避障机器人设计报告
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.
智能机器人避障系统设计
摘要智能避障是智能机器人的重要功能，为了实现避障我们常常会采用光波测距和超声波测距。
在本文的设计中，本文采用超声波测距。
本文设计的智能避障器工作时，CPU给出一个驱动信号，超声波的模块就会产生一个声波信息，声波信号如果在传递的过程中遇到了障碍，就会被这个障碍物给反弹回来，相应的传感器就会接收这个信号，信号被接受到之后就会被传递给CPU，CPU通过寄存器里面的程序处理一下反射回来的信号，就可以计算出距离障碍物的信息，CPU在发出一些控制信号给机器人，从而实现机器人避障。
本论文设计的智能机器人避障系统的主要控制器采用51单片机，信号发出与收集采用超声波发射接收模块，遇到障碍时机器人发出警报，还有一个报警系统模块。
将本文设计的避障系统运用在机器人的驱动系统上，加上红外光电、超声波传感器等装置对机器人运行状况及周边环境状况进行实时监测，并将相关信息送至51单片机进行处理。
设计的该系统电路结构简单易维护，在应用方面有它参考的价值所在。
关键词：单片机；超声波；机器人；相关程序设计AbstractIntelligent obstacle avoidance is an important function of intelligent robot. In order to avoid obstacles, we often use light wave ranging and ultrasonic ranging. In the design of this paper, ultrasonic ranging is used. When the intelligent obstacle avoidance device designed in this paper works, the CPU gives a driving signal, the ultrasonic sensor will send out sound waves, the sound waves will be reflected back after encountering obstacles, and then the sensor receives the rebound signal, and transmits the reflected signal to the CPU. The CPU can calculate the distance from the obstacles by processing the reflected signal through the program in the transmitter Information, the CPU is sending some control signals to the robot to avoid obstacles. The main controller of the intelligent robot obstacle avoidance system designed in this paper is 51 single-chip microcomputer. The ultrasonic transmitting and receiving module is used to send and collect signals. When the robot encounters obstacles, it will send out an alarm. There is also an alarm system module. The obstacle avoidance system designed in this paper is applied to the driving system of the robot. In addition, infrared photoelectric and ultrasonic sensors are used to monitor the operation status of the robot and the surrounding environment in real time, and the relevant information is sent to 51 single chip microcomputer for processing. The circuit structure of the designed system is simple and easy to maintain, which has certain application reference value.Key words: microcontroller; ultrasonic; robot; relevant program design1绪论1.1 引言随着现在社会的高速发展，机器人的运用越来越广泛，机器人的功能较多，我们常使用它们搬运一些较重的物料，或者是为了进行不同的或高难度等人性化的操作并且具有可改变和可编程相关动作的专家系统。
