 图5.11机器人运行状态2 图5.12 机器人运行状态3 以上几图为机器人的上机运行情况，机器人行走较为平稳，且各个环节均运行正常，陀螺仪确实起到了实时调速的作用，保证了小车始终保持水平姿态的运行，小车最终也是按照程序里面规划的路径将整块玻璃走完，整个过程实现了全自动化，且擦拭效果良好。 第六章 总结与展望 本课题自主设计了一款适用于家庭擦玻璃的机器人，该机器人可以在玻璃上全自动运行并同时将玻璃擦拭干净。本课题作者首先阅读了大量文献，发现了国内外清洁机器人存在的一系列弊端，但也发现了其可取之处，经过取长补短以及自己的思考之后得到了自己的方案，然后根据方案做出了实体样机，归纳总结整个过程，本课题的主要工作有以下几点： （1）完成了擦玻璃机器人的整体的机械结构设计，并进行了加工制作及装配。 （2）完成了整个机器的程序编制并将其烧写在单片机中，并令小车行走顺畅。 （3）利用陀螺仪反馈回小车的位姿并实时对其进行闭环控制。 （4）利用差速原理实现了小车在玻璃上的转弯，并运行良好。 样机的运行结果表明，以上的努力都得到了应有的回报，但是在此基础上，本人认为，有待进一步研究的工作还有很多，归纳如下： （1）擦玻璃机器人属于智能家居范畴，需要更好的人机界面才能满足人们的需求。 （2）由于电机的原因，小车运行起来噪声较大，需要设计添加防噪装置。 （3）陀螺仪的程序还不够完美，需要进一步加上卡尔曼滤波算法，使小车闭环控制更加精确。 （4）由于小车是上带有强磁，所以为了避免在使用过程中造成意外，需要添加隔磁装置。 参考文献 [1] 王巍,张厚祥等.曲面幕墙清洁机器人攀爬技术[J]. 北京航空航天大学学报,2008，34（1）：17~19 [2] 唐伯雁.自攀爬幕墙清洗机器人机械结构的设计与研究[D]，北京：北京工业大学，2005：1~14 [3] 王硕.智能家居中玻璃窗自动清洗装置的研制[D]，大连：大连工业大学，2012：1~5 [4] 钱志源,付庄等.玻璃幕墙清洗机器人壁面适应能力分析[J].上海交通大学学报，2006 , 40（7）：1158~1159 [5] 王巍，唐伯雁.倒锥面高层玻璃幕墙清洗机器人设计[J]. 北京航空航天大学学报， 2006 , 32（6）：738~739 [6] 陈沛富.高楼玻璃幕墙清洗机器人设计研究[D]，重庆：重庆大学，2006：3~8 [7] 胡启宝.多吸盘式玻璃幕墙清洗机器人本体设计[D]，上海：上海交通大学，2007：17~25 [8] 邵浩,赵言正等. 用于玻璃幕墙清洗作业的爬壁机器人系统[J].制造业自动化, 2000 , 22（2）：6~7 [9] 老杨.51单片机工程师是怎样练成的[M].北京：电子工业出版社，2012 [10] 程国钢,陈跃琴等.51单片机典型模块开发查询手册[M].北京：电子工业出版社， 2012 [11] J.Kuffner,Jr.,S.Kagmi, K. Nishiweki, M. Inaboa, and H. Inolue, "Dynamically-Stable Motion Planning for Robots," Autonomous Robots, vol.12, pp. 105-118, 2002. [12] Lee,C.S.G.,Robot Arm kingmatics,Dymaies,and Control.Computer,Vol. 15,PP.62-80,1982 [13] 高金莲.工程图学[M].北京：机械工业出版社，2008 [14] 何贡.互换性与测量技术（第二版）[M].北京：中国计量出版社，2005 [15] Daniel.E.Whitney,State Space Task of Remote Manipulation Models, IEEE Trans,Vol.14,pp617-623,No.6,1969 [16] 胡仁喜,王庆五等.ANSYS 8.2机械设计高级应用实例[M].北京：机械工业出版社， 2005 [17] 王硕, 陶学恒等. 智能家居中玻璃窗自动清洗装置的研制[J]. 机械设计，2011 , 28（12）：21~23 致谢 时间转瞬即逝，不知不觉已经到了毕设最后的日子，我的毕设差不多也该画上句号了，我要感谢的人有很多，首先我要感谢我的毕设老师-张建华老师，正是张老师给了我这次毕设做实物的机会，老师给了我一个很大的舞台，让我在上面尽情演绎，有多少才华就施展多少才华，当然在毕设路中，也是困难重重，道路坎坷，总会遇到这样那样的问题，正是张老师对我的帮助以及在背后不断的鼓励才令我有了一直向前进的勇气与力量，张老师严谨的治学态度对我影响颇为深刻，同时老师在生活中的细心，大气又令我慨叹，我要以张老师为标杆，在以后的学术生涯中立志要成为张老师那样的学者。 我的毕设是一个边学习边应用的过程，在这个过程中，正是由于得到了无数同学们的帮助才促成我毕设的结束，在此，我首先要感谢我的同学兼我的单片机老师：陈翔同学，他的单片机控制技术学的颇为强悍，但他对我一丝不苟的帮助更加令我慨叹，是他让我知道了什么是串口，什么是IIC等等，每次无论他多忙，都会不厌其烦地给我解答单片机的问题，他是我真正亦师亦友的伙伴；另外我要感谢我的师兄：郝建龙和曹建峰，在我的毕设制作过程中，他们的付出也很多，他们与我一起熬夜，在三维绘图方面郝建龙师兄也给了我很多指导，促使我的快速进步；我还要感谢我的学长：孙存磊，每次单片机编程方面遇到问题，孙学长总能给我最有效的解决办法，孙学长也是真正的单片机大神，同时孙存磊学长还教会了我学习单片机的方法，正所谓授之以鱼不如授之以渔，多谢学长！