避障机器人设计
机器人导航与避障系统设计与实现
机器人导航与避障系统设计与实现导航与避障系统是现代机器人领域中非常重要的一个研究方向。
通过设计和实现这样一个系统，机器人能够在未知环境中自主导航，并避免与障碍物的碰撞。
本文将介绍机器人导航与避障系统的设计方案及其实现方法。
一、引言随着人工智能和机器人技术的飞速发展，机器人在各个领域中的应用越来越广泛。
机器人导航与避障系统是其中一个重要的研究方向，其目标是使机器人能够在未知环境中实现自主导航，并且能够智能地避开障碍物。
二、设计方案1. 传感器选取机器人导航与避障系统的核心是传感器的选取和布置。
常用的传感器包括激光雷达、摄像头、超声波传感器等。
激光雷达可以提供较为精确的环境地图，摄像头可以获取环境图像进行识别，超声波传感器可以检测障碍物的距离。
2. 环境感知与地图构建机器人需要能够感知到周围环境并构建地图，以便进行导航和避障。
通过传感器获取到的数据，可以使用SLAM（Simultaneous Localization and Mapping）算法进行地图构建。
SLAM算法能够同时实现定位和地图的构建，为机器人导航提供准确的环境信息。
3. 导航算法设计导航算法是机器人能够自主导航的关键。
常用的导航算法包括A*算法、Dijkstra算法、深度优先搜索算法等。
这些算法可以根据地图信息计算出最优的路径，并指导机器人进行移动。
同时，导航算法还需要考虑到避障问题，确保机器人能够安全绕过障碍物。
4. 避障算法设计避障算法是导航与避障系统的核心部分。
通过传感器获取到的环境信息，机器人需要能够分析障碍物的位置和形状，并做出相应的避让动作。
常用的避障算法包括漫游法、VFH（Vector Field Histogram）算法、RRT（Rapidly-exploring Random Tree）算法等。
这些算法能够有效地避开障碍物并找到可行的路径。
三、实现方法1. 硬件搭建机器人导航与避障系统的实现需要搭建相应的硬件平台。
智能避障机器人设计与研究(硬件)毕业设计论文
（3）遥控移动机器人。
（4）环境与机器人集成。像人需要道路、交通信号灯等一样，机器人为了在一个动态变化的环境中行动，也同样需要基础设施。
（5）生态机器人学（生物机器人学）。
（6）多机器人系统。主要是获取机器人团队协调和控制技术，并将其应用于战略重要情况。
关键词：智能避障机器人，红外传感器，单片机，L298N，PWM调速
THEDESIGN AND STUDY OF INTELLIGENT OBSTACLE AVOIDANCE ROBOT(HARDWARE)
ABSTRACT
In scientific exploration and emergency rescue often encounter some danger or human can not directly reach the area of detection,these will need to use the robot to complete. Therobot'sautomaticobstacleavoidancemovementin complex terrainis an essential and most basic function. Therefore,the automatic obstacle avoidance system development is made. Automatic obstacle avoidancerobotdevelopment based on thissystemis made of. With the development of technology for the unknown space and mankind can not be directly accessible to gradually become a hot area of exploration,which makes the automatic obstacle avoidance robot has great significance. Automatic obstacle avoidance robotcan serve as a regional exploration and emergency rescue robot system that allows robots to automatically avoid obstacles in the road.
机器人路径规划与避障算法设计与实现
机器人路径规划与避障算法设计与实现随着人工智能技术的飞速发展，机器人在各个领域的应用越来越广泛。
机器人路径规划与避障是机器人导航和定位中的核心问题，对于机器人能否正常完成任务具有关键性的影响。
本文将介绍机器人路径规划与避障算法的设计与实现方法。
1. 问题描述机器人路径规划与避障是指在给定环境下，机器人需要找到从起点到目标点的最优路径，并且在路径上避开障碍物。
在实际应用中，机器人所处的环境通常是复杂且动态变化的，因此路径规划与避障算法需要具备高效、稳定、实时的特点。
2. 基本概念与方法2.1 基本概念在路径规划与避障中，需要明确几个基本概念：- 机器人自身状态：包括位置、朝向等参数，用于确定机器人当前所处的位置和姿态。
- 环境地图：用于描述机器人所处环境的信息，包括障碍物的位置、大小等。
- 目标点：机器人需要到达的目标位置。
2.2 基本方法路径规划与避障算法的基本方法可以分为离散方法与连续方法。
- 离散方法：将环境分割为离散的网格，采用搜索算法，如A*算法、Dijkstra算法等，通过遍历网格来搜索最优路径。
- 连续方法：将环境表示为连续的空间，采用优化算法，如启发式搜索算法、遗传算法等，通过优化目标函数来寻找最优路径。
3. 常见的路径规划与避障算法3.1 A*算法A*算法是一种经典的路径规划算法，它基于图搜索的思想，通过计算启发式函数来评估下一步移动的优先级。
A*算法综合考虑了路径长度和启发式函数的信息，能够找到最优路径。
3.2 Dijkstra算法Dijkstra算法也是一种常用的路径规划算法，它通过计算距离来选择下一步移动的优先级。
Dijkstra算法适用于无权图的路径规划，可以找到最短路径。
3.3 动态规划算法动态规划算法是一种优化计算的方法，可以求解具有重叠子问题性质的问题。
在路径规划与避障中，动态规划算法可以用来求解最优路径问题。
4. 避障算法设计与实现避障算法需要根据实际环境中的障碍物来确定机器人的行动策略。
机器人避障教案
机器人避障教案教案标题：机器人避障教案教案目标：1. 学生能够理解机器人避障的基本原理和技术。
2. 学生能够设计和编程一个能够避开障碍物的机器人。
3. 学生能够运用创新思维和解决问题的能力改进机器人的避障能力。
教案步骤：引入活动：1. 向学生介绍机器人避障的概念，并讨论机器人避障的重要性和应用领域。
2. 展示一个能够避开障碍物的机器人，并引发学生的兴趣和好奇心。
知识讲解：3. 解释机器人避障的基本原理，包括传感器的使用和数据处理。
4. 介绍不同类型的传感器，如红外线传感器、超声波传感器等，并讲解它们的工作原理和适用场景。
5. 讲解机器人编程的基础知识，包括控制流程、条件语句和循环结构等。
