寻迹机器人系统设计
《多种方法实现机器人循迹》 教学设计
《多种方法实现机器人循迹》教学设计一、教学目标1、让学生了解机器人循迹的基本概念和应用场景。
2、使学生掌握多种机器人循迹的方法和原理。
3、培养学生的动手实践能力和创新思维，能够独立完成简单的机器人循迹系统搭建和调试。
二、教学重难点1、重点（1）掌握常见的机器人循迹传感器的工作原理和使用方法，如光电传感器、红外传感器等。
（2）理解不同循迹算法的实现思路，如基于阈值判断的算法、PID 控制算法等。
2、难点（1）根据实际需求选择合适的传感器和算法，并进行有效的参数调试。
（2）解决机器人在循迹过程中可能遇到的干扰和误差问题，提高循迹的准确性和稳定性。
三、教学方法1、讲授法讲解机器人循迹的基本概念、原理和方法，让学生对相关知识有初步的了解。
2、实验法组织学生进行实验操作，通过实际搭建机器人循迹系统，加深对所学知识的理解和掌握。
3、讨论法引导学生针对实验过程中遇到的问题进行讨论，共同寻找解决方案，培养学生的团队合作和创新思维。
四、教学准备1、实验器材机器人套件（包括控制器、电机、传感器、车架等）、电脑、电源、导线等。
2、教学软件编程软件（如 Arduino IDE、Mixly 等）、仿真软件（如 Proteus 等）。
3、教学资源多媒体课件、教学视频、相关技术文档等。
五、教学过程1、导入（5 分钟）通过展示一些机器人循迹的应用案例，如智能小车在特定轨道上行驶、工业机器人按照预定路线进行操作等，引发学生的兴趣，提出问题：机器人是如何实现准确循迹的？从而导入本节课的主题。
2、知识讲解（20 分钟）（1）介绍机器人循迹的基本概念和工作原理，即机器人通过检测外部环境的信息，根据预设的规则和算法，调整自身的运动状态，实现沿着特定轨迹行走的过程。
（2）讲解常见的循迹传感器，如光电传感器、红外传感器等。
分别介绍它们的工作原理、特点和适用场景。
光电传感器：利用光电效应，将光信号转换为电信号。
可以通过检测反射光的强度来判断机器人是否偏离轨迹。
循迹机器人控制器的硬件设计与实现的开题报告
循迹机器人控制器的硬件设计与实现的开题报告一、选题背景与意义循迹机器人是现代机器人技术中的一项重要应用，可以被广泛用于自动导航、智能巡航、工业自动化等领域。
循迹机器人的基本结构为一个小车和配备在小车底部的感光传感器，通过感光传感器采集路面信息，小车控制器根据路面信息对小车的运动轨迹进行控制，以达到“自动驾驶”的目的。
循迹机器人控制器是循迹机器人的核心部件，通过控制器可对循迹机器人进行自动驾驶、巡航等操作。
因此，本文将研究循迹机器人控制器的硬件设计与实现，旨在提高循迹机器人的自动控制和智能化水平。
二、研究内容本文研究内容为循迹机器人控制器的硬件设计和实现。
主要包括以下几个方面：1. 循迹机器人的工作原理和系统结构研究2. 循迹机器人控制器的主要功能与指标研究3. 循迹机器人控制器电路设计4. 循迹机器人控制器PCB设计5. 循迹机器人控制器硬件测试和验证三、研究方法和技术路线本文研究方法主要为实验研究和理论分析相结合的方法。
具体步骤如下：1. 理论研究：阅读相关文献，了解循迹机器人系统结构和工作原理，分析循迹机器人控制器的主要功能和指标。
2. 硬件设计：根据循迹机器人控制器要求和功能需求，进行电路设计。
电路设计主要包括电源电路设计、感光传感器信号处理电路设计等。
3. PCB设计：根据电路设计，进行PCB设计和布线，制作出循迹机器人控制器的PCB板。
4. 硬件测试和验证：对循迹机器人控制器进行硬件测试和验证，验证循迹机器人控制器的功能和性能是否满足实际需求。
四、预期成果通过本文的研究，预计可以实现以下几点成果：1. 掌握循迹机器人控制器的工作原理和系统结构2. 实现循迹机器人控制器的硬件设计和实现3. 验证循迹机器人控制器的功能和性能，推广循迹机器人技术的应用五、进度安排本文的研究计划为一个学期，预计研究进度安排如下：1. 第一周：查阅相关文献，确定研究方向和内容2. 第二周至第四周：进行理论研究和方案设计，制定实验方案3. 第五周至第七周：进行电路设计和PCB设计4. 第八周至第九周：制作出循迹机器人控制器的PCB板5. 第十周至第十二周：进行循迹机器人控制器硬件测试和验证6. 第十三周至第十四周：整理实验数据和分析结果7. 第十五周至第十六周：编写开题报告六、参考文献1. 杨伟民，刘传明, 循迹机器人及其控制技术，电子技术与软件工程，2006年06期2. 潘强，刘怀苗, 基于AVR单片机的循迹小车控制算法研究，计算机应用，2011年S1期3. 王旭红，李亚平，孙云峰，基于ARM的循迹智能小车设计，电子技术应用，2014年02期。
机器人循迹活动设计
机器人循迹活动设计活动一：选择搭建材料完成机器人制作活动目标：1.选择机器人搭建材料。
2.尝试组装机器人，安装主机、电机和光电传感器。
活动器材：乐高器材，主机、马达、传感器等等活动描述：通过已有学习机器人的基础，完成机器人的组装，遇到问题可以通过说明书或请求老师帮助进行解决。
活动二：认识编程软件，让机器人动起来活动目标：1.认识机器人编程软件中的“运动模块”。
2.尝试运用编程软件让机器人动起来。
活动器材：笔记本电脑、Lego Mindstorm编程软件活动描述：通过已有学习机器人基础的学生讲解，让其余学生了解如何运用编程软件中的“运动模块”让机器人动起来，并且知道如何控制机器人完成前进、后退，转向等行为。
活动三：探究机器人循迹运动活动目标：1.认识传感器的主要部件，学习轨迹传感器的工作原理。