还有张瑞宁，瑞宁的焊接板子的技术着实令我惊讶，在小的不能再小的金属片上，瑞宁总能用他灵巧的手将焊锡点上，是他教会了我这项技术。 最后，我要感谢的是我的母校-河北工业大学，我四年前踏入河工大的那一刻，我内心带着些许的悲凉，因为我需要去适应它的大草原，适应草原上的羊群以及羊群旁边的两只牧羊犬，适应东区食堂前的臭水沟，适应我最初的宿舍东一A211，适应学校的空旷与仅有的几栋不太起眼的建筑。。。。需要适应的太多，但是从现在看来，我完全不用去适应，那才是最美的，最无瑕疵的，理由很简单，因为这样才是我的母校-河北工业大学；还有我还要感谢在河工大工作的教授我们知识的老师们，是他们用辛勤的汗水让我们学会了最专业的知识以及做人的道理，谢谢你们！ 希望河工大越来越漂亮，越来越担当，越来越辉煌！ 附录 家庭擦玻璃机器人C语言程序设计 #include "STC12C5A.h" #include #include //Keil library #include //Keil library #define uchar unsigned char #define uint unsigned int sbit IN1 = P1^2; //L298N输入控制端定义 sbit IN2 = P1^1; //L298N输入控制端定义 sbit ROW1 = P0^2; sbit ROW2 = P0^3; sbit COL1 = P0^4; sbit COL2 = P0^5; sbit COL3 = P0^6; sbit COL4 = P0^7;//矩阵键盘定义 sbit IRIN = P3^2;//红外接收头数据线 sbit SCL=P2^0; //IIC时钟引脚定义 sbit SDA=P2^1; //IIC数据引脚定义 unsigned int Cnt,i,a,b,c,panduan,biaozhi0,biaozhi1,biaozhi2,biaozhi3,biaozhi4; unsigned char d,IRCOM[7]; //**************************************** // 定义MPU6050内部地址 //**************************************** #define SMPLRT_DIV 0x19 //陀螺仪采样率，典型值：0x07(125Hz) #define CONFIG 0x1A //低通滤波频率，典型值：0x06(5Hz) #define GYRO_CONFIG 0x1B //陀螺仪自检及测量范围，典型值：0x18(不自检，2000deg/s) #define ACCEL_CONFIG 0x1C //加速计自检、测量范围及高通滤波频率，典型值：0x01(不自检，2G，5Hz) #define ACCEL_XOUT_H 0x3B #define ACCEL_XOUT_L 0x3C #define ACCEL_YOUT_H 0x3D #define ACCEL_YOUT_L 0x3E #define ACCEL_ZOUT_H 0x3F #define ACCEL_ZOUT_L 0x40 #define TEMP_OUT_H 0x41 #define TEMP_OUT_L 0x42 #define GYRO_XOUT_H 0x43 #define GYRO_XOUT_L 0x44 #define GYRO_YOUT_H 0x45 #define GYRO_YOUT_L 0x46 #define GYRO_ZOUT_H 0x47 #define GYRO_ZOUT_L 0x48 #define PWR_MGMT_1 0x6B //电源管理，典型值：0x00(正常启用) #define WHO_AM_I 0x75 //IIC地址寄存器(默认数值0x68，只读) #define SlaveAddress 0xD0 //IIC写入时的地址字节数据，+1为读取 //**************************************** //函数声明 //**************************************** void delay(unsigned int k); //延时 void Kalman_Filter(float Accel,float Gyro); void lcd_printf(uchar *s,int temp_data); //MPU6050操作函数 void InitMPU6050(); //初始化MPU6050 void Delay5us(); void I2C_Start(); void I2C_Stop(); void I2C_SendACK(bit ack); bit