移动机器人超声波测距避障系统设计
超声波移动机器人控制系统设计设计
超声波移动机器人控制系统设计设计摘要智能机器人[1]作为现代的新发明，是未来的发展方向，它能够在一个环境里按照预定的模式自行运作，不需要人为的管理，可应用于科学勘探等用途。
近几年来，超声波导航[2]已经成为了机器人导航的主要发展方向之一。
因为在基于超声波的智能机器人中，超声波就像机器人的眼睛，所以超声波导航是机器人发展的重要一部分。
本文采用单片机[3]为控制核心，利用超声波传感器检测道路上的障碍，控制机器人的自动避障，快慢速行驶以及自动停车。
本文设计的超声波移动机器人主要内容包括：底盘结构设计、底盘的控制系统以及超声波传感部分。
1.底盘结构设计：机器人采用独立驱动的两轮式结构，动力源采用步进电机[4]，减速装置采用齿轮减速，利用差速移动平台实现机器人的转向，选用增量式光电编码器对机器人速度进行检测，实现机器人的自主定位。
2.底盘控制系统：应用单片机接受超声波传感器的信号，做出决策然后产生驱动信号，控制步进电动机。
步进电机的驱动电路采用两个电机驱动芯片，实现步进电机的控制，完成机器人转向、加速等功能。
3.超声波传感部分：以超声波传感器做为机器人的感知系统，把接受的超声波信号通过超声波处理技术提取机器人所在环境的环境特征，实现机器人对环境信息的采集。
关键词：超声波；差动式；步进电机；移动机器人AbstractAs a modern invention, the new intelligent robot indicate the development of the future, it can operate automatically in the pattern set in advance but not with human management. So, it can be applied in the field of scientific exploration and so on. In recent years, ultrasound has become the main way in the field of the robot navigations. Ultrasonic just like the robot's eyes, so the ultrasound navigation has played an important role in the development of the robot.In this paper, the robot select the single chip as the core of the control system, use the ultrasonic sensors to detect obstacles on the road, and control the robot avoid the obstacle and stop the car automatically, even control the speed during the driving.The paper about the design of the ultrasound robot includes the following parts: the design of the chassis’s structure, the control-system of the chassis and the method of some calculations about ultrasonic.1.The Desi gn of the Chassis’s structure: the robot apply the two-wheels structure driven independently, choose the stepping motor as the power source, change the direction with the differential-velocities platform, and it also use incremental photoelectric encoder t o test the speed of the robot’s motivation which help the robot locate itself automatically.2. The control-system of the chassis: The robot receive the signals of ultrasonic sensors with the microcontroller , which can make decisions and then generate the driving signals to control the stepper-motor. The driver-circuit applies twomotor-driver-chips to control the stepper-motor, implement the functions of steering, acceleration and others.3. The part of Ultrasonic sensor and the algorithm: The ultrasonic sensors, as the robot's perceptual system, process the ultrasonic signal received to