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。
学习移动机器人智能避障测距系统的报告
学习移动机器人智能避障测距系统的报告第一篇：学习移动机器人智能避障测距系统的报告学习移动机器人智能避障测距系统的报告【摘要】本文主要是以学习移动机器人智能避障测距系统为主，阐述学习过程中的心得体会。
测距系统的应用场合非常的多，比如测距雷达、测速仪、测深仪、汽车倒车的报警装置等等。
这里就浅谈智能的测距避障系统。
【关键词】测距系统智能控制单片机1.引言智能控制（intelligent controls）是指在无人干预的情况下能自主地驱动智能机器实现控制目标的自动控制技术。
控制理论发展至今已有100多年的历史，经历了“经典控制理论”和“现代控制理论”的发展阶段，已进入“大系统理论”和“智能控制理论”阶段。
智能控制理论的研究和应用是现代控制理论在深度和广度上的拓展。
20世纪80年代以来，信息技术、计算技术的快速发展及其他相关学科的发展和相互渗透，也推动了控制科学与工程研究的不断深入，控制系统向智能控制系统的发展已成为一种趋势。
自1971年傅京孙教授提出“智能控制”概念以来，智能控制已经从二元论（人工智能和控制论）发展到四元论（人工智能、模糊集理论、学运筹和控制论），在取得丰硕研究和应用成果的/ 7 同时，智能控制理论也得到不断的发展和完善。
智能控制是多学科交叉的学科，它的发展得益于人工智能、认知科学、模糊集理论和生物控制论等许多学科的发展，同时也促进了相关学科的发展。
智能控制也是发展较快的新兴学科，尽管其理论体系还远没有经典控制理论那样成熟和完善，但智能控制理论和应用研究所取得的成果显示出其旺盛的生命力，受到相关研究和工程技术人员的关注。
随着科学技术的发展，智能控制的应用领域将不断拓展，理论和技术也必将得到不断的发展和完善。
本文就移动机器人其中一个小系统进行学习研究，体现出智能控制的特点：智能控制的核心在高层控制，即组织级；智能控制器具有非线性特性；智能控制具有变结构特点；智能控制器具有总体自寻优特性；智能控制系统应能满足多样性目标的高性能要求；智能控制是一门边缘交叉学科；智能控制是一个新兴的研究领域。
自动寻迹避障轮式机器人--综合实验设计报告
专业综合实验设计报告项目：自动寻迹避障轮式机器人班级：电133姓名：学号：1312021067同组同学：学期：2016-2017-1一、实验目的和要求1.1实验目的自动循迹、智能避障机器人是一个与电气工程专业有着密切关系的实际工程装备，本综合实验以此为依托，把轮式机器人能够沿设置的道路路线运动作为控制目标，完成从模型建立、控制方案确定、控制参数仿真分析、硬件线路设计到实物机械安装、硬件安装调试、控制程序编写集成、系统调试等步骤过程的训练。
本实验涉及到《电路分析》、《电子技术》、《电力电子技术》、《电机学》、《电力拖动》、《自动控制原理》、《传感器与检测技术》、《电机控制技术》等课程的理论和实验知识。
是学生接触实际电气工程专业复杂工程问题的重要及关键途径。
通过实验培养学生实践动手能力，运用现代工程工具和信息技术工具的能力，分析和解决实际工程问题的能力。
从而使学生初步能够解决主要涉及电气工程专业知识的复杂工程问题。
1.2实验要求要求同学综合运用课程的理论和实验知识，以轮式机器人能够以一定的速度沿设置的道路路线运动作为控制目标（技术指标为：机器人行走速度≥1m/s，行走偏离导航线程度≤2/3车身宽度），要求完成从模型建立、控制方案确定、控制参数仿真分析、硬件线路设计到实物机械安装、硬件安装调试、控制程序编写集成、系统调试等实验步骤。
具体要求为：1）检索资料，对轮式机器人的发展状况，当前的研究热点，技术发展的现状，发展趋势有所了解，查阅工程规范文件、产品样本、使用说明，了解实际系统运行时必须遵守的工程规范和系统实现时所受到的商用产品的实际限制。
2）理解轮式机器人的机械结构，用CAD软件绘制机械零部件的加工图纸，安装轮式机器人。
3）综合运用物理特性分析法和实验参数测定法建立轮式机器人的数学模型，必要时在工作点附近近似线性化，以获得线性数学模型。
4）设计轮式机器人控制系统的硬件系统，包括控制芯片的选型，外围电路的设计，传感器类型型号的选择、功率驱动电路的选择、人机交互部件的选择，掌握所选择元器件、部件的性能、用法。
自动避障小车技术报告2
自动避障小车技术报告前言设计背景：在科学探索和紧急抢险中经常会遇到对与一些危险或人类不能直接到达的地域的探测，这些就需要用机器人来完成。
而在机器人在复杂地形中行进时自动避障是一项必不可少也是最基本的功能。
因此，自动避障系统的研发就应运而生。
我们的自动避障小车就是基于这一系统开发而成的。
随着科技的发展，对于未知空间和人类所不能直接到达的地域的探索逐步成为热门，这就使机器人的自动避障有了重大的意义。
我们的自动避障小车就是自动避障机器人中的一类。
自动避障小车可以作为地域探索机器人和紧急抢险机器人的运动系统，让机器人在行进中自动避过障碍物。