I2C_RecvACK(); void I2C_SendByte(uchar dat); uchar I2C_RecvByte(); void I2C_ReadPage(); void I2C_WritePage(); void display_ACCEL_x(); void display_ACCEL_y(); void display_ACCEL_z(); uchar Single_ReadI2C(uchar REG_Address); //读取I2C数据 void Single_WriteI2C(uchar REG_Address,uchar REG_data); //向I2C写入数据 //延时 //**************************************** void delay2(unsigned int k) { unsigned int i,j; for(i=0;i0) { dianjitiaosudayu0(); } if(z<0) { dianjitiaosuxiaoyu0(); } } while(biaozhi1==1) { z=GetData(ACCEL_XOUT_H); if(z<0) { dianjitiaosudayu0(); } if(z>0) { dianjitiaosuxiaoyu0(); } } while(biaozhi2==1) { z=GetData(ACCEL_XOUT_H); if(z<0) { dianjitiaosudayu0fan(); } if(z>0) { dianjitiaosuxiaoyu0fan(); } } } } } void Timer0(void) interrupt 1 { if(Cnt==0) { Cnt++; P0=0XEF; i=1; } if(Cnt==1) { Cnt++; P0=0XDF; i=2; } if(Cnt==2) { Cnt++; P0=0XBF; i=3; } if(Cnt==3) { Cnt=0; P0=0X7F; i=4; } } void qianweidong() interrupt 2 { if((ROW1==0)||(ROW2==0)) { if((P0==0XDB)||(P0==0XBB))//S2 S3 { EX1=0; Delay(500); if(panduan==1) { biaozhi1=0;//标志1 Delay(100); dianjitingzhi(); Delay(3000); dianjifanzhuan(); biaozhi2=1; Delay(300); } if(panduan==0) { biaozhi4=0; dianjitingzhi(); Delay(3000); dianjifanzhuan1(); Delay(1600); Youlunzhuanzuobuzhuan(); Delay(7000); dianjitingzhi(); Delay(3000); dianjizhengzhuan(); biaozhi1=1;//标志1 panduan=1; } EX1=1; } if((P0==0XD7)||(P0==0XB7))//S6 S7 { biaozhi2=0; EX1=0; dianjitingzhi(); Delay(3000); dianjizhengzhuan(); Delay(1700); Youlunzhuanzuobuzhuan(); Delay(510); dianjizhengzhuan(); Delay(350); Zuolunzhuanyoubuzhuan(); Delay(700); dianjizhengzhuan(); biaozhi1=1; EX1=1; } if((P0==0XEB)||(P0==0X7B)||(P0==0XE7)||(P0==0X77))//S1 { dianjitingzhi(); EX1=0; biaozhi1=0; biaozhi2=0; } if(P0==0X7B)//S4 { } if(P0==0XE7)//S5 { } if(P0==0X77)//S8 { } } else { } } 毕业设计（论文）原创性声明和使用授权说明 原创性声明 本人郑重承诺：所呈交的毕业设计（论文），是我个人在指导教师的指导下进行的研究工作及取得的成果。尽我所知，除文中特别加以标注和致谢的地方外，不包含其他人或组织已经发表或公布过的研究成果，也不包含我为获得 及其它教育机构的学位或学历而使用过的材料。对本研究提供过帮助和做出过贡献的个人或集体，均已在文中作了明确的说明并表示了谢意。 作 者 签 名：　　 　 　　日　 期：　　 　 　　 ​​​​​​​​​​​​ 指导教师签名：　　 　 　　 日　　期：　　 　 　　 使用授权说明 本人完全了解 大学关于收集、保存、使用毕业设计（论文）的规定，即：按照学校要求提交毕业设计（论文）的印刷本和电子版本；学校有权保存毕业设计（论文）的印刷本和电子版，并提供目录检索与阅览服务；学校可以采用影印、缩印、数字化或其它复制手段保存论文；在不以赢利为目的前提下，学校可以公布论文的部分或全部内容。 