实践操作：6. 将学生分成小组，每个小组配备一台机器人和相应的传感器。
7. 指导学生设计和搭建一个能够避开障碍物的机器人，包括传感器的安装和与机器人的连接。
8. 教导学生使用编程软件，编写程序控制机器人根据传感器数据进行避障操作。
9. 学生进行实践操作，测试机器人的避障能力，并记录实验结果。
创新拓展：10. 引导学生思考如何改进机器人的避障能力，例如增加传感器数量、优化程序算法等。
11. 鼓励学生展示他们的改进方案，并进行实验验证。
12. 让学生分享他们的创新想法和成果，促进合作和交流。
总结回顾：13. 与学生一起回顾整个教学过程，让他们总结机器人避障的基本原理和技术。
14. 鼓励学生分享他们的学习收获和困惑，解答他们的问题。
15. 引导学生思考机器人避障技术在生活中的应用，并展示他们对未来的设想。
教案评估：16. 设计一个小测验，测试学生对机器人避障原理和技术的理解程度。
17. 观察学生在实践操作中的表现，评估他们的创新能力和解决问题的能力。
教案延伸：18. 鼓励学生深入了解机器人技术的其他领域，如人工智能、自动化等，并进行相关的研究和探索。
19. 组织机器人避障比赛或展示活动，让学生有机会展示他们的机器人设计和编程能力。
避障机器人设计报告
避障机器人设计报告一、引言随着科技的不断发展，机器人在各个领域的应用越来越广泛。
其中，避障机器人作为一种能够自主感知环境并避开障碍物的智能设备，具有重要的实用价值。
本报告将详细介绍避障机器人的设计过程，包括硬件设计、软件算法、传感器选择以及实验结果等方面。
二、需求分析在设计避障机器人之前，我们首先需要明确其应用场景和功能需求。
避障机器人主要应用于物流搬运、智能家居、工业生产等领域，需要能够在复杂的环境中自主移动，并避开各种静态和动态的障碍物。
根据上述需求，我们确定了避障机器人的主要性能指标：1、能够检测到距离机器人一定范围内的障碍物，并准确测量其距离和方向。
2、能够根据障碍物的信息，实时规划出合理的运动路径，避免碰撞。
3、具有较高的移动速度和灵活性，能够适应不同的地形和工作环境。
4、具备一定的续航能力，能够持续工作一段时间。
三、硬件设计1、车体结构避障机器人的车体结构采用四轮驱动的方式，以提高其稳定性和机动性。
车身采用铝合金材料制作，既轻便又坚固。
车轮采用橡胶材质，具有良好的抓地力和减震性能。
2、驱动系统驱动系统由电机、驱动器和控制器组成。
电机选用直流无刷电机，具有高效率、低噪音和长寿命的特点。
驱动器采用脉宽调制（PWM）技术，实现对电机转速和转向的精确控制。
控制器采用单片机，负责接收传感器数据、处理算法和发送控制指令。
3、传感器系统为了实现避障功能，我们选用了多种传感器，包括超声波传感器、红外传感器和激光雷达传感器。
超声波传感器：用于检测远距离的障碍物，测量精度较高，但容易受到环境干扰。
红外传感器：用于检测近距离的障碍物，响应速度快，但测量范围较小。
激光雷达传感器：能够提供高精度的三维环境信息，但成本较高。
通过合理配置和融合这些传感器的数据，可以实现对机器人周围环境的全面感知。
4、电源系统电源系统采用锂电池组，为机器人提供稳定的电力供应。
同时，配备了电源管理模块，对电池的充电和放电进行监控和保护，延长电池的使用寿命。
基于 C8051F340 的超声避障机器人设计
基于C8051F340的超声避障机器人设计曾军,吴长雷,李东,黄华∗（四川大学电气信息学院，四川成都 610065）摘要：智能移动机器人是当前机器人研究的一个重要领域，具有广阔的应用潜力。
以C8051F340单片机为核心,设计了一种基于超声测距的智能避障机器人，介绍了系统软硬件电路的设计与实现,设计了由舵机和超声波传感器构成的测距模块。
在不影响机器人避障的情况下，有效的减少了传感器数量，简化了硬件电路。
实验结果表明模糊控制算法对环境有很大的适应性，能够实现机器人的自主避障。
关键字：C8051F340；超声传感器；避障；机器人中图分类号：TP242 文献标志码：AThe design of robot’s obstacle avoidance based on C8051F340Zeng Jun Wu Changlei Li Dong Huang Hua(School of Electrical Engineering and Information, Sichuan University, Chengdu, 610065, Sichuan , china) Abstract：One of the most important robot research fields is the intelligent mobile robot which has capacious potential of application. This paper raises a design of the wheeled intelligent mobile robot based on ultrasonic measurement, and takes C8051F340 as the core of controller. It introduces the design of hardware and software, designs the ultrasonic measurement which is compose of steering motor and ultrasonic sensor. It can reduce the number of sensor and the complexity of hardware on the condition that it doesn’t have the impact on the obstacle avoidance of robot. The experiment result indicates that the application of fuzzy algorithm has the very largely compatibility to the environment, the design can realize the robot’s obstacle avoidance. Keywords：C8051F340; ultrasonic sensor; obstacle avoidance; robot1 引言上世纪90年代以来，以研制高水平的环境信息传感器和信息处理技术，高适应性的移动机器人控制技术，真实环境下的规划技术为标志，开展了以智能移动机器人为代表的更高层次的研究，成为目前机器人研究领域的热点之一。
避障机器人
电源部分采用 直流锂离子电 池提供最初电能， 池提供最初电能，经过 以及 将为 和 电压等级供各个模 块使用
电源设计部分
2，电机驱动及控制模块 电机驱动及控制模块 此次电机我们采用L298N芯片进行 驱动，IN1等相接52单片机， 后采用二级管尽心保护L298N，以 免冲击过大，将烧毁，电机我们采 用12V直流电机。
电机模块设计图
舵机我们采用转角0~180度来控制车 轮转向，采用5V电源驱动，PWM波 控制输出角度。
舵机模块设计图
数码显示模块设计电路
数码显示模块 我们采用7段共阴极数码管显示 距离，利用74ls573锁存器锁存数 据.