目录一、设计目标： (3)二、方案设计： (4)2.1直流调速系统 (4)2.2检测系统 (4)三硬件设计 (5)3.1、SPCE061A单片机最小系统 (5)3.1.1．SPCE061A时钟电路 (8)3.1.2．PLL锁相环 (9)3.1.3．看门狗Watchdog (9)3.1.4．低电压复位（LVR） (10)3.1.5．I/O端口 (10)3.1.6．时基与定时器 (11)3.1.7．SPCE061A的定时器/计数器 (11)3.1.8．ADC、DAC (12)3.2、超声波传感器 (12)四软件设计 (16)4.1软件设计各模块 (16)4.2速度控制 (17)4.3障碍物检测 (17)4.4看门狗 (17)4.5基频中断 (18)4.6程序设计流程图 (19)五：测试数据、测试结果分析及结论 (19)程序附录 (21)1．主程序： (21)2．中断程序 (24)3、测距程序 (28)一、设计目标：1.小车从无障碍地区启动前进，感应前进路线上的障碍物后，能自动避开障碍物。
2.根据障碍物的位置选择下一步行进方向，选择左拐还是右拐，若障碍物在左边则自动右拐，若障碍物在右边则左拐，若障碍物在正前方可任意选择左拐或者是右拐，以达到避开障碍物的目的。
3.通过利用单片机内时钟源的控制设定左拐和右拐的时间，从而能持续前进。
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。
智能避障小车报告
智能避障小车报告智能避障小车报告一、引言智能避障小车是一种具有自主导航和避障功能的智能机器人，它利用传感器和算法来感知周围环境并做出相应的动作，以避免与障碍物发生碰撞。
本报告旨在对智能避障小车的设计原理、工作原理以及应用领域进行介绍和分析。
二、设计原理智能避障小车的设计原理包括感知系统、决策系统和执行系统三个部分。
1. 感知系统：感知系统主要负责获取环境信息，常用的感知器件包括超声波传感器、红外线传感器、摄像头等。
超声波传感器可以测量小车与障碍物之间的距离，红外线传感器可以检测障碍物的存在与否，摄像头可以获取环境图像。
2. 决策系统：决策系统根据感知系统获取的信息，通过算法进行分析和处理，决定小车的行动。
常用的算法包括避障算法、路径规划算法等。
避障算法通常基于感知数据计算出避障方向和速度，路径规划算法则是根据目标位置和环境地图计算出最优路径。
3. 执行系统：执行系统根据决策系统的指令控制小车的运动，包括驱动电机、舵机等部件。
驱动电机控制小车的前进、后退和转向，舵机控制车头的转动。
三、工作原理智能避障小车的工作原理如下：1. 感知环境：小车利用传感器获取环境信息，例如超声波传感器测量距离，红外线传感器检测障碍物，摄像头获取图像。
2. 数据处理：小车的决策系统对感知到的数据进行处理和分析，计算出避障方向和速度，或者根据目标位置和环境地图计算出最优路径。
3. 控制执行：决策系统根据计算结果发出指令，控制执行系统驱动电机和舵机，控制小车的运动。
如果遇到障碍物，小车会自动避开，如果目标位置发生变化，小车会自动调整路径。
四、应用领域智能避障小车在许多领域都有广泛的应用。
1. 家庭服务机器人：智能避障小车可以在家庭环境中执行一些简单的任务，如送餐、打扫卫生等。
2. 仓储物流：智能避障小车可以在仓库中自主导航，收集和组织货物，减少人力成本和提高效率。
3. 自动驾驶汽车：智能避障小车的避障和导航算法可以应用于自动驾驶汽车，提高安全性和稳定性。
除障机器人毕业设计
3.4.2 红外光电传感器简介...............................14
4组装除障机器人全过程.........................................15
工业机器人按臂部旳运动形式分为四种。直角坐标型旳臂部可沿三个直角坐 标移动；圆柱坐标型旳臂部可作升降、回转和伸缩动作；球坐标型旳臂部能回转、 俯仰和伸缩；关节型旳臂部有多种转动关节。
工业机器人按执行机构运动旳控制机能，又可分点位型和持续轨迹型。点位 型只控制执行机构由一点到另一点旳精确定位，合用于机床上下料、点焊和一般搬运、装卸等作业；持续轨迹型可控制执行机构按给定轨迹运动，合用于持续焊 接和涂装等作业。
5.3 软件实现...............................................24
5.3.1 使用函数与模块简介 ..............................24
5.3.2 除障机器人动作分解 ..............................25
5.3.3 NorthSTAR 软件编程实现 ..........................27
6除障机器人完毕与测试 ........................................28
6.1 除障机器人设计实体 ....................................28
2 除障机器人总设计 .............................................7
2.1 除障机器人设计规定 .....................................7
实验二避障机器人
实验二避障机器人
一实验目的
1熟悉创意之星标准版模块搭建方法
2掌握简单应用程序的编写方法
二实验内容
采用创意之星模块化套件组装四轮机器人,编写代码程序,利用红外传感器和舵机等传感器和执行器件,实现四轮机器人的无碰撞自主移动.