作者签名：　　 　 　　 日　 期：　　 　 　　 ​​​​​​​​​​​​ 学位论文原创性声明 本人郑重声明：所呈交的论文是本人在导师的指导下独立进行研究所取得的研究成果。除了文中特别加以标注引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写的成果作品。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本人完全意识到本声明的法律后果由本人承担。 作者签名： 日期： 年 月 日 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，同意学校保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅。本人授权　　 　 　大学可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。 涉密论文按学校规定处理。 作者签名： 日期： 年 月 日 导师签名： 日期： 年 月 日 指导教师评阅书 指导教师评价： 一、撰写（设计）过程 1、学生在论文（设计）过程中的治学态度、工作精神 □ 优 □ 良 □ 中 □ 及格 □ 不及格 2、学生掌握专业知识、技能的扎实程度 □ 优 □ 良 □ 中 □ 及格 □ 不及格 3、学生综合运用所学知识和专业技能分析和解决问题的能力 □ 优 □ 良 □ 中 □ 及格 □ 不及格 4、研究方法的科学性；技术线路的可行性；设计方案的合理性 □ 优 □ 良 □ 中 □ 及格 □ 不及格 5、完成毕业论文（设计）期间的出勤情况 □ 优 □ 良 □ 中 □ 及格 □ 不及格 二、论文（设计）质量 1、论文（设计）的整体结构是否符合撰写规范？ □ 优 □ 良 □ 中 □ 及格 □ 不及格 2、是否完成指定的论文（设计）任务（包括装订及附件）？ □ 优 □ 良 □ 中 □ 及格 □ 不及格 三、论文（设计）水平 1、论文（设计）的理论意义或对解决实际问题的指导意义 □ 优 □ 良 □ 中 □ 及格 □ 不及格 2、论文的观念是否有新意？设计是否有创意？ □ 优 □ 良 □ 中 □ 及格 □ 不及格 3、论文（设计说明书）所体现的整体水平 □ 优 □ 良 □ 中 □ 及格 □ 不及格 建议成绩：□ 优 □ 良 □ 中 □ 及格 □ 不及格 （在所选等级前的□内画“√”） 指导教师： （签名） 单位： （盖章） 年 月 日 评阅教师评阅书 评阅教师评价： 一、论文（设计）质量 1、论文（设计）的整体结构是否符合撰写规范？ □ 优 □ 良 □ 中 □ 及格 □ 不及格 2、是否完成指定的论文（设计）任务（包括装订及附件）？ □ 优 □ 良 □ 中 □ 及格 □ 不及格 二、论文（设计）水平 1、论文（设计）的理论意义或对解决实际问题的指导意义 □ 优 □ 良 □ 中 □ 及格 □ 不及格 2、论文的观念是否有新意？设计是否有创意？ □ 优 □ 良 □ 中 □ 及格 □ 不及格 3、论文（设计说明书）所体现的整体水平 □ 优 □ 良 □ 中 □ 及格 □ 不及格 建议成绩：□ 优 □ 良 □ 中 □ 及格 □ 不及格 （在所选等级前的□内画“√”） 评阅教师： （签名） 单位： （盖章） 年 月 日 教研室（或答辩小组）及教学系意见 教研室（或答辩小组）评价： 一、答辩过程 1、毕业论文（设计）的基本要点和见解的叙述情况 □ 优 □ 良 □ 中 □ 及格 □ 不及格 2、对答辩问题的反应、理解、表达情况 □ 优 □ 良 □ 中 □ 及格 □ 不及格 3、学生答辩过程中的精神状态 □ 优 □ 良 □ 中 □ 及格 □ 不及格 二、论文（设计）质量 1、论文（设计）的整体结构是否符合撰写规范？ □ 优 □ 良 □ 中 □ 及格 □ 不及格 2、是否完成指定的论文（设计）任务（包括装订及附件）？ □ 优 □ 良 □ 中 □ 及格 □ 不及格 三、论文（设计）水平 1、论文（设计）的理论意义或对解决实际问题的指导意义 □ 优 □ 良 □ 中 □ 及格 □ 不及格 2、论文的观念是否有新意？设计是否有创意？ □ 优 □ 良 □ 中 □ 及格 □ 不及格 3、论文（设计说明书）所体现的整体水平 □ 优 □ 良 □ 中 □ 及格 □ 不及格 评定成绩：□ 优 □ 良 □ 中 □ 及格 □ 不及格 （在所选等级前的□内画“√”） 教研室主任（或答辩小组组长）： （签名） 年 月 日 教学系意见： 系主任： （签名） 年 月 日 学位论文原创性声明 本人郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在导师的指导下进行的研究工作所取得的成果。尽我所知，除文中已经特别注明引用的内容和致谢的地方外，本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的研究成果。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式注明并表示感谢。