4超声波模块 超声波传感器模块电路图ຫໍສະໝຸດ 探测波形红外线模块
• 工作电压 工作电压:3.8v-5.5v 工作电流(5V时):典型电流 典型电流6ma 工作电流 时 典型电流 • 输入输出信号 线): 输入输出信号(3线 VCC GND OUT • GND,VCC是电源 是电源,VCC的范围是 的范围是3.8v-5.5v 是电源 的范围是
`
控
谢谢各位
机
采用用三个轮子支撑，利用微 用三个轮子支撑， 用三个轮子支撑 红外探测头探测障碍物， 波、红外探测头探测障碍物，车体 可自主调整姿态躲避障碍。 可自主调整姿态躲避障碍。
创新及用途
• ¥ 为 个载 ， 够灵 环 境 ， 带 声 红 线 帮 躲 ， 带电 ， 够 较长时间。 运 较长时间。经过 改 ， 可 来侦 家 务 类 工 。 机 们 结构 较 创 ， 更加灵 更加灵 。
避障原理
• 小车在探测到前方的障碍物后，停止，自 小车在探测到前方的障碍物后，停止， 身调整姿态，在单片机的控制下， 身调整姿态，在单片机的控制下，每个轮 转到圆周的切线方向， 子 转到圆周的切线方向，原地行走一定的 角度，当探测到没有障碍物时，停止转动， 角度，当探测到没有障碍物时，停止转动， 调整至原来的姿态，继续前进。 调整至原来的姿态，继续前进。
机器人视觉导航与避障系统设计
机器人视觉导航与避障系统设计随着人工智能和机器人技术的发展，机器人视觉导航与避障系统在许多领域中扮演着重要角色。
这种系统可以使机器人自主地感知和理解环境，通过视觉信息进行导航，并避免碰撞障碍物。
在本文中，我们将探讨机器人视觉导航与避障系统的设计原理和关键技术。
一、机器人视觉导航系统设计原理机器人视觉导航系统的设计原理基于计算机视觉技术和路径规划算法。
首先，机器人需要通过摄像头或激光雷达等传感器获取环境中的图像或深度信息。
然后，使用计算机视觉技术对这些数据进行处理和分析，以提取出环境的关键特征，例如墙壁、障碍物和道路等。
接下来，系统将使用路径规划算法根据目标位置和环境特征生成安全的导航路径。
最后，机器人根据导航路径和实时感知数据进行导航和避障。
二、机器人视觉导航系统设计关键技术1. 特征提取与分析机器人视觉导航系统的关键技术之一是特征提取与分析。
通过图像处理和计算机视觉算法，机器人可以从传感器获取的数据中提取出关键的环境特征，例如边缘、直线和角点等。
这些特征可以用于建立环境地图和路径规划。
2. 环境建图环境建图是机器人视觉导航系统中不可或缺的一部分。
通过将特征提取的结果与实时感知数据相结合，机器人可以建立准确的环境地图。
环境地图可以提供给路径规划算法，帮助机器人规划安全的导航路径。
3. 路径规划与控制路径规划是机器人视觉导航系统中的另一个关键技术。
基于环境地图和目标位置，路径规划算法可以生成机器人的导航路径。
同时，路径规划还要考虑到机器人的动力学限制、避障约束和导航效率等因素。
生成的路径将被传递给机器人的控制系统，以实现实时导航和避障。
4. 障碍物检测与避障障碍物检测与避障是机器人视觉导航系统中最关键的技术之一。
通过实时感知数据和环境地图，机器人可以检测到障碍物的位置和尺寸。
基于这些信息，机器人可以采取相应的避障策略，例如绕行、转向或减速等。
同时，障碍物检测与避障还需要考虑到时间效率和鲁棒性等因素。
避障机器人的设计
避障机器人的设计随着科技的不断进步，机器人在日常生活中扮演着越来越重要的角色。
其中一种常见的机器人类型是避障机器人，它能够通过感知周围环境，避开障碍物并自主移动。
下面将讨论避障机器人的设计原理和关键技术。
避障机器人的设计原理主要基于感知、决策和执行三个步骤。
首先，机器人需要通过传感器感知周围环境。
常用的传感器可以包括激光传感器、红外传感器、超声波传感器等。
这些传感器可以测量障碍物与机器人之间的距离，并将这些信息传送给控制系统。
控制系统会将传感器的数据进行处理和分析。
在感知的基础上，机器人需要根据感知到的环境信息做出决策，并制定合适的行动计划。
这需要一个强大的算法和智能控制系统。
算法可以根据传感器的数据进行障碍物检测和识别，以确定障碍物的位置、形状和大小。
控制系统会根据这些信息制定机器人的运动策略，避开障碍物。
常用的算法包括路径规划算法、机器学习算法等。
最后，机器人需要执行制定好的行动计划，进行移动并避开障碍物。
这需要一个精确的定位和导航系统，以确保机器人能够准确地执行行动计划。
定位和导航系统可以基于全球定位系统（GPS）、惯性导航系统（INS）和视觉导航系统等技术，确定机器人的位置和方向。
机器人根据这些信息进行运动控制，避开障碍物。
避障机器人的关键技术主要包括障碍物检测和识别技术、路径规划技术、机器学习技术和定位导航技术等。
障碍物检测和识别技术可以利用图像处理、模式识别和深度学习等方法，对环境中的障碍物进行检测和识别。
路径规划技术主要通过图论和最优化算法，寻找机器人自身位置与目标位置之间的最佳路径，并避开障碍物。
机器学习技术可以利用大量的样本数据，训练出一个强化学习模型，使机器人可以通过反馈机制不断优化自己的行为。
定位导航技术可以提供精确的定位信息，确保机器人能够准确地执行行动计划。
当然，以上只是避障机器人设计中的一些关键技术和原理，实际的避障机器人系统还需要考虑多个因素，如功耗、成本、可靠性等。
3.2 避障机器人教案
第二课《避障机器人——感知障碍与行动规划》教案
二、知识讲解（15—20分钟）
（一）感知障碍物——做出行动规划
机器人具有感知能力，并能根据感知到的信息做出行动规划。
要实现机器人的某个功能，我们需要思考机器人需要感知哪些信息？感知到信息后，机器人要做什么样的行动规划 ?
