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------------------------------------------------------------------03

1.1 机器人简单知识的介绍-----------------------------------------------03 1.2课题背景-------------------------------------------------------------------------------------------------03

1.3课题来源及目的---------------------------------------------------------------------------------------04

1.4 论文主要内容------------------------------------------------------04

2 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-----------------------------------------------------------------------------------------------------------04

2．2 机器人功能的总体结构----------------------------------------------05 3 具体设计-------------------------------------------------------------05

3.1Protel电路设计软件简介----------------------------------------------05

3.2 控制电路的总体设计------------------------------------------------06

3.3各模块具体介绍------------------------------------------------------07

3.4 实验用移动机器人控制电路的PCB图----------------------------------18

4 机器人控制电路的调试-------------------------------------------------19

4．1 直流电机功能调试结果----------------------------------------------19

4．2 红外传感器电路调试结果--------------------------------------------22

4．3 光敏传感器调试结果------------------------------------------------22

4.4 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--------------------------------------------------------------26

1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。

机械结构：相当于移动机器人的骨架，包括基座、支架等，用来物理支撑其他组成部分[2]。

执行机构：相当于移动机器人的手脚，用来提供运动的动力，常用的有电动、液压和气动，运用最多的是电机[3][4]。

传感器：相当于移动机器人的感知器官，分为外部传感器和内部传感器。内部传感器可用来感知机器人各个部件的位置和姿态等，如GPS、陀螺等；外部传感器用来获取环境参数，如红外传感器、光敏传感器、力检测器等[5]。

控制器：相当于移动机器人的大脑，处理机器人上传感器反馈来的信息，综合判断分析后，发出控制信号给执行机构执行。

软件系统：相当于移动机器人的记忆和知识，用来指导控制机器人的运动方式。

传感器机械结构

控制器

软件系统

执行机构

传感器

图1.1机器人的组成结构

1.2课题背景

目前世界上最先进的机器人属于第三代机器人，既所谓的智能机器人。这类机器人上配有多类传感器，能够感知环境中更多类型的信息，具备了更多的功能。它就像一个人类一样，具备视觉、力觉、触觉、听觉等，甚至能进行语言对话。这类机器人将各个传感器传递来的信息进行综合处理（多传感器的信息融合），更为有效地适应环境的变化，同时还具备一定的自学自治能力。功能的多样化也就势必对控制系统提高了更高的要求。需要控制系统能够实时地接受外部的信息，快速做出反应。同时可靠性也要足够得到保证。而且考虑到推广性和经济性，要求控制电路能够具有很好的灵活性和可扩展性。所以本课题就是在这样的背景下开展起来的。致力于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