项目背景及研究意义

1、项目背景及研究意义

移动机器人是机器人学中的一个重要分支，出现于20世纪60年代。当时斯坦福研究院的Nils Nilsson和Charles Rosen等人，在1966年至1972年中研制出了shakey的自主式移动机器人，目的是将人工智能技术应用在复杂的环境下，完成机器人系统的自主推理、规划和控制。从此移动机器人成为机器人学里的一个重要分支，得到越来越多的关注。

研究此项目的意义主要是，为人们提供搬运一些较重物体的帮助，做到可以跟踪人的行踪轨迹帮人们搬运物品，也可以在工厂或其他场所自动搬运一些物品，以方便人们的生活和工厂生产。项目完成后，除可实现上述功能外也可以改装成为一种自动识别路径和障碍物的代步工具，对于机器服务于人，以及机器人的推广使用具有重要意义。

2、项目研究目标、研究内容和拟解决的关键问题

研究目标在于实现智能搬运机器人跟随使用者，必要时可以实现自主循迹移动。

研究内容主要是以下六大模块：

(1)智能控制核心（机器人的大脑）的设计；

(2)红外蔽障模块电路的设计；

(3)超声波（或电磁波）跟踪电路（机器人的眼睛）的设计；

(4)机械搬运模块电路与机械装置（机器人的手臂）的设计；

(5)机器人移动模块电路与机械装置（机器人的腿脚）的设计；

(6)遥控控制电路模块（备用）的设计。

基于以上六大模块制定相应的工作设计方案。

3、项目研究的实施方案及拟采取的研究方法和技术路线

该设计暂定为采用STM32f103单片机作为智能机器人的检测和控制核心，使用激光校正导航技术检测需要搬运的物体并使用超声波测距技术检测与被服务对象的距离以实现跟随搬运（即跟在被服务对象后面帮其搬运东西）的目的。直流电机驱动电路采用四通道驱动集成芯片L298N，采用PWM脉冲调制驱动直流电机。机械臂采用套取形式的机械手臂，其形式简单，性价比高。并且以拖拽的方式搬运物体，可避免物体脱落的问题，并且在放置物体时，能使被搬运物体较为整齐的排列。供电模块采用双电池供电。

用一个电池给电机驱动系统单独供电，另外一个电池给信息采集及MCU控制系统供电。

将电动机驱动系统电源与信息采集及MCU控制系统电路电源完全隔离，这样做虽然不如单电源方便灵活，但可以将电动机驱动所造成的干扰彻底清除，提高了系统的稳定性和可靠性。系统具有很大的扩展潜力。实现无人控制即可完成一系列动作。

对于自动跟踪系统的设计方案暂定为利用超声波测距原理，因为超声波具有方向性强，能量易于集中，穿透力强；能在各种不同媒质中传播，且可传播足够远的距离；具有透射、反射和折射的特点。所以，方案利用超声波的这些特点，通过在被服务对象身上安装超声波发射模块，来检测机器人与其之间的距离，由于机器人上装有多个超声波接收探头，这样，比较各超声波模块测得数据之间的大小，靠近人的一侧，测得的数据会比其他位置的小，由此就可以是小车与人保持一定的距离而实现跟踪功能。

以下是整体设计框图及部分电路模块框图：

图 1 搬运机器人机构框图

图2

3、支持条件（使用仪器或设备）

1、示波器

2、计算机

3、电烙铁

4、函数信号发生器

5、台钻

4、预期研究成果（研究论文、设计、专利、产品、鉴定、推广应用等）

项目研究过程中制作的样品机器，经测试成功后，可投入生产，生产的产品可以帮一些体力不足或是身体不便的朋友们搬运一定重量的物品当然也可以改装成为一种代步工具，也可以应用于工厂或其他场所。另外此项目可以在很大程度上提高机器人的工作适应能力，使其更贴近人们的生活，对于机器人的推广使用具有重要作用。 5、项目创新之处

1、采用激光校正超声波测距技术协同导航；

2、机械手臂采用套取的形式，以拖拽的方式搬运物体，避免抓取不牢，使物体掉

落，并能使物体在仓库中摆放整齐；

3、采用测距跟踪技术，可以使机器人更好的适应工作场地和工作条件，更好地发

挥其优势为人们服务；

4、除自动智能控制外，增加了遥控控制功能，减少工作中出现错误，使其具有更

强的适应能力。

6、研究进度及安排（查阅资料、选题、项目研究方案、开题报告、实验研究、数据统计、处理与分析、研制开发、结题、撰写研究论文和总结报告、参加结题答辩和成果推广等）开始第一个月进行总体方案的设计两个月时间对项目进行细致的模块设计一个月时间对所需材料进行统计并采购一个月时间进行电路板画制一个半月时间进行电路板的焊接三个月时间进行模块的检测和调试

一个半月时间对项目做最后的调试并测试达到预想目标最后一个月整理项目的文档资料并进一步优化系统性能

7、经费使用计划

资料费100元说明：图书，文档打印等

材料费 1700元说明：买器材，工具，制PCB电路板等

上机费 100元说明：上网查阅资料等

其它 100元说明：购买器件时的路费，邮费等

8.可行性

40多年来，机器人工业发展迅速，在第一代工业机器人的基础上，第二代机器人广泛应用。目前我国已研制出第三代智能机器人，并将在世界市场上与国外产品

展开激烈竞争。最主要的是通过此项研究，使人们的生活和工厂的生产更加的方便

和快捷。现在的搬运机器人虽说技术已经比较成熟，但是大部分机器人还只能先在

工作区域设好标志，或是在地上铺上颜色区别于地板的线条或是铺上通有交流电的

电线以供机器人循迹，此类方案虽然是机器人工作相对比较稳定迅速，但也往往使

是机器人只能在某个固定的空间内工作，场地适应性差，而且增加了铺设轨迹的费

用。

此项目主要研究智能跟踪搬运机器人的制作与改进。通过超声波测距和红外避障可以完成自主寻迹和随时跟踪，这样就大大提高他的灵活性与应用面。能够适应

多种复杂多变的环境，也不需要铺设场地，降低了费用。

此外目前机器人技术较为成熟，超声波模块和红外避障等相应模块都已集成且使用较方便，因此完成此项目的可行性极高。同时面对目前还有一定的市场需求，并且此类产品价格较为高昂，因此开发一款成本低，性能好的产品会用较为广阔的

市场。