本人完全意识到本声明的法律结果由本人承担。 学位论文作者（本人签名）： 年 月 日 学位论文出版授权书 本人及导师完全同意《中国博士学位论文全文数据库出版章程》、《中国优秀硕士学位论文全文数据库出版章程》(以下简称“章程”)，愿意将本人的学位论文提交“中国学术期刊（光盘版）电子杂志社”在《中国博士学位论文全文数据库》、《中国优秀硕士学位论文全文数据库》中全文发表和以电子、网络形式公开出版，并同意编入****《中国知识资源总库》，在《中国博硕士学位论文评价数据库》中使用和在互联网上传播，同意按“章程”规定享受相关权益。 论文密级： □公开 □保密（___年__月至__年__月）(保密的学位论文在解密后应遵守此协议) 作者签名：_______ 导师签名：_______ _______年_____月_____日 _______年_____月_____日 独 创 声 明 本人郑重声明：所呈交的毕业设计(论文)，是本人在指导老师的指导下，独立进行研究工作所取得的成果，成果不存在知识产权争议。尽我所知，除文中已经注明引用的内容外，本设计（论文）不含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的作品成果。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体均已在文中以明确方式标明。 本声明的法律后果由本人承担。   作者签名: 二〇一〇年九月二十日   毕业设计（论文）使用授权声明 本人完全了解**学院关于收集、保存、使用毕业设计（论文）的规定。 本人愿意按照学校要求提交学位论文的印刷本和电子版，同意学校保存学位论文的印刷本和电子版，或采用影印、数字化或其它复制手段保存设计（论文）；同意学校在不以营利为目的的前提下，建立目录检索与阅览服务系统，公布设计（论文）的部分或全部内容，允许他人依法合理使用。 （保密论文在解密后遵守此规定）   作者签名: 二〇一〇年九月二十日 致 谢 时间飞逝，大学的学习生活很快就要过去，在这四年的学习生活中，收获了很多，而这些成绩的取得是和一直关心帮助我的人分不开的。 首先非常感谢学校开设这个课题，为本人日后从事计算机方面的工作提供了经验，奠定了基础。本次毕业设计大概持续了半年，现在终于到结尾了。本次毕业设计是对我大学四年学习下来最好的检验。经过这次毕业设计，我的能力有了很大的提高，比如操作能力、分析问题的能力、合作精神、严谨的工作作风等方方面面都有很大的进步。这期间凝聚了很多人的心血，在此我表示由衷的感谢。没有他们的帮助，我将无法顺利完成这次设计。 首先，我要特别感谢我的知道***老师对我的悉心指导，在我的论文书写及设计过程中给了我大量的帮助和指导，为我理清了设计思路和操作方法，并对我所做的课题提出了有效的改进方案。***老师渊博的知识、严谨的作风和诲人不倦的态度给我留下了深刻的印象。从他身上，我学到了许多能受益终生的东西。再次对周巍老师表示衷心的感谢。 其次，我要感谢大学四年中所有的任课老师和辅导员在学习期间对我的严格要求，感谢他们对我学习上和生活上的帮助，使我了解了许多专业知识和为人的道理，能够在今后的生活道路上有继续奋斗的力量。 另外，我还要感谢大学四年和我一起走过的同学朋友对我的关心与支持，与他们一起学习、生活，让我在大学期间生活的很充实，给我留下了很多难忘的回忆。 最后，我要感谢我的父母对我的关系和理解，如果没有他们在我的学习生涯中的无私奉献和默默支持，我将无法顺利完成今天的学业。 四年的大学生活就快走入尾声，我们的校园生活就要划上句号，心中是无尽的难舍与眷恋。从这里走出，对我的人生来说，将是踏上一个新的征程，要把所学的知识应用到实际工作中去。 回首四年，取得了些许成绩，生活中有快乐也有艰辛。感谢老师四年来对我孜孜不倦的教诲，对我成长的关心和爱护。 学友情深，情同兄妹。四年的风风雨雨，我们一同走过，充满着关爱，给我留下了值得珍藏的最美好的记忆。 在我的十几年求学历程里，离不开父母的鼓励和支持，是他们辛勤的劳作，无私的付出，为我创造良好的学习条件，我才能顺利完成完成学业，感激他们一直以来对我的抚养与培育。 最后，我要特别感谢我的导师***老师、和研究生助教***老师。是他们在我毕业的最后关头给了我们巨大的帮助与鼓励，给了我很多解决问题的思路，在此表示衷心的感激。老师们认真负责的工作态度，严谨的治学精神和深厚的理论水平都使我收益匪浅。他无论在理论上还是在实践中，都给与我很大的帮助，使我得到不少的提高这对于我以后的工作和学习都有一种巨大的帮助，感谢他耐心的辅导。在论文的撰写过程中老师们给予我很大的帮助，帮助解决了不少的难点，使得论文能够及时完成，这里一并表示真诚的感谢。 致 谢 这次论文的完成，不止是我自己的努力，同时也有老师的指导，同学的帮助，以及那些无私奉献的前辈，正所谓你知道的越多的时候你才发现你知道的越少，通过这次论文，我想我成长了很多，不只是磨练了我的知识厚度，也使我更加确定了我今后的目标：为今后的计算机事业奋斗。在此我要感谢我的指导老师——***老师，感谢您的指导，才让我有了今天这篇论文，您不仅是我的论文导师，也是我人生的导师，谢谢您！