2.通过程序的编辑过程，掌握循迹机器人的控制技术。
活动器材：笔记本电脑、Lego Mindstorm编程软件、比赛场地活动描述：编写机器人循迹程序，让机器人从起点出发，沿着指定路线（黑线）运动，直到再次回到起点区。
机器人起始状态完全在起点区内，当机器人再回到起点区时，机器人须有一半以上机身在起点区内。
活动四：机器人循迹运动比赛活动目标：1.通过比赛活动，增强参与、竞争、实践、协作意识。
活动器材：笔记本电脑、Lego Mindstorm编程软件、比赛场地活动描述：机器人从起点出发，在规定场地内按照指定路线（黑线）完成循迹活动，直到机器人再次回到起点区即为一次活动结束。
机器人成功完成循迹活动的，以秒为单位作为比赛成绩，谁消耗的时间越少越优秀。
循迹机器人控制系统设计
循迹机器人控制系统设计循迹机器人可用于自动导航、物流、清洁等多种场合，其控制系统设计是其操作的关键。
本文将介绍一种循迹机器人控制系统的设计。
一、硬件设计1.电路板设计循迹机器人需要安装多个传感器来检测运动方向，而且要通过电路板将传感器信息传输到控制单元。
因此，将电路板的布局设计在机器人的主控制中心，并且根据传感器位置安装，以保证数据传输的稳定性和准确性。
2.传感器循迹机器人与地面之间会存在一些差异，如线路的颜色、亮度，因此无论使用什么样的传感器都需要调节灵敏度，以便捕捉到信号能力。
使用红外线传感器（Infrared Sensor）可以检测出黑色线路与白色线路之间的差异，而应答传感器（Resistant Sensors）可以将机器人向左或向右侧的移动量控制在合适的位置。
3.电池由于循迹机器人需要大量的能量，所以Batteries应该被设计成高容量和低消耗能量。
Lithium Polymer Battery即为一例，具有较高的能量密度和低电压消耗。
因此，机器人可以保持长时间的运行而不会对电池造成的过度耗损。
二，软件设计1.控制算法循迹机器人的控制算法需要能够控制机器人上下左右的移动，并忽略极其不必要的信息（如噪音）。
其中，控制算法核心为PID（Proportional-Integral-Derivative）控制器。
该控制器使用传感器输入和设定值（循迹线）之间的误差来计算输出，输出将用于控制循迹机器人的制动，方向等。
PID控制器能够准确地调整输出，以使传感器的误差最终收敛到0。
2.编程语言为了实现PID控制器，需要使用一种编程语言来编写循迹机器人的控制程序。
C语言被认为是循迹机器人控制系统中的最佳选择之一，因为它具有高效性、可靠性和能够实现嵌入式系统控制的强大功能。
三、总结循迹机器人控制系统应包括硬件和软件的两个部分，其中硬件包括电路板、传感器和电池，软件包括控制算法和编程语言。
这些组件的设计和实现可以使循迹机器人能够自动寻找路径，并避免一些障碍物，从而实现其无人驾驶的目标。
智能循迹机器人教学设计
智能循迹机器人教学设计一、教学目标（一）知识与技能目标1、学生能够理解智能循迹机器人的工作原理，包括传感器的作用和控制电路的基本原理。
2、学生能够掌握智能循迹机器人的组装方法，包括硬件的连接和机械结构的搭建。
3、学生能够学会编写简单的控制程序，实现机器人的循迹功能。
（二）过程与方法目标1、通过实践操作，培养学生的动手能力和问题解决能力。
2、通过小组合作，培养学生的团队协作精神和沟通能力。
（三）情感态度与价值观目标1、激发学生对机器人技术的兴趣和探索欲望。
2、培养学生的创新意识和实践精神。
二、教学重难点（一）教学重点1、智能循迹机器人的工作原理和硬件组成。
2、传感器的安装与调试。
3、控制程序的编写与调试。
（二）教学难点1、控制程序的逻辑设计和优化。
2、机器人在复杂环境下的循迹稳定性和准确性的提高。
三、教学方法（一）讲授法讲解智能循迹机器人的基本原理、硬件组成和控制程序的编写方法。
（二）演示法通过演示智能循迹机器人的运行过程，让学生直观地了解其工作方式。
（三）实践法学生分组进行机器人的组装、编程和调试，亲身体验机器人的制作过程。
（四）讨论法组织学生进行小组讨论，共同解决在制作过程中遇到的问题。
四、教学准备（一）教学环境计算机教室，具备网络连接和多媒体教学设备。
（二）教学资源1、智能循迹机器人套件，包括传感器、控制板、电机、车轮、导线等。
2、编程软件，如 Arduino IDE 等。
3、教学课件，包括 PPT、视频等。
4、实验记录表和评价表。
五、教学过程（一）导入（5 分钟）展示一段智能循迹机器人在特定轨道上运行的视频，引起学生的兴趣，提问学生机器人是如何实现自动循迹的，从而引出本节课的主题——智能循迹机器人。
（二）知识讲解（15 分钟）1、介绍智能循迹机器人的工作原理智能循迹机器人通常通过传感器检测地面的黑线或其他标记，将检测到的信号传输给控制板，控制板根据信号控制电机的转动，从而实现机器人的前进、后退、转弯等动作。
开题报告：智能循迹机器人设计(硬件部分)
毕业设计（论文）开题报告自动化智能循迹机器人设计(硬件部分)一、课题的目的及意义1. 研究目的智能化作为现代社会的新产物，是以后的发展方向，随着信息技术的快速发展，智能化已经成为时代发展的需要，当人们遇到一些环境恶劣，不能人工完成的任务，可采用智能循迹机器人完成相关的任务，无需人为管理，即可完成预期所要达到或是更高的目标。
基于生产现场和日常生活的实际需要，研究和开发智能循迹机器人具有十分重要的意义，可以提高劳动生产效率，改善劳动环境。
近年来机器人的智能水平不断提高，并且迅速地改变人们的生活方式。
