避障机器人的设计

四 大略的设计方案
图 2 底盘的设计
采用两轮驱动， 外加一个辅助轮保持平衡。 两轮的独立可以保证机器人的运动更加灵活， 通过控制两个轮子的转速可以实现对机器人的运动控制。直接的，通过控制电机的 PWM 占 空比来控制它的速度。
图 3 转速和运动的示意图
上图可以看出， 两轮的优势在于可以很容易的通过控制转速几乎无极的调节机器人的行 驶的姿态。几个区间代表几种典型的运动情况。原点表示刹车，坐标轴表示绕单轮旋转。 对 应的驱动模块的控制参考具体的电路性质，当然，控制和转速之间的延迟是存在的。
一 避障原理与设计思路
对于机器人来说， 避障需要探测到障碍物， 然后根据探测的数据进过一个算法决策得到 一定的行为动作。 对于简单的应用中， 机器人不需要得到障碍物的具体形貌， 这里只需要知道障碍物的方 位和距离我们就可以做出决策，再简化一下，即，障碍物是不是进入了影响机器人运动的范 围，影响了机器人则避开他，没有影响则继续运行。 基于以上的分析，设计了的运行流程：
图 6
这种情况下，左右传感器照顾到了直行中车身两边不会碰到障碍物，但是，中间的盲区 大于障碍物的尺寸，导致碰撞无法避免，在这种情况下，中间传感器是必须的。 最后，一种可能的算法设计： 假设根据上面的设计依据，机器人布置左右 n 对传感器，他们的状态记为 Ln Rn，中间 传感器的状态记为 M，设机器人的动力控制为一个二维矩阵（V1，V2）代表左右轮的转速 控制。 则，可以建立这样一个等式：
三 运动系统的设计
比赛用的避障小车大小应为几十厘米的这样一个量级，重量为公斤级。 运动的机构选用， 轮式是最简单和易于获得且易于控制的一种方式相比较采用机械臂移 动等，这里优先考虑给机器人采用车轮来运用。 动力来源，这里进一步考虑的是用电还是用油的问题，在一个固定的小型机器人上， 二 者的动力表现类似； 续航上后者要强一些； 控制性上后者的有一定的延迟且可能需要额外的 控制机构，而前者控制其输入电流即可。所以这里选用电动机，考虑小车能搭载的电池， 重 量，控制灵敏性角度上讲，需要的是低电压的直流的适当转速高扭力的电机，例如我们可以 选用一款 12v 120 转的直流减速电机（我们不需要精确控制转动，所以步进电机和伺服电机 可以不优先考虑，带来的可能有性能冗余和控制复杂度增加） 。 电机的驱动，由于电机我们选用减速电机，有较大的扭矩，考虑机器人的重量，可以考 虑电机轴直接连接轮子。电机的控制可以采用动率放大的驱动电路，通过单片机产生一个 PWM 方波，经过一个电机驱动电路，控制电机的转速。
图 4 传感器的理想情况
首先， 红外反射式的传感器的反应区域是一个近似扇形状的区域， 这样画是为了表示用 这类的排列来保证机器人前进方向上对于各种尺寸的物体都可以监测到， 传感器的个数可以 成对的增加来保证覆盖范围，图示是一种理想情况，没有盲区，保证机器人的安全。实际应 用中， 我们没有必要设置成组的传感器来保证前方无死角的探测， 既浪费器材也加重了处理 负。
图 5 可能的一种实际情况
接上， 实际中传感器可能存在盲区， 这种死角是否能够存在和比赛中的最小尺寸障碍物有关 系，如果障碍物比盲区大的不少，则不用考虑增加传感器来保证无盲区。 综上，在考虑传感器的布置的时候，我们优先考虑的时候结合实际的情况下，如何做到 没有探测的盲区，传感器的形式以中间一个，两边对称成对增减这种形式来摆放。 例外：下面讨论中间传感器的必要性与否
k 2 Rn -1 V 2= Vmax - k 3 k 4 Rn - 1
V1= Vmax - k1
n 1 n 1
mBaidu Nhomakorabea
m
K1 2 3 4 为修正系数， 这是一个简单的模型，进一步的，可以通过修改 k2 和 k4 随着 n 的变化而改变来优化这 个等式，即使不同位置的传感器具有不同的权重。
光电避障机器人设计方案
要求： 1 控制系统选用 2 驱动 3 传感器 4 基本结构布局
综述： 避障机器人的基本运行原则是躲避障碍物， 以下将围绕要求分别叙述光电机器人的设 计思路，首先本文将讨论避障的原理和算法思路，接着确定传感器和控制系统，最后讨论动 力驱动以及一种可行的设计布局，以及一种控制模型。
图 1
二 传感器和控制器的选择
传感器需求分析：这里的需求是探测到障碍物，具体化一些，机器人不需要知道障碍物 的形状和大小， 只需要传感器在一个威胁到小车运行的安全距离上知道是否有障碍物就可以。 精度和功能性要求都比较单一，而且是比赛用的，传感器的定位不能太高，要求信号稳 定，功能简单，输出易处理，价格便宜。这里可以选择光电传感器和超声传感器，由于光电 传感器更容易处理，这里可以选用前者。 光电传感器中， 这里可以选用红外反射式传感器， 通过红外发射二极管发射出一定频率 和强度的红外，经过障碍物反射，然后在紧挨的位置通过红外接收二极管，通过过滤得到对 应的红外信号，因为通常情况下，没有汇聚的红外会随着距离变长而明显衰减，通过接收到 的反射信号的强度就可以判断障碍物的距离， 通过红外发射接收管的摆放可以知道障碍物的 方位。 控制器选择：常用的控制器有单片机、PLC、工控机等，该机器人的处理需求是读取传 感器，判断执行条件（简单的条件判断） ，控制运动机构，处理的实时性要求并不是很高（比 赛用的运行速度决定的） 。处理的负荷不大，实时性要求低，这里选用单片机即可满足要求。