我还要感谢我的同学，四年的相处，虽然我未必记得住每分每秒，但是我记得每一个有你们的精彩瞬间，我相信通过大学的历练，我们都已经长大，变成一个有担当，有能力的新时代青年，感谢你们的陪伴，感谢有你们，这篇论文也有你们的功劳，我想毕业不是我们的相处的结束，它是我们更好相处的开头，祝福你们！我也要感谢父母，这是他们给我的，所有的一切；感谢母校，尽管您不以我为荣，但我一直会以我是一名农大人为荣。 通过这次毕业设计，我学习了很多新知识，也对很多以前的东西有了更深的记忆与理解。漫漫求学路，过程很快乐。我要感谢信息与管理科学学院的老师，我从他们那里学到了许多珍贵的知识和做人处事的道理，以及科学严谨的学术态度，令我受益良多。同时还要感谢学院给了我一个可以认真学习，天天向上的学习环境和机会。 即将结束*大学习生活，我感谢****大学提供了一次在**大接受教育的机会，感谢院校老师的无私教导。感谢各位老师审阅我的论文。 毕业设计（论文）原创性声明和使用授权说明 原创性声明 本人郑重承诺：所呈交的毕业设计（论文），是我个人在指导教师的指导下进行的研究工作及取得的成果。尽我所知，除文中特别加以标注和致谢的地方外，不包含其他人或组织已经发表或公布过的研究成果，也不包含我为获得 及其它教育机构的学位或学历而使用过的材料。对本研究提供过帮助和做出过贡献的个人或集体，均已在文中作了明确的说明并表示了谢意。 作 者 签 名：　　 　 　　日　 期：　　 　 　　 ​​​​​​​​​​​​ 指导教师签名：　　 　 　　 日　　期：　　 　 　　 使用授权说明 本人完全了解 大学关于收集、保存、使用毕业设计（论文）的规定，即：按照学校要求提交毕业设计（论文）的印刷本和电子版本；学校有权保存毕业设计（论文）的印刷本和电子版，并提供目录检索与阅览服务；学校可以采用影印、缩印、数字化或其它复制手段保存论文；在不以赢利为目的前提下，学校可以公布论文的部分或全部内容。 作者签名：　　 　 　　 日　 期：　　 　 　　 ​​​​​​​​​​​​ 学位论文原创性声明 本人郑重声明：所呈交的论文是本人在导师的指导下独立进行研究所取得的研究成果。除了文中特别加以标注引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写的成果作品。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本人完全意识到本声明的法律后果由本人承担。 作者签名： 日期： 年 月 日 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，同意学校保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅。本人授权　　 　 　大学可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。 涉密论文按学校规定处理。 作者签名： 日期： 年 月 日 导师签名： 日期： 年 月 日 独 创 声 明 本人郑重声明：所呈交的毕业设计(论文)，是本人在指导老师的指导下，独立进行研究工作所取得的成果，成果不存在知识产权争议。尽我所知，除文中已经注明引用的内容外，本设计（论文）不含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的作品成果。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体均已在文中以明确方式标明。 本声明的法律后果由本人承担。   作者签名: 年 月 日   毕业设计（论文）使用授权声明 本人完全了解**学院关于收集、保存、使用毕业设计（论文）的规定。 本人愿意按照学校要求提交学位论文的印刷本和电子版，同意学校保存学位论文的印刷本和电子版，或采用影印、数字化或其它复制手段保存设计（论文）；同意学校在不以营利为目的的前提下，建立目录检索与阅览服务系统，公布设计（论文）的部分或全部内容，允许他人依法合理使用。 （保密论文在解密后遵守此规定）   作者签名: 年 月 日 基本要求：写毕业论文主要目的是培养学生综合运用所学知识和技能，理论联系实际，独立分析，解决实际问题的能力，使学生得到从事本专业工作和进行相关的基本训练。毕业论文应反映出作者能够准确地掌握所学的专业基础知识，基本学会综合运用所学知识进行科学研究的方法，对所研究的题目有一定的心得体会，论文题目的范围不宜过宽，一般选择本学科某一重要问题的一个侧面。 毕业论文的基本教学要求是： 1、培养学生综合运用、巩固与扩展所学的基础理论和专业知识，培养学生独立分析、解决实际问题能力、培养学生处理数据和信息的能力。2、培养学生正确的理论联系实际的工作作风，严肃认真的科学态度。3、培养学生进行社会调查研究；文献资料收集、阅读和整理、使用；提出论点、综合论证、总结写作等基本技能。 毕业论文是毕业生总结性的独立作业，是学生运用在校学习的基本知识和基础理论，去分析、解决一两个实际问题的实践锻炼过程，也是学生在校学习期间学习成果的综合性总结，是整个教学活动中不可缺少的重要环节。