同遥控机器人不同，遥控机器人需要人为控制转向、启停和进退，而智能机器人则可以通过计算机编程来实现对其行驶方向、启停以及速度的控制，无需人为干预，它集中运用计算机、传感、信息、通信、导航及自动控制等技术，是典型的高技术综合体，是21世纪的科技制造点之一。
随着机器人工业的迅速发展，关于机器人的研究也就越来越受到人们的关注，全国各高校也都很重视该课题的研究，可见研究意义重大，本设计就是对智能机器人的初步研究和设计，设计好的智能循迹机器人具有自动循迹、躲避障碍物等功能。
2. 研究意义根据学校对嵌入式系统开发的需求，依据提高学生实际动手操作能力和思考能力，加强学生对现实生活中嵌入式系统的应用为参照物，智能循迹机器人全新的设计模板，良好的电路设计，机电组合，系统开发，是加强学生学习兴趣的动源，使学生可以充分发挥自主动手能力。
使学生从理论到实践的运用。
二、国内外研究概况及发展趋势现代智能机器人发展很快，从智能玩具到其它各行业都有实质成果。
其基本可实现循迹、避障、检测贴片、寻光入库、避崖等基本功能，这几届的电子设计大赛智能机器人又在向声控系统发展。
比较出名的飞思卡尔智能小车更是走在前列。
本次设计主要实现循迹避障这两个功能。
智能机器人的发展现状智能机器人是第三代机器人，这种机器人带有多种传感器能够将多种传感器得到的信息进行融合，能够有效的适应变化的环境，具有很强的自适应能力、学习能力自治功能。
智能循迹机器人控制系统设计
智能循迹机器人控制系统设计1、设计方案本设计通过红外光电二极管和光电晶体管组成的传感器循迹模块判断黑线路径，然后由STC89C52通过IO口控制L298N驱动模块改变两个直流电机的工作状态，最后实现机器人循迹，机器人采用前轮驱动，从动轮采用万向轮，左右前轮各用一个直流减速电机驱动，通过调制前面两个轮子的转速从而达到控制转向的目的，在机器人最前端装有左中右4个红外反射式传感器，当机器人左边的传感器检测到黑线时，说明机器人向右边偏移，这时主控芯片控制左轮电机减速，机器人向左边偏正。
同理，当机器人的右边传感器检测到黑线时，主控芯片控制右轮电机减速，机器人向右边偏正，当黑线在机器人的中间，中间的传感器一直检测到黑线，这样机器人就会沿着黑线一直行走。
图1.1.1 智能循迹小车控制系统结构框图2.各部分系统设计2.1循迹系统机器人小车在贴有黑胶带的地上行驶，不断向地面发射红外光，根据接收到的反射光的强弱来判断道路，用四只红外对管，两只置于轨道中间，两只置于轨道外侧，当机器人脱离轨道时，即当置于中间的两只只光电开关脱离轨道时，等待外面任一只检测到黑线后，做出相应的转向调整，直到中间的光电开关重新检测到黑线（即回到轨道）再恢复正向行驶2.2避障系统采用红外对管置于机器人小车正前方，可以检测到障碍物是否存在，以做出相应的判断。
2.3主控系统我们采用单片机作为整个智能机器人的核心，来对机器人进行自动控制。
单片机有着简单、方便、快捷、价格低廉、较为强大的控制功能以及可位寻址操作功能等优点，符合整体设计方案。
2.4驱动系统采用功率三极管作为电机驱动芯片。
电机驱动芯片驱动能力强、操作方便，稳定性好，性能优良。
功率三极管的使能端可以外接电平控制，也可以利用单片机进行软件控制，满足各种复杂电路的需要。
另外，驱动功率较大，能够根据输入电压的大小输出不同的电压和功率，解决了负载能力不够的问题。
采用L298N作为功率放大器的输出控制直流电机。
物联网设计Pi Bot循迹机器人
Pi Bot 循迹机器人循迹机器人是一种能够自动按照给定路线进行移动的机器人，它是一个实现路面探测、障碍检测、信息反馈和自动行驶的技术综合体。
循迹机器人在军事、民用和科学研究等方面已得到了广泛的应用。
例如自动化生产线的物料配送机器人，医院的机器人护士，商场的导游机器人等。
在本课中，我们可以对PiBot 小车进行编程，实现一个自动沿黑线行走的循迹机器人。
一、红外循迹传感器为了实现PiBot 的自动循迹功能，我们应当使用“红外循迹传感器”。
“红外循迹传感器”有两个间距为2cm 的红外探测器，负责发射和接受红外线，利用红外线在不同颜色物体表面具有不同反射强度的特点，在小车行驶过程中不断的向地面发射红外光，当红外光遇到白色纸质地板时发生反射，反射光被装在小车上的接收管接收；如果遇到黑线则红外光被吸收，小车上的接收管接收不到红外光。
因此，我们利用这种原理来判断外界的颜色是黑色还是白色。
通过循迹让小车能够沿着黑线（粗线或细线）运行，地图如图1所示：1. 学习红外循迹传感器的原理及使用方法；2. 学习黑线轨迹探测的方法和技巧；3. 编程实现能够沿黑线自动运行的机器人。
自动避障车乱跑，一点也不乖，怎么能让它乖乖按照设定的路线运行呢？做一份循迹地图，通过编程命令小车按照地图的规划前进就能轻松实现啦！图1 循迹地图小车循迹运行的基础是检测前方纸片是黑色还是白色。
图2 红外循迹传感器如图2所示，在红外循迹传感器上有1和2两个编号，分别对应了1号探测器和2号探测器，它们能够感知探测器下方区域为黑色还是白色，现在将PiBot放在地图上，让前方的“红外循迹传感器”探头分别对准白色区域和黑色区域，观察1和2号探测器状态指示灯的状态。
（探测器在黑色区域时灯灭，在白色区域时灯亮，如果状态不对，则需要用十字螺丝刀转动电路板上的黑色旋钮来调节探测器的敏感度）。
图3 探测器循迹示意图如图3所示，根据实验的反馈，可以得到结论：当---------小车应该直行；当--------------小车应该左转；当--------------小车应该右转；当------------小车需要停止。