analyze the environmental characteristics where the robot’s in and to get the information of the environment.Key words：Ultrasonic wave; Differential type; Step-by-steps the electrical machinery; Moves the robot目录摘要................................................................................................................. Abstract .. (I)引言 01绪论 (1)1.1移动机器人[5]的研究历史 (1)1.2移动机器人的研究意义 (2)1.3移动机器人研究的国内外现状 (3)2超声波移动机器人方案的确定 (7)2.1超声波移动机器人机械结构设计方案 (7)2.2超声波移动机器人控制系统设计方案 (12)2.3移动机器人传感器设计方案 (13)3超声波移动机器人机械结构设计 (15)3.1电动机的确定 (15)3.2减速器的确定 (16)4超声波移动机器人控制系统设计 (20)4.1差分驱动平台运动学模型 (21)4.2电子元件的选型 (24)4.3移动机器人的超声波原理 (29)结论 (37)致谢 (38)参考文献 (39)附录 (40)引言移动机器人在不确定环境下不仅要具备自主探测的能力，而且要对周围的特征环境具有较强的识别能力，才能最大限度地提高机器人的工作能力。
基于myrio的移动机器人测距系统设计
当遇到障碍物再返回给传感器[３] ꎮ 由此计算前方障碍物的距
离ꎬ式(１) 为距离计算公式ꎮ
Ｓ
＝
ｖ∗ｔ ２
(１)
超声波测距传感器实物如图 １ 所示ꎮ
ＬａｂＶＩＥＷ 是一种编程语言ꎬ由美国国家仪器( ＮＩ) 研发ꎬ类似于 Ｃ 语言编程ꎬ但又与 Ｃ 语言编程有很大区别[４] ꎮ 如图 ３ 所示ꎬ ＬａｂＶＩＥＷ 使用的是图形化编辑语言 Ｇ 编写程序ꎬ编译环境包括 前面板和程序框图ꎬ前面板可以创建很多控件ꎬ程序框图主要 用来编写常见的逻辑结构[５] ꎮ 这种编程方式容易理解ꎬ方便初 学者学习和使用ꎮ
机器人避障超声波测距系统(硬件)
机器人避障超声波测距系统第一章绪论1.1 课题研究的背景及意义机器人技术是在新技术革命中迅速发展起来的一门新兴学科，它在众多的科技领域与生产部门中得到了广泛的应用，并显示出强大的生命力。
它是集精密机械、光学、电子学、检测、自动控制、计算机和人工智能等技术于一体，形成的一门综合性的新技术学科。
机器人的发展有很长的历史，早在三国时代，诸葛亮造的“木牛流马”就是古代机器人的一种雏形。
机器人（robot）一词来源于 1920 年捷克作家卡雷尔·查培克所编写的戏剧中的人造劳动者，在那里机器人被描写成像奴隶那样进行劳动的机器。
后来作为一种虚构的机械出现在许多作品中，代替人们去完成某些工作。
在机器人发展历史上，存在两条不同的技术路线：一条是日本和瑞典所走的“需求牵引，技术驱动”，他们把美国开拓的机器人，结合工业发展的需求，开发出一定系列特定应用的机器人，如弧焊、点焊、建筑等等，从而形成了庞大的机器人产业；另一条是把机器人作为研究人工智能的载体。
看成是计算机科学的一部分，单纯从技术上仿人的某些功能出发研究机器人。
自从为了抓取放射性材料而设计制造的第一台遥控机械手诞生至今已经有50多年了，而六十年代第一台工业机器人问世也40多年了。
之所以当初称之为工业机器人是为了同虚构的机器人及玩具机器人加以区别。
目前所说的机器人大多指工业机器人。
第一代机器人，主要指只能以“示教－再现”方式工作的机器人。
示教内容为机器人操作机构的空间轨迹、作业条件、作业顺序等。
第二代机器人具有一定的感觉装置，能获取作业环境、操作对象的简单信息，通过计算机处理、分析，机器人作出一定的推理，对动作进行反馈控制，表现出低级的智能。
第三代机器人是指具有高度适应性的自治机器人，它具有多种感知功能，可进行复杂的逻辑思维判断决策，在作业环境中独立行动。
作为“第三代机器人”的智能机器人是这样一类机器人：机器人本身能对所处的工作环境、工作对象及其状态做出反映，它能根据人给予的指令和“自身”对外界的了解来独立的决定工作方法，利用操作机构和移动机构实现任务目标，并能适应工作环境的变化。
用于移动机器人避障的超声测距系统
式 １构 成 １ 定 时 器 。 回波 中 断 由外 部 中断 １ ， ６位 触发 ， 中断程序 很简 单 ， 方 面使 定 时 器 停 止 一
计时， 一方 面置 回波 标志 。
图 ３ 回波接 收电路 １ ３ 计 测 时 间 ．
采集 处理模 块 和 串行 通讯 模块 。下 位机 数据 采集
超声波从发 送 到接收 的 时 间间隔 的测 定 是 由 单片机 内部 的计数器 来 完成 的 。由于超声 波 发
处理 程序 和 串行 发 送 程 序 用 ＭＣ Ｓ一５ １汇编 语 言 编写 ， 上位 机接 收程 序用 ｃ语 言 编写 。
统 中使用 ， 测距范 围 ０ ２～ ｍ， ． ５ 精度 ± ｃ ４ ｍ。 关键词 ：超声测距 移动机器人 避障 单 片机 串行通讯