三实验要求
1编写代码程序,并编译调试,实现要求的功能.
2详细记录实验结果,完成和提交试验报告.
3实验报告应包括代码及对应的验结果
四实验结果
1.流程图
2.
2.实验程序
3. ID配置图
五．实验心得
马霏：
这次试验总的来说苦乐参半，确实很消耗体力和脑力，但是最开心的是这次试验是自己从头做到尾并且成功了的为数不多的实验，除了软件方面是在同学帮助下完成的，其他方面几乎是自己动手完成的。
看见自己做的小车真有自己是造物主的感觉呢！还有要感谢中间帮助我的同学们，使我们实验顺利完成。
尚秋燕：
胥阿娟：通过本次实验熟悉了创意之星标准版模块的搭建方法，初步掌握掌握简单应用程序的编写方法
本次实验内容是：采用创意之星模块化套件组装四轮机器人，编写代码程序，利用红外传感器和舵机等传感和执行器件，实现四轮机器
人的无碰撞自主移动。
通过不懈努力，最终完成实验！
西安邮电大学
实验报告(二)
——避障机器人
学院：自动化学院
专业：测控技术与仪器
班级：测控1101
学号：06112029 06112025 06112026 姓名：胥阿娟马霏尚秋燕
2014年6月1日。
避障机器人设计
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。
舵机控制系统
脉冲周期与宽度
舵机控制系统
角度是用来自控制线的持续的脉冲所产生。这种控制方法叫做 脉冲调制。
脉冲的长短决定舵机转动多大角度。 例如：1.5毫秒脉冲会到转动到中间位置（对于180°舵
机来说，就是90°位置）。当控制系统发出指令，让舵机移 动到某一位置，并让它保持这个角度，这时外力的影响不会让 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。
一般而言，舵机的基准信号都是周期为20ms，宽度为 1.5ms。这个基准信号定义的位置为中间位置。舵机有最大 转动角度，中间位置的定义就是从这个位置到最大角度与最小 角度的量完全一样。
最重要的一点是，不同舵机的最大转动角度可能不相同，但是 其中间位置的脉冲宽度是一定的，那就是1.5ms。
如下图：
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。
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。
机器人设计与制作报告
机器人设计与制作报告本次机器人设计与制作报告详细介绍了一个具有云台旋转和激光雷达测距功能的无人机机器人的设计思路与制作流程。
该机器人能够通过遥控器进行操作，同时具备自主控制能力，能够通过避障算法实现自动避障功能。
该机器人的整体设计由硬件设计和软件设计两部分组成，下面将分别进行介绍。
一、硬件设计1.机身设计机身采用了碳纤维材料制作，具有轻巧、耐用、抗风等优点。
机身由上下两个部分组成，上部分安装电机和支架，下部分放置电子模块。
2.电机选型机器人采用四个高速无刷电机，频率为12V，转速高于10000转/分，保证机器人高速运动的稳定性。
3.云台旋转云台旋转由一个用于转动的平台和一个无限旋转的直流电机组成。
直流电机与一个编码器相连，能够准确测量电机的转动角度，并实现精确的角度控制。
4.激光雷达测距激光雷达选择长光HLS-LFCD2 2D激光测距传感器，能够达到最大180度的扫描角度，一次扫描所需时间不到100毫秒。
激光雷达能够准确测量距离，并通过信号处理电路处理激光信号，采集数据，用于地图构建和避障。
5.电子模块选型主控板采用了树莓派4B，集成了4核CPU和4GB RAM，并配置了4个USB接口、1个千兆网口和2个微型HDMI端口。
同时还配备了5V和3A的稳压电源，保证了机器人系统运行的稳定和可靠性。
二、软件设计1.遥控器控制机器人可以使用蓝牙或Wi-Fi实现无线遥控。
在树莓派上运行了一个遥控器程序，通过蓝牙或Wi-Fi与遥控器进行通信，并通过程序对机器人进行控制。
2.自主控制机器人能够自主运行，并通过激光雷达获取数据进行地图构建和避障。
在树莓派上运行了一个运动控制程序，通过算法实现自主控制，能够进行路径规划和避障。
3.地图构建与避障机器人通过激光雷达生成环境地图，并进行建图和路径规划。
机器人还可以根据环境的变化实时更新地图信息。
基于环境地图和激光雷达数据进行的算法，能够在避障方面取得较好的效果。