全自动循迹灭火机器人的设计
全自动循迹灭火机器人的设计本系统以stm32F103VCT6Mini微控制器为核心控制单元，以安装在车体两侧红外传感器来循迹，采用灰度传感器检测进入房间的白线，通过声音传感器启动，使用火焰传感器来检测火焰，并用风扇来灭火，车身主要以相隔30度的五个红外传感器来调整车身的角度，实现了对运动方向的控制。
在这篇文章里，我们对小车创造时我们的整体想法等各个参数的介绍，仔细地说明了我们的创意。
标签：灭火机器人；stm32F103VCT6Mini；设计1 實现功能与设计方案我们想制作一个可以全自动运作的机器人，它可以在任何地方识别地形，自主完成灭火工作。
要想完成这个工作需要考虑很多方面。
比如地面摩擦、机器人电机的转速差、各个齿轮间的摩擦等多个因素，我们用一个小屋来模拟现实家庭中机器人处理火警的过程，蜡烛代表家里燃起的火源，机器人必须找到并熄灭它。
针对以上的实现功能，我们打算设计一个一辆两个大轮转动，两的万向轮配合使用的车子，灭火工具在经过讨论之后，我们打算使用风扇这样一个相对难度较低的灭火器件。
2 机器人设计制作原理灭火机器人主要以stm32为控制核心，他通过红外火焰传感器确定火灾位置，通过红外传感与地面灰度传感器进行地形识别，我们采用双电机驱动来使其运动。
通过无线蓝牙模块启动小车后，机器人沿着场地里的右面墙壁行走，当搜寻到有蜡烛的房间时，红外传感器电压会变低，低于设定好的电频值，单片机接受信号，驱动电机，完成灭火。
3 模拟房子介绍我们用的模拟场地的墙壁33cm高，材质为木头与金属。
所有地板为黑色的金属地板。
墙壁为白色木质板。
为了更加形象，我们在地板、门口铺设地毯，模拟家庭。
场地中所有的走廊和门口宽都是46cm，我们采用2.5cm宽的金属标识表示房间入口。
4 系统硬件设计我们设计的目的是设计一个在规定区域能自主搜索火源并实施灭火的智能机器人小车，本次设计使用的主控芯片使用了stm32单片机，我们有它完整的库，所以程序编写方面不成问题，主要工作是设计驱动跟改善机械结构上。
自动循迹机器人控制系统的设计
文 章 编号 ：１６７４—９３２４（２０１４）２０—０１５０—０２
一 、 绪 言 大学 生创 新 能力 的培 养是 高 等教育 创新 教 育 、素质 教 育 的本 质要求 ，是建 设创 新 型 国家 、构 建 国家创 新体 系 的重 要组成部分 ，是校园文化的更高层次 ，是促进科研体制改革 和产学研结合的有效途径 ，必将直接推动生产力发展 ，产生 直接 的经 济 和社会 效 益 。【ｌＪ 机 器人 竞赛 作 为一 种高 科技 创新 活 动为 大学 生创 新 能 力 的培 养提 供 了广 阔 的舞 台 。智 能机 器人 作 为一 种人 的思 维与机器融为一体 的自动化设备正在为改善人们的生产 、
２０１４ 年 ５ 月 第 ２０期
教 育 教 学 论 坛
ＥＤＵＣＡＴ１０Ｎ ＴＥＡＣＨＩＮＧ ＦＯＲＵ卜１
Ｍａｙ ２０１４ Ｎ０．２０
自动循 迹机器 人控制 系统 的设 计
马家庆 ，于兆勤 ，刘建群 ，黄惠敬 ，陈炜楠
（广东 工业 大学 机 电工 程学 院 ，广东 广 州 ５１０００６）
＋ － －＋ －＋ 一＋ 一＋ －＋ －＋ 一
音 乐学 习及 音乐 实 践 活 动 中非 常重 要 ，不 仅 可 以表 现 为学 习兴趣与激情 ，而且体现在学生音乐生活及内心世界的丰 富。态度因素也是学生学 习时的心理因素，可以表现为学
爱护 学生 ，时刻 为学 生树 立 良好 的教 师形 象 。其二 ，要敬 业 爱 岗 ，能运用 世 界观 、人 生 观和 审美 观积 极 改善 与调 整 自己 的心态 ，以尽快适应课程改革所带来 ，促进 人类 社会 文 明 的发展 发 挥着 越来 越 重要 的 作用［２１。人们已经研制了各式各样的具有感知 、决策 、行动和 交互能力的特种机器人和各种智能机器人 ｔ３］，如水下机器 人 、军 用机 器人 、空 中空 间机器 人 、搬 运机 器人 、娱乐 机器 人 等 。可 见 ，机器 人 技术 的应 用 已经从 制造 业 向非 制造 业 领域 发展 ，循迹 机 器人 的研 究也 成 为机 器人 研究 领域 不 可 或缺 的一部分 。循迹机器人是一种能够 自动按照给定的路线进 行移 动 的机 器人 ，它 是一 个 运用 传 感 器 、信 号 处 理 、电机驱
机器人自动寻迹控制系统毕业设计说明书
南京理工大学毕业设计说明书(论文)作者: 陆建学号：0701500122学院(系):机械工程学院专业: 机械工程及其自动化题目: 机器人自动寻迹控制系统的设计指导者：张雯高级工程师(姓名)(专业技术职务)评阅者：樊黎霞教授(姓名)(专业技术职务)2011年 5 月南京理工大学毕业设计（论文）评语学生姓名：陆建班级、学号：0701500122 题目：机器人自动寻迹控制系统的设计综合成绩：毕业设计（论文）评语毕业设计说明书（论文）中文摘要毕业设计说明书（论文）外文摘要目次1 绪论 (1)1.1 机器人概述 (1)1.2 移动机器人研究现状 (2)1.3 移动机器人的关键技术 (4)1.4 移动机器人研究背景及其意义 (6)1.5 论文简介及论文所做的工作 (7)2 寻迹小车整体结构设计 (8)2.1 寻迹小车运动结构选型 (8)2.2 模块方案比较与论证 (9)2.3 最终方案 (13)3 硬件实现及单元电路设计 (15)3.1 车身设计 (15)3.2 AT89S52主控制芯片介绍 (16)3.3 单片机在机器人自动寻迹小车中的功能 (20)3.4 寻线系统设计 (20)3.5 电机驱动电路的设计 (22)3.6 稳压电路及稳压芯片简介 (28)4 软件实现 (29)4.1 程序设计总体思路 (29)4.2 传感器布置位置 (29)4.3 小车的几种状态 (29)4.4 传感器数据处理及寻迹流程图 (31)4.5 单片机实现寻迹的程序设计 (34)5 系统调试 (36)5.1 调试轨道介绍 (36)5.2 调试实际结果分析 (36)5.3 调试过程中遇到的问题及解决方案 (36)结论 (41)致谢 (43)参考文献 (44)附录A 机器人自动寻迹控制系统单片机C程序 (46)图1 机器人自动寻迹控制系统实物图 (51)图2 机器人自动寻迹控制系统面包板调试图 (52)图3 机器人自动寻迹控制系统原理图及PCB板设计图 (53)表1 所用零件列表 (55)1绪论现代科学技术的快速发展，特别是微电子技术和计算机技术的飞速发展，机械行业已经发生巨大的变化而且还将继续发生更为深刻的变化。
自动循迹清理餐桌机器人设计与实现
自动循迹清理餐桌机器人设计与实现摘要：由于现在校园一类的餐厅饭后清理工作量大费时费力浪费人工，工作效率又低，所以我设计了此产品，一款可以自动识别并清理桌子上的食物残渣，并对桌面进行清理的机器。
该产品整个过程完全自动化无需人工，将自动化带入了餐厅，打开了餐厅清理的新模式。
目的就是想除去此方面的人工并提高工作效率，让此过程完全呈现自动化清理。
关键字：机器人 Basra 餐厅一、引言本项目是预想让它走的轨迹上铺上灰度带然后利用灰度传感器进行循迹，在与桌面平行的高度上安装超声波传感器检测桌面上有没有目标物体需要清理，有目标物体需要清理则伸出机械臂进行清理，将自动化带入了餐厅，并提高工作效率，实现自动化清理。
二、研究目的此产品在各学校工厂类餐厅均可使用。
目前此领域清理全部应用的都是人工，工作量大，清理繁琐，效率低下，耗时耗力，浪费了大量的人力。
此产品清理全部自动化，保证清理质量的同时可提前规划路线，可保证不会漏清一个餐桌，可完全代替人工。
大大提高了工作效率和餐厅整洁性，将餐厅实现自动化，打开餐厅新模式。
三、设计内容（1）产品结构本设计提供的技术方案为：全自动寻迹清理餐桌小车，整体结构由自动循迹系统、自动清理餐桌系统、丝轴式机械臂装置、自动检测装置、STM32控制器、麦克纳姆轮组成；自动循迹系统包括灰度传感器、步进电机；自动清理餐桌系统包括超声波传感器、丝轴、360°舵机、伸缩机械臂、机械清理臂；全自动寻迹清理餐桌小车建模图（2）工作原理寻迹系统需要预先在机器人在餐厅清理餐桌的路径上布置灰度带，然后在控制板内写入程序控制灰度传感器对灰度带进行寻迹，在每个餐桌前再横铺一道灰度带，写入程序控制灰度传感器检测到这条横向灰度带，就停下来对餐桌进行检测清理，使得机器人可以在每个餐桌前停下清理，直到机器人走完全部灰度带清理结束。
在餐桌前方安装一个超声波传感器对前方是否有障碍物进行检查，要是检测到有障碍物餐车会立即停下并发出提示阻挡语音，直到超声波传感器检测到没有障碍物后机器人才会继续启动工作。
智能寻迹机器人的设计说明书
智能寻迹的设计说明书智能寻迹的设计说明书一、引言1.1 项目介绍1.2 项目背景1.3 项目目标二、需求分析2.1 功能需求2.1.1 寻迹功能需求2.1.2 避障功能需求2.1.3 控制功能需求2.1.4 数据传输功能需求2.2 性能需求2.2.1 寻迹精度需求2.2.2 避障灵敏度需求2.2.3 控制响应速度需求2.2.4 数据传输稳定性需求三、总体设计3.1 架构设计3.1.1 硬件架构设计3.1.2 软件架构设计3.2 硬件设计3.2.1 传感器选择与布局3.2.2 电机与驱动电路设计 3.2.3 控制器选型与接口设计 3.2.4 电源系统设计3.3 软件设计3.3.1 系统初始化设计3.3.2 寻迹算法设计3.3.3 避障算法设计3.3.4 控制算法设计3.3.5 数据传输协议设计四、详细设计4.1 传感器模块设计4.1.1 光线传感器设计4.1.2 障碍物传感器设计4.2 电机与驱动模块设计4.2.1 电机选型与参数选择 4.2.2 驱动电路设计4.3 控制器模块设计4.3.1 控制器选型与参数选择 4.3.2 接口设计与连接方式 4.4 电源系统设计4.4.1 电源选型与参数选择4.4.2 电源管理设计五、实施与测试5.1 硬件实施5.2 软件实施5.3 系统联调测试5.3.1 寻迹功能测试5.3.2 避障功能测试5.3.3 控制功能测试5.3.4 数据传输功能测试六、运维与维护6.1 系统使用说明6.2 故障排除与维修6.3 系统升级与迭代7、附录7.1 结构设计图纸7.2 电路设计图纸7.3 软件源码法律名词及注释：1、版权：指对作品拥有完全控制权的法律概念。
2、专利：指对发明技术拥有独占权的法律文件。
3、商标：指用于区别商品和服务来源的标识，享有独占使用权的法律概念。
课程设计(论文)-循迹机器人设计模板
1 设计任务描述1.1 设计题目：循迹机器人设计1.2 设计目的（1）了解机器人技术的基本知识以及有关电工电子学、单片机、机械设计、传感器等相关技术。
（2）初步掌握机器人的运动学原理、基于智能机器人的控制理论，并应用于机器人的设计中。
（3）通过学习，具体掌握循迹机器人的控制技术，并使机器人能独立执行一定的循迹任务。
1.3 基本要求（1）要求设计一个能循迹(白底黑线或黑底白线，线宽25mm)的机器人；（2）要求设计机器人的行走机构，控制系统、传感器类型的选择及排列布局。