避障机器人需要具有感知障碍物的能力，能够通过对障碍物的距离判断来规划行走路线。
比如在机器人行进过程中，当前方有障碍物挡住前进的道路时，机器人可以转弯以避开障碍物，再继续前进。
因此，避障机器人的功能可以归结为自动行走、感知障碍物并显示与障碍物之间距离、躲避障碍物等基础功能。
二、知识准备
（小组协作）请同学们进行小组协作，通过上网检索梳理机器人的工作过程。
机器人工作的过程一般是通过感知系统（输入）获取外部信息，然后将这些信息发送给控制系统（控制）进行处理，控制系统通过运算后给出处理方案，将方案结果发送给执行系统（输出）执行相应的操作，如机器人行走。
三、实操练习（10—15分钟）
现在大家已经选好了器材，怎么实现避障机器人的功能，大家小组合作动手做一做吧。
（学生自己做，老师巡查，并且负责解决学生创作过程当中遇到的问题）。
基于单片机的智能避障寻路机器人系统设计
系统供 电采用 Ｄ Ｃ—Ｄ Ｃ方 式 ， 考 虑直 流 电机对 电源 的要 求， 直 流 电机 直 接 由 ７ ． ４ Ｖ ／ Ｄ Ｃ电池供 电， 其 他 模 块 均 由 Ｌ Ｍ２ ５ ９ ６模块将 ７ ． ４ Ｖ电压转化 为 ５ Ｖ ／ Ｄ Ｃ的 电源提供 。
２ 系统硬件设计 与实现
２ ． １ 信 号检 测 模 块
用 Ｈ桥式驱动 电路 Ｌ ２ ９ ８ Ｎ驱 动模块 ， 通 过单 片机 给予 Ｌ ２ ９ ８ Ｎ 电路 电平信号来控制小车的起停 和转 向。
２ ． ３ 电 源 模 块
本设计 主要研究小 车的避障 寻路 功能。此处 的障碍分 为 两类——正 面阻挡物和地面障碍（ 如坑洼 、 高空 ） 。当超声波检 测 障碍物距离大于设定值且 路面正 常时 ， 小 车正常前 进 ； 当超 声波检测障碍物距离小于设定值或 路面情况 有异常时 ， 小车采 取 相应 的避 障措施 ， 如减速 、 转 向或停 止前进 。由于超声 波在 距 离检测方 面定位较准确 ， 且价 格便 宜 ， 所 以采用 超声波 传感
要： 设 计 了一 种 基 于 ＭＳ Ｐ ４ ３ ０单 片机 的智 能 避 障 寻 路 机 器 人 系统 ， 系统 主 要 由超 声 波 测 距模 块 、 红 外 检 测 电路 及 ｌ ８ Ｏ 。
摆臂舵机模块 的直流电机 小车组成。通过 超声波测距 、 红外检测、 直流 电机控制和 Ｐ ＷＭ 控制等技术 ， 实现 小车 系统 实时
技术研 发
Ｔ Ｅ Ｃ Ｈ Ｎ ｏＬ ０ Ｇ Ｙ Ａ Ｎ Ｄ ＭＡ Ｒ ＫＥ Ｔ
基 于 单 片 机 的 智 能 避 障 寻 路 机 器 人 系统 设 计
机器人超声避障控制系统的研究共3篇
机器人超声避障控制系统的研究共3篇机器人超声避障控制系统的研究1超声波避障技术是智能机器人控制系统中的重要技术之一，其对机器人的自主导航和障碍物判别能力起到了至关重要的作用。
本文将简述机器人超声避障控制系统的设计和研究。
1. 系统原理机器人超声避障控制系统的原理是利用超声波传感器测量机器人与障碍物的距离，当机器人与障碍物的距离小于设定的阈值时，机器人会自主做出避障动作。
该系统包括超声波发射模块、接收模块、信号处理模块和控制模块等组成。
2. 硬件设计超声波避障控制系统的硬件设计包括超声波发射器、接收器和单片机控制模块。
超声波发射器一般采用40kHz频率的信号波，该频率的声波对人类听觉没有影响。
发射器建议采用三个或四个，使其能够实现多角度测量，提高避障的准确性。
超声波接收器是用于接收超声波反射的信号，其测量的范围一般在2-3米内。
接收信号后，可以用放大器将信号放大到一定的电平。
单片机作为该系统的核心，承担着信号处理和运动控制的任务。
其主要作用是控制超声波传感器的工作，接收传感器反馈信号，并通过PID算法等进行运动控制。
3. 软件设计软件设计包括信号处理和运动控制两个部分。
信号处理部分：实现超声波传感器的信号处理，将反馈的信号测量值传输到运动控制模块中进行运算和处理。
运动控制部分：在接收到超声波传感器的反馈信号后，对机器人进行运动控制。
该部分的实现主要是通过PID算法，根据机器人当前位置和目标位置之间的误差进行位置调节。
4. 实验验证我们进行了一组实验来验证超声波避障控制系统的有效性。
实验分为两个部分，第一部分是进行简单的避障测试，第二部分是更加复杂的迷宫寻宝测试。
实验结果表明，该系统具有很高的准确性和可靠性，能够满足机器人在复杂环境中的避障和自主导航的需要。
5. 待提升的方向超声波避障控制系统的设计和实现，虽然已经取得了一定的成果，但还有很多需要进一步改进和提升的地方。
例如，目前的系统对于障碍物的形状和位置，并没有进行精确的测量和分析，这极有可能对机器人的运动产生一定的影响。
移动机器人的避障实验设计源程序流程图
---------------------------------------------------------------范文最新推荐------------------------------------------------------ 移动机器人的避障实验设计+源程序+流程图摘要:随着科学技术的日益，机器人越来越融入到人们的生活。
近年来，特别是智能机器人的开发与研究引起了很多学者的关注。
其中，机器人的避障问题成为了机器人研究的热点。
传统的避障方法如可视图法、栅格法、自由空间法等算法可以解决障碍物信息己知时的情况。
但在试验条件确定的情况下，很多方法就比较复杂，因此，我根据现有的红外探头进行了简单的避障算法设计。
算法设计出来之后，对小车建立运动学模型，主要分为两块，一个是小车自身的运动学模型，一个是避障算法的建模。
建好之后就编程控制小车的运动，试验得到数据。
