轮式移动机器人课程设计 (2)
基于视觉导航的轮式移动机器人毕业设计[管理资料]
![基于视觉导航的轮式移动机器人毕业设计[管理资料]](https://img.taocdn.com/s3/m/4a5f77efb7360b4c2f3f649f.png)
基于视觉导航的轮式移动机器人设计摘要本设计的研究内容是视觉导航轮式移动机器人的底层控制，其核心内容是应用单片机控制步进电机实现机器人的左转弯、右转弯、前进和停止等动作。
论文内容包括四个部分：简要介绍了移动机器人研究现状、对所设计移动机器人系统进行了描述、视觉导航轮式移动机器人底层硬件设计和视觉轮式移动移动机器人的底层控制。
论文详细地介绍了移动机器人底层硬件系统元件的选型和原理电路图的设计。
我们选用PIC16F877单片机作为下位机接收上位机传来的命令和产生驱动信号。
步进电机的驱动电路采用两个步进电机驱动器-L298，驱动程序写入PIC16F877单片机，通过程序控制步进电机的转速和转向。
采用Propel设计了底层控制系统的原理图和PCB版图，采用Proteus进行程序和硬件系统的仿真。
仿真结果表明：步进电机运行稳定、可靠性高，实现了对步进电机的预期控制。
关键词：移动机器人，运动控制，底层控制，PIC16F877，步进电机VISION-GUIDED WHEELED MOBILE ROBOT（BOTTOM CONTROL）ABSTRACTThe final year project focus on the bottom control for the vision-guided wheeled mobile robot. The core content is to achieve such actions as turning left, turning right, running forward and stopping by using single-chip microcomputer to control stepper motors.The thesis includes four parts: a brief introduction of the-state-of-the-art on mobile robot researches, the framework of the mobile robot system designed in this project, the hardware design and bottom control of vision-guided wheeled mobile robot.Component selection and the principle of circuit design are described in detail for the underlying hardware system of the mobile robot. We choose the PIC16F877 MCU as the slave computer to receive the command from the host computer and to generate the control signals for stepper motors. Stepper motor drive circuits use two stepper motor drivers driver program is written into PIC16F877 microcontroller to control the rotating speed and direction of the stepper motor. Protel, software for circuit and PCB design, is used to design schematic diagram and PCB layout of the bottom control system, and Proteus is used to conduct the simulation experiments for programs and hardware systems testing. The simulation results show that stepper motor can run with stability, high reliability, and the expected motion controls of stepper motor are achieved.KEY WORDS: Mobile robot, motion control, bottom control, PIC16F877; stepper motor前言 (3)第一章移动机器人 (4)§移动机器人的研究历史 (4)§移动机器人的国际现状 (5)§移动机器人研究的国内现状 (7)第2章视觉导航的轮式移动机器人综述 (9)§视觉导航的轮式移动机器人 (9)§视觉导航系统构成及工作过程 (9)§视觉导航的图像预处理 (10)§视觉导航机器人的运动控制 (11)第3章视觉导航轮式移动机器人底层硬件设计 (13)§电子元件的选型 (13)§开关电压调节器 LM7805 (13)§步进电机驱动芯片 L298 (13)§单片机PIC16F877 (14)§步进电机 (16)§电路的设计 (17)§方案论证与比较 (17)§电路图的设计 (18)第4章视觉轮式移动移动机器人的底层控制 (23)§步进电机控制原理 (23)§移动机器人的运动模型 (24)§控制器的软件设计 (26)结论 (29)参考文献 (30)致谢 (32)附录 (33)单片机诞生于20世纪70年代末，经历了SCM、MCU、SoC三大阶段。
DIY创意玩具：智能移动小车(轮式机器人)的软硬件设计实现
DIY创意玩具：智能移动小车（轮式机器人）的软硬件设计实现一、项目概述1.1 引言智能移动机器人的诞生给人们的生活带来了不小的变化，尤其是在工业生产中扮演了非常重要的角色。
智能小车，也称轮式机器人，它是一种集环境感知、决策、自动行驶等功能与一体的综合系统，并是一种以汽车电子为背景,涵盖了传感、信息、通信、人工智能及自动化控制等相关技术，是典型的高新技术综合体。
1.2 项目背景/选题动机。
智能移动机器人主要体现的就是对物体（障碍物）的感知能力和识别能力，本方案实现寻迹、避障、调速等功能。
二、需求分析2.1 功能要求智能移动小车，可以遥控小车左右前后行走，具备寻线和避障功能。
2.2 性能要求壁障距离20cm 范围内。
寻线线宽1cm-5cm。
拐弯角度90 度-270 度。