（3）要有循迹的策略（软件流程图）。
1.4发挥部分2 设计思路这次课设我设计的是循迹机器人，自动循迹测距机器人主要由六个模块构成：车体框架、电源、主控模块、逻辑模块、探测模块、电机驱动模块组成。
（1）车体框架。
突出特点为四轮驱动，四轮独立悬挂；（2）MC9S12X128主控制器。
系统采用112脚的MC9S12XS128MAL，该单片机具有ECT模块，2个SPI模块，8路16位计数器，4路外部事件触发中断输入端口，8路PWM，16路10位AD，转换时间约为3us；（3）传感器模块。
光电发射管发射出光，经过赛道的反射回来，由于白色平面和黑线反射光强度不同，不同位置上的光电接收管接收到强弱不同的光，因此可以判断出黑线相对小车的位置。
这种检测的方法明显的优点是检测速度快，检测的方法简单，成本相对低廉。
使用一字线激光器发射强大光线，用13个光敏传感器采集路面信息，将信号反馈给控制单元，由控制单元判别黑线位置以控制车的速度、转向和制动；（4）电机驱动模块和速度控制模块。
根据码盘反馈信号，用MOS管搭建的桥式驱动电路驱动电机的运转状态，形成闭环控制，对电机的速度机型准确快速的调节；（5）转向控制模块。
根据路面信息，准确地控制转向舵机的转角；（6）刹车模块。
使用伺服舵机构成刹车装置，使智能车在转弯时两轮差速，更及时地转向；（7）人机交互模块。
我们使用拨码开关调整智能车的运行参数，并用液晶将车的运行状态显示出来。
《多种方法实现机器人循迹》 教学设计
《多种方法实现机器人循迹》教学设计一、教学目标1、让学生了解机器人循迹的基本概念和原理。
2、使学生掌握多种机器人循迹的方法和技术。
3、培养学生的动手实践能力和创新思维。
4、增强学生对机器人技术的兴趣和探索精神。
二、教学重难点1、重点（1）理解机器人循迹的工作原理。
（2）掌握常见的机器人循迹方法，如光电传感器循迹、灰度传感器循迹等。
2、难点（1）如何根据不同的环境和任务要求，选择合适的循迹方法和传感器。
（2）如何对传感器采集的数据进行处理和分析，以实现准确的循迹控制。
三、教学方法1、讲授法：讲解机器人循迹的基本概念、原理和方法。
2、演示法：通过实际演示机器人的循迹过程，让学生直观地了解循迹的效果和特点。
3、实践法：让学生分组进行机器人循迹的实验和调试，培养学生的动手能力和问题解决能力。
四、教学过程1、导入（5 分钟）通过播放一段机器人在特定轨道上自动循迹行驶的视频，引起学生的兴趣和好奇心，然后提出问题：机器人是如何实现自动循迹的？引导学生思考和讨论。
2、知识讲解（20 分钟）（1）介绍机器人循迹的概念和应用领域，如工业生产、物流运输、智能家居等。
（2）讲解机器人循迹的原理，即通过传感器检测环境中的轨迹信息，然后将这些信息传输给控制器，控制器根据预设的算法和逻辑，控制机器人的运动方向和速度，从而实现循迹。
（3）详细介绍几种常见的机器人循迹方法和传感器：光电传感器循迹：利用光电传感器对不同颜色或亮度的物体进行检测，从而识别轨迹。
光电传感器通常由发光二极管和光敏三极管组成，当光线照射到物体上并反射回来被光敏三极管接收时，会产生电信号，根据电信号的强弱可以判断机器人是否偏离轨迹。
灰度传感器循迹：灰度传感器可以检测物体表面的灰度值，通过比较不同位置的灰度值差异来确定轨迹。
灰度传感器通常由一个发光二极管和一个光敏电阻组成，当光线照射到物体上时，光敏电阻的阻值会发生变化，从而产生不同的电压信号，根据电压信号的大小可以判断机器人的位置。
寻迹机器人设计
寻迹机器人设计在当今科技迅速发展的时代，机器人技术已经成为了一个热门的研究领域。
其中，寻迹机器人作为一种能够自动沿着特定轨迹行进的智能设备，在工业生产、物流运输、科学探索等众多领域都有着广泛的应用前景。
接下来，让我们深入探讨一下寻迹机器人的设计。
寻迹机器人的设计目标通常是能够准确、稳定地沿着给定的轨迹移动，并能够适应不同的环境和任务需求。
为了实现这一目标，我们需要从多个方面进行考虑和设计。
首先是传感器的选择。
传感器就像是机器人的“眼睛”，能够感知周围环境和轨迹信息。
常见的用于寻迹的传感器有光电传感器、灰度传感器、摄像头等。
光电传感器通过检测光线的反射来判断轨迹，其优点是响应速度快、精度较高，但对环境光的变化比较敏感。
灰度传感器则通过检测地面的灰度差异来识别轨迹，具有较好的环境适应性，但精度相对较低。
而摄像头可以获取更丰富的图像信息，但处理图像数据的计算量较大，对硬件要求较高。
在实际设计中，需要根据具体的应用场景和要求选择合适的传感器。
其次是控制系统的设计。
控制系统是机器人的“大脑”，负责接收传感器的信号，并根据预设的算法和逻辑控制电机的运动，从而实现寻迹功能。
常见的控制系统有单片机（如 Arduino、STM32 等）和微控制器（如 PLC）。
单片机具有成本低、开发灵活等优点，适合小型寻迹机器人的设计。
微控制器则具有更高的稳定性和可靠性，适用于工业级的寻迹机器人。
在控制系统的设计中，需要考虑算法的优化，以提高机器人的响应速度和控制精度。
例如，可以采用 PID 控制算法来实现对电机速度和位置的精确控制。
电机的选择和驱动也是至关重要的一环。
电机是机器人的“动力源”，直接影响着机器人的运动性能。
常见的电机有直流电机和步进电机。
直流电机具有转速高、扭矩大的特点，但控制精度相对较低。
步进电机则可以实现精确的角度控制，但转速相对较低。