5267关键词：移动机器人避障算法运动学红外测距Mobile robot obstacle avoidance test design1 / 22Abstract:With the growing science and technology, robots become more integrated into people's lives.In recent years, in particular the development and research of intelligent robots has aroused the concern of many scholars.Robot obstacle avoidance has become a hot research spot.Traditional obstacle avoidance algorithm such as view method, grid method, free space method can solve obstacle information knownsituation.However, a lot more complicated in the case of the test condition determining.Therefore, in accordance with existing infrared probe I do simple obstacle avoidance algorithm design,Algorithm is designed, the kinematic model is established on the robot, mainly pided into two, one is the kinematic model of the trolley, another is obstacle avoidance algorithm modeling. Modeling programmed to control the movement of the trolley, then get the test data.Key words：Mobile robot, Obstacle avoidance algorithm, Kinematics, Infrared range目录---------------------------------------------------------------范文最新推荐------------------------------------------------------ 目录1绪论41.1引言41.2机器人概述41.3移动机器人国内外发展现状6其中移动机器人的智能避障更是机器人研究领域的研究热点。
避障机器人的设计
觉器 官 ，相 当于人 的 眼、耳 、皮肤 等 ，
２ ． ３ 轮式 寻迹机器 人各组 成部件控 部 分构成 ，它们分为：发送器 ，接收器和
检测电路 。
它 包括 内传感 器和 外传 感器 。 电脑 是机 制 原理 器 人 的指挥 中心 ，相 当于人 脑或 中枢神 经 ，它 能控 制机器 人各 部位 协调动 作 ； ２ ． ３ ． １伺服 电动机的控制原理
『
一 羹 ： ４ ：
ｉ ］
移动 ，通过脉冲计数得到位移 的度量 。
光 电传 感器 原 理 ： 电传 感器 是 通 过 把
光强度 的变化转换成 电信号的变化来 实现 控制 的。光 电传感器在一般情况 下，有三
或 外部 环境 变化信 息 的传感 器是 它 的感
图１ Ａ Ｖ Ｒ 单 片 机 结 构 方 块 图
几乎渗透到所有领域 。 ２ ． 硬件 设计
最重要 的部 分 。在 内部它控 制机器 人 上
各 个部 件 的协调动 作 ；对外 部 ，通 过采 均匀相 间排列构成的光学元件 ，也可说是 集 和 分析机 器人 上 的各 种传 感器传 回的
一
种在基体上刻制有等间距 的均匀分布条
２ ． １机 器人系统的构 成
Ｉ Ｉ 》 》 》 宣子 界
避 障机器人 的设计
葛先雷 南京化工职业技术学院
【 摘 要 】在机器人避障问题 中， 为 了便对周围的事物和环境作 出 判断，机器人在不同的方向上都安装有传感器。 由于不同的传感器上接受
着不同的信 息，传感器越 多， 对 同一事物反馈的信息越多，必然会 ｇ ｌ 起冲突现象的发生，直接影响了机器人对周 围事物的正确判断和避障的 效率。因此，冲突分解能力的好坏就成了机器人准确、高效避障的关键。在各种冲突分解算法 中，树形算法是一种较有效的分解方法 ，所以 本文以轮式机器入 的避障问题作为研 究对象，在对典型障碍物避障试验中大量试验数据分析 的基础上 ， 使用 了二叉树冲突分解 的方法对避障 问题进行 了 分析和研究，运用基于二叉树冲突分解 的避障方法，并且在单片机轮式机器人上进行 了实验验证。 【 关键词 】机器人 ； 避障 ；冲突分解 ； 树形算法；二叉树
机器人路径规划与避障算法设计
机器人路径规划与避障算法设计随着人工智能技术的不断发展，机器人在日常生活、工业生产等领域的应用越来越广泛。
机器人的路径规划与避障算法设计是机器人导航和避障能力的关键，对机器人的性能和安全性有着重要影响。
本文将介绍机器人路径规划和避障算法的基本概念和设计方法，并探讨其在实际应用中的一些关键问题。
1. 机器人路径规划的基本概念机器人路径规划是指在已知环境中确定机器人从起点到目标位置的路径。
机器人路径规划可以分为全局路径规划和局部路径规划两个阶段。
全局路径规划是在静态地图中进行的，目标是找到机器人从起点到目标位置的最优路径。
而局部路径规划是在动态环境中进行的，主要用来调整机器人在当前位置附近的移动。
2. 机器人路径规划的方法机器人路径规划的方法可以分为基于搜索的方法和基于优化的方法两大类。
基于搜索的方法主要有A*算法、Dijkstra算法和广度优先搜索算法等。
这些算法通过遍历地图搜索最短路径，可以有效地解决机器人在静态环境中的路径规划问题。
而基于优化的方法则是通过建立数学模型和优化算法，来寻找机器人的最优路径。
其中最著名的方法是动态规划和贪心算法。
3. 机器人避障算法的基本概念机器人避障算法是指在未知或动态环境中，根据机器人传感器获取的信息来规避障碍物，以保证机器人的安全运行。
机器人避障算法可以分为基于机器人模型和基于传感器的方法两大类。
基于机器人模型的方法通过构建机器人的碰撞模型和环境模型，来判断机器人与障碍物之间的关系，并进行路径规划。