Ａｂ ｔ ａ ｔ ｎ ｔｉ ａ ｅ ，ａ ｌ ａ ｏ ｉ ａ ｇ ｎ ｙ ｔｍ ｓｄ ｓｇ ｅ ｏ ｂ ｌ ｏ ｏ ｏ ａ ｏ ｄ ｏ ｓａ ｌ ． ｈ ｏ ｔ ｓ ｒ ｃ ：Ｉ ｈ ｓｐ ｐ ｒ ｎ ｕ ｔ ｓ ｎｃ ｒ ｎ ｉ ｇ ｓ ｓｅ ｉ ｅ ｉｎ ｄ ｆ ｒａ ｍｏ ｉ ｒ ｂ ｔｔ ｖ ｉ ｂ ｔｃ ｅ Ｔ ｅ ｓ ｆ ｒ ｅ — ｗ ｒ ｎ ａ ｄ ａ ｅ ｄ ｓｇ ｆ ｈ ｙ ｔｍ ａ ｅ ｎ ｓｎ ｌ ｈ ｐ ｍｉｒｃ ｍｐ ｔｒｃ ｎ ｒ ｌ ｌ ｉｃ ｓ ｅ ｎ ｄ ｔｉ，ａ ｄ ｔ ｅ ａ ｅ ａ ｄ ｈ ｒ ｗ ｒ ｅ ｉ ｏ ｅ ｓ ｓｅ ｂ ｄ ｏ ｉｇ ｅ ｃ ｉ ｃ ｏ ｏ ｕ ｅ ｏ ｔｏ ａ ｅ ｄ ｓ ｕ ｓ ｄ ｉ ｅａ ｌ ｎ ｈ ｎ ｔ ｓ ｓｒ ｃｕ ｅ ａ ｄ ｐ ｎ ｉ ｌ ｆｔ ｅ ｓ ｓｅ ａ ｅ ａ ｓ ｒ ｓ ｎｅ ｈ ｃ ｅ ａ ｅ ｎ ａ ｐ ｉｄ ｔ ｈ ｂ ｔｃ ｅ ａ ｏｄ ｎ ｅ ｏ ｔ ｔｒ ｒ ｃ ｐｅ ｏ ｙ ｔｍ ｒ ｌｏ ｐ ｅ ｅ ｔｄ Ｔ ｅ ｓ ｈ ｍｅ ｈ ｂ ｅ ｐ ｌ ｏ ｔｅ ｏ ｓａ ｌ ｖ ｉａ ｃ ｆａ ｕ ｎ ｉ ｈ ｓ ｅ ｍｏ ｉ ｏ ｏ ｎ ｉ ｄ ｏ ｎ ｉ ｎ ｎ． ｈ ｅ ｕ ｔ ｓ ｏ ｈ ｔ ｔｉ ｗ ｌ ａ ｌ ｏ ｓ ｔ ｆ ｈ ｅ ｎ ｄ， ｎ ｅ ｒ ｎ ｅ ｏ ａ — ｂ ｌ ｒ ｂ ｔ ｏ ｒｅ ｖｒ ｍｅ ｔ Ｔ ｅ ｒｓ ｌ ｈ ｗ ｔ ａ ｓ ｅ ｌ ｂ ｅ ｔ ａｉ ｙ ｔ ｅ ｄ ｍａ ｅ ｉ ｎ ｏ ｓ ｉ ｓ ａ ｄ ｔ ａ ｇ ｆ ｈ ｍｅ ｓ ｕ ｅ ｉ ｆ ｍ ２ ｅ ｔ ｔｒ ｏ ５ ｍｅ ｅ ．ｔ ｅ ｐ ｅ ｉｉｎ ｉ ± ｅ ｔ ｔｒ ． ｒ ｓ ｒ ０ ｃ ｎ ｉ ｅ ｓ ｔ ｔｒ ｈ ｒ ｃｓｏ ｓ ４ ｃ ｎｉ ｅ ｏ ｍｅ ｓ ｍｅ ｓ
矿井移动机器人的超声波避障系统设计
Ｋｅ ｒ ｓ ｙ ｗｏ ｄ ：ｍ ｉ ｏ ｉ ｏ ｏｔ； ｕｔａｏｎ ｃｔａ ｓｕｃ ｒ ａ ｔ ｍａ ｃ ｌ ｖａ ｉ ａｒｅ ｎｅｍ ｂ ｅ ｒ ｂ ｓ ｌ ｌｒ ｉ ｒ ｄ ｅ ； ｕ ｏ ｔ ａｌ ｅ ｄｎｇｂ ｒｉｒ ｓ ｎ ｉ ｙ ｓ
０ 引 言
移动 机器 人 是机 器人 研 究领 域 中的一 重要 分 支 ，随 着传 感器 技术 的发展 ， 自主 移动 机器 人 成 为 当今研 究 的 热点 。避 障是 自主移 动 机器 人应 具 备 的功 能 ，其 中 ，超 声 波 测距 是一 种非 接 触式 的检测 技 术 ．与 电磁 或光 学等 其 它 方 法 相 比 。超 声 测 距 具 有 测 量 范 围 较 大 ．指 向性
第 ２ ４卷 第 ３期 ２ １ ０ １年 ５月
Ｄ ｖ ｌｐ ｎ ＆ Ｉｎ ｖ ｔ ｎ ｏ ｃ ｉｅｙ ＆ Ｅ ｅ ｔ ｃ ｌ ｒｄ ｃ ｓ ｅ ｅｏ ｍｅ ｔ ｎ ｏ ａｉ ｆＭａ ｈｎ ｒ ｏ ｌｃｒ ａ ｏ ｕ ｔ ｉ Ｐ
机 电产 品开 簋 与钏 新
ＶＯ．４， ３ Ｉ ２ ＮＯ． Ｍａ ．０１ ｙ． ２ １
ｐ ｄｈ ｒｗ ｒ ｒ ｉ 、 ｔ Ａ ８ Ｓ ２ｓ ￣ ｈｐａ ａ ｏｅ Ｔ ｅａｔｏ ａ ｒ ｅｉ ｏ ａ ｏ ｆ ｂｅｔｖａ ｌａ ｎ ａ ｓ ｃｒ ｐｏ ｌ ａ ａ ａ ｃ ｃ ｔⅣ ｈ Ｔ ９ ５ ｎ ｅｃ ｃ ｒ． ｈ ｕｈ ｒ ｓ ｅ ｔ ｆｒ ｔ ｎｏ ｊｃ ｉ ｕ ｒ ｏ ｉ ｔ ｎｄ ｅ ． ｒ－ ｅｎ ｄ ｅ ｉｕ ｉ ｉ ｉ ｓ ｍｅ ｕ ｄｈ ｎ ｍ ｉ ｏ ｓ ｔ ｓ ｃｒ ｕ ｓ
智能教学机器人避障系统的
2012.No19 1摘 要 本文介绍了智能教学移动机器人的超声波测距和避障系统的设计方案,以及系统的软、硬件组成。
该系统的硬件电路以ATmega128为控制核心,包括超声测距模块，以及外围辅助电路。
系统采用多路超声波传感器共同作用来完成整个机器人系统的避障和路径规划。
在路径规划上采用一种基于模糊控制的移动机器人避障算法进行研究。
关键词 智能教学机器人 超声波测距 模糊避障 ATmega128随着智能机器人技术的不断发展，应用领域的不断扩大，机器人已开始渗透到人们生活的各个方面。
机器人教育走进我们的课堂也成为必然趋势。
从上世纪80年代开始，美国、日本等发达国家已经开始在教育教学中应用智能机器人，许多教育研究者、教师、机器人技术开发者也纷纷关注教育机器人，教学机器人的研发已成为一项极具应用前景的高新技术行业。
相应的,在机器人教学教育中,对机器人系统也提出了更高要求,特别是在机器人的运动速度、灵活性、自主避障等方面的要求越来越高，所以，必须提高机器人对环境的快速感知、识别能力，研究其避障算法。
基于模糊控制的的移动机器人避障方法已有研究，这种基于生理学上的“感知——行为”的新思路有很好的实用性。
本文采用一种具有速度反馈的模糊避障控制器，提高了教学机器人避障过程中的实时性和准确性。
1 智能教学机器人的系统结构本研究采用的智能教学机器人是我们自行研制的移动小车，下图1为其系统结构示意图，共分为三层,上层为传感器,主要包括超声波传感器和其他功能传感器，负责采集和发送环境信息;中层为数据处理及控制决策层，主要负责路径识别与跟踪控制，由单片机、采集卡、A/D、D/A、I/O接口卡等组成；下层为驱动层，包括直流电机组成的驱动单元，驱动轮等。
2 智能机器人的自主避障控制系统的硬件电路设计2.1 主控制器ATmega128本系统主控制器选用的是A T M E L 公司A V R 单片机中的ATmega128。
AVR是ATMEL公司借鉴了成熟的51系列和PIC系列单片机的优点而推出的高性能8位单片机，具有速度快、成本低、资源丰富和低功耗等优点。
用于移动机器人避障的超声波测距系统
用于移动机 器人 避 障的超 声 波 测距 系统
杨 东 燕
（ 内蒙古 机 电职 业 技 术 学 院 ， 内蒙 古 呼和 浩 特 ００５ ） １０ １
