馬春港等

摘 要：自主避障爬行機(jī)器人是一個(gè)由反饋系統(tǒng)與控制系統(tǒng)組成的機(jī)器人系統(tǒng)。基于該機(jī)器人系統(tǒng)，詳細(xì)闡述了機(jī)器人的機(jī)械組成、反饋系統(tǒng)和控制系統(tǒng)等。機(jī)器人的反饋系統(tǒng)與控制系統(tǒng)分別選用了歐姆龍E3Z-D61光電傳感器與西門(mén)子S7-200系列PLC作為核心，最終實(shí)現(xiàn)了機(jī)器人的自主避障運(yùn)動(dòng)。

關(guān)鍵詞：自主避障機(jī)器人反饋；PLC控制

中圖分類(lèi)號(hào)：TB

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

文章編號(hào)：1672-3198（2015）15-0177-01

1 引言

隨著人類(lèi)認(rèn)知領(lǐng)域的拓展和研究水平的深化，人類(lèi)的作業(yè)環(huán)境變得越來(lái)越復(fù)雜，如輻射、深海領(lǐng)域等。這些環(huán)境遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出了人類(lèi)的勞動(dòng)條件可以承受。于是人們開(kāi)始尋找一種替代人完成的工作設(shè)施，最終發(fā)明了機(jī)器人。機(jī)器人是擬人化的機(jī)器，可替換人類(lèi)一部分工作，從處理的速度和可靠性等問(wèn)題上，它們甚至超越了人。自主避障是衡量智能移動(dòng)機(jī)器人智能化程度的重要指標(biāo)，需要機(jī)器人本體、感知單元、智能算法等多方面綜合協(xié)調(diào)，在機(jī)器人應(yīng)用技術(shù)日益滿(mǎn)足各種實(shí)際需求的過(guò)程中，自主避障機(jī)器人得到國(guó)內(nèi)外學(xué)者的廣泛關(guān)注。

2 機(jī)器人的機(jī)械組成

本文所述自主避障機(jī)器人的機(jī)械部件主要有氣缸、真空吸盤(pán)、托板、腳連接板、主連接板、護(hù)腳板及連接部件等，見(jiàn)圖1。

3 反饋系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)

對(duì)于避障機(jī)器人的研發(fā)，其關(guān)鍵在于完善的反饋系統(tǒng)。本文所述自主避障機(jī)器人采用了漫反射型光電開(kāi)關(guān)作為反饋系統(tǒng)的核心進(jìn)行其反饋系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)。漫反射型光電開(kāi)關(guān)是當(dāng)開(kāi)關(guān)發(fā)射紅外線等類(lèi)型的光束，并照射到物體時(shí)，產(chǎn)生漫反射，在漫反射光電開(kāi)關(guān)中，其發(fā)射器和接收器構(gòu)成單個(gè)的標(biāo)準(zhǔn)部件，當(dāng)有充足的光被接收器接收時(shí)，開(kāi)關(guān)的狀態(tài)便發(fā)生相應(yīng)變化。機(jī)器人最終采用了歐姆龍公司的E3Z-D61光電開(kāi)關(guān)作為反饋系統(tǒng)的核心，該開(kāi)關(guān)屬于漫反射型光電開(kāi)關(guān)且具有可調(diào)節(jié)的檢測(cè)距離，方便調(diào)節(jié)以適應(yīng)機(jī)器人的要求；光源為紅外線，無(wú)污染且不會(huì)對(duì)人體等造成損害。機(jī)器人反饋控制框圖如圖2所示。

4 控制系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)

4.1 PLC選型與I/O點(diǎn)分配

自主避障機(jī)器人是以西門(mén)子S7-226 PLC作為控制系統(tǒng)的核心。它屬于西門(mén)子S7-200系列的PLC，S7-200系列 PLC是小型PLC，在中小規(guī)模控制系統(tǒng)中廣泛應(yīng)用，而且它結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)潔、功能強(qiáng)、性?xún)r(jià)比高，根據(jù)機(jī)器人的機(jī)械結(jié)構(gòu)和機(jī)器人反饋系統(tǒng)的控制框圖，確定了PLC的I/O點(diǎn)分配。

4.2 自主避障機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)順序

機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)順序是由PLC的輸出點(diǎn)的順序決定的。PLC通過(guò)順序控制機(jī)器人上的電磁閥來(lái)實(shí)現(xiàn)機(jī)器人的自主避障運(yùn)動(dòng)（如圖3所示的自主避障機(jī)器人的三維簡(jiǎn)圖）。默認(rèn)狀態(tài)機(jī)器人是一直保持前進(jìn)的，當(dāng)光電開(kāi)關(guān)檢測(cè)到障礙物時(shí)，機(jī)器人會(huì)自動(dòng)轉(zhuǎn)向，然后繼續(xù)前進(jìn)，實(shí)現(xiàn)自主避障運(yùn)動(dòng)。

自主避障機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)順序如下：①開(kāi)始時(shí)，PLC通過(guò)控制Z3、Z4足所對(duì)應(yīng)的電磁閥將機(jī)器人的Z3、Z4兩足升起；②Z1、Z6兩足升起，Z14所控制的直行氣缸伸出，Z1、Z6兩足落下，Z7、Z12真空吸盤(pán)吸附地面，實(shí)現(xiàn)Z1、Z6兩足向前移動(dòng)；③Z2、Z5兩足升起，Z14所控制的直行氣缸縮回，Z2、Z5兩足下降，Z8、Z11真空吸盤(pán)吸附地面，實(shí)現(xiàn)Z2、Z5兩足向前移動(dòng)；④當(dāng)檢測(cè)到障礙物時(shí)，光電開(kāi)關(guān)收到反射信號(hào)，Z7、Z8、Z11、Z12吸盤(pán)松

開(kāi)，Z1、Z2、Z5、Z6足升起，轉(zhuǎn)向氣缸Z13伸出，機(jī)器人實(shí)現(xiàn)右轉(zhuǎn)，使用計(jì)數(shù)器使此步驟重復(fù)4次，使機(jī)器人轉(zhuǎn)過(guò)90度。⑤程序跳轉(zhuǎn)到①，機(jī)器人繼續(xù)前進(jìn)。

4.3 機(jī)器人的編程與調(diào)試

依據(jù)機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)順序編寫(xiě)程序，部分程序如下：

LD 啟動(dòng)按鈕

AN 停止按鈕

S Z3和Z4足升起，1

LSCR 機(jī)器人右轉(zhuǎn)

LD SM0.0

S 電磁閥Y13，1

TON T37，5

LD T37

SCRT Z1和Z6足下降

SCRE

通過(guò)對(duì)機(jī)器人自主避障程序的分步調(diào)試以及多次的實(shí)際運(yùn)行，證實(shí)程序能穩(wěn)定實(shí)現(xiàn)自主避障機(jī)器人的自主避障運(yùn)動(dòng)。

5 結(jié)束語(yǔ)

隨著人類(lèi)社會(huì)和科技的不斷向前發(fā)展，機(jī)器人已經(jīng)成為人類(lèi)生活和工作中不可或缺的一環(huán)。而且自主避障機(jī)器人已經(jīng)開(kāi)始在家庭生活中應(yīng)用，例如：家用掃地機(jī)器人等。另外，自主避障機(jī)器人還能代替人類(lèi)探索惡劣環(huán)境，因此避障機(jī)器人得到了國(guó)內(nèi)外廣泛的研究。

參考文獻(xiàn)

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