在寻迹机器人中，通常会根据实际需求选择合适的电机，并通过电机驱动模块（如L298N 等）来控制电机的正反转和转速。
循迹机器人设计
循迹设计正文：1、引言循迹是一种能够自动识别并跟随特定路径的，其应用广泛，包括工业自动化、仓储物流、环境监测等领域。
本文档将详细介绍循迹的设计要点和相关技术，以供参考和实践。
2、设计目标循迹的设计目标是能够准确识别并跟随特定路径，具备较高的稳定性和精度。
以下是设计中需要考虑的几个关键要点：2.1 传感器选择：选择适用的传感器，如红外传感器、激光传感器等，用于检测路线、障碍物等信息。
2.2 控制系统设计：设计合理的控制系统，能够根据传感器信息自动调整的行进方向和速度。
2.3 电力系统设计：选择适当的电池供电系统，能够满足的长时间工作需求。
2.4 机械结构设计：设计稳定且适用于特定环境的机械结构，包括车轮、底盘等部件。
3、硬件设计3.1 传感器选择与布局：根据设计要求选择合适的传感器，并合理布局在的正面、侧面等位置。
3.2 控制系统设计：选择合适的控制器和电路板，设计和搭建相应的硬件控制系统。
3.3 电力系统设计：选择适当容量的电池作为能源供应，设计并搭建相应的电池管理系统。
3.4 机械结构设计：根据实际需求，设计稳定且适用的机械结构，包括底盘、轮子等。
4、软件设计4.1 路径识别算法：设计合理的路径识别算法，根据传感器输出的数据判断当前所在的位置和方向。
4.2 控制算法设计：设计合适的控制算法，根据路径识别结果调整的行进方向和速度。
4.3 通信模块设计：如果需要与其他设备进行通信，设计相应的通信模块和协议。
4.4 用户界面设计：设计友好的用户界面，可以监控和控制循迹的运行状态。
5、测试与优化5.1 功能测试：测试循迹是否能够准确识别路径、跟随路径并避开障碍物。
5.2 性能测试：测试的行进速度、稳定性等性能指标。
5.3 优化改进：根据测试结果进行改进，优化算法和系统设计。
附件：本文档涉及附件包括：电路图、机械结构设计图纸等。
附件1：电路图：pdf附件2：机械结构设计图纸：dwg法律名词及注释：1、知识产权：指专利权、商标权、著作权等法律规定的对知识的排他性控制权。
开题报告-智能循迹机器人设计(软件部分)
开题报告-智能循迹机器人设计（软件部分）一、选题的依据及意义智能化作为现代社会的新产物，是以后的发展方向，他可以按照预先设定的模式在一个特定的环境里自动的运作，无需人为管理，便可以完成预期所要达到的或是更高的目标。
同遥控机器人不同，遥控机器人需要人为控制转向、启停和进退，比较先进的遥控机器人还能控制其速度，而智能机器人，则可以通过计算机编程来实现其对行驶方向、启停以及速度的控制，无需人工干预，是一个集环境感知、规划决策，自动行驶等功能于一体的综合系统，它集中地运用了计算机、传感、信息、通信、导航、人工智能及自动控制等技术，是典型的高新技术综合体。
所以关于机器人的研究也就越来越受人关注，本设计就是在这样的背景下提出的，为了适应机电一体化的发展在机器人智能化方向的发展要求，提出简易智能机器人的构想，目的在于:通过独立设计并制作一台具有简单智能化的简易机器人，获得项目整体设计的能力，并掌握多通道多样化传感器综合控制的方法。
1、加深课堂上的学习由于单片机教学例子有限，因此，开展智能循迹智能机器人的研究工作，正适合自动化专业，能综合学生课堂上的知识来实践，使学习者更好的了解单片机的发展，而制作智能机器人为自动化专业学科的学生学习和掌握单片机技术有很大的帮助，对自动化专业学科的学生进一步巩固已学知识加深已学知识起到促进作用，引导和激励学生实事求是、刻苦钻研、勇于创新、多出成果、提高素质，发现和培养一批在学术科技上有作为、有潜力的优秀人才。
通过此次的单片机循迹机器人制作，使学生从理论到实践，初步体会单片机的设计、制作、调试和成功完成项目的过程及困难，以此学会用理论联系实际，更能通过对实践中出现的不足与学习来补充教学上的盲点。
2、从理论转为实际运用智能机器人在网络环境下利用信息技术、智能控制技术、自动控制、模式识别、传感器技术、电气、计算机和机械等多个学科的，近年来，智能机器人在野外、道路、现代物流及柔性制造系统中都有广泛运用，已成为人工智能领域研究和发展的热点。
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寻迹机器人系统设计
摘要：机器人技术综合了多学科的发展成果，代表了高技术的发展前沿，具备行走功能是机器人最基本的特征之一。
本文设计的寻迹机器人采用红外光电传感器检测机器人的运动状态，通过改变传感器的类型，如超声波传感器，机器人就可以判断周围障碍物的距离，从而改变运动方向。
关键词：寻迹机器人 at90s8535单片机光电传感器
中图分类号：tr242 文献标识码：a 文章编号：1007-9416（2013）01-0154-02
1 系统设计要求及设计思路
寻迹机器人的具体功能要求为：按照一定的路线到达指定位置，完成一定的动作后再走到下一目标位置。
在行进的过程中地板上有纵横交错的白线作引导，并通过白线来判断是否到达指定位。
如图1所示，机器人从a点出发，到达b点和c点并将各点处的物品取走，并运送到d点。
机器人运动的具体路径可以任意改变。
根据其功能要求可将其设计实现过程分为以下几部分：
1.1 运动阶段
机器人由一定的驱动电路驱动电机从出发区按照指定的路径走到指定的位置。
在这段过程中，机器人在任意时刻都要知道自己处在什么位置并决定下一步该如何动作，即机器人必须对自身进行准确的定位。
场地上纵横交错的白线就是用于辅助机器人定位的。