摘 要 ： 章 介 绍 了 一 种 用 于 移 动 机 器 人 避 障 的 超 声 波 测 距 系 统 。 体 设 计 了基 于 单 片 机 控 制 的 ８ 文 具 路 超 声 波 测 距 系 统 的 软 件 和 硬 件 ， 阐述 了该 系统 的 构 成 和 工 作 原 理 。 并
与 时 间 、 速 的 关 系 表 示 为 Ｄ ＝ Ｃ ２， 中 Ｄ 为 机 声 Ｔ／ 式
泛 地应用 到移 动机 器人 的感知系统 中。
１ 超 声 波 测 距
１ １ 超 声 波 发 生 器 ．
器 人 与 被 测 物 之 间 的 距 离 ， 为 声 波 在 介 质 中 的 传 ｃ
播 速 度 （ 空 气 中 Ｃ＝３ １ ４× ￣ 在 ３． ／ ｊ
维普资讯
第ｌ ６期 总 第 １ ０期 ７
２０ ０ ８年 ８ 月
内 蒙 古 科 技 与 经 济
Ｉ ｎ ｒＭ ｏ ｇ ｌ ｃｅ ｃ ｃ ｎ ｌｇ ＆ Ｅｃ ｎ ｍｙ ｎ ｅ ｎ ｏｉ Ｓ ｉｎ ｅＴｅ ｈ ｏｏ ｙ ａ ｏｏ
Ｎｏ １ ． ６，ｔ ｅ １ ０ ｈ ｉ ｕ ｈ ７ ｔ ｓ ｅ ｓ Ａｕ ． ０ ８ ｇ ２０
和 声 波 拓 性 各 不 相 同 ， 而 用 途 也 各 不 相 同 。 目前 因
较 为 常 用 的是 压 电 式 超 声 波 发 生 器 。
１． ２ 压 电 式 超 声 波 发 生 器 原 理
方 、 前 方 、 方 和 右 方 的 障 碍 物 信 息 。 在 硬 件 设 计 右 左
超声波避障系统设计
• 引言 • 系统硬件设计 • 系统软件设计 • 系统测试与验证 • 系统优化与改进 • 结论与展望
01
引言
目的和背景
目的
设计一种能够实时检测障碍物并实现自动避障的超声波避障 系统，以提高机器人或无人驾驶车辆的安全性和自主性。
背景
随着机器人和无人驾驶技术的快速发展，避障系统成为了实 现自主导航的关键技术之一。超声波传感器因其价格低廉、 性能稳定、易于安装等优点而被广泛应用于避障系统中。
用户体验
用户友好型的设计使得该系统易于使用，无需复杂的设置 或培训。此外，系统还具备较高的性价比，适合大规模生 产和应用。
性能评估
经过实际测试，该系统在各种环境条件下均表现出良好的 稳定性和可靠性，且响应速度快，能够满足实时避障的需 求。
改进空间
尽管本设计在许多方面都取得了成功，但仍存在一些局限 性，如对复杂环境的适应性、系统精度和稳定性等方面还 有待进一步提高。
测距原理
超声波测距基于声波的传 播速度和往返时间计算距 离。
精度与误差
考虑声波传播速度、温度 和空气密度等因素对测距 精度的影响。
抗干扰能力
优化算法以减少环境噪声
根据系统需求，设计合适的硬件接口，如 GPIO、串口等。
定时器配置
使用定时器产生超声波发送和接收的时序。
传感器数据和控制避障系统。
性能要求
02
根据系统复杂性和数据处理需求，选择具有足够处理能力和I/O
端口的微控制器。
编程语言
03
确保微控制器支持所需的编程语言，以便进行系统开发和编程。
电源模块设计
电源选择
为系统提供稳定的电源，考虑使 用电池或外部电源，以满足系统 长时间运行的需求。
移动机器人超声波测距避障系统设计
移动机器人超声波测距避障系统设计李恒;徐小力;左云波【摘要】Obstacle avoidance with ranging is one of robot′s competencies in adapting to unknown complex environment. It is very important to measure the distance between the robot and the obstacles accurately. An obstacle avoidance system with ultrasonic ranging by mobile robot is designed with dsPIC33FJ256MC710 as the core. The distance between the robot and the obstacles is measured with pulse echo method. Ultrasonic velocity temperature compensation circuit is designed for ultrasonic velocity changes as the ambient temperature. Experimental results show that the system ranging accurately and is able to meet the requirement of obstacle avoidance for mobile robot in complex environments.%测距避障是移动机器人适应未知复杂环境的能力之一，准确测出移动机器人和障碍物之间的距离是关键。
以dsPIC33FJ256MC710单片机为核心研究设计了一种移动机器人超声波测距避障系统。
该系统利用脉冲回波法测距，针对超声波在空气中的传播速度受环境温度的影响，设计了超声波速度温度补偿电路。
超声波测距在机器人避障中的应用
毕业论文(设计)工作记录附件3:毕业论文(设计)选题申请表(学生用) 学院:汽车学院时间:2012年6月26日毕业论文(设计)任务书学生陶陶(一号学生):毕业论文(设计)作业现发给你们。
毕业论文(设计)任务分配如下:一、毕业论文(设计)题目超声波测距在机器人避障中的应用二、主体能力提出了一种基于超声波传感器测距的移动机器人模糊避障系统。
以单片机AT89C51为核心，采用超声波测距法检测障碍物。
通过单片机的信号处理，驱动电机转向、前后左右移动，从而实现自动避障的功能。
