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4课题的基本内容、重点及难点
4.1 课题的基本内容
4.1.1课题的任务内容
设计一个基于自动障碍识别和视觉引导的机器人，并能够完整对特定目标的识别和抓取。要求对当前可对特定目标进行识别抓取的自动行走的小型机器人的研究现状进行分析，确定系统总体方案，进行检测系统和机器人的分析设计并绘制出结构图。
4.2 课题的重点
1.移动机器人的结构设计
①行驶机构：履带式，腿式，轮式
②驱动形式：液压驱动，气压驱动，电气驱动
③驱动机构：集中驱动方式，集中控制——分布驱动方式
2.移动机器人手眼系统
由摄像机和机械手构成的机器人视觉系统
根据摄像机与机器人的相互位置不同，手眼系统分为Eye-in-Hand系统和Eye-to-Hand系统。Eye-in-Hand系统的摄像机安装在机器人手部末端，在机器人工作过程中随机器人一起运动。Eye-to-Hand系统的摄像机安装在机器人本体外的固定位置，在机器人工作过程中，不随机器人一起运动。
4.3 课题的难点
1. 传感器的选择
2. 控制系统的设置
3. 手爪的设计
4. 驱动系统的设计
5研究方法及方案
5.1驱动控制系统的设计
本设计采用轮式移动机构设计，主要分为三轮和四轮。三轮机器人在机构上具有一定的稳定性，且结构较四轮和多轮机器人简单，故在新型机器人中常被采用。三轮型机器人移动的最大问题是走直线的问题和稳定性的问题。（如上面两图所示结构，可满足稳定性需求）
机构简图如图所示，前轮为随动转向轮，主要起支撑作用，后面两轮为独立驱动，主要靠后面两轮的转速差实现转向。当两轮的转速大小相等，方向相反时，可以实现整车灵活的零半径回转。但两轮的直径差和转速误差会影响前轮的偏转，往往会偏离预定的直线路径，影响机器人的运动精确性。
采用PID闭环控制方法完成机器人走直线的任务是目前相对理想的控制策略。然后利用指南针矫正机器人走直线。数字指南针由磁场检测模块，数字指南针接口卡和4芯串口通信排线3部分组成。磁场检测模块通过检测地球磁场的变化得到当前所在的方位，用0-360的数字来表示具体的方位，然后将检测的方位数据通过通信线发送到数字指南针接口卡。
注：转弯半径通过后面两轮的转速差来控制。
轮子执行机构
5.2电机的选择
目前运动控制系统大多采用步进电机，直流伺服电机和交流伺服电机等作为执行装置，其任务是将电信号转换成轴上的角位移和线位移，带动控制对象运动。另外，为了克服机器人起步时的阻力，要求电机具有启动转矩大，易于文修，故障率低，性能稳定等优点。步进电机驱动功率相对较小，控制简单，适于一般性机器人的驱动。因此，选用步进电机作为双向驱动轮的执行电机，耐振性好，价格低，易于文护。
由于控制系统发出的脉冲信号能量微弱，不足以驱动电机工作，因此，步进电机需要驱动器进行驱动。为了达到低振动和高精度的性能，采用高性能细分驱动器SM-202。适用于驱动两相或四相中小型混合式步进电机，运行精度高，振动小，噪声低，运行平稳。
步进电机是一种将接收到的脉冲信号转换成相应的角位移或线位移的机械装置，其控制系统如图所示。
5.3传感器的选择
仿照清洁机器人的传感系统，本设计采用超声波传感器，红外光电传感器和接触传感器构建机器人传感器系统。在该系统中，一路超声波传感器检测单元用来检测机器人前方障碍物距离机器人的距离，优尔路红外光电传感器检测单元用来识别左右两侧障碍物方位，两路接触传感器检测单元用来检测超声波传感器漏检的微小物体。根据机器人避障特点，当障碍物与机器人所在位置距离在50cm外时，认为该障碍物不会影响机器人行走。
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