三、方案设计3.1 系统功能实现原理（除图片外需有文字介绍）图1 智能寻线避障小车控制电路资源分配利用开发板，PSoC 技术优势，利用片上的AD 资源，EEPROM，PWM 等片内资源。
（1）寻迹部分：以光电传感技术为基础，结合CY8C单片机的AD资源，采样待寻线路径的背景颜色和路径的颜色的反色光经光电转换后的模拟电压值，通过一定的算法，判断路径的位置，根据路径的位置，确定小车的寻线轨迹。
（2）避障部分：以红外线反射原理为基础，通过CY8C单片机实现一定频率的方波将红外光进行调制，单片机接受调制后的红外光，解码后根据方波数确定在20cm左右的距离内有障碍物，从而确定小车的路径规划。
（3）小车速度的控制：采用CY8C单片机的PWM输出功能，控制电机驱动电路，从而实现调速。
tips:感谢大家的阅读，本文由我司收集整编。
仅供参阅！。
全向移动机器人轮式移动机构设计设计
1 绪论1.1 引言移动机器人已经成为机器人研究领域的一个重要分支。
在军事、危险操作和服务业等许多场合得到应用，需要机器人以无线方式实时接受控制命令，以期望的速度、方向和轨迹灵活自如地移动[1]。
移动机器人按照移动方式可分为轮式、履带式、腿足式等，其中轮式机器人由于具有机构简单、活动灵活等特点尤为受到青睐。
按照移动特性又可将移动机器人分为非全方位和全方位两种。
而轮式移动机构的类型也很多，对于一般的轮式移动机构，都不能进行任意的定位和定向，而全方位移动机构则可以利用车轮所具有的定位和定向功能，实现可在二维平面上从当前位置向任意方向运动而不需要车体改变姿态，在某些场合有明显的优越性；如在较狭窄或拥挤的场所工作时，全方位移动机构因其回转半径为零而可以灵活自由地穿行。
另外，在许多需要精确定位和高精度轨迹跟踪的时候，全方位移动机构可以对自己的位置进行细微的调整[2]。
由于全方位轮移动机构具有一般轮式移动机构无法取代的独特特性，对于研究移动机器人的自由行走具有重要意义，成为机器人移动机构的发展趋势。
基于以上所述，本文从普遍应用出发，设计一种带有机械手臂的全方位运动机器人平台，该平台能够沿任何方向运动，运动灵活，机械手臂使之能够执行预定的操作。
本文是机器人设计的基本环节，能够为后续关于机器人的研究提供有价值的平台参考和有用的思路。
1.2 国内外相关领域的研究现状1.2.1 国外全方位移动机器人的研究现状国外很多研究机构开展了全方位移动机器人的研制工作，在车轮设计制造，机器人上轮子的配置方案，以及机器人的运动学分析等方面，进行了广泛的研究，形成了许多具有不同特色的移动机器人产品。
这方面日本、美国和德国处于领先地位。
八十年代初期，美国在DARPA的支持下，卡内基·梅隆大学（Carnegie Mellon university,CUM）、斯坦福（Stanford）和麻省理工（Massachusetts Institute of Technology,MIT）等院校开展了自主移动车辆的研究，NASA下属的Jet Propulsion Laboratery(JPL)也开展了这方面的研究。
一种实现目标识别与跟踪的轮式移动机器人设计及实验的开题报告
一种实现目标识别与跟踪的轮式移动机器人设计及实验的开题报告一、课题背景与意义目标识别与跟踪是目前机器人领域的一个热门研究方向，也是机器人在实际应用中不可或缺的基础技术之一。
目标识别与跟踪旨在通过机器视觉技术对环境中特定目标的自动识别和追踪，实现机器人对目标的自主化跟随、收集信息、执行任务等功能。
在工业自动化、医疗、军事领域等众多领域都有广泛应用。
在目标识别与跟踪的实现过程中，移动机器人是实现自主化追踪的重要载体之一。
例如，机器人可以搭载摄像头等传感器，使用视觉算法实现目标检测和跟踪，同时还可以借助机器人自身移动实现自主的跟随。
因此，研究轮式移动机器人的目标识别和跟踪技术，对于提高机器人的自主化能力、拓展机器人的应用范围具有重要意义。
二、研究目标本课题主要研究基于轮式移动机器人的目标识别与跟踪技术，具体研究内容包括：1. 轮式移动机器人系统设计：搭建一套完整的轮式移动机器人系统，包括底盘、控制器、传感器等组成部件的选择、搭建和调试。
2. 目标检测与识别算法研究：选择经典的目标检测算法，如YOLO、SSD等，实现对目标物体的自动检测和分类。
3. 目标跟踪算法研究：根据目标检测结果，选择合适的目标跟踪算法，如KCF、MOSSE等算法，实现对目标物体的跟踪和定位。
4. 移动控制算法研究：根据目标物体的跟踪结果，实现对机器人的自主化移动控制，实现对目标物体的跟随和收集信息功能。
三、研究方法和步骤本课题主要采用如下研究方法和步骤：1. 轮式移动机器人系统的设计与搭建：根据实验需求，选择合适的底盘、控制器、传感器等组成部件，搭建实验平台，进行系统调试和优化。
2. 目标检测与识别算法的研究：选择适合本课题要求的目标检测算法，基于训练好的模型和标注数据，实现对目标物体的检测和识别，并进行算法优化和性能测试。
3. 目标跟踪算法的研究：根据目标检测算法的结果，选择适合本课题要求的目标跟踪算法，实现对目标物体的跟踪和定位，并进行算法优化和性能测试。
轮式移动机器人控制系统设计
轮式移动机器人控制系统设计轮式移动机器人控制系统设计一、引言随着科技的不断进步和机器人技术的快速发展，移动机器人已经广泛应用于工业、军事、医疗等领域。
轮式移动机器人由于其稳定性和灵活性被广泛应用，因此其控制系统的设计显得尤为重要。
本文将探讨轮式移动机器人控制系统的设计原则、结构和实现方法。
二、轮式移动机器人的基本机构轮式移动机器人一般由底盘、轮子、传感器和控制器组成。
底盘是机器人的主要支撑结构，承载其他各部件，并在其上装载各种设备。
轮子是机器人行进和转向的关键组件，具有较大的摩擦力和承载能力。
传感器可以获取环境信息，并将其转化为电信号传输给控制器。
控制器根据传感器信息和预设的任务要求来实时控制机器人的行为。
三、轮式移动机器人控制系统设计原则1. 清晰明确的任务目标：在进行轮式移动机器人控制系统设计之前，首先要明确机器人的任务目标。
基于任务目标，确定机器人的控制策略和参数，以便更好地实现任务需求。
2. 稳定性和可靠性：轮式移动机器人需要在各种复杂环境下进行工作，因此其控制系统必须具备较好的稳定性和可靠性，以应对各种不确定性因素的干扰。
3. 灵活性和适应性：轮式移动机器人具有灵活的机动性和适应能力，因此其控制系统应具备较高的灵活性，能够根据环境变化和任务需要做出相应的调整。
4. 实时性：由于轮式移动机器人需要实时地感知环境并做出响应，因此控制系统设计中的算法和通讯机制要具备较高的实时性，以确保机器人的快速响应能力。