三。
基本要求利用超声波测距来计算距离，从而实现移动机器人的顺利避障。
四。
主要参考文献【1】冯然，田，。
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中国仪器仪表，2001，3: 27-29。
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超声波测距仪的研究。
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【11】王运涛、包青山等。
超声波测距系统在移动智能机器人中的应用。
理工大学学报。
1998,2,30(1):20-23【12】迎接新的一年等等。
单片机初级教程(单片机初级基础)。
航空航天大学【13】华等。
毕业设计(论文)基于超声波测距的机器人模糊避障研究
目录摘要 (2)1 引言 (3)1.1选题的背景及意义 (3)1.2 机器人的发展综述 (4)2 超声波测距 (5)2.1 超声波概论 (5)2.2 两种常用的超声波测距方案 (6)2.2.1 基于单片机的超声波测距系统 (6)2.2.2 基于CPLD 的超声波测距系统 (6)2.3超声波测距的工作原理 (7)3 机器人的模糊避障系统 (8)3.1 移动机器人的避障传感器 (8)3.1.1 激光传感器 (8)3.1.2 视觉避障 (8)3.1.3 超声传感器 (8)3.2 避障系统设计思想 (9)3.2.1超声传感器的幻影现象 (9)3.2.2 模糊避障算法设计 (10)4 硬件系统设计 (12)4.1超声波测距系统硬件设计 (12)4.2 单片机的内部结构 (13)4.3单片机最小系统电路 (13)4.4 超声波发射系统电路 (14)4.5超声波接收系统电路 (15)4.6 显示模块的设计 (16)4.7机器人避障的硬件系统 (17)5 系统软件设计 (18)6 结论与总结 (19)致谢 (21)参考文献 (21)附录1 (22)附录2 (23)基于超声波测距的机器人模糊避障研究电子信息工程***指导老师***摘要：移动机器人在工作的时候不可避免地受到障碍物的干扰，障碍物会严重影响机器人的工作效率，碰撞时更会使机器人损坏，所以实现机器人的自动避障非常重要。
本论文在分析了智能移动机器人避障常用传感器的基础上，提出了基于超声波传感器测距的移动机器人的模糊避障系统，详细介绍了超声波传感器的原理和特性，采用单片机AT89C52为核心，用超声波测距的方法检测障碍物，通过单片机对信号的处理，驱动电机的转向，左右前进与后退，从而达到自动避障的功能。
通过实践得出模糊避障控制机理和策略易于接受和理解，便于应用开发，模糊避障算法对环境有很大的适应性，机器人能在不同的环境条件下实现了避障。
关键词：AT89C52单片机；移动机器人；超声波传感器；超声波测距1 引言随着机器人技术的发展，自主移动机器人以其灵活和智能等特点，在人们的生产、生活中的应用越来越广泛。
超声波导航履带式移动机器人小车设计
超声波导航履带式移动机器人小车设计引言：随着科技的发展，机器人技术越来越受到人们的关注与重视。
机器人在工业生产、医疗护理、环境监测等各个领域都发挥着重要的作用。
本设计旨在构建一个基于超声波导航的履带式移动机器人小车，实现避障导航的功能。
一、需求分析：1.移动模式：机器人应该具备履带式移动模式，以适应各种复杂地形环境，并能通过超声波导航系统，实现智能避障。
2.超声波导航系统：机器人应配备超声波传感器，能够检测周边障碍物，并根据障碍物的距离和方向自动调整运动方向，实现导航功能。
3.数据采集与处理：机器人应配备有处理器和相关传感设备，能够对超声波数据进行采集和处理，并根据所得信息做出相应处理。
4.控制系统：机器人应具备智能控制系统，能够根据导航系统的信息做出相应动作，如调整速度、转向等。
5.策略规划：机器人应具备路径规划功能，能够根据目标点和环境条件，自主选择最佳路径，避免障碍物。
二、系统设计：1.机械结构设计：机器人采用履带式移动结构，具备较强的通过性能和稳定性。
机械结构设计应考虑强度、稳定性和轻量化。
2.超声波导航系统设计：超声波传感器应布置在机器人的前、后、左、右四个方向，能够实时检测周边环境障碍物的距离和方向，并将数据传输至数据处理模块。
3.数据采集与处理模块设计：数据采集与处理模块包括超声波传感器和处理器，在传感器采集到数据后，通过处理器进行数据的处理和分析，得出障碍物距离和方向的信息，并传输给控制系统。
4.控制系统设计：控制系统接收来自数据处理模块的数据，并根据数据做出相应的控制。
控制系统应具备智能化控制功能，能够实时调整机器人的速度、转向等参数。
5.路径规划模块设计：路径规划模块应能够根据目标点和周边环境条件，自主选择最佳路径，并生成相应的控制指令。
路径规划算法的选择应根据实际情况进行优化。
三、实施方案：1.完成机械结构设计：根据机器人的移动模式，设计相应的履带结构，并进行强度、稳定性和轻量化的优化。
超声波测距在机器人避障中的应用毕业论文
超声波测距在机器人避障中的应用毕业论文目录绪论 (1)1课题设计目的及意义 (1)1.1设计的目的 (1)1.2设计的意义 (1)2超声波测距仪的设计思路 (1)2.1超声波测距原理 (1)3课题设计的任务和要求 (2)第一章超声波测距系统硬件设计 (2)1 系统设计 (2)2 51系列单片机的功能特点 (3)3系统硬件结构的设计 (3)3.1 单片机显示电路原理 (4)3.2 超声波发射电路 (4)3.3 超声波检测接收电路 (4)3.4超声波测距系统的总电路 (5)第二章超声波测距系统的软件设计 (5)1 超声波测距仪的算法设计 (5)2主程序流程图 (6)3超声波发生子程序和超声波接收中断程序 (7)4 系统的软硬件的调试 (7)第三章超声波测距系统在智能机器人中的应用 (7)1 避障系统设计思想 (8)2 硬件设计 (8)3 软件设计 (9)总结 (12)致谢 (13)参考文献 (14)附录 (15)绪论1课题设计目的及意义1.1设计的目的随着科学技术的快速发展，超声波将在测距仪中的应用越来越广。
