自动控制元件课程设计捡乒乓球机器人小车的设计

Harbin Institute of Technology

课程设计论文

课程名称：自动控制元件及线路

设计题目：捡乒乓球机器人小车的设计院系：航天学院控制科学与工程系班级：1304105班

设计者：杨明阳1130410501

徐云飞1130410502

姚晨蔚1130410516

指导教师：马广程

设计时间：2016年3-5月

捡乒乓球机器人小车

摘要：随着科学技术的日益发展，越来越多的科技被应用在了生活的方方面面。当然也包括运动赛场上，帮助选手以及裁判解决一部分的麻烦，使得比赛进行的更加流畅。这里为解决乒乓球比赛上乒乓球的捡取问题，设计了一种以单片机作为主控制器的自动捡球机器人。该捡球机器人采用风扇产生的吸力来实现捡球；利用超声波传感器实现对乒乓球的自动识别；通过红外传感器监测周围环境，实现自动避障。本系统会在裁判对每一个球做出判决后开始工作，先按照预定路线绕场地前进，同时在行进过程中利用传感器寻找掉落的小球。当找到目标并确认后，改变预定路线转而向目标前进，最终捡起乒乓球，之后再回到原点。完成捡球功能，保证比赛的连续性。

关键词：捡乒乓球机器人超声波传感器红外传感器过程控制

目录

1.功能设计----------------------------------------------------------4

2.系统的性能指标和技术要求------------------------------------------4

3.背景及意义--------------------------------------------------------4

4.系统的总体结构与设计方案------------------------------------------5 4.1 预定路线前进---------------------------------------------------6 4.2 目标寻找-------------------------------------------------------7 4.3 捡起目标乒乓球-------------------------------------------------9 4.4 判断乒乓球是否捡起---------------------------------------------9 4.5 绕开障碍-------------------------------------------------------9

4.6 返回原点------------------------------------------------------10

5.执行元件---------------------------------------------------------10 5.1 行进电机的选择------------------------------------------------10 5.1.1 直流伺服电机结构-------------------------------------------10 5.1.2 直流伺服电机驱动原理---------------------------------------11 5.1.3 直流伺服电机的分类及特点-----------------------------------11 5.1.4 指标的计算和直流伺服电机的选择-----------------------------12 5.1.5 直流伺服电机调速-------------------------------------------15 5.1.5.1 直流伺服电机调速原理------------------------------------15 5.1.5.2 直流速度控制方式----------------------------------------15 5.2 捡球装置的选择------------------------------------------------22 5.2.1 捡球原理级实现---------------------------------------------23

5.2.2 吸球管设计-------------------------------------------------24

6.测量元件---------------------------------------------------------26 6.1 测速传感器的选取----------------------------------------------26 6.1.1 三种传感器的对比分析---------------------------------------26 6.1.2 对光电编码器的论证分析和选取-------------------------------28 6.2 位置和避障传感器的选取----------------------------------------34 6.2.1 常用传感器及特点-------------------------------------------34 6.2.2 根据超声传感器实现定位和物体识别---------------------------36 6.2.3 根据红外感器实现障碍躲避-----------------------------------41 6.3 根据红外传感器实现捡球信号的反馈------------------------------44 6.4 传感器设计中的缺陷及可改进的地方------------------------------45 6.4.1 传感器设计中的缺陷-----------------------------------------45

6.4.2 传感器设计中可改进的部分-----------------------------------45

7.单片机-----------------------------------------------------------46 7.1 常用单片机----------------------------------------------------46 7.2 单片机选型----------------------------------------------------47

7.3 所选单片机特点及可行性----------------------------------------47

8.系统硬件清单-----------------------------------------------------48

9.自评-------------------------------------------------------------48