智能助老机器人设计

柔光的暖阳◎ 2024-04-03 11:40 41阅读 0赞

目 录

1.  绪论 1  
    1.1. 选题背景及意义 1  
    1.2. 国内外研究现状 1  
    1.2.1. 国外研究现状 1  
    1.2.2. 国内研究现状 2  
    1.3. 研究主要内容 2
2.  总体设计 3  
    2.1. 主要功能 3  
    2.2. 主要性能指标 3  
    2.3. 整体控制方案 3
3.  装置零件的选择 5  
    3.1. 底盘模块的相关计算与电机选择 5  
    3.1.1. 驱动轮的选择 5  
    3.1.2. 非驱动轮的选择 5  
    3.1.3. 电机驱动单元的选择 5  
    3.2. 样机重要零部件设计 6  
    3.2.1. 链轮链条传动 6  
    3.2.2. 固定心轴的设计 7  
    3.2.3. 悬臂梁的设计 8  
    3.2.4. 伞齿轮设计 9  
    3.2.5. 驱动轮模块设计 9  
    3.2.6. 非驱动轮模块 9  
    3.2.7. 辅助升降机构 9  
    3.3. 确定设计方案 10  
    3.3.1. 丝杠螺母选择 10  
    3.3.2. 电机及减速器等的选择 11  
    3.3.3. 功率计算和电机选择 11  
    3.3.4. 联轴器的选用 11
4.  控制系统 13  
    4.1. 采用RS-485通信的被控板的介绍 13  
    4.2. 被控板的相关模块介绍 14  
    4.2.1. 单片机电路 14  
    4.2.2. 通信电路模块 15  
    4.2.3. RS-232通信 18  
    4.3. 服务机器人的图像采集 19  
    4.3.1. 机械臂原理图 19  
    4.3.2. 图像采集装置 19  
    4.3.3. 图像采集系统效果及其分析 27  
    4.3.4. 视频采集系统总结 28
5.  总结与展望 29  
    5.1. 总结 29  
    5.2. 展望 29  
    参考文献 30  
    致 谢 32  
    在研究本课题前，我查阅了一些大量相关的资料，做了充分的准备，已经初步掌握了跟机械设计基础有关的基本知识，包括一些常用的动力装置的设计计算，基本框架的设计，以及会使用机械设计手册来帮助自己进行设计。同时也具有一些基础的传感器方面的知识。这些都是进行本课题研究之前必须要具备的条件。另外会利用计算机辅助设计软件来帮助我们进行设计，利用CAD软件进行辅助绘图，会利用三维建模软件对所设计的结构进行三维建模，已经具备完成本课题研究的知识储备和技术条件。  
    2.总体设计  
    2.1.主要功能  
     本机器可看护老人定时吃药，设置定时，到时间语音提示吃药。对于腿脚不便的老人，机器可以自己托着盘子将药品送到老人床头。  
     本机器自带饮用水，能够一键出水，方便老人服药，避免两地跑的麻烦。  
     本机器语音播报配合显示屏模块显示老人应服药物，避免重复服药  
     本机器配备摄像头，方便老人家属更好地照看老人情况  
     增加一键唤醒功能，即需要本机器时，只需要按下手环，机器就能主动移动到老人身旁  
     本机器附加了一个机械臂，可以帮老人拿他们想要的东西。  
    2.2.主要性能指标  
    （1）主体框架：槽铝、亚克力板  
    （2）控制部分：Arduino UNO R3开发板负责控制L298n 电机驱动板驱动四个麦克纳姆轮，实现全方位移动。51单片机主要控制时间的中断，在指定时间提醒老人定时服药，并连接液晶显示屏实时显示老人待服药物及数量，避免吃错药的情况。并且系统贴心的安装了一个一键开水装置，可以大大方便老人服药\[14\]。  
    （3）驱动部分：主要采用370减速电机配合全向移动神器——麦克纳姆轮一起操控机器的运动。  
    2.3.整体控制方案  
    机器人大脑负责采集和处理各类传感器信号，进入避障、导航、倾翻报警、人体健康判断等高层决策以及人机交互和远程通信等任务，并将做出的行为决策指令通过串口下达给下位机执行。机器人大脑接收激光测距仪数据，并融合从下位机传送来的超声波传感器数据，进行前方环境感知，获得障碍物的信息(大小、方向、距离)，从而实现避障的目的。同时读取GPS 接收器所连的串口数据，获得车体当前经纬度、速度、时间等信息，从而进行GPS 导航决策\[15-18\]。读取倾斜传感器所连的串口数据，获得当前车体与水平面的倾斜角，如其超过所设定的安全阈值，发出倾翻报警信号。借助蓝牙适配器，利用一个虚拟串口读取佩戴在老人手腕上脉搏传感器数据，计算分析数据得到当前老人的每分钟的脉搏跳动量。  
    下位机以ARM 开发板为基础构成，负责接收机器人大脑串口发送来的数据和控制手柄I/O 口传送来的数据，从而进行机器人的运动执行机构和升降执行机构的底层运动控制，并通过采集获取电机编码器信号达到闭环控制的目的；还负责采集超声波传感器数据。下位机根据机器人大脑的指令要求，确定其当前任务：若是状态信号查询指令，负责向机器人大脑反馈有关的状态信息；若是运动执行指令，其分为自动执行(通过机器人大脑自主决策)和手动执行(通过人为控制手柄)，下位机读取正确的运动执行指令，负责向伺服驱动器发送控制信号。下位机以1 毫秒为周期采样编码器信号，其一方面将采集到的编码器信号应用到运动执行机构的底层闭环控制，另一方面通过一定的算法将采集到的编码器信号进行累计获得里程计信息，包括直线位移、角位移、线速度、角速度、线加速度等信息\[19-22\]。  
    下位机通过串口将获得的里程计信息、超声波传感器信息以及机器人状态信息上传给机器人大脑。本智能智能助老服务机器人可以通过通用分组无线业务GPRS 转接卡连接到因特网中，与远端的服务器通信，本文转载自http://www.biyezuopin.vip/onews.asp?id=13992主要向服务器发送GPS 经纬度信息和老人的脉搏跳动量。服务器上运行的应用程序把获取的信息存入数据库中，通过GIS 地理信息系统进行机器人监控，另外通过分析老人的脉搏跳动量进行人体健康监控。  
    服务器上运行的Web 程序把机器人位置监控信息和老人健康状态信息显示在网页上，老人的亲属可以在任何时候登录该网站进行老人位置和健康查询。智能智能助老服务机器人的人机界面是可编程触摸屏，其通过网口与机器人大脑相连，两者间的数据传递基于Socket 通讯。该触摸屏公司提供一套图像化界面开发软件，可以很直观在界面上显示按钮和文本图像信息以及发出报警信号。  
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