5. 省电性：由于移动机器人工作时往往需要依靠电池供电，而电池续航能力有限，因此控制系统设计中要尽量优化能源消耗，提高电池利用率，延长机器人工作时间。
四、轮式移动机器人控制系统结构轮式移动机器人的控制系统一般采用层次化的结构，包括感知层、决策层和执行层。
1. 感知层：感知层是轮式移动机器人控制系统的底层，负责感知环境信息。
常用的感知装置包括激光雷达、摄像头、红外传感器等。
感知层通过采集环境信息并对其进行处理，将处理后的信息传递给决策层。
小型轮式机器人设计
南京理工大学电力系统自动装置论文学院(系):自动化学院题目: 小型轮式移动机器人控制系统设计李胜指导老师：摘要由于传统单任务顺序执行机制不能满足智能轮式移动机器人对控制系统实时性的要求，而且对于复杂系统来说可靠性不高。
所以本项目重点设计一套适用于小型轮式移动机器人的控制系统，要求其实时性好，可靠性高，具有灵活的可扩展性和可重构性，以提高它各项功能的响应速度（包括制动、加速、减速、爬坡等）。
本文设计的控制电路实现的传感器功能包括红外传感器、光敏传感器、碰撞传感器等。
控制电路实现对两个直流电机的驱动控制。
机器人采用这样的控制电路可以完成诸如自主避障、自主循迹等实验。
使得轮式移动机器人的实时性好，可靠性高，且因为外部接口具有同用性，故具有灵活的可扩展性和可重构性。
最后对电路进行了调试，证明其满足要求关键词轮式机器人控制系统调试目录1 绪言------------------------------------------------------------------031.1 机器人简单知识的介绍-----------------------------------------------03 1.2课题背景-------------------------------------------------------------------------------------------------031.3课题来源及目的---------------------------------------------------------------------------------------041.4 论文主要内容------------------------------------------------------042 小型轮式移动机器人控制电路的总体设计----------------------------------04 2． 1 需求分析-----------------------------------------------------------------------------------------------------------042．2 机器人功能的总体结构----------------------------------------------05 3 具体设计-------------------------------------------------------------053.1Protel电路设计软件简介----------------------------------------------053.2 控制电路的总体设计------------------------------------------------063.3各模块具体介绍------------------------------------------------------073.4 实验用移动机器人控制电路的PCB图----------------------------------184 机器人控制电路的调试-------------------------------------------------194．1 直流电机功能调试结果----------------------------------------------194．2 红外传感器电路调试结果--------------------------------------------224．3 光敏传感器调试结果------------------------------------------------224.4 碰撞传感器调试结果-------------------------------------------------23结论 ------------------------------------------------------------------24感谢 ------------------------------------------------------------------24附录控制电路实物图------------------------------------------------------25参考文献--------------------------------------------------------------261绪言1.1 机器人简单知识的介绍移动机器人的结构由几个主要部分组成[1]，如图1.1。
轮式机器人教案
轮式机器人教案教案标题：轮式机器人教案教案目标：1.使学生了解轮式机器人的基本原理和构造。
2.培养学生的创新思维和动手能力。
3.促进学生的团队合作和沟通能力。
教材和资源：1.轮式机器人构造积木套件2.计算机和投影仪3.白板和标记笔4.参考书籍和在线资源教学过程：引入（10分钟）：1.通过展示一段轮式机器人的视频或图片，激发学生的兴趣和好奇心。
2.与学生讨论他们对轮式机器人的了解和想法。
知识讲解（15分钟）：1.向学生介绍轮式机器人的基本原理和构造，包括轮子、电机、传感器等。
2.解释轮式机器人的应用领域，如工业生产、医疗服务等。
3.讲解轮式机器人的编程和控制方法，如使用编程语言或图形化编程软件。
实践操作（30分钟）：1.将学生分成小组，每个小组配备一套轮式机器人构造积木套件。
2.指导学生按照说明书组装轮式机器人。
3.让学生通过编程控制轮式机器人实现基本动作，如前进、后退、转弯等。
4.鼓励学生进行创新设计和改进，尝试给轮式机器人添加附加功能。
团队合作（15分钟）：1.要求学生将轮式机器人进行比赛或任务挑战。
2.每个小组设计一个任务，其他小组尝试通过编程和控制轮式机器人完成任务。
3.鼓励学生在比赛或挑战中展示团队合作和沟通能力。
总结（10分钟）：1.让学生分享他们在实践操作和团队合作中的经验和收获。
2.回顾轮式机器人的基本原理和构造。
3.鼓励学生继续探索和学习有关机器人技术的知识。
评估：1.观察学生在实践操作中的表现，包括组装、编程和控制轮式机器人的能力。
2.评估学生在团队合作和沟通中的参与度和贡献。