但就目前技术水平来说，人们可以具体利用的测距技术还十分有限，因此，这是一个正在蓬勃发展而又有无限前景的技术及产业领域。
展望未来，超声波测距仪作为一种新型的非常重要有用的工具在各方面都将有很大的发展空间，它将朝着更加高定位高精度的方向发展，以满足日益发展的社会需求，如声纳的发展趋势基本为：研制具有更高定位精度的被动测距声纳，以满足水中武器实施全隐蔽攻击的需要；继续发展采用低频线谱检测的潜艇拖曳线列阵声纳，实现超远程的被动探测和识别；研制更适合于浅海工作的潜艇声纳，特别是解决浅海水中目标识别问题；大力降低潜艇自噪声，改善潜艇声纳的工作环境。
无庸置疑，未来的超声波测距仪将与自动化智能化接轨，与其他的测距仪集成和融合，形成多测距仪。
随着测距仪的技术进步，测距仪将从具有单纯判断功能发展到具有学习功能，最终发展到具有创造力。
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。
矿井移动机器人的超声波避障系统设计
·开发与创新·Design of Ultrasonic Obstacle Avoidance System Based on the Mine Mobile RobotJIA Rui-Qing ，LI Chang-Liang ，JIANG Tao ，DONG Wen-Hao ，XIA Peng（China University of Mining &Technology ，School of Mechanical Electronic &Information Engineering ，Beijing 100083，China ）Abstract ：Using mine mobile robots as the experimental platform ，this paper is based on the application of ultrasonic range-finding princi -ple and hardware circuit with AT89S52single chip as a core.The author measured the information of objects via ultrasonic transducers,pro -cessed these information ，therefore realizing automatically evading barriers in time through experimental verification.Key words:mine mobile robots ；ultrasonic transducer ；automatically evading barriers机电产品开发与创新Development ＆Innovation of M achinery ＆E lectrical P roductsVol．24,No．3May ．,2011第24卷第3期2011年5月0引言移动机器人是机器人研究领域中的一重要分支，随着传感器技术的发展，自主移动机器人成为当今研究的热点。
机器人避障超声波测距系统
机器人避障超声波测距系统图片：课题研究的背景及意义随着科技的高速发展，一种新的、有蓬勃生命力的智能机器人已经出现，正在给人们的生活带来越来越多的惊喜，同时也使人们的生活变得越来越舒适和安逸。
智能机器人越来越受到企业和商业界的重视，这主要因其广大市场和巨大利润所至。
智能机器人的出现主要有两个原因：一是劳动成本的上升；另一个是人们想摆脱令人烦恼枯燥的工作；如超市定点巡逻，可以利用机器人代替人们自身对整个超市进行定时定点巡逻监测。
要想机器人在移动过程中的路径准确，就必须将其安装测距系统，以使其及时获取距障碍物的距离信息（距离和方向）。
本课题设计是基于AT89C52单片机进行的。
单片机技术的应用，是许多领域的技术水平和自动化程度得以大大提高。
当今世界也正面临着一场以单片机技术为标志的新革命，人们渴望迅速进入单片机应用与开发的大门。
随着人们物质文化的丰富，各种电子产品开发也越来越先进，越来越迅速。
在超声波测距领域，为缩短开发周期、提高测距精度，单片机因为具有集成度高、运算速度快、体积小、运行速度快、体积小、运行可靠、工耗低等无与伦比的优势，以得到了广泛的应用。
当前，微型控制器正向两个方向发展，一个是高功能，多功能方向。
从这个方向取得的成就使得微型控制器逐步代替了价格昂，功能优越的中小型机；另一个是价格低廉，功能单一的方向，这个方向的发展是微型控制器在生产领域、服务部门和日常生活得到越来越广泛的应用。
目前我国的机器人避障的测距的研究和开发还处于起步阶段，还没有产业化。
另外，本课题的研究内容也适用于无人自动化工厂的自动导航小车以及移动机器人的路径规划。
由于机器人应用从制造业向非制造业的扩展，自主移动机器人智能机器人在诸如野外作业、深海探测、以及一些人类本身所不能进入的有毒或高温环境的作业中，有着广泛的应用前景，因此，近年来，有关移动机器人导航避障及路径规划的研究越来越多，就此而言，本课题的研究也是很有意义的。