三、总结本次机器人设计和制作中，我们通过硬件和软件相结合的方式，成功设计了一个具有云台旋转和激光雷达测距功能的无人机机器人，并通过遥控器控制和自主控制实现了机器人的移动和避障功能。
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
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。
智能避障机器人设计文献综述
智能避障机器人设计文献综述智能避障机器人是一种能够根据环境信息自主避开障碍物的智能机器人。
它具有广泛的应用前景，例如在户外、仓库、医院、清洁行业等各个领域中可以发挥重要的作用。
为了实现智能避障功能，需要结合传感器技术、数据处理算法以及动作控制方法等多个方面的知识。
本文将从传感器、路径规划以及动作控制等方面进行综述。
智能避障机器人的传感器设计是实现避障功能的关键。
目前常用的传感器包括超声波传感器、红外线传感器、激光雷达、视觉传感器等。
超声波传感器可以通过发送超声波信号并接收回波来测量到障碍物的距离，但精度较低；红外线传感器可以通过红外线信号的反射来检测前方障碍物的距离和形状，但对于透明物体无法有效检测；激光雷达能够精确地测量到物体的距离和方向，但成本较高；视觉传感器可以通过拍摄周围环境图像，并通过图像处理算法来判断前方是否有障碍物。
常见的图像处理算法包括边缘检测、颜色识别、深度学习等。
传感器选择要根据具体的应用场景和预算来决定。
路径规划是智能避障机器人实现避开障碍物的关键技术之一、常见的路径规划算法包括A*算法、Dijkstra算法、动态窗口方法等。
A*算法是一种启发式算法，在过程中综合考虑节点的距离和预估的剩余距离，以找到最短路径。
Dijkstra算法是一种无启发式算法，通过将起点到当前节点的最短路径保存在一个优先队列中来找到最短路径。
动态窗口方法是一种逐步的方法，通过不断调整机器人运动的速度和方向来避开障碍物。
路径规划算法的选择要根据机器人的动力学模型、环境地图以及运动约束等因素来决定。
动作控制是实现智能避障机器人运动的关键技术。
常见的动作控制方法包括PID控制、模糊控制、神经网络控制等。
PID控制是一种基于误差和误差变化率的控制方法，通过调整控制器的比例、积分和微分参数来实现稳定的控制。
模糊控制是基于模糊逻辑的控制方法，通过建立模糊规则来实现对输入-输出关系的控制。
神经网络控制是基于神经网络的控制方法，通过对神经网络进行训练来实现对输入-输出映射的学习。
智能避障机器人设计开题报告
在科学探索和紧急抢险中经常会遇到对与一些危险或人类不能直接到达的地域的探测，这些就需要用机器人来完成。而在机器人在复杂地形中行进时自动避障是一项必不可少也是最基本的功能。因此，自动避障系统的研发就应运而生。我们的自动避障小车就是基于这一系统开发而成的。
随着生产自动化的发展需要，机器人的智能化与集成度越来越高，已经越来越广泛的应用到生产生活中。伴随的科技水平的提高，机器人的能够使用的传感器种类也越来越多，其中红外线传感器已经成为机器人自动行走和驾驶的重要部件。此系统是基于红外传感器的系统，即运用红外传感器实现对前方障碍物的检测。
红外传感器的典型应用领域为自主式智能导航系统，机器人要实现自动避障功能就必须要感知障碍物，对障碍物的感知相当于给机器人一个视觉功能。在现在生活中，例如在一些火宅或者一些自然灾害的现场，经常需要进入到对一些危险或人类不能直接到达的地方进行观察，采集数据，这些就需要用机器人来完成。而在机器人在上述等环境中行进时自动避障是一项必不可少也是最基本的功能。因此，自动避障系统的研发就应运而生。自动避障小车可以作为困难环境检测机器人和紧急抢险机器人的运动系统，让机器人在行进中自动避过障碍物，帮助人们完成相应的任务。
2．掌握Protel protues Multisim等电路仿真软件。
3．熟练掌握焊接技术有较强的动手能力。
4．学校提供了图书资料、万方数据库、焊接试验室和单片机开发板实验设备。
指导教师签名：日期：
2014年3月1日至2014年3月31日，整理收集的相关资料开始设计硬件电路，学习必要软件的应用，例如：Protel等。
2014年4月1日至2014年4月10日，编写硬件电路的软件程序部分，利用仿真软件对程序进行调试修改。
2014年4月11日至2014年4月20日，依据电路原理图焊接实际电路，经检查电路没有虚焊、漏接、错接等问题后，下载程序调试电路达到智能避障机器人设计的预期成果。