而基于传感器的方法则是通过机器人的传感器获取障碍物信息，以决策机器人的移动方向。
4. 机器人避障算法的方法机器人避障算法的方法可以分为静态避障和动态避障两类。
静态避障是指处理静止障碍物，如墙壁、家具等。
常用的方法有基于几何模型的避障算法和基于图像处理的避障算法。
动态避障是指处理运动障碍物，如人、其他机器人等。
常用的方法有基于激光雷达的避障算法和基于视觉跟踪的避障算法。
基于仿生学原理的机器人智能导航与避障系统设计
基于仿生学原理的机器人智能导航与避障系统设计人工智能和机器人技术的快速发展，为机器人的智能导航与避障系统设计提供了新的可能性。
仿生学原理的应用使得机器人能够更加灵活地感知环境、规划路径和避开障碍物，实现更高效、安全的导航。
本文将介绍基于仿生学原理的机器人智能导航与避障系统的设计思路与实现方法。
一、感知环境仿生学原理的核心思想是模仿自然界中的生物，将生物的适应性和智能特征应用于机器人设计。
在机器人智能导航与避障系统中，首先需要机器人能够准确感知周围的环境。
仿生学原理的应用可以使机器人具备更加精准、灵敏的感知能力。
1. 视觉感知：借鉴昆虫的复眼结构，设计出多个小型摄像头，使得机器人可以同时获取多个角度的图像信息，实现全方位的感知。
同时，结合深度学习算法，机器人可以通过图像识别、目标检测等技术准确地判断环境中的物体和障碍物。
2. 模仿听觉：以蝴蝶的感知原理为基础，设计超声波传感器，用于检测周围物体与机器人的距离。
超声波传感器能够发射超声波并接收回波，根据回波的时间和强度判断前方是否存在障碍物，并通过算法进行数据处理和判断。
3. 利用电磁感受器：仿生学原理可以借鉴蜘蛛运用磁感受器感知地球磁场的能力，设计机器人的磁感应系统，通过感知地球的磁场方向来判断机器人的朝向，从而更好的规划路径。
二、路径规划在感知环境的基础上，机器人需要根据目标位置和环境信息来规划最优路径。
仿生学原理的应用可以使机器人具备更加高效、灵活的路径规划能力。
1. 模仿昆虫的觅食策略：仿生学原理可以借鉴昆虫觅食时利用信息素和光线感受器的机制，设计机器人的路径规划策略。
机器人可以运用信息素算法，通过释放信息素来吸引其他机器人或者根据信息素浓度判断是否前进，同时结合光线感受器判断光线强弱，实现更加智能的路径规划。
2. 基于群体行为：仿生学原理可以参考鸟群或鱼群的集体行为规律，设计机器人的群体智能导航。
机器人通过与其他机器人的通信和交流，实现群体间的协同，依靠群体智慧来规划最优路径，避开障碍物。
超声波避障小车设计
超声波避障小车设计引言：随着科技的不断发展，人们对机器人的需求越来越大。
超声波避障小车是一种能够利用超声波测距技术进行环境感知和避障的智能机器人。
本文将介绍超声波避障小车的设计方案及其原理、实现和应用。
一、设计方案：1.1硬件设计：1.1.1小车平台设计：小车平台应具备良好的稳定性和可扩展性，可以根据需要添加其他传感器或执行器。
常见的平台材料有金属和塑料，可以根据实际需求选择适合的材料。
1.1.2驱动电机选择：驱动电机应具备足够的功率和转速，以保证小车的运动能力。
一般可以选择直流无刷电机或步进电机。
1.1.3超声波传感器安装：超声波传感器通过发射和接收超声波信号，实现对周围环境的测距。
传感器应安装在小车前方，可以通过支架或支架固定在小车上。
1.2软件设计：1.2.1运动控制程序：运动控制程序通过控制驱动电机的转速和方向，实现小车的前进、后退、转弯等运动。
可以使用单片机或开发板来编写控制程序。
1.2.2避障算法：避障算法是超声波避障小车的核心功能。
当超声波传感器检测到前方有障碍物时，小车应能及时做出反应，避免与障碍物碰撞。
常见的避障算法包括简单的停止或转向，以及更复杂的路径规划算法。
二、工作原理：超声波避障小车的工作原理是通过超声波测距模块对周围环境进行测量和感知。
超声波传感器发射超声波信号，当信号遇到障碍物后会反射回传感器，通过测量反射时间可以计算出距离。
根据测得的距离，小车可以判断是否有障碍物，并采取相应的措施进行避障。
三、实现步骤：3.1搭建小车平台：根据设计方案搭建小车平台，安装驱动电机和超声波传感器。
3.2连接电路：将驱动电机和超声波传感器与单片机或开发板连接，建立电路连接。
3.3编写控制程序：利用编程语言编写运动控制程序，实现小车的基本运动功能。
3.4设计避障算法：根据需求设计避障算法，实现小车的避障功能。
3.5调试和测试：对小车进行调试和测试，确保其正常工作。
四、应用领域：超声波避障小车在工业自动化、家庭服务、教育培训等领域具有广泛的应用前景。
智能避障机器人系统的设计与实现
智能避障机器人系统的设计与实现随着科技的不断进步，机器人技术也不断地得到了发展和应用。
机器人的应用范围越来越广，涉及到生产、医疗、教育等各个领域。
其中，智能机器人日益成为人们研究的热点。
智能机器人能够向人类提供很大的帮助，这是因为它们能够通过感知环境来做出相应的决策。
智能机器人中的智能避障系统是机器人中最基本的功能之一。
本文将探讨智能避障机器人系统的设计与实现。
一. 智能避障系统的设计智能避障机器人系统的设计是一个非常重要的问题。
首先，我们需要将机器人的传感器部分设计好。
机器人的传感器部分需要搭配合适的算法，以收集准确的信息。
其次，我们需要为机器人设置目标来引导机器人的行为。
最后，我们需要添加控制模块，来控制机器人的运动。
1. 传感器设计智能避障系统的传感器应该能够感知机器人周围的环境，这个要求非常的高，因此需要选择适合的传感器类型。
常用的传感器类型有超声波传感器、酷黑-lidar 传感器、ToF 传感器等。
超声波传感器主要用来测量距离，它通过发出声波能够返回接收器。
酷黑-lidar 传感器和 ToF 传感器是激光雷达传感器，能够测量从机器人到物体的距离。
这些传感器可以提供有关机器人周围环境的详细信息。
另外，为了使机器人获得更好的环境信息，我们可以通过多个传感器的读数来估计环境。
我们可以使用滤波方式来优化传感器数据，确保传感器数据的真实性。
2. 目标设计任何智能机器人系统都需要定义目标。
目标可以是机器人移动到新的位置，或者避免与环境中的障碍物相撞。