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移动机器人超声波测距避障系统设计作者：李恒徐小力左云波来源：《现代电子技术》2014年第03期摘要：测距避障是移动机器人适应未知复杂环境的能力之一，准确测出移动机器人和障碍物之间的距离是关键。
以dsPIC33FJ256MC710单片机为核心研究设计了一种移动机器人超声波测距避障系统。
该系统利用脉冲回波法测距，针对超声波在空气中的传播速度受环境温度的影响，设计了超声波速度温度补偿电路。
实验结果表明该超声波测距避障系统测量数据准确，能够满足移动机器人在复杂环境中避障的需求。
关键词：移动机器人；测距避障；超声波；硬件电路中图分类号： TN710⁃34； TP73 文献标识码： A 文章编号： 1004⁃373X（2014）03⁃0157⁃03Design of obstacle avoidance system with ultrasonic ranging based on mobile robotLI Heng， XU Xiao⁃li， ZUO Yun⁃bo（Ministry of Education Key Laboratory of Modern Measurement & Control Technology，Beijing Information Science & Technology University，Beijing 100192， China）Abstract：Obstacle avoidance with ranging is one of robot′s competencies in adapting to unknown complex environment. It is very important to measure the distance between the robot and the obstacles accurately. An obstacle avoidance system with ultrasonic ranging by mobile robot is designed with dsPIC33FJ256MC710 as the core. The distance between the robot and the obstacles is measured with pulse echo method. Ultrasonic velocity temperature compensation circuit is designed for ultrasonic velocity changes as the ambient temperature. Experimental results show that the system ranging accurately and is able to meet the requirement of obstacle avoidance for mobile robot in complex environments.Keywords： mobile robot； obstacle avoidance by ranging； ultrasonic； hardware circuit0 引言在某些特种环境，如反恐排爆、灾难救援等现场，特种机器人被广泛地用于代替人类执行信息获取、搜索救援、环境检测等工作。
作业环境的复杂多变，要求特种机器人有较好的环境适应能力，能够在未知或者部分未知的环境中通过传感器获取周围环境信息，包括障碍物的尺寸，位置和距离等信息，并使机器人找到一条无碰撞最优路线[1]。
移动机器人测距避障的传感器有很多，如声呐、视觉、红外线、超声波和罗盘等[2]，红外对障碍物的衍射能力比较差，视觉处理起来比较复杂而且贵，而超声波不易受干扰，能量消耗缓慢，传播距离相对较远，因此在各种测距避障系统中被广泛使用。
1 超声波测距避障的基本原理超声波是指频率高于20 kHz的在弹性介质中产生的机械振荡波[3]。
超声波测距避障的基本原理是通过超声发射换能器不断发出声脉冲，声波脉冲通过空气介质传播，当声波脉冲遇到障碍物后反射回来被接收换能器接收，根据声速及时间差计算出障碍物的距离，移动机器人利用左右轮之间的速度差转向避障。
假定[L]为超声波换能器到障碍物间的距离，超声波发射与接收的时间差为[T]（单位：s）在空气中的传播速度为V（单位：m/s），关系如式（1）：[L=VT2] （1）由于声波在空气中传播的速度与温度有关，在精度要求比较高的情况下需要做温度补偿校正[4]，按式（2）对声速进行修正。
[V=331.4+0.607T] （2）式中：[T]为测量时的实际温度；[V]为超声波在空气介质中的传播速度。
2 系统的总体方案设计本系统主要由超声波发射电路、超声波接收电路、信号转换电路、测温电路以及报警电路组成。
总体方案图如图1所示。
超声波控制系统由美国Microchip公司生产的dsPIC33FJ256MC710单片机控制，该单片机拥有多路PWM脉宽调制模块、输入捕捉模块以及4个32位的定时器。
单片机通过PWM产生40 kHz的方波，经过放大后驱动超声波发射换能器产生40 kHz的超声波，经过空气介质传播，遇到前方障碍物后发射回来，被超声接收换能器接收后经过信号放大和检出后变为低电平触发单片机输入捕捉模块产生中断。
通过定时器1可以知道超声波发射和返回之间的时间间隔[T，]同时通过温度传感器DS18B20测出实时温度，通过式（2）对声速进行调节补偿，利用式（1）可以计算出障碍物的距离。