3.收集学生的作品和创意设计，评估他们的创新思维和动手能力。
扩展活动：1.鼓励学生参加机器人比赛或展览，展示他们的轮式机器人作品。
2.组织学生参观机器人研究实验室或企业，了解更多有关机器人技术的应用和发展。
注意事项：1.确保教室环境安全，提醒学生注意使用轮式机器人时的安全事项。
2.鼓励学生尊重他人的意见和创意，促进良好的团队合作氛围。
轮式机器人课程设计项目书
项目一、机器人的运动控制一、项目目标：1.熟悉MT-UROBOT 机器人的运动机构2.了解MT-UROBOT 的驱动原理3.理解调速原理4.掌握软件控制方法，学会编写自己控制程序二、项目描述：1.机器人的运动机构两个主动轮，金属铝芯、橡胶外胎。
MT-UROBOT 机器人的主动轮有能够完成向前直走，向后转弯，左转，右转，这些平地上的技术动作；驱动机构由直流电机和减速比约为30：1的齿轮箱构成，齿轮减速箱将直流电机输出的扭矩和转速转化为机器人 可以需要的扭矩和转速。
动力强劲，效率高，噪音小。
从动轮为一万向轮。
从动轮子与两个主动轮构成稳定的三角形结构支撑整个本体。
如图：图1.1在没有未经减速齿轮变速的直流电机可以运行在8000～12000转/分，MT-UROBO 机器人的直流电机的转速为8000转/分。
速度虽然高，但是驱动力很小，所以这里我们采用了减速齿轮箱,来增加转矩。
对于改变速度的传动形式来说，就有一个传动比的概念。
对于齿轮传动，传动比可以用两个齿轮的齿数来定义：21/Z Z I Z1 为主动齿轮的齿数，Z2 为被动齿轮的齿数输出的速度可表达为：IV V 动力源输出＝2．驱动电路直流电机上的电压大小影响它的转速和扭矩差动方式是指将两个有差异的或独立的运动合成为一个运动。
当我们把两个电机的运动合成为一个运动时，这就成图1.2驱动芯片为LMD18200, 有3A 连续工作电流，6A 的最大电流，非常高的转换效率和纹波特性，并且具有过流、过热保护，电路原理图见用户手册图3.29。
电源芯片LM2577T —ADJ ，采用电池升压稳压电路，有效地提高了电机在电池电压变化过程中的效率和稳定性，电路图见用户手册图3.28。
再驱动板上有一个驱动电流反馈接口，把它接到扩展板上的AD 端口就可读出此刻驱动器上的电流。
3. 直流电机调速原理直流电机将轴的旋转运动输入到齿轮箱，然后齿轮箱的输出轴控制轮子转动，从而驱动整个机器人的运动。
轮式移动机器人结构设计
大学毕业设计说明书题目：轮式移动机器人结构设计专业：机械设计制造及其自动化学号：姓名：指导教师：完成日期： 2012年5月30日大学毕业论文（设计）任务书论文（设计）题目：轮式移动机器人结构设计学号：姓名：专业：机械设计制造及其自动化指导教师：系主任：一、主要内容及基本要求1：了解轮式移动机器人的原理及其设计：2：CAD绘图设计，要求A0图纸一张，总共达到两张A0。
3：说明书，要求6000字以上，要求内容完整，计算准确：4：外文翻译3000字以上，要求语句通顺。
二、重点研究的问题1：轮式移动机器人转向机构的设计：2：轮式移动机器人电机的选型三、进度安排四、应收集的资料及主要参考文献[1] 吕伟文.全方位轮移动机构的原理和应用[A].无锡职业技术学院学报,2005，615-17.[2] 赵东斌,易建强等.全方位移动机器人结构和运动分析[B].机器人,2003,9.[3] 李瑞峰,孙笛生,闫国荣等.移动式作业型智能服务机器人的研制[J].机器人技术与应用,2003,1:27-29.[4] 杨树风.带有机械臂的全方位移动机器人的研制. 哈尔滨工业大学硕士毕业论文，2006.[5] 田宇,吴镇炜,柳长春.开放式三自由度全方位移动机器人实验平台[J].机器人,2002,24（2）:102-106.[6] 闫国荣，张海兵.一种新型轮式全方位移动机构[J].哈尔滨工业大学学报，2001,33（6）:854-857.[7] 吕伟文.全方位移动机构的机构设计[A].无锡职业技术学院学报，2006.12：03-12.[8] 高光敏,张广新,王宇等.一种新型全方位轮式移动机器人的模型研究[A].长春工程学院学报,2006,12.[9] 吴玉香，胡跃明.轮式移动机械臂的建模与仿真研究[B].计算机仿真，2006,1（05）.[10] 付宜利,徐贺,王树国.具有新型轮式走行部的移动机器人及其特性研究.高技术通信,2004,12.[11] 付宜利,李寒,徐贺等.轮式全方位移动机器人几种转向方式的研究.制造业自动化,2005,10:5-33.[12] 滕鹏,马履中,董学哲.具有冗余自由度的新型护理机械臂研究.机械设计与研究,2004,1:3-32.[13] 孔繁群，朱方国，周骥平.一种机械手关节联接结构的改进设计[B].机械制造与研究，2005,5:2-16.[14] 蔡自兴编著.机器人原理及其应用. 中南工业大学出版社，1988.[15] 吴广玉，姜复兴编.机器人工程导论.哈尔滨：哈尔滨工业大学出版社，1988.大学毕业设计评阅表学号姓名专业机械设计制造及其自动化毕业论文（设计）题目：轮式移动机器人结构设计大学毕业论文（设计）鉴定意见学号：姓名：陈潮专业：机械设计制造及其自动化毕业论文（设计说明书）33 页图表8 张目录第一章绪论 (1)1.1国内外相关领域的研究现状 (1)1.2移动机器人的关键技术 (2)1.3课题研究意义 (3)1.4.论文主要完成工作 (4)第二章全向移动机器人移动机构设计 (5)2.1引言 (5)2.2机械设计的基本要求 (5)2.3全方位轮式移动机构的研制 (6)2.3.1移动机器人车轮旋转机构设计 (6)2.3.2移动机器人转向机构设计 (9)2.3.3电机的选型与计算 (11)2.4移动机器人车体结构设计 (14)2.5本章小结 (15)第三章机械材料选择和零件的校核 (16)3.1机械材料选用原则 (16)3.2零件材料选择与强度校核 (17)3.3本章小结 (19)结论 (20)致谢 (21)参考文献 (22)附录一 (23)附录二 (28)第一章绪论1.1国内外可移动机器人的发展现状移动机器人是机器人学中的一个重要分支。
基于视觉导航的轮式移动机器人设计方案
基于视觉导航的轮式移动机器人设计方案第一章移动机器人§1.1移动机器人的研究历史机器人是一种自动化的机器，所不同的是这种机器具备一些与人或生物相似的智能，如感知能力、规划能力、动作能力和协同能力，是一种具有高度灵活性的自动化机器)。
1962年，美国Unimation公司的第一台机器人Unimate。
在美国通用汽车公司(GM)投入使用，标志着第一代机器人的诞生。
智能移动机器人更加强调了机器人具有的移动能力，从而面临比固定式机器人更为复杂的不确定性环境，也增加了智能系统的设计复杂度。