机器人通过光电传感器检测地板上白线的位置，并通过单片机中一定
的算法来实现定位和确定下一步的动作。
为了实现转向和直线行走，机器人由两轮驱动。
机器人的行走过程要求尽量平稳，由于有两个主动轮，在走直线时就要求两个轮子能以同样的速度运行，所以对电机的调速必须十分精确。
在行进的过程中，如果机器人偏离了预定的路线，则无法到达指定位置。
这就需要随时检测其是否走偏，并将信息反馈给单片机，由单片机发出指令来控制电机校正偏离误差，保证机器人按照预定方案准确地行走。
机器人要到达指定的位置，不可能一直走直线。
在到达一定位置时，机器人需要转向一定角度后继续前进。
如果检测到转向信号，单片机就向电机发出转向指令，并不断检测的否转到可以直线运动位置。
1.2 动作阶段
当机器人到达指定位置后，就要完成事先确定的动作，如拾取物品等。
这就要根据机器人需要完成的具体任务，由单片机向具体的执行机构发出指令，使其合作完成预定运输作。
2 应用系统结构设计[1]
机器人的行走机构为车轮方式：左右轮为驱动轮，前后轮为支撑轮，由此构成四轮结构。
左右轮除负责前进后退外，当两轮的转速不同时，还可以实现曲线行走和原地旋转。
机器人的系统结构如图2所示。
由传感器阵列检测机器人的位置状态，通过cpu判断控制左右两台电机工作，使机器人按照预定
方案沿着场地上的轨迹移动。
3 硬件设计
寻迹机器人的硬件电路主要分为四个部分：主机控制器电路、电源变化电路、光电检测电路和电机驱动电路。
寻迹机器人的硬件电路设计如图3所示。
3.1 主机控制电路
寻迹机器人采用atmel公司的at90s8535单片机作为主机控制器。
它负责对光电传感器电路检测到的信号进行处理，并通过一定的软件算法控制直流电机的运动方式，以实现对寻迹机器人的精确定位和动作控制。
主机控制电路主要提供at90s8535单片机的复位处理及同其他电路的接口。
at90s8535单片机通过pb0、pc6和pa口来检测光电传感器的信号，并通过pb2、pb3、pd4和pd5来控制两个直流驱动电机的运动方式。
3.2 电源变换电路
寻迹机器人的供电系统分为两部分。
单片机需要+5v的电源，而直流电机需要+12v的电压驱动。
机器人系统采用+12v的锂电池组供电，通过7805稳压芯片来获得+5v电源。
图中设置了一个发光二极管用于左电源状态指示。
3.3 光电检测电路
采用红外光电检测管为单光束反射取样式光电传感器st188，它由红外发射器和感光器组成。
st188正常工作时，红外线发光二极
管发出红外线。
如果检测面表面光洁度平整，发出的红外线经检测面反射后在光敏三极管产生光电效应。
产生的电流经过放大后输出信号。
比较器lm311的同相输入端在没有检测到反射信号（不在白线区）时固定为高电平，而反相输入端的电压由电阻分压提供（一般在1.5v左右，由可变电阻器改变电压值）。
lm311比较同相端和反相端的输入电压。
当在白线区时，反射的红外线导致光敏三极管导通，同相端输入低电平，比较的结果为输出端为低电平，发光二极管亮；当不在白线区时，光敏三极管截止，同相端输入高电平，比较的结果为输出端为高电平，发光二极管灭。
3.4 电机控制电路
寻迹机器人采用2轮驱动以实现直线和曲线运动，在机器人的运动过程中需要对2个主动轮的运动方式进行合理安排。
选用了l298n来对2只驱动电机实现运动控制，l298n是一款能承受高压大电流的全桥直流/步进电压驱动器[2]。
4 软件设计
寻线机器人系统控制程序由主程序、寻线处理程序、电机pid 控制程序等组成。
由于机器人要按照一定的路径到达指定的位置，可将其运动分为若干个步骤，将每个步骤对应于任务数据组中的数据，当要修改路径时只需改变数组的数据。
将机器人的基本动作如直走、后退、转弯、加速、减速等做成函数，在行进中根据任务数据调用函数即
可。
为了使用机器人能平稳、准确地到达指定位置，需进行电机调速以及寻线。
在整个软件系统中，以执行任务数组为主程序，电机调速以及寻线以中断方式进行。
每隔一定的采样时间对传感器进行采样处理。
主程序如图4所示。
5 系统集成与测试
寻迹机器人系统测试包括主机系统测试、电机和驱动器测试及光电传感检测电路的测试等。
光电传感器的测试可以在桌面垫一张打印纸（打印纸表面光洁度高，利于红外线的反射）。
调节可变电阻器的旋钮，使电压比较器的同相输入端的电压保持1v左右。
为了保证红外线的发射功率，给红外管直接加+5v电压而不要串联电阻。
将红外管与打印纸正对，调节红外管与纸面的距离，可以观测到电压比较器输出端的led随着距离的调节亮和灭，在此过程中用万用表测量输出端的电压。
输出端电压最低点即为光电检测的最佳工作点，此时监测器与纸面的距离一般在1cm～2cm之间。
寻迹机器人的状态是通过光电传感器阵列检测的。
在测试好光电传感器之后，根据实际的白线分布排列光电传感器的位置。
1～6号传感器必须严格按照实际的白线宽度排列，其它4个传感器可以通过机器人实际的运动情况进行调整。
机器人技术是一门综合了传感与检测、运动控制、图形图像处理等多技术的新型学科，它融合了机械、电子、传感器、计算机硬
件、软件、人工智能等许多学科知识，涉及到当今许多前沿领域的技术。
随着电子技术的飞速发展，智能机器人在越来越多的领域发挥着人类无法代替的作用。
参考文献
[1] 郑锋，王巧芝，程丽平，张清鹏.51单片机典型应用工发范例大全.中国铁道出版社，2011.
[2] 杨欣，王玉凤，刘湘黔，张延强.51单片机应用实例详解.清华大学出版社，2010.。