另外本系统还设置了距离预警信号，通过单片机计算出的距离[L]与预设的距离[L0]比较，当[L图1 系统总体方案图3 系统硬件电路设计3.1 超声波发射电路设计超声波发射电路主要由三极管P1、三极管N1、变压器T1和超声波发射换能器TCT40⁃16T构成，如图2所示。
图中，Send⁃Ctrl、Cut⁃off端由单片机控制。
单片机的I/O口设置为推挽输出模式，这样可以保证三极管有足够的驱动能力和快速通断性能。
变压器的次级电感与发射器构成谐振回路，提高了发射效率。
通过电阻[R6]可以增加谐振回路的损耗加速余波结束。
同时[R4、][R5、][P1]也构成了余波抑制电路，由单片机控制，在发射完脉冲后[P1]导通，强制短路变压器初级线圈，快速消耗掉谐振能量，达到消除余波的目的。
电阻[R5]越小效果越好，但是如果控制失灵会导致短路烧坏[P1]或[N1，]所以在电路中设计了一个开关，在软件调试好之前断开，避免烧毁三极管。
3.2 超声波接收电路设计超声波接收电路是超声波测距的核心，主要由美国TI公司的专用声呐测距芯片TL852和超声波接收换能器TCT40⁃16R构成，如图3所示。
TL852可操作频率范围为20～90 kHz的超声波，并且具有数字控制的可变增益和可变带宽放大器，接口与TTL兼容。
作为声呐接收器BIAS引脚需要接一个电阻为68 kΩ的TL852提供内部偏压参考。
LC引脚与VCC引脚间要并联一个外部电感和电容以提供一个刻外部控制增益的放大器，不仅可以控制增益以补偿信号随距离的衰减，而且可以最大限度地抑制噪声。
通过向GCA、GCB 、GCC、GCD输入0.1 μs的同步脉冲调节数字放大器的增益，输入脉冲必须同步以消除由于无效的逻辑计数而导致的外部错误信号。
图2 超声波发射电路图3 超声波接收电路3.3 信号电平转换电路设计TL852组成的超声波接收电路输出信号不是标准的数字信号，因此需要设计电平转换电路，如图4所示。
考虑到主控芯片的电源电压为3.3 V，选择TI公司的LMV358低电压满幅输出运放转换电平。
LM358额定工作电压为3～5 V，而且可以同时作为一个电压跟随器和一个电压比较器使用。
TL852的输出电压信号首先通过U4A进行电压跟随，然后输入U4B的6引脚与5引脚进行比较，当输入电平高于5引脚的参考电平时，从7引脚输出低电平，该电平可以作为单片机外部触发信号产生中断，实现对回波的计时。
图中二极管D1和D2主要是为比较其提供参考电压1.2 V。
3.4 测温电路设计超声波传播速度受温度的影响比较大，如果不进行补偿，测量误差将会比较大，为了提高整个系统的测量精度，设计了温度补偿电路。
该系统采用DALLAS半导体公司生产的DS18B20单线智能温度传感器，该传感器具有体积小，接口方便，测量精度高等特点，而且与单片机连接时仅仅需要一条口线就可以实现双向通信。
DS18B20与传统的热敏电阻相比，能够直接读出温度并且可以根据实际要求通过简单地编程实现9～12位的数字读取，能够在很短的时间内完成温度数字量转换。
读取温度后利用公式（2）就可以算出温度补偿后的声波速度，准确的算出障碍物的距离。
图4 信号电平转换电路设计3.5 报警电路设计报警电路主要由一个蜂鸣器和一个三极管9012构成，如图5所示。
三极管主要是功率放大驱动蜂鸣器发声，当实际测量的障碍物距离小于设定的距离时，Buzzer端口输出低电平，三极管导通，蜂鸣器发出预警信号。
图5 报警电路的设计4 系统软件设计系统软件设计主要包括主程序模块、T1定时器计时模块、外部输入捕捉模块、测温程序模块、距离计算模块和报警模块，具体工作流程图如图6所示。
编写系统程序时要考虑硬件的连接，同时还要设置存储空间、寄存器和外部中断引脚的使用。
Send⁃Ctrl连接到单片机的RE4引脚，该引脚也是PWM复用引脚，主要用于产生40 MHz的方波脉冲驱动超声波发射使能器产生超声波。
UltrIN连接到单片机的RD8输入捕捉复用引脚，用于检测回波信号产生中断。
系统初始化之后启动PWM模块，连续发送7个40 MHz的脉冲，同时打开定时器T1开始计时。
在开启定时器的同时关闭外部中断，这样可以避免折射波的绕射，经过延时1 ms后再打开外部中断，等待回波。
当RD8引脚出现低电平将进入到输入捕捉中断子程序。
在中断程序中停止定时器T1计时，把定时器T1的值存储到相应的存储器，同时设置回波成功接收标志。
当主程序检测到回波接收标志就调用测温程序，采集移动机器人所处环境温度，计算出准确的声速保存到相应的单元。
接着单片机调用距离计算程序计算，计算出障碍物离移动机器人的实际距离。
当该实际测得的距离小于预设的距离时，蜂鸣器就会响起报警。
移动机器人会根据摄像头拍到的障碍物方向转弯，绕过障碍物。
图6 主程序流程图5 实验结果分析为了验证移动机器人的实际避障能力，在实验室中人为的设置不同的障碍，在不同时刻每个障碍测量5次得到结果见表1。
表1 测距实验结果 cm[标准值＼&测量值＼&1＼&2＼&3＼&4＼&5＼&平均值相对误差 /%＼&20＼&22＼&19＼&18＼&21＼&23＼&10.3＼&80＼&78＼&81＼&80＼&83＼&79＼&0.25＼&100＼&99＼&101＼&102＼&98＼&99＼&0.2＼&180＼&183＼&188＼&186＼&182＼&179＼&2＼&240＼&238＼&248＼&252＼&246＼&256＼&3.3＼&300＼&330＼&312＼&294＼&334＼&328＼&6.5＼&400＼&453＼&483＼&473＼&458＼&486＼&17.7＼&]从实验数据可以知道移动机器人避障测距模块在40～280 cm范围内测量相对误差不超过5%，实际应用中可以满足应用需求。