1968年到1972年间，美国斯坦福国际研究所(Stanford Research Institute, SRI)研制了移动式机器人Shaky,这是首台采用了人工智能学的移动机器人。
Shaky具备一定人工智能，能够自主进行感知、环境建模、行为规划并执行任务(如寻找木箱并将其推到指定目的位置)。
它装备了电视摄像机、三角法测距仪、碰撞传感器、驱动电机以及编码器，并通过无线通讯系统由二台计算机控制。
当时计算机的体积庞大，但运算速度缓慢，导致Shaky往往需要数小时的时间来分析环境并规划行动路径。
1970年前联月球17号探测器把世界第一个无人驾驶的月球车送七月球，月球车行驶0.5公里，考察了8万平方米的月面。
后来的月球车行驶37公里，向地球发回88幅月面全景图。
在同一时代，美国喷气推进实验室也研制了月球车(Lunar rover),应用于行星探测的研究。
采用了摄像机，激光测距仪以及触觉传感器。
机器人能够把环境区分为可通行、不可通行以及未知等类型区域。
1973年到1979年，斯坦福大学人工智能实验室研制了CART移动机器人，CART可以自主地在办公室环境运行。
CART每移动1米，就停下来通过摄像机的图片对环境进行分析，规划下一步的运行路径。
由于当时计算机性能的限制，CART每一次规划都需要耗时约15分钟。
CMU Rover由卡耐基梅隆大学机器人学研究所在1981年开始研制，它具有12个微处理器来处理实时任务，一个大型的远程计算机通过遥控方式来进行复杂规划与环境分析。
毕业设计说明书 胡朋飞07测控2班27号 轮式行走机器人设计
唐山学院毕业设计设计题目：轮式行走机器人设计系别：机电工程系班级：07测控（2）班姓名：胡朋飞指导教师：王天杰2011年6月8 日轮式行走机器人设计摘要本设计完成了一种基于自动导引小车原理的轮式行走机器人的设计。
该设计的最终效果是让机器小车能通过一系列红外线反射式光电传感器感知一种特制的导引跑道（该导引跑道由反光率高的白色背景和反光率极低的黑色导引线组成），自动寻找路径，并通过三个避障传感器实现避障的功能。
驱动电机采用直流电机，电机控制方式为单向PWM开环控制，控制核心采用51单片机控制系统，控制上采用一块单片机实现信号采集与显示、路线判断和电机控制等功能。
51单片机通过检测由一系列反射式光电传感器探测到的路况信息，按照载入单片机的算法向电机驱动电路发出控制电机转速和转向的指令，控制完成小车的启停、前进、后退、转向和调速等动作，最终使小车能平滑稳定地沿着导引跑道从一个地点向另一个地点的运动。
关键词：导引线反射式光电传感器 PWM 避障The Design of Wheeled RobotABSTRACTThis subject completed a design of wheeled car robot based on the principle of autopilot car. The final effect of this design is to let the machine perceive a special guidance runway（this guidance runway consist of a white background with high reflective rate and a black guide line with low reflective rate ）through a series of infrared reflecting photoelectric sensor and find the path automatically and make the machine realize the obstacle-avoiding function . This system adopts DC motor as the drive motor, the mode of the motor control is one-way PWM open-loop control and the control core adopts 51_series microcomputer control system. In control, we can just use a piece of SCM (Single Chip Micyoco) to realize the function of signal acquisition, route judge and the motor control, etc.The SCM detects the traffic information detected by a series of sensors first, then sends corresponding instructions to motor driver circuit according the algorithm loaded, meanwhile, adjusts the car‟s stat-stop, moving, steering and adjust speed, etc. Finally make the car can arrive from one location to another location along the guidance runway.Keywords: Guide line; reflecting photoelectric sensor; PWM; obstacle avoidance目录1引言 (5)1.1 机器人技术简介 (2)1.2 轮式行走机器人设计简介 (2)2总体方案 (3)2.1 系统方框图介绍 (3)2.2方案论证与比较 (4)2.2.1轨迹探测模块设计与比较 (4)2.2.2数据存储比较 (6)2.2.3刹车机构功能方案比较 (7)3硬件部分设计 (7)3.1电源模块设计 (7)3.2轨迹探测传感器模块设计 (9)3.2.1 轨迹探测传感器的布局及工作方式 (9)3.2.2 TCRT5000的介绍及其工作原理 (10)3.3避障传感器模块设计 (12)3.3.1 避障传感器的布局及工作方式 (12)3.3.2 避障传感器E18-D80NK的介绍和工作原理 (13)3.4单片机模块设计 (14)3.4.1 单片机模块的整体介绍 (14)3.4.2STC89C52单片机的介绍 (14)3.5电机控制模块设计 (16)3.5.1电机控制模块的整体介绍 (16)3.5.2电机控制芯片L298N的介绍 (18)3.6 直流电机及减速箱简介 (19)3.7主电路图及电路板设计 (21)4模块的软件设计和调试 (23)4.1 系统软件设计说明 (23)4.2小车自动导引和避障的软件流程图设计 (23)4.2.1初始化模块 (23)4.2.2 PWM调速模块 (24)4.2.3避障模块 (25)4.2.4 道路识别模块 (26)4.2.5整体流程图 (27)5仿真与制作 (29)5.1 程序的编译调试与仿真 (29)5.2 小车的制作与调试 (31)5.2.1 制作说明 (31)5.2.2 电源模块的制作 (32)5.2.3 轨迹探测传感器模块的制作 (32)5.2.4 避障传感器模块的制作 (33)5.2.5 单片机模块的制作 (34)5.2.6 电机驱动模块的制作 (34)5.2.7 小车整体调试和问题的解决 (35)5.3 结论 (36)6结论与展望 (38)6.1 实现的功能 (38)6.2 使用价值 (38)6.3 展望 (38)谢辞 (40)参考文献 (41)附录 (42)外文资料 (48)1 引言1.1 机器人技术简介机器人（Robot）是自动执行工作的机器装置。