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开放性实验报告——避障机器人设计系别：智能科学与技术******姚武浩姜飞鹏郑光旭指导老师：袁立行、王曙光、亢红波时间：2011.9.16——2012.4.28目录1 系统功能介绍 (1)2 设计任务与要求 (1)3 系统硬件设计 (1)3.1系统总体设计框图 (1)3.2寻线模块(ST188) (2)3.3电机控制模块 (3)3.4单片机最小模块 (4)3.5数码管显示模块 (6)4 系统软件实现 (7)4.1 设计思路 (7)4.2 软件程序流程图 (8)4.3程序代码见附录Ⅰ (8)5 调试结果 (8)6 实验总结 (9)附录Ι (10)附录Ⅱ (18)附录Ⅲ (19)1 系统功能介绍本设计以单片机作为控制核心，电路分为最小系统模块，黑线检测模块，电机驱动模块，数码管显示模块。
黑线检测模块采用反射式关电传感器st188，并且接相应的三级管来规划传感器的输出，当输出高电平为正常情况。
电机为伺服电机，给定脉宽为1.5ms的信号电机保持不动，给定脉宽为1.7ms的信号电机正向转到给定脉宽为1.3ms的信号电机逆向转到。
数码管动态显示机器人行进过程所用的时间。
2 设计任务与要求◆熟悉51系列单片机的原理及应用。
◆掌握ST188设计电路和传感器的使用。
◆掌握直流电机的驱动方法。
◆掌握动态数码管显示的方法。
◆设计机器人的硬件电路及软件程序。
◆制作机器人的硬件电路，并调试软件，最后实现机器人的自动测量黑线。
3 系统硬件设计3.1系统总体设计框图该系统中51单片机作为主微控芯片，其外多个I/O口作为通用I/O口接受传感器的信号并输出相应的控制信号。
系统硬件总体设计框图如下图3.1-1所示。
控制核心检测模块电机驱动模块数码管显示模块图3.1-1系统硬件总体设计框图3.2寻线模块(ST188)该系统中的寻线模块我们采用的是ST188传感器。
ST188是一个无限红外模块，它有一个发射管（白色）和一个接收管（黑色），一般情况下接收管能收到发射管发送的红外光，但当遇到吸光介质（如黑色物体）时接收管便不能收到发射管的红外光。
由于这种现象，加上合适的硬件电路（如图 3.2-1），我们可以引出一条信号线，当一切正常时，信号线处于一种状态，但当遇到吸光介质时信号线便处于另一种状态，利用这种不同状态的差异我们便可以通过微控制器来实现机器人的寻线行驶。
ST188详细资料见附录Ⅱ下图3.2-1是该系统中我们的ST188外接硬件电路图：图3.2-1 寻线模块电路图图中R1为发射管的限流电阻，若R1阻值过大，则发射管功率会大幅降低，所以其阻值在50-200欧之间。
R4为发光二极管的保护电阻。
R2，R3，RV1为起分流的作用，其阻值可根据情况而定。
其工作原理是通过R2，R3，RV1来确定输出信号的门限值，当发射管Ｅ端Ｖ高于RV1上的压降时，由于运放的饱和特性，输出低电压0V：当V低于RV1上的电压时，输出电压为5V。
图中的通过发光二极管指示是否有信号输出。
实际硬件中我们可以通过调节滑动变阻器的R5电阻值来选取理想的反射距离，从而提高ST188传感器的灵敏度。
本设计中我们利用ST188来控制机器人寻线。
由以上叙述可知，为使机器人寻线稳定，最好选择差异较大的环境，例如在白地板上贴上黑线，可使ST188寻线模块工作更加灵敏稳定。
3.3电机控制模块本次实验采用的伺服电机的工作模式如下所示：通过I/O口给电机的信号输入如图3.3-1所示的信号电机保持静止，这个信号称为电机的零标定信号，这个指令由时间间隔为20ms脉宽为1.5ms的一系列脉冲组成。
图3.3-1电机控制信号（静止状态）通过I/O口给电机的信号输入如图3.3-2所示的信号电机将全速逆时针旋转，这个指令由时间间隔为20ms脉宽为1.3ms的一系列脉冲组成。
图3.3-2电机控制信号（逆时针旋转状态）通过I/O口给电机的信号输入如图3.3-3所示的信号电机将全速逆时针旋转，这个指令由时间间隔为20ms脉宽为1.7ms的一系列脉冲组成。
图3.3-3电机控制信号（顺时针旋转状态）3.4电机驱动模块电机驱动芯片L298N是SGS公司的产品，内部包含4通道逻辑驱动电路。
是一种二相和四相电机的专用驱动器，即内含二个H桥的高电压大电流双全桥式驱动器，接收标准TTL逻辑电平信号，可驱动46V、2A以下的电机。
其引脚排列如图1中U4所示，1脚和15脚可单独引出连接电流采样电阻器，形成电流传感信号。
L298可驱动2个电机，OUT1、OUT2和OUT3、OUT4之间分别接2个电动机。