应该建立一个有条理的目标来引导机器人的行为。
同时，为了确保环境中的障碍物不会妨碍机器人达成目标，我们需要确保避免碰撞的算法足够优秀。
这需要我们考虑机器人的反应时间和环境因素。
3. 控制设计智能避障机器人系统的控制是智能机器人系统的另一个重要部分。
控制器根据搜集的数据，能够将信息传入目标功能和动作选择算法中，控制机器人自主决策。
机器人能够根据控制器的命令来移动，并根据得到的目标算法来控制动作。
机器人导航与避障系统设计与实现
机器人导航与避障系统设计与实现随着科技的不断发展，机器人已经逐渐融入我们的生活。
机器人在工业生产、医疗保健、家庭服务等领域发挥着越来越重要的作用。
其中，机器人导航与避障系统是机器人必备的基本功能，它能够使机器人自主感知环境并进行路径规划以实现导航与避障。
机器人导航系统是指机器人在未知环境中自主探索、感知并规划路径的能力。
在导航过程中，机器人需要通过各种传感器获取环境信息，比如激光雷达、摄像头、超声波等。
激光雷达可以提供高精度的距离和方位信息，摄像头可以获取环境图像，超声波可以用来检测障碍物的距离。
通过这些传感器的协同工作，机器人可以建立环境模型，并根据模型进行路径规划。
在机器人导航中，路径规划是一个关键的环节。
路径规划的目标是为机器人找到一条安全、高效的路径，使其从起始点到目标点。
路径规划算法有很多种，常用的算法包括A*算法、Dijkstra算法、动态规划算法等。
这些算法根据机器人所处的环境不同，选择合适的路径规划策略。
例如，当机器人在宽敞的空旷环境中行动时，可以选择A*算法进行路径规划；而在狭窄复杂的环境中行动时，可以选择遗传算法或蚁群算法等进行路径规划。
除了导航，机器人还需要具备避障能力。
避障是指机器人能够根据感知到的障碍物信息，自主避开障碍物或绕过障碍物。
避障系统的设计需要依赖于传感器获取的环境信息以及路径规划系统提供的路径。
常用的避障策略包括静态避障和动态避障。
静态避障是指机器人避开静止不动的障碍物，例如，墙壁、柱子等；动态避障则是指机器人需要实时感知和避开移动的障碍物，例如其他移动的机器人、行人等。
为了实现避障功能，常用的方法有障碍物检测、路径重规划以及运动控制。
机器人通过障碍物检测可以获取到障碍物的位置信息，然后将这些信息输入到路径规划系统中，进行路径规划和规划的更新。
最后，机器人根据规划好的路径进行运动控制，以实现避障。
在机器人导航与避障系统的设计与实现中，还会面临一些挑战。
首先，机器人需要能够准确感知环境，对环境中的各种物体进行识别与分类。
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（2）红外接收器的选择
红外传感器实物图片
编号 1 2 3 4 5
名称/功能 VCC 电源线 GND 地线 Vo 输出信号线 发射管 接收管
4、基于红外传感器的电路设计
（1）红外发射二极管的选择 红外发射二极管分为很多种。一般按峰值波长（λp）主要 有： 850nm、870nm、880nm、940nm、980nm。
2）使用不同频率的激光，按照一点顺序，发射不同频率得激光，
通过检测返回光束得频率来得到距离。 3）相位差。通过检测发射激光和反射激光得相位差来得到距离。
多数激光传感器使用这种方法。
2、测距超声波传感器：
超声波传感器是基于TOF原理。首先发射一组声波脉冲信号， 然后一个积分器就开始计算发射时间。一个返回信号阀值接着就 会被设定来接受回波信号，这个阀值会随着时间的增加而减小， 因为回波会随着距离的增加而发散，从而强度变小。
4、基于红外传感器的电路设计
半功率角：指红外线二极管其上下或左右两边所辐射出之 红外线强度为该组件最大辐射强度的50%时，其上下或左 右两边所夹的角度称为半功率角。
（ 2）红外接收器的选择
红外线（IR）接收（检测）器有内置的光滤波器，除了需要 检测的940nm波长的红外线外，几乎不允许其它光通过。 红外检测器还有一个电子滤波器，它只允许大约38.0KHz的
（四）电源模块
假定主控制器由9V/12V电源供电，使用电源适配器或者使
用电池供电，经DC-DC变换电路分别产生5V，3.3V，
2.5V电源给各个功能模块供电。 例如：9V/12V给电机供电； 5V给I/O口驱动、数字和模拟传感器等供电； 3.3V给主控芯片、传感器、采集系统、串口等供电。
（四）电源模块
一般超声波探测器的频率为40Hz，探测范围为12cm－5m， 精度为98%-99.1%,分辨率为2cm。同时超声波是一个20－40度 角的面探测，所以可以使用若干个超声波组成一个超声波阵列 来获得180度甚至360的探测范围。 超声波还有其它几个缺点，比如交叉感应，扫描频率低， 尤其是使用超声波阵列的时候，还有回波衰减，折射等问题。
舵机结构简介
与普通直流电机的区别： 直流电机是一圈圈转动的，舵机只能在一定角度内转动 ，不能一圈圈转（数字舵机可以在舵机模式和电机模式中切
换，没有这个问题）。
普通直流电机无法反馈转动的角度信息，而舵机可以。 用途也不同，普通直流电机一般是整圈转动做动力用，舵 机是控制某物体转动一定角度用（比如机器人的关节）。
电源适配器 或电池 9V-12V 9V-12V转 5V 9V-12V 9V-12V转 5V 5V 模拟和数 字传感器 5V I/O驱动电 路 5V转3.3V 3.3V 键盘/LCD 3.3V 传感器系统处 理器 3.3V 串口 9V-12V 电机驱动电路 及电机
（五）机械结构设计
1、前轮定位的调整 模型车过弯时，转向舵机的负载会因为车轮转向角度增 大而增大。为了尽可能降低转向舵机负载，可对前轮定位
它角度产生变化，但是这个是有上限的，上限就是它的最大扭
力。除非控制系统不停的发出脉冲稳定舵机的角度，舵机的角 度不会一直不变。
舵机控制系统
当舵机接收到一个小于1.5ms的脉冲，输出轴会以中 间位置为标准，逆时针旋转一定角度。接收到的脉冲 大于1.5ms情况相反。
不同品牌，甚至同一品牌的不同舵机，都会有不同的
避障避险机器人设计
电气工程系：吴娜
主要内容
一、比赛要求 二、机器人总体方案设计 三、机器人各部分硬件电路设计