移动机器人课程设计方案
移动机器人课程设计方案一、教学目标本课程旨在通过移动机器人的设计和实践操作，让学生掌握移动机器人基本原理、传感器的使用、控制系统的搭建以及编程调试技巧。
在知识目标方面，学生应理解移动机器人的物理结构、动力学原理、传感器的工作原理以及编程语言的基本用法。
技能目标则要求学生能够独立设计简单的移动机器人控制系统，利用传感器进行环境感知，并通过编程实现基本的导航和避障功能。
情感态度价值观目标则着重培养学生的创新意识、团队合作精神以及解决问题的心态。
二、教学内容教学内容将依照移动机器人的教学大纲进行，首先介绍移动机器人的基础知识，包括其定义、分类和应用场景。
随后深入到移动机器人的硬件结构，如马达、传感器、控制器等，并结合实验操作让学生亲手搭建并测试移动机器人。
接下来是软件部分，教授学生如何使用编程语言对移动机器人进行编程，实现基本的运动控制和传感器数据处理。
最后，通过案例分析让学生了解移动机器人在现实生活中的应用，激发学生的创新思维。
三、教学方法针对移动机器人的特性，将采用讲授法、实验法、案例分析法和小组讨论法相结合的教学方法。
讲授法用于教授理论知识，实验法则让学生亲手操作移动机器人，加深对知识的理解。
案例分析法则通过分析现实生活中的移动机器人应用案例，激发学生的思考。
小组讨论法则鼓励学生在小组内共同探讨问题，培养团队合作精神。
四、教学资源教学资源包括教材、实验室设备、多媒体资料和在线资源。
教材将为学生提供系统的理论知识，实验室设备则让学生能够进行实践操作，多媒体资料和在线资源则提供丰富的教学案例和额外的学习材料，帮助学生更好地理解和掌握移动机器人的相关知识。
五、教学评估本课程的评估方式包括平时表现、作业、考试和项目设计。
平时表现将根据学生在课堂上的参与度、提问和回答问题的情况进行评估。
作业将包括编程练习和实验报告，以检验学生对移动机器人理论知识的掌握和实际操作能力。
考试将涵盖所有课程内容，包括移动机器人的基本原理、传感器使用、控制系统搭建和编程调试技巧。
一种轮式移动机器人控制系统设计与实现
一、绪论(一) 移动机器人技术概述机器人是一自动的、位置可控的、具有编程能力的多功能操作机。
机器人技术涉及计算机技术、控制技术、传感器技术、通讯技术、人工智能、材料科学和仿生学等多类学科[7]。
作为机器人学的重要分支，移动机器人能够运动到特定位置，执行相应任务，具备环境感知、实时决策和行为控制等功能，拥有很高的军事、商业价值[1-5]。
移动机器人按运动方式分为轮式移动机器人步行移动机器人、履带式移动机器人、爬行机器人等；按功能和用途分为医疗机器人、军用机器人、清沽机器人等；按作业空间分为陆地移动机器人、水下机器人、无人飞机和空间机器人。
(二) 移动机器人控制技术动态1. 移动机器人控制技术发展概况步入2I世纪，随着电子技术的飞速发展，机器人用传感器的不断研制、计算机运算速度的显著提高，移动机器人控制技术逐步得到完善和发展。
移动机器人从最初的示教模仿型向具备环境信息感知、在线决策等功能的自治型智能化方向发展。
移动机器人控制系统性能不断提高，各类新型移动机器人也纷纷面世。
步行式机器人是指按照迈步方式前进的移动机器人，由于符合动物的行进模式，可很好的在自然环境中运动，具有较强的越野性能。
如美国NASA资助研制的丹蒂行走机器人，主要用于远程机器人探险，其控制系统涉及环境感知、障碍物监测、机械臂控制和超远程遥操作等多方面技术。
丹蒂计划的最终目标是，为实现在充满碎片的月球或其它星球的表面进行探险提供一种运动机器人解决方案。
轮椅机器人是指使用了移动机器人技术的电动轮椅[8]。
德国乌尔姆大学开发一种智能轮椅机器人，使丧失行动能力的人也能外出“走动”。
该轮椅机器人，能够自动识别和判断出行驶的前方是否有行人挡路，或是否可能出现行驶不通的情况，自动采取绕行动作，并能够提醒挡路的行人让开道路。
该机器人的控制系统，综合运用了多传感器信息融合、模式识别、避障、电机控制和人机接口等技术。
消防机器人是指能在高温、强热辐射、浓烟、地形复杂、障碍物多、化学腐蚀、易燃易爆等恶劣条件下进行灭火和救援工作的移动机器人。
《新型轮腿式机器人的设计与仿真》范文
《新型轮腿式机器人的设计与仿真》篇一一、引言随着科技的飞速发展，机器人技术已经广泛应用于各个领域。
其中，移动机器人是机器人技术的重要组成部分。
为了提高机器人的适应性和灵活性，本文提出了一种新型轮腿式机器人设计。
该设计旨在结合轮式和腿式移动方式的优点，使机器人能够在各种复杂环境中灵活移动。
本文将详细介绍该新型轮腿式机器人的设计思路、设计方法以及仿真结果。
二、新型轮腿式机器人的设计思路1. 设计需求分析在设计新型轮腿式机器人时，我们首先分析了机器人的应用场景和功能需求。
考虑到机器人需要在复杂环境中灵活移动，我们确定了以下设计需求：高灵活性、高适应性、高负载能力以及低能耗。
2. 结合轮式与腿式移动方式的优点为了满足上述设计需求，我们提出了将轮式和腿式移动方式相结合的设计思路。
轮式移动方式具有速度快、能耗低的优点，而腿式移动方式则具有高适应性和高负载能力的特点。
因此，我们将轮式和腿式移动方式的优势相结合，设计出一种新型轮腿式机器人。
三、新型轮腿式机器人的设计方法1. 机械结构设计机械结构设计是新型轮腿式机器人设计的关键步骤。
我们采用了模块化设计思想，将机器人分为轮式模块和腿式模块。
轮式模块采用传统轮式结构，以实现快速移动；腿式模块则采用多关节结构，以实现高适应性和高负载能力。
此外，我们还设计了可切换的轮腿转换机构，使机器人能够在轮式和腿式之间灵活切换。
2. 控制系统设计控制系统是新型轮腿式机器人的大脑。
我们采用了先进的传感器技术和控制算法，实现了对机器人的精确控制。