5、7、10、12脚接输入控制电平，控制电机的正反转，ENA，ENB接控制使能端，控制电机的停转。
也利用单片机产生PWM信号接到ENA，ENB端子，对电机的转速进行调节。
L298N的逻辑功能：表1 SHARP GP2D12实物图外形及封装：L298N实物图由于一片L298N可以直接驱动两个电机，但是为了加大驱动力，我们采用两路并联的方式来驱动电机3.5单片机最小模块整个实验的控制器件是51单片机，它在实验中起了核心作用，采用内部时钟方式，给它的XTAL1和XTAL2引脚外接晶振，这样就构成了自激振荡器并在单片机内部产生时钟脉冲信号，给晶振的每个角又接了一个30PF的电容，让晶振快速起振并可以达到12M稳定频率，给单片机的RST口按键开关使之构成复位电路。
具体电路如图3.4-1所示图3.4-1单片机最小模块3.5数码管显示模块由于时钟电路显示的内容是变化的，因此本实例采用动态显示实验时数码管采用的是共阳极的数码管，4个数码管的段选相应并联在一起，由一个8位的I/O控制，动态显示时，各位数码管轮流通，要使其稳定显示必须采用扫描的方式，即在某一时刻只选通以位数码管，并送出相应的段码，在另一时刻选通另一位数码管，并送出此想相应的段码，依次规律循环，即可使各位数码管显示将要显示的字符，虽然这些字符是不不同的时刻分别显示的，但由于人眼存在暂留效应，只要每位显示时间足够短就可以给人不同的显示感觉。
采用动态显示方式时，采用三极管的放大作用，以增加led的亮度。
具体电路图如3.5-1所示。
其中数码管的ds1端的各位1、2、3、4、5、6、7接I/O 的P2口，位选端接I/O的P1口。
图3.5-1数码管硬件电路4 系统软件实现4.1 设计思路在程序中用定时器0用用于输出机器人电机所需的脉冲波形，定时器1用于数码管显示。
计数器0，1初始化后，进入while循环，在while循环中等待定时器1中断并相应的相应时间。
否则等待定时器0输出脉冲波形。
由于中断1只是为了显示时间，而0中断影响到机器人的行进与否，所以在程序中设置1中断的优先级高于0中断。
从而使从而使Ｉ/O口输出稳定的脉冲波形。
4.2 软件程序流程图图4.2-1系统软件程序流程图4.3程序代码见附录Ⅰ5 调试结果开放性试验使我掌握了不少知识，在实验开始之前我什么都不会，通过壁障机器人的训练使我掌握了51单片机，基本电路的设计和分析。
但本次试验对我印象最深的是我自己在调试程序的时候出现的问题，开始小车应该在驱动和程序的控制下应该调速，但事实是车根本没有减速的迹象并且是全速前进。
我检查自己的程序感觉程序是没有问题的，然后自然的把问题想到了驱动上，但驱动不是我自己焊接的，根本不知道错误从哪里找。
焊接驱动的同学回家了，没办法看驱动电路。
只能是我自己看电路但自己对电路根本就没有多接触，当时自己检查电路图不知从何开始，整整检查了一天感觉没有问题感觉已经尽力了。
晚上回到宿舍自己想了半天还是没有找到问题。
第二天回到实验室问题还是没有找到，但就在自己已经没有精力在检查的时候无意间看到了程序又看了一会ST188然后就突然感觉问题找到了，自己看看了循迹模块然后感觉中间的灯没有亮，那就是意味这他给51的管脚一直是低电平是自己的程序一直就没进入其他程序，所以就出现了全速前进的问题。
还有一次在给壁障机器人调试程序时他根本就不遍历所有的道路，自己给51已经下了一百多次程序，还是没有找到问题还是。
回到宿舍睡觉，下午原本打算不去了，但自己心里还是在想再试试。
来到实验室，我的第三个程序便成功遍历了所有的道路。
通过上面的经历使我自己明白了很多，只要自己有足够的耐心和毅力就一定能过实现你要完成的事情。
6 实验总结附录Ι程序代码如下：#include <reg52.h>#define uint unsigned int#define uchar unsigned charsbit ENA=P1^0; //左轮使能端/*左轮电压*/sbit d0=P1^1;sbit d1=P1^2;/*右轮电压*/sbit d2=P1^3;sbit d3=P1^4;sbit ENB=P1^5; //右轮使能端/*循迹两侧传感*/sbit right_red=P0^2; //右侧sbit left_red=P0^1; //左侧sbit redlight=P0^3; //红外sbit goright=P0^0; //拐弯检测/********************向前***********************/ void