摘 要
本设计是针对中央电视台举办的第四届CCTV全国大学生机器人电视大赛，即ABU Robocon 2005（亚太大学生机器人电视大赛）国内选拔赛而设计的参赛机器人。本次比赛的主题是“登长城，点圣火”。针对比赛，本文分析了比赛的规则和特点，讨论比赛的战术和策略，对各种设计方案进行讨论和比较，最终选出适合的设计方案。
此次比赛我队有两台机器人参加，本文的主要研究方向是其中的手动机器人控制系统设计。首先对手动机器人的行走方案、吃球方案、投球方案进行讨论和设计，随后又对投球装置使用的气动控制系统进行了设计。接着对各部分使用的零件和材料进行设计和选用。简单介绍了为手动机器人设计的以单片机为核心的控制系统。同时出于对稳定性的考虑，设计了以PLC为核心的控制系统，并以此为重点，对机器人的功能进行设计和扩展。
作者参与了机器人的制作，对各部分进行详细的论证。比赛的结果表明，本次设计的机器人结构简单，操作方便，运行平稳，达到设计要求。
关键词：机器人、投球、气动控制、PLC控制
ABSTRACT
The aim of this paper is designed for the the fourth session of CCTV nation university student robot television competition, Namely ABU Robocon 2005 (Asian and Pacific university student robot television competition) Domestic trials . This competition subject is “to ascend the Great Wall, to ignite the ceremonial fire”. In allusion to the competition, the rule and the characteristic of the competition are analyzed. The tactic and the strategy are discussed. Carries on the discussion and the comparison to each kind of design proposal, finally selects the suitable design proposal.
There are two robots of our take part in the competition. The main research direction of this article is manual robot control system design. First of all we carry on the discussion and the design to the manual robot walking plan, ball collecting plan, ball shooting plan , afterwards to design the pneumatic control system of ball shooting system. Then carries on to design and select various part of the used components and the material. Simply introduced the control system takes SCM as the core designed for the manual robot. Simultaneously base on the stable consideration, we designed a control system takes PLC as the core, and take this as the key point, carries on the design and the expansion to the robot function.
The author participated in the robot manufacture, carries on the detailed proof to various part. The competition result indicated that, this design of the robot has simple structure, and easy to operate, the movement is steady, meets the design requirements.http://www.16sheji8.cn
Keywords: robot, shooting ball, pneumatic control, PLC control
目录
1.问题的提出 ………………………………………………………………………1
1.1机器人概述…………………………………………………………………1
1.2目前研究的概况和发展趋势 ………………………………………………2
1.3机器人竞赛介绍 ……………………………………………………2
1.4机器人大赛的主题和规则……………………………………………………4http://www.16sheji8.cn
2.总体方案分析与策略…………………………………………………………10
2.1 整体设计思想……………………………………………………………12
2.2规则要点分析………………………………………………………………13
2.3“点燃圣火”战术…………………………………………………………14
2.4防守反击战术…………………………………………………………16
2.5全攻全守战术…………………………………………………………18
3.手动投球机器人整体方案设计…………………………………………………19
3.1总体设计思想………………………………………………………19
3.2底盘及行驶机构的设计………………………………………………21
3.3吃球部分设计…………………………………………………………25
3.4投球部分设计…………………………………………………………27
4.机器人气动回路设计………………………………………………………22
4.1总体设计……………………………………………………………32
4.2控制回路设计…………………………………………………………33
4.3射击角度调整模块…………………………………………………………34
4.4电磁阀的控制……………………………………………………………35
5.零部件的选择…………………………………………………………32
5.1行走电动机的选择……………………………………………………36
5.2方向舵机的选用……………………………………………………39
5.3吃球电动机和送球电动机的选用…………………………………40
5.4气动部件的选择……………………………………………………40
5.5其他零件及材料的选用……………………………………………………43
6.单片机控制系统…………………………………………………………44
6.1 AVR单片机的特性……………………………………………………44
6.2 控制电路介绍………………………………………………………………46
7. 以PLC为核心的控制系统方案 ………………………………………………50
7.1 整体构思……………………………………………………………………50
7.2 PLC介绍 ……………………………………………………………………50
7.3 PLC的选择…………………………………………………………………52
7.4 PLC各单元介绍 ……………………………………………………………53
7．5 控制系统功能介绍…………………………………………………………57
7.6 前进/后退及变速控制 ……………………………………………………57
7.7 自动送球控制………………………………………………………………62
7.8 特别设计的“一键瞄准”功能……………………………………………65
8.经济技术分析…………………………………………………………68
致谢 ………………………………………………………………………………69
参考文献……………………………………………………………………………70
附录1：外文翻译…………………………………………………………………72
附录2：外文原文………………………………………………………………78
附录3：机器人主要参数……………………………………………………82
附录4：机器人实物图……………………………………………………………82
附录5：气动回路图……………………………………………………………83
1.绪论
1.1机器人概述http://www.16sheji8.cn
机器人科学是一门综合了机械、电子、材料、计算机、传感器、仿生、人工智能等多种前沿科学的综合性学科，是最能体现一个国家基础科学技术和制造业水平的学科之一。
1920年捷克作家卡雷尔•卡佩克发表了科幻剧本《罗萨姆的万能机器人》。在剧本中，卡佩克把捷克语“Robota”写成了“Robot”，“Robota”是奴隶的意思。该剧预告了机器人的发展对人类社会的悲剧性影响，引起了大家的广泛关注，被当成了机器人一词的起源。在该剧中，机器人按照其主人的命令默默地工作，没有感觉和感情，以呆板的方式从事繁重的劳动。后来，罗萨姆公司取得了成功，使机器人具有了感情，导致机器人的应用部门迅速增加。在工厂和家务劳动中，机器人成了必不可少的成员。机器人发觉人类十分自私和不公正，终于造反了，机器人的体能和智能都非常优异，因此消灭了人类。卡佩克提出的是机器人的安全、感知和自我繁殖问题。科学技术的进步很可能引发人类不希望出现的问题。虽然科幻世界只是一种想象，但人类社会将可能面临这种现实。
为了防止机器人伤害人类，科幻作家阿西莫夫于1940年提出了“机器人三原则”：