同时，我们还设计了能量管理系统，以实现低能耗运行。
四、仿真实验与分析为了验证新型轮腿式机器人的设计效果，我们进行了仿真实验。
仿真实验结果表明，该机器人在各种复杂环境中均能实现灵活移动，且具有高灵活性、高适应性、高负载能力和低能耗等优点。
具体分析如下：1. 灵活性分析在仿真实验中，我们发现新型轮腿式机器人在面对复杂地形时表现出色。
在崎岖不平的地形中，机器人能够通过切换为腿式模式，实现灵活的移动。
轮式移动机器人课程设计 (2)
目录目录 (1)摘要 (2)1.移动机器人技术发展概况 (3)1.1机器人研究意义及应用领域 (3)1.1.1机器人的研究意义 (3)1.1.2 机器人的应用领域 (3)1.2移动机器人的发展概况 (4)1.2.1移动机器人的国内发展概况 (4)1.2.2移动机器人的国外发展概况 (4)2.轮式移动机器人的结构设计 (7)2.1移动机器人的系统结构 (7)2.2轮式移动机器人主要结构 (7)3.轮式移动机器人的控制系统 (11)3.1控制系统硬件选型与配置 (11)3.1.1驱动电机的选型 (11)3.1.2伺服电机的选型 (12)3.1.3轮毂电机的选型 (13)3.2轮式移动机器人控制系统框架 (15)4.结论和总结 (17)致谢 (18)参考文献 (19)附录 (21)摘要移动机器人是机器人家族中的一个重要的分支，也是进一步扩展机器人应用领域的重要研究发展方向。
自上世纪九十年代以来，人们广泛开展了对机器人移动功能的研制和开发，为适应各种工作环境的不同要求而开发出各种移动机构。
论文内容包括四个部分：简要介绍了移动机器人研究现状、对所设计移动机器人系统进行了描述、视觉导航轮式移动机器人底层硬件设计和视觉轮式移动移动机器人的底层控制。
论文详细地介绍了移动机器人底层硬件系统元件的选型和原理电路图的设计。
我们选用PIC16F877单片机作为下位机接收上位机传来的命令和产生驱动信号。
步进电机的驱动电路采用两个步进电机驱动器-L298，驱动程序写入PIC16F877单片机，通过程序控制步进电机的转速和转向。
采用Propel 设计了底层控制系统的原理图和PCB版图，采用Proteus进行程序和硬件系统的仿真。
仿真结果表明：步进电机运行稳定、可靠性高，实现了对步进电机的预期控制。
关键词：移动机器人；运动控制；PIC16F877；步进电机1.移动机器人技术发展概况1.1 机器人研究意义及应用领域1.1.1 机器人的研究意义人们对于未知的探索总是充满危险，而且人类的研究活动领域已由陆地扩展到海底和空间，所以机器人的产生解决人类这一大难题。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
目录目录 (1)摘要 (2)1.移动机器人技术发展概况 (3)1.1机器人研究意义及应用领域 (3)1.1.1机器人的研究意义 (3)1.1.2 机器人的应用领域 (3)1.2移动机器人的发展概况 (4)1.2.1移动机器人的国内发展概况 (4)1.2.2移动机器人的国外发展概况 (4)2.轮式移动机器人的结构设计 (7)2.1移动机器人的系统结构 (7)2.2轮式移动机器人主要结构 (7)3.轮式移动机器人的控制系统 (11)3.1控制系统硬件选型与配置 (11)3.1.1驱动电机的选型 (11)3.1.2伺服电机的选型 (12)3.1.3轮毂电机的选型 (13)3.2轮式移动机器人控制系统框架 (15)4.结论和总结 (17)致谢 (18)参考文献 (19)附录 (21)摘要移动机器人是机器人家族中的一个重要的分支，也是进一步扩展机器人应用领域的重要研究发展方向。
自上世纪九十年代以来，人们广泛开展了对机器人移动功能的研制和开发，为适应各种工作环境的不同要求而开发出各种移动机构。
论文内容包括四个部分：简要介绍了移动机器人研究现状、对所设计移动机器人系统进行了描述、视觉导航轮式移动机器人底层硬件设计和视觉轮式移动移动机器人的底层控制。
论文详细地介绍了移动机器人底层硬件系统元件的选型和原理电路图的设计。
我们选用PIC16F877单片机作为下位机接收上位机传来的命令和产生驱动信号。
步进电机的驱动电路采用两个步进电机驱动器-L298，驱动程序写入PIC16F877单片机，通过程序控制步进电机的转速和转向。
采用Propel 设计了底层控制系统的原理图和PCB版图，采用Proteus进行程序和硬件系统的仿真。
仿真结果表明：步进电机运行稳定、可靠性高，实现了对步进电机的预期控制。
关键词：移动机器人；运动控制；PIC16F877；步进电机1.移动机器人技术发展概况1.1 机器人研究意义及应用领域1.1.1 机器人的研究意义人们对于未知的探索总是充满危险，而且人类的研究活动领域已由陆地扩展到海底和空间，所以机器人的产生解决人类这一大难题。
利用移动机器人进行空间探测和开发，己成为21世纪世界各主要科技发达国家开发空间资源的主要手段之一。
研究和发展月球探测移动机器人技术，对包括移动机器人在内的相关前沿技术的研究将产生巨大的推动作用。
移动机器人是一种能够通过传感器感知外界环境和自身状态，实现在有障碍物的环境中面向目标的自主运动，从而完成一定作业功能的机器人系统。
本课题选用轮式作为机器人平台设计研究[1]，两轮式机器人在国内外还处于刚刚起步阶段，其前景广阔，适用性较广，在教学、科研、野外作业、民用运输方面有着广泛的应用前景，在反恐及其它尖端领域具有重大的应用价值。
已经初步做出了简单的实验模型，解决了轮式机器人的传动机构难题。
该轮式机器人运动响应迅速，具有高机动的零半径转向能力，并且在运动过程中不存在失稳状态。
摄像头的密封式结构可以将内部器件密封保护起来，免受外界环境的影响，非常适合在潮湿、多尘土、多辐射或有毒的环境中执行任务。
1.1.2 机器人的应用领域从最早出现的机器人到现在涌现出的形态各异的移动小车，其移动机构的形式层出不穷，以美国、俄罗斯、法国和日本为首的西方发达国家己经研制出了多种复杂奇特的三维移动机构，有的已经进入了实用化和商业化阶段。
面对21世纪深空探测的挑战，对各种自主系统的研制是必须的，而移动机构又是各种自主系统的最基本和最关键的环节。
这些应用范围包括工业生产、海空探索、康复和军事等。
此外，机器人已逐渐在医院、家庭和一些服务行业获得应用。
根据其功能可分为以下几个功能：工业机器人、探索机器人、服务机器人、军事机器人。
制造工业部门应用机器人的主要目的在于削减人员编制和提高产品质量。
与传统的机器相比，它具有两个主要优点： 1．生产过程的几乎完全自动化；2．生产设备的高度适应能力。
现在工业机器人主要用于汽车工业、机电工业（包括电讯工业）、通用机械工业、建筑业、金属加工、铸造以及其它重型工业和轻工业部门。
