智能避障小车毕业设计论文.docx

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智能避障小车毕业设计论文

智能避障机器人设计与研究（硬件）

摘要

在科学探索和紧急抢险中经常会遇到对一些危险或人类不能直接到达的地域的探测，这些就需要用机器人来完成。

而机器人在复杂地形中行进时自动避障是一项必不可少也是最基本的功能。

因此，自动避障系统的研发就应运而生。

自动避障机器人就是基于这一系统开发而成的。

随着科技的发展，对于未知空间和人类所不能直接到达的地域的探索逐步成为热门，这就使机器人的自动避障有了重大的意义。

自动避障机器人可以作为地域探索机器人和紧急抢险机器人的运动系统，让机器人在行进中自动避过障碍物。

本文提出了一种经济实用的智能避障机器人系统设计方法，采用了小车底盘作为载体、直流电机作为执行元件、红外传感器作为检测元件、STC89C52单片机作为主控芯片、L298N作为驱动芯片和稳压电源芯片完成了检测电路设计、主控电路设计、电机驱动电路设计、稳压电路设计等硬件设计和制作，并对系统进行了仿真和综合调试，解决了一系列的难题，成功实现了自动避障功能。

关键词：

智能避障机器人，红外传感器，单片机，L298N，PWM调速

THEDESIGNANDSTUDYOFINTELLIGENTOBSTACLEAVOIDANCEROBOT（HARDWARE）

ABSTRACT

Inscientificexplorationandemergencyrescueoftenencountersomedangerorhumancannotdirectlyreachtheareaofdetection,thesewillneedtousetherobottoplete.Therobot'sautomaticobstacleavoidancemovementinplexterrainisanessentialandmostbasicfunction.Therefore,theautomaticobstacleavoidancesystemdevelopmentismade.Automaticobstacleavoidancerobotdevelopmentbasedonthissystemismadeof.Withthedevelopmentoftechnologyfortheunknownspaceandmankindcannotbedirectlyaccessibletograduallybeeahotareaofexploration,whichmakestheautomaticobstacleavoidancerobothasgreatsignificance.Automaticobstacleavoidancerobotcanserveasaregionalexplorationandemergencyrescuerobotsystemthatallowsrobotstoautomaticallyavoidobstaclesintheroad.

Thispaperpresentsaneconomicalandpracticaldesignofintelligentobstacleavoidancerobotsystem,usingthecarchassisasthecarrier,theDCmotorastheactuator,infraredsensorsasdetectiondevices,STC89C52microcontrollerasthemainchip,L298Nasthedriverchipandregulatedpowersupplychiptopletethedetectioncircuitdesign,mastercontrolcircuitdesign,motordrivercircuitdesign,voltageregulatorcircuitdesignofhardwaredesignandproduction.Alotofsimulationandintegrateddebugginghavebeendonetothesystemandaseriesofproblemshavebeensolved.Finally,theautomaticobstacleavoidancefunctionisacplishedsuccessfully.