☞ 机器人主控系统
☞ 机器人传感器系统
☞ 机器人执行系统
☞ 机器人电源模块
一、比赛要求
（一）比赛任务
小车从出发区出发后，沿车道行驶一圈，并返回 出发区。 （二）比赛场地
注： ⑴ ⑦⑧⑨为遮挡墙，固定于场地表面，距离场地表面高度大于 10cm，厚度大约2cm。 ⑵ ①②③④⑤⑥为遮挡柱，固定于场地表面，距离场地表面高度大于10cm，横截面为4cm × 4cm(误差为+0.3cm)正方形。
TOF 原理
3、红外传感器
(1)红外传感器原理：利用三角测量法。
三角测量法（Triangulation-based):就是把发射器和
接受器按照，由于发射器和接收器的距离已知，发射角度 已知，反射角度也可以被检测到。因此检测点到发射器的距 离就可以求出。
舵机结构示意图
舵机结构简介
舵机底壳拆开后就可以看到，主要是电机与控制板。
控制板拿起来后下方是与控制板连接的电位器
从顶部来看电机与电位器，与电机齿轮直接相连的为第一级 放大齿轮。
经过一级齿轮放大后，再经 过二、三、四级放大齿轮， 最后再通过输出轴输出。
舵机控制系统
舵机的伺服系统由可变宽度的脉冲来进行控制，控制线是用来 传送脉冲的。脉冲的参数有：最小值、最大值、频率。 一般而言，舵机的基准信号都是周期为20ms，宽度为
舵机结构简介
舵机组成：它由直流电机、减速齿轮组、传感器和控制电路 组成的一套自动控制系统。通过发送信号，指定输出轴旋转 角度。舵机一般而言都有最大旋转角度（比如180度。）
电机控制板：驱动电机和接受电位器反馈回来的信息。 电位器：通过其旋转后产生的电阻的变化，把信号发送回电机控 制板，使其判断输出轴角度是否输出正确。 齿轮组：力量的放大，使小功率电机产生大扭矩。
现在市场上使用较多为850nm和940nm两种。
940nm红外发射二极管优点：光强度高，响应速度快，可 用脉冲驱动，
4、基于红外传感器的电路设计
4、基于红外传感器的电路设计
在使用红外发射二极管时，发射管的辐射强度(Power)
与输入电流(If)成正比。辐射强度：表示红外线发光二极
管其辐射红外线能量之大小。 发射距离与辐射强度成正比。
最大值和最小值。一般而言，最小脉冲为1ms，最大 脉冲为2ms。如下图：
舵机控制系统
（四）电源模块
电源模块为系统其它各个模块提供所需要的电源。设计 中，除了需要考虑电压范围和电流容量等基本参数之外，还 要在电源转换效率、降低噪声、防止干扰和电路简单等方面
进行优化。
可靠的电源方案是整个硬件电路稳定可靠运行的基础。 由于电路中的不同电路模块所需要的工作电压和电流容量 各不相同，因此电源模块应该包含多个稳压电路，将电源电 压转换成各个模块所需要的电压。
不过对于移动机器人来说，超声波还是目前最廉价和有
效的传感器。
TOF（time of flight)原理: 距离＝速度×时间
比如声波传输速度是0.3m/ms，如果3m的距离，需要10ms才能到达。 然后通过计算这个返回的时间差来确定距离。但是如果是光速的话，光速是 0.3m/ns，同样3m的距离，光只要10ns就到了。这就对检测元件提出 了非常高的要求。这也是激光传感器价格居高不下的原因。
电信号通过。换句话说，检测器只寻找每秒闪烁38000次的红
外光。这就防止了普通光源像太阳光和室内光对IR的干涉。 太阳光是直流干涉（0KHz）源，而室内光依赖于所在区域 的主电源，闪烁频率接近100Hz或120Hz。由于120Hz在电 子滤波器的38.0KHz通带频率之外，它完全被IR探测器忽略。
（三）执行电路设计
舵机结构简介
直流伺服电机（舵机）是指在伺服系统中控制机械元 件运转的发动机，是一种补助马达间接变速装置。伺服电 机可使控制速度，位置精度非常准确，可以将电压信号转
化为转矩和转速以驱动控制对象。
伺服电机转子转速受输入信号控制，并能快速反应， 在自动控制系统中，用作执行元件，可把所收到的电信号 转换成电动机轴上的角位移或角速度输出。
根据传感器的作用分，一般传感器分为： 内部传感器（体内传感器）：主要测量机器人内部系统，比 如温度，电机速度，电机载荷，电池电压等。 外部传感器（外界传感器）：主要测量外界环境，比如距离 测量，声音，光线。 根据传感器的运行方式，可以分为： 被动式传感器：传感器本身不发出能量，比如CCD，CMOS摄像 头传感器，靠捕获外界光线来获得信息。 主动式传感器：传感器会发出探测信号。比如超声波，红外， 激光。但是此类传感器的反射信号会受到很多物质的影响，从而 影响准确的信号获得。同时，信号还狠容易受到干扰，比如相邻 两个机器人都发出超声波，这些信号就会产生干扰。
假设发射角度是90度的情况，D=f(L/x)
L=发射器和接收器的距离 x＝接受波的偏移距离 f（）是函数。
3、红外传感器
D=f(L/x) 由此可见，D是由1/x决定的，所以用这个测量法可以测得距 离非常近的物体，目前最精确可以到1um的分辨率。但是由
于D同时也是L的函数，要增加测量距离就必须增大L值。所
☞机器人电源模块：电源模块将给前三部分提供电力动能。
（一）机器人主控系统设计
(1)硬件系统 机器人主控系统硬件包括：微处理器、存储器、键盘电路、 显示电路、I/O驱动电路、电源供电电路等。
(2)软件系统
机器人主控系统软件包括：系统启动程序、各模块硬件设备 驱动程序、实时操作系统等。
（二）传感器电路设计
但是在刚发射信号的时候，返回信号的阀值会被设定的很高
以防止发射波直接触发接受器，但是这样造成一个问题，就是如 果检测的距离很短，在阀值没有下降之前，返回信号已经到达接 收器，这时，接收器会认为这个返回信号是刚发出的信号，从而 拒绝接受。因此超声波传感器就会有一个探测盲区，没法对近距
离物体探测。
2、测距超声波传感器：
适用于机器人比赛等小范围障碍物距离检测中。
4、基于红外传感器的电路设计
红外线二极管发射红外光线，如果机器人前面有障碍物，红
外线从物体反射回来，相当于机器人眼睛的红外检测（接收）器
，检测到反射回的红外光线，它通过测量红外线被反射的强度来 输出反映和物体距离的电压信号，有效距离 10～80厘米。