在农业方面，已把机器人用于水果和蔬菜嫁接、收获、检验与分类，剪羊毛和挤牛奶等。
这是一个潜在的产业机器人应用领域。
机器人除了在工农业上广泛应用之外，还用于进行探索，即在恶劣或不适于人类工作的环境中执行任务。
研制其用来为病人看病、护理病人和协助病残人员康复的机器人能够极大地改善伤残疾病人员的状态[2]，以及改善瘫痪者（包括下肢及四肢瘫痪者）和被截肢者的生活条件。
地面军用机器人分为两类：一类是智能机器人，包括自主和半自主车辆；另一类是遥控机器人，即各种用途的遥控无人驾驶车辆。
美国海军有一个独立的水下机器人分队，这支由精锐人员和水下机器人组成的分队，可以在全世界海域进行搜索、定位、援救和回收工作。
水下机器人在美国海军中的另一个主要用途是扫雷，如MINS水下机器人系统，它可以用来发现、分类、排除水下残物及系留的水雷。
1.2 移动机器人的发展概况1.2.1 移动机器人的国内发展概况机器人在我国已被广泛地用于生产和生活的许多领域,按其拥有智能的水平可以分为三个层次。
一是工业机器人,它只能死板地按照人给它规定的程序工作,不管外界条件有何变化,自己都不能对程序也就是对所做的工作作相应的调整.如果要改变机器人所做的工作,必须由人对程序作相应的改变,因此它是毫无智能的.二是初级智能机器人.它和工业机器人不一样,具有象人那样的感受,识别,推理和判断能力.可以根据外界条件的变化,在一定范围内自行修改程序,也就是它能适应外界条件变化对自己怎样作相应调整.不过,修改程序的原则由人预先给以规定.这种初级智能机器人已拥有一定的智能,虽然还没有自动规划能力,但这种初级智能机器人也开始走向成熟,达到实用水平.三是高级智能机器人.它和初级智能机器人一样,具有感觉,识别,推理和判断能力,同样可以根据外界条件的变化,在一定范围内自行修改程序.所不同的是,修改程序的原则不是由人规定的,面是机器人自己通过学习,总结经验来获得修改程序的原则.所以它的智能高出初能智能机器人.这种机器人已拥有一定的自动规划能力,能够自己安排自己的工作.这种机器人可以不要人的照料,完全独立的工作,故称为高级自律机器人.这种机器人也开始走向实用.1.2.2 移动机器人的国外发展概况轮式移动机构具有运动速度快、能量利用率高、结构简单、控制方便和能借鉴至今已很成熟的汽车技术等优点，只是越野性能不太强。
但随着各种各样的车轮底盘的出现，如日本NASDA的六轮柔性底盘月球漫游车LRTV，俄罗斯TRANSMASH 的六轮三体柔性框架移动机器人Marsokohod，美国CMU的六轮三体柔性机器人Robby系列以及美国JPL的六轮摇臂悬吊式行星漫游车Rocky系列，已使轮式机器人越野能力大大增加，可以和腿式机器人相媲美。
于是人们对机器人机构研究的重心也随之转移到轮式机构上来，特别是最近日本开发出一种结构独特的五点支撑悬吊结构Micros，其卓越的越野能力较腿式机器人有过之而不及。
轮式结构按轮的数量分可分为二轮机构、三轮机构、四轮机构、六轮以及多轮机构。
二轮移动机构的结构非常简单，但是在静止和低速时非常不稳定。
三轮机构的特点是机构组成容易，旋转中心是在连接两驱动轮的直线上，可以实现零回转半径。
四轮机构的运动特性基本上与三轮机构相同，由于增加了一个支撑轮，运动更加平稳。
以上几种轮式移动机构的共同特点是它们所有的轮子在行驶过程中，只能固定在一个平面上，不能作上下调整，因此，地面适用能力差。
一般的六轮机构主要就是为了提高移动机器人的地面适应能力而在其结构上作了改进，增加了摇臂结构，使得机器人在行驶过程中，其轮子可以根据地形高低作上下调整，从而提高了移动机器人的越野能力。
欧盟在2000—2004年启动的信息社会技术计划中开展了探测火山环境的机器人、用来评估地振危险性的爬行机器人(ROBOSENSE)、借助机器人的交互式博物馆临场感(TOURBOT)等项目研究。
在火山爆发的发作阶段观测和测量火山活动的相关变量最有意义，但对研究人员也是最危险的时刻。
在1993年的一次火山口考察中，8名火山研究人员遇难。
ROBOVOLC将开发和测试一个自动化机器人系统，在火山环境下进行探测与测量，可以帮助科学家远离危险环境进行分析研究。
ROBOSENSE将开发一台能够携带探伤仪器的移动机器人，对地振造成的建筑物结构性损害进行检测。
TOURBOT的目标是发一个交互式导游机器人，通过因特网实现个性化的临场感，同时TOURBOT能够在现场引导参观游客。
此外欧盟还开展了移动机器人应用于人道主义排雷等研究。
法国国家科学研究中心)于2001年中期，提出了一项有关机器人技术的大型国家计划，称作“机器人与人工体”。
这项跨学科的计划涵盖了机器人学中信息科学与技术方面的主要研究领域。
Robe 计划对“感知器执行器”与认知功能进行跨学科的研究。
实现这些功能在智能系统内的集成，能够在开放的、变化的环境中自主完成各种任务，实现智能机器人与人交互、通过学习改进其行为的功能。
具体开展了移动式操作手，移动机器人视觉定位，行星机器人1以及多移动机器人协作等研究。
前苏联曾经在移动机器人技术方面居于世界领先的地位，Lunokhod-1是最早登上月球的遥控式移动机器人。
俄罗斯作为前苏联的继承者，在机器人技术领域依然具有当雄厚的技术基础，ROVER科技有限公(Rover Science & TechnologyJoint-stock Company Ltd., RCL)把在开发空间机器人中获得的经验应用于开发地面机器人系统，如极坐标平面移动车、爬行移动机器人、球形机器人、工作伙伴平台以及ROSA-2移动车等。
日本经济产业省(Ministry of Economy, Trade and Industry, M ETI)1998年开始启动了人形机器人技术研究计划(HRP)。
在这一年，日本本田(Honda)公司展出了人形移动机器人的一个主要目标就是开发一个开放体系结构的人形机器人平台(简称Open HRP)，用来探索人形机器人的各种应用.METI从2002年又启动了一项国家项目一一“21世纪机器人挑战”,其中一个三年的子项目是开发应用于机器人开放式结构的中间件)。
中间件能够对市场上销售的各种机器人零件实现标准化，并且能够更加容易地对这些零件进行系统集成。
更长远的预期在于到2009年，实现机器人商品化(Commercialize),将机器人的应用领域扩展到家庭(Home)，医疗服务(Medical care)、灾害救助(Disaster relief)。
日本科技署(Japan Science and Technology Agency, JST)于2002年10月启动了一项5年期限的项目，用于开发人道主义排雷的机器人技术，日本产业界已开发出能实际应用的排雷机器人，并送往柬埔寨进行现场试验。