撰写毕业论文对于培养学生初步的科学研究能力，提高其综合运用所学知识分析问题、解决问题能力有着重要意义。 毕业论文在进行编写的过程中，需要经过开题报告、论文编写、论文上交评定、论文答辩以及论文评分五个过程，其中开题报告是论文进行的最重要的一个过程，也是论文能否进行的一个重要指标。 撰写意义：1.撰写毕业论文是检验学生在校学习成果的重要措施，也是提高教学质量的重要环节。大学生在毕业前都必须完成毕业论文的撰写任务。申请学位必须提交相应的学位论文，经答辩通过后，方可取得学位。可以这么说，毕业论文是结束大学学习生活走向社会的一个中介和桥梁。毕业论文是大学生才华的第一次显露，是向祖国和人民所交的一份有份量的答卷，是投身社会主义现代化建设事业的报到书。一篇毕业论文虽然不能全面地反映出一个人的才华，也不一定能对社会直接带来巨大的效益，对专业产生开拓性的影响。但是，实践证明，撰写毕业论文是提高教学质量的重要环节，是保证出好人才的重要措施。 2.通过撰写毕业论文，提高写作水平是干部队伍“四化”建设的需要。党中央要求，为了适应现代化建设的需要，领导班子成员应当逐步实现“革命化、年轻化、知识化、专业化”。这个“四化”的要求，也包含了对干部写作能力和写作水平的要求。 3.提高大学生的写作水平是社会主义物质文明和精神文明建设的需要。在新的历史时期，无论是提高全族的科学文化水平，掌握现代科技知识和科学管理方法，还是培养社会主义新人，都要求我们的干部具有较高的写作能力。在经济建设中，作为领导人员和机关的办事人员，要写指示、通知、总结、调查报告等应用文；要写说明书、广告、解说词等说明文；还要写科学论文、经济评论等议论文。在当今信息社会中，信息对于加快经济发展速度，取得良好的经济效益发挥着愈来愈大的作用。写作是以语言文字为信号，是传达信息的方式。信息的来源、信息的收集、信息的储存、整理、传播等等都离不开写作。 论文种类：毕业论文是学术论文的一种形式，为了进一步探讨和掌握毕业论文的写作规律和特点，需要对毕业论文进行分类。由于毕业论文本身的内容和性质不同，研究领域、对象、方法、表现方式不同，因此，毕业论文就有不同的分类方法。 按内容性质和研究方法的不同可以把毕业论文分为理论性论文、实验性论文、描述性论文和设计性论文。后三种论文主要是理工科大学生可以选择的论文形式，这里不作介绍。文科大学生一般写的是理论性论文。理论性论文具体又可分成两种：一种是以纯粹的抽象理论为研究对象，研究方法是严密的理论推导和数学运算，有的也涉及实验与观测，用以验证论点的正确性。另一种是以对客观事物和现象的调查、考察所得观测资料以及有关文献资料数据为研究对象，研究方法是对有关资料进行分析、综合、概括、抽象，通过归纳、演绎、类比，提出某种新的理论和新的见解。 按议论的性质不同可以把毕业论文分为立论文和驳论文。立论性的毕业论文是指从正面阐述论证自己的观点和主张。一篇论文侧重于以立论为主，就属于立论性论文。立论文要求论点鲜明，论据充分，论证严密，以理和事实服人。驳论性毕业论文是指通过反驳别人的论点来树立自己的论点和主张。如果毕业论文侧重于以驳论为主，批驳某些错误的观点、见解、理论，就属于驳论性毕业论文。驳论文除按立论文对论点、论据、论证的要求以外，还要求针锋相对，据理力争。 按研究问题的大小不同可以把毕业论文分为宏观论文和微观论文。凡届国家全局性、带有普遍性并对局部工作有一定指导意义的论文，称为宏观论文。它研究的面比较宽广，具有较大范围的影响。反之，研究局部性、具体问题的论文，是微观论文。它对具体工作有指导意义，影响的面窄一些。 另外还有一种综合型的分类方法，即把毕业论文分为专题型、论辩型、综述型和综合型四大类： 1．专题型论文。这是分析前人研究成果的基础上，以直接论述的形式发表见解，从正面提出某学科中某一学术问题的一种论文。如本书第十二章例文中的《浅析领导者突出工作重点的方法与艺术》一文，从正面论述了突出重点的工作方法的意义、方法和原则，它表明了作者对突出工作重点方法的肯定和理解。2．论辩型论文。这是针对他人在某学科中某一学术问题的见解，凭借充分的论据，着重揭露其不足或错误之处，通过论辩形式来发表见解的一种论文。3．综述型论文。这是在归纳、总结前人或今人对某学科中某一学术问题已有研究成果的基础上，加以介绍或评论，从而发表自己见解的一种论文。4．综合型论文。这是一种将综述型和论辩型两种形式有机结合起来写成的一种论文。如《关于中国民族关系史上的几个问题》一文既介绍了研究民族关系史的现状，又提出了几个值得研究的问题。因此，它是一篇综合型的论文。 写作步骤：毕业论文是高等教育自学考试本科专业应考者完成本科阶段学业的最后一个环节，它是应考者的 总结 性独立作业，目的在于总结学习专业的成果，培养综合运用所学知识解决实际 问题 的能力。从文体而言，它也是对某一专业领域的现实问题或 理论 问题进行 科学 研究 探索的具有一定意义的论说文。完成毕业论文的撰写可以分两个步骤，即选择课题和研究课题。 首先是选择课题。选题是论文撰写成败的关键。因为，选题是毕业论文撰写的第一步，它实际上就是确定“写什么”的问题，亦即确定科学研究的方向。如果“写什么”不明确，“怎么写”就无从谈起。 