KEYWORDS：

Intelligentobstacleavoidancerobot,infraredsensor,MCU,

L298N,PWM speed adjusting

目　录

前　言

1.设计的依据与意义

机器人作为人类的新型生产工具，在减轻劳动强度，提高生产率，改变生产模式，把人从危险、恶劣、繁重的工作环境下解放出来等方面，显示出极大的优越性。

机器人的应用越来越广泛，几乎渗透到所有领域。

移动机器人是机器人学的一个重要分支，而自主式移动机器人是智能程度最高的机器人，是移动机器人的重要发展方向。

在科学探索和紧急抢险中经常会遇到对与一些危险或人类不能直接到达的地域的探测，这些就需要用机器人来完成。

而在机器人在复杂地形中行进时自动避障是一项必不可少也是最基本的功能。

因此，自动避障系统的研发就应运而生。

本设计的智能避障机器人就是基于这一系统开发而成的。

 安全避障具体的实现方法有很多种，主要有超声避障、视觉避障、红外传感器、激光避障、接近觉传感器、微波雷达等避障方法。

随着计算机、智能控制、传感器技术、信息技术、单片机技术等的进一步发展，人们对机器人性能的要求也越来越高。

智能机器人可以在“了解＂周围环境的情况下自己进行逻辑判断和分析，在无人控制的情况下，自主完成任务。

机器人在完成任务的过程中面临着如何去检测路面上的障碍物并选择最佳的路径绕开障碍物的问题，即移动机器人的避障问题。

对避障的研究具有十分重要的现实意义，为交通运输业带来巨大的变革，也为车辆的自主导航和无人驾驶车辆的实现提供了重要技术。

2.国内外同类设计的概况综述

1962年第一台工业机器人Unimate在美国通用汽车公司投入使用，标志着第一代机器人的诞生。

现代机器人从诞生到现在，已经发展到了第三代。

第一代机器人主要指以“示教一再现”方式工作的机器人。

示教内容为机器人操作机构的空间轨迹、作业条件、作业顺序等。

第二代机器人具有一定的感觉装置，能获取作业环境操作对象的简单信息，通过计算机分析处理后，由机器人做一定的推理，对动作进行反馈控制，表现出低级的智能。

第三代机器人是指具有高度适应性和自主决策能力的机器人，它具有复杂的感知和检测功能，可进行复杂的逻辑判断、自主规划和决策，在作业环境中独行动。

在国外，研究工作有：

（1）室外几种典型应用的移动机器人：

由美国NASA资助研制的“丹蒂II”八足行走机器人，是一个能提供对高移动性机器人运动的了解和远程机器人探险的行走机器人。

美国NASA研制的火星探测机器人索杰那于1997年登上火星，这一事件向全世界进行了报道。

德国研制了一种轮椅机器人，并在乌尔姆市中心车站的客流高峰期的环境和1998年汉诺威工业商品博览会的展览大厅环境中进行了实地现场表演。

（2）高完整性机器人。

意指机器人在工作时一定是正确的，并不一定要连续工作。

（3）遥控移动机器人。

（4）环境与机器人集成。

像人需要道路、交通信号灯等一样，机器人为了在一个动态变化的环境中行动，也同样需要基础设施。

（5）生态机器人学（生物机器人学）。

（6）多机器人系统。

主要是获取机器人团队协调和控制技术，并将其应用于战略重要情况。

在国内，对移动机器人的研究起步较晚，主要的研究工作有：

（1）清华大学智能移动机器人于1994年通过鉴定。

（2）中国科学院XX自动化研究所的AGV和防暴机器人。

（3）哈工大机器人技术XX开发研制成功了我国第一台智能型服务机器人。

采用了先进的传感系统（CCD摄像机、红外、红外等），智能水平很高，机器人带有的视觉系统、语音系统和运动系统使其言行举止更像人。

（4）2003年1月，中科院自动化所成功研制开发了集多种传感器、视觉、语音识别与会话功能于一体的智能移动机器人。

基本结构由传感器、控制器和运动机构构成。

综上所述，移动机器人技术已经取得了很多可喜的进展，研究成果令人鼓舞，但还远未达到实用要求。

随着传感技术、智能技术和计算机技术等的不断提高，智能移动机器人一定能够在生产和生活中某种程度上扮演人的角色。

3.课题设计的内容

智能机器人是集计算机技术、智能控制、传感器、电子学、检测等技术于一体的机器人。

智能机器人的研究是目前科学领域的重要研究课题之一，智能机器人各方面性能的提高更是现在研究的热点。

智能机器人能够通过传感器来感知外面的环境，并可以进行动态决策的特性正是智能机器人性能的一个重要体现。

本课题主要内容是利用STC89C52RC单片机设计一个简易智能机器人的运动控制系统、感知系统，并从硬件上予以实现。

本课题的研究主要包括以下主要内容：

首先，利用传感器对移动机器人周围障碍物进行探测，并及时传输给单片机；其次，确定移动机器人的避障方法及其控制算法；最后，实物进行试验，实现移动机器人的实时避障。

研究开发出一套简易智智能避障机器人，要实现的主要目标有：

（1）利用STC89C52RC单片机设计出智能机器人的硬件系统。

（2）进行系统设计方案的论证和总体设计。

（3）进行系统的硬件设计和软件设计。

（4）完成硬件电路板的PCB设计和调试。

第1章系统总体方案设计

§1.1系统任务描述

该系统的任务就是让移动机器人在行进的过程中，能够自动检测存在的障碍物、并且采取有效的避障措施。

§1.2控制系统要求

该控制系统要满足以下几点要求：

（1）能对车体四周的环境进行探测以获得障碍物的存在情况。

（2）实时性要求。

（3）交互功能。

主要是设定小车正常行进、转弯时驱动电机的速度；初始化系统时的一些参数设定。

（4）驱动电机稳速运行要求。

（5）控制系统工作可靠、耐用，抗干扰能力强。

§1.3方案设计与论证

§1.3.1机器人载体选择

由于水平有限无法制作出双足行走机器人，因此本设计选择小车作为智能避障机器人的载体。

方案一：

自己设计制作车架

自己制作小车底盘，用两个直流减速电机作为主动轮，利用两电机的转速差完成直行、左转、右转、左后转、右后转、倒车等动作。

减速电机扭矩大，转速较慢，易于控制和调速，符合避障小车的要求。

而且自己制作小车框架，可以根据电路板及传感器安装需求设计空间，使得车体美观紧凑。

但自己制作小车设计制作周期较长，且费用较高。

方案二：

购买玩具电动车

玩具电动车价格低廉，有完整的驱动、传动和控制单元，其中传动装置是本设计所需的，缩短了开发周期。

但玩具电动车采用普通直流电机驱动，带负载能力差，调速方面对程序要求较高。

同时，玩具电动车转向依靠前轮电机带动前轮转向完成，精度低。

综合考虑到制作周期和精度问题，最终选择了在淘宝购买小车车体零部件自己组装。

这样不仅精度有保障，也增加了设计的灵活性。

§1.3.2主控制器选择

处理器可以选择采用DSP或51单片机，DSP适合用于控制电机，功能强大。

51单片机应用广泛，能满足一般控制的需要。

由于对51单片机比较熟练，价格便宜，而DSP控制相对而言复杂，故采用51单片机。

市场上流通很多种类