gohead(){d0=1;d1=0;d2=1;d3=0;}//左转void turnleft(){d0=0;d1=0;d2=1;d3=0;}//右转void turnright(){d0=1;d1=0;d2=0;d3=0;}//倒转void turnback(){d0=1;d1=0;d2=0;d3=1;}/*延时函数*/void delay_ms(uint i){ uint j;for(;i>0;i--)for(j=110;j>0;j--);}/*循迹模块*/void xunjin(){int i;if((left_red==0)&&(right_red==0)&&(goright==0)) {gohead();for(i=20;i>0;i--){if(i>16){ENA=1;ENB=1;delay_ms(6);}else{ENA=0;ENB=0;delay_ms(5);}}}else if((left_red==0)&&(right_red==1)) {turnright();for(i=20;i>0;i--){if(i>17){ENA=1;ENB=0;delay_ms(4);}else{ENA=0;ENB=0;delay_ms(5);}}}else if((left_red==1)&&(right_red==0)) {turnleft();for(i=20;i>0;i--){if(i>17){ENA=0;ENB=1;delay_ms(4);}else{ENA=0;ENB=0;delay_ms(5);}}}else if(goright){gohead();for(i=20;i>0;i--){if(i>17){ENA=1;ENB=1;delay_ms(7);}else{ENA=0;ENB=0;delay_ms(5);}}while(1){ turnright();for(i=20;i>0;i--){if(i>17){ENA=1;ENB=0;delay_ms(4);}else{ENA=0;ENB=0;delay_ms(5);}}if(right_red==1) break;}}}//避障程序void goback(){while(1){ uint i;turnback();for(i=20;i>0;i--){if(i>17 ){ENA=1;ENB=1;delay_ms(5);}else{ENA=0;ENB=0;delay_ms(5);}}if( right_red==1){break;}}}/*主程序*/void main(){while(1){xunjin(); //循迹if(!redlight) //判断{goback();}}}数码管显示程序：#include <reg52.h>#define uint unsigned int#define uchar unsigned charsbit d1=P1^0;sbit d2=P1^1;sbit d3=P1^3;uchar code DSY_CODE[]={0xc0,0xf9,0xa4,0xb0,0x99,0x92,0x82,0xf8,0x80,0x90}; //4位一体共阳极数码管//uint k=0;uchar int_time,second;void delay(uchar x){uchar i ;for(;x>0;x--)for(i=0;i<120;i++);}void showtime(){d1=0;P2=DSY_CODE[k%10]; //显示各位//delay(2);P2=0Xff ;d1=1;d2=0 ;P2=DSY_CODE[k/10%10]; //显示十位//delay(2);P2=0Xff ;d2=1;d3=0;P2=DSY_CODE[k/100]；//显示百位// delay(2);P2=0X00 ;d3=1;}void main(){TMOD=0x01;TR0=1;EA=1;ET0=1;IT0=0;P2=0xc0;TH0 =(65535 - 50000)/256;TL0 = (65535 - 50000)%256;while(1){showtime();}}void timer0() interrupt 1{int_time++;if(int_time == 20){int_time = 0;k++;if(k == 999)k = 0;}TH0 = (65535-50000)/256;TL0 = (65535-50000)%256; 附录Ⅱ巡线避障机器人的设计与制作19。