教育部自学考试办公室有关对毕业论文选题的途径和要求是“为鼓励理论与工作实践结合，应考者可结合本单位或本人从事的工作提出论文题目，报主考学校审查同意后确立。也可由主考学校公布论文题目，由应考者选择。毕业论文的总体要求应与普通全日制高等学校相一致，做到通过论文写作和答辩考核，检验应考者综合运用专业知识的能力”。但不管考生是自己任意选择课题，还是在主考院校公布的指定课题中选择课题，都要坚持选择有科学价值和现实意义的、切实可行的课题。选好课题是毕业论文成功的一半。 第一、要坚持选择有科学价值和现实意义的课题。科学研究的目的是为了更好地认识世界、改造世界，以推动社会的不断进步和发展 。因此，毕业论文的选题，必须紧密结合社会主义物质文明和精神文明建设的需要，以促进科学事业发展和解决现实存在问题作为出发点和落脚点。选题要符合科学研究的正确方向，要具有新颖性，有创新、有理论价值和现实的指导意义或推动作用，一项毫无意义的研究，即使花很大的精力，表达再完善，也将没有丝毫价值。具体地说，考生可从以下三个方面来选题。首先，要从现实的弊端中选题，学习了专业知识，不能仅停留在书本上和理论上，还要下一番功夫，理论联系实际，用已掌握的专业知识，去寻找和解决工作实践中急待解决的问题。其次，要从寻找科学研究的空白处和边缘领域中选题，科学研究。还有许多没有被开垦的处女地，还有许多缺陷和空白，这些都需要填补。应考者应有独特的眼光和超前的意识去思索，去发现，去研究。最后，要从寻找前人研究的不足处和错误处选题，在前人已提出来的研究课题中，许多虽已有初步的研究成果，但随着社会的不断发展，还有待于丰富、完整和发展，这种补充性或纠正性的研究课题，也是有科学价值和现实指导意义的。 第二、要根据自己的能力选择切实可行的课题。毕业论文的写作是一种创造性劳动，不但要有考生个人的见解和主张，同时还需要具备一定的客观条件。由于考生个人的主观、客观条件都是各不相同的，因此在选题时，还应结合自己的特长、兴趣及所具备的客观条件来选题。具体地说，考生可从以下三个方面来综合考虑。首先，要有充足的资料来源。“巧妇难为无米之炊”，在缺少资料的情况下，是很难写出高质量的论文的。选择一个具有丰富资料来源的课题，对课题深入研究与开展很有帮助。其次，要有浓厚的研究兴趣，选择自己感兴趣的课题，可以激发自己研究的热情，调动自己的主动性和积极性，能够以专心、细心、恒心和耐心的积极心态去完成。最后，要能结合发挥自己的业务专长，每个考生无论能力水平高低，工作岗位如何，都有自己的业务专长，选择那些能结合自己工作、发挥自己业务专长的课题，对顺利完成课题的研究大有益处。 致 谢 这次论文的完成，不止是我自己的努力，同时也有老师的指导，同学的帮助，以及那些无私奉献的前辈，正所谓你知道的越多的时候你才发现你知道的越少，通过这次论文，我想我成长了很多，不只是磨练了我的知识厚度，也使我更加确定了我今后的目标：为今后的计算机事业奋斗。在此我要感谢我的指导老师——***老师，感谢您的指导，才让我有了今天这篇论文，您不仅是我的论文导师，也是我人生的导师，谢谢您！我还要感谢我的同学，四年的相处，虽然我未必记得住每分每秒，但是我记得每一个有你们的精彩瞬间，我相信通过大学的历练，我们都已经长大，变成一个有担当，有能力的新时代青年，感谢你们的陪伴，感谢有你们，这篇论文也有你们的功劳，我想毕业不是我们的相处的结束，它是我们更好相处的开头，祝福你们！我也要感谢父母，这是他们给我的，所有的一切；感谢母校，尽管您不以我为荣，但我一直会以我是一名农大人为荣。 通过这次毕业设计，我学习了很多新知识，也对很多以前的东西有了更深的记忆与理解。漫漫求学路，过程很快乐。我要感谢信息与管理科学学院的老师，我从他们那里学到了许多珍贵的知识和做人处事的道理，以及科学严谨的学术态度，令我受益良多。同时还要感谢学院给了我一个可以认真学习，天天向上的学习环境和机会。 即将结束*大学习生活，我感谢****大学提供了一次在**大接受教育的机会，感谢院校老师的无私教导。感谢各位老师审阅我的论文。 图1.1 多用途壁面机器人 图1.2 双车体机器人 图1.3北航清洁机器人 图2.1 仿人形擦玻璃机器人 图2.2 机器人中干结构简图 图 2.3 机器人上肢结构简图 步骤1 步骤2 图3.13第二主应力图 图3.12第一主应力图 图3.15 整体应力图 图3.14 第三主应力图 图3.19 整体位移图 图3.18 Z轴方向位移图 启动，头部竖直向上，V左侧=V右侧 ，正转 是否收到头部前测微动开关信号 驱动行走单元直线运动 否 是 控制单元控制驱动单元，驱动行走单元转动，V左侧=V右侧 ，反转 延时信号检测 保持转动 延时未到 延时时间到 控制单元控制驱动单元，驱动行走单元停止, 然后驱动行走单元转动V左侧=0, V右侧>0 , 延时信号检测 保持转动 延时未到 延时时间到 控制单元控制驱动单元，驱动行走单元转动，V左侧=V右侧 ，正转 是否收到头部前测微动开关信号 控制单元控制驱动单元，驱动行走单元转动，V左侧=V右侧 ，反转 是否收到尾部后测微动开关信号 是 陀螺仪检测信号 否 陀螺仪检测信号 否 是 步骤100 步骤200 反馈控制，行走单元 反馈控制，行走单元