毕业设计（论文）-轮式智能移动机器人的结构设计与开发.docx

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1、山西工程技术学院毕业设计说明书毕业生姓名：专业：机械制造及其自动化学号.*指导教师：所属系（部）：机械电子工程系二。一九年六月轮式智能移动机器人的结构设计与开发摘要循迹避障小车是行走机器人的一种，这种小车可以适应不同环境，不受温度、湿度、磁场辐射、重力等条件的影响，在人类无法进入或生存的环境中完成人类无法完成的探测任务，适用于国防及民用等多个领域。本课题要求采用自行设计制作的轮式智能移动机器人实现自主避障测距与巡线功能。主要任务是设计和实现基于89C52RC单片机的寻迹避障小车，包括硬件和软件两个部分.俊件电路部分主要包括控制器,循迹电路、避隙电路、电机驱动电路等.在轮式智能移动机器人道路信息

2、采集方面，本文采用机涔人实验室提供的SRF04超声波测距传感器、CR5(XX)匕外线传感器作为避障传感器和巡线传感器。本课题采用51系列单片机中的89C52RC单片机作为主控制芯片并配有总电压为12V容量为180OfnA的充电锂电池及其相应稳压电路来为轮式移动机器人提供能量。在软件编程方面，本文使用C语言在KE1140编译软件上进行避附与巡线程序的编写。在本设计中，系统硬件和软件都采用了模块化结构，整个系统的电路结构简单，可靠性高，在机械结构设计上采用So1.idwork软件进行三维建模并生成加工图纸。最终，本课题自行设计制造的轮式智能移动机器人可分别实现自主躲避隙碍物功能和循白线行走功能。关

3、键词：轮式移动机器人：巡线：避障：51系列单片机TheDeve1.opmentandStructureDesignofInte1.1.igentWhee1.edMobi1.eRobotAbstractSe1.f-tracingandobstac1.eavoidancee1.ectricvehic1.eisakindofmobi1.erobot,whichisab1.eIoadaptvariousenvironments,humidity,magneticradiationandgravity.Consequent1.ythevehic1.etakethep1.aceofhumantoimp1.

4、ementmanytasksintheenvironmentwherehumancannotsettoot,whichisapp1.icab1.einmanyfie1.dsinthenationa1.defenceandcivi1.ian.Thissubjectrequiresthese1.f-designedwhee1.edinte1.1.igentmobi1.erobottoachievehcfunctionofautonomousobstac1.eavoidance,rangingand1.ineinspection.Themaintaskistodesignandimp1.ementt

5、hevehic1.ebasedon89C52RCsing1.echipmicrocomputer,inc1.udinghardwareandsoftware.Thehardwarecircuitinc1.udescontro1.1.er,trackingcircuit,obstac1.eavoidancecircuitandmotordrivecircuit.Intermsofroadinformationco1.1.ectionofwhee1.edinte1.1.igentmobi1.eroboi,(hispaperadoptsSRF(14u1.trasonicrangingsensoran

6、dTCRT5()(X)infraredsensorprovidedbyrobot1.aboratoryasobstac1.eavoidancesensorand1.inepatro1.sensor.I1.iewhee1.edinte1.1.igentmobi1.erobotdesignedandmanufacturedbyourse1.vesinthistopiccanrea1.izethefunctionofavoidingobstac1.esandwa1.kinga1.ongIhcwhite1.ineindependent1.y.Keywords:Whee1.edmobi1.eroboi;

7、Obstac1.eavoidance;sing1.echipmicrocomputer2.3.4.摘要iAbstractii1.1. 课题研究的背景11.2. 课题研究的目的与意义11. 3.轮式智能移动机耦人发展概况与现状21.4. 设计与开发的主要内容4相关技术7智能电动小车技术红外传感技术.系统方案的分析选择113.1.主控系统选用123.2.电机模块的选用133.2.1,电动机的选择133.2.2,驱动器选择153.3.供电电源模块选用163.4.自主循迹和避障方案的选用173.4.1.自主循迹方案183.4.2.循迹方案与传感器183.4.3,自主避障方案203.4.4,避障方案与传

8、感闿203. 5.传感器的选用223. 5.1.超声波传感器224. 5.2.红外线传感涔225. 5.3.SRFO4超声波测距模块236. 5.4.五路巡线传感器模块24机械结构的设计与制作276.1. 机械设计的基本要求276.1.1. 对机器整机设计的基本要求276.1.2. 对零件设计的基本要求274. 2.移动机器人车体结构设计原则284.3. 机械结构总体设计方案294. 3.1.底盘结构设计305. 3.2.传感器支架设计316. 3.3,电机支架设计327. 3.4.电机的选型与计算334.4. 机械材料选择334.4.1.机械材料选用原则33硬件电路设计375. 1.微控制器

9、模块375. 2.电源模块385.3. 自主避障模块395.4. 巡线检测模块395. 5.电机驱动模块406. 软件程序的设计416.1. 软件开发平台的选择416.2.控制软件的设计与实现426.2.1.概述426.2.2.软件的结构设计436. 3.循迹模式程序流程图446.4. 避障模式程序流程图447. 轮式智能移动机器人功能测试及效果477.4. 自主避障功能的测试及效果477.5. 自主巡线功能的测试及效果48结束语49参考文献51附录53基于89C52RC服片机程序C代码53外文资料63中文译文71致谢751. 引言1.1. 课题研究的背景机器人是20世纪人类最伟大的发明之一。

10、自从1959年世界上第一个机器人诞生以来，它已经改变人们以往的生产方式，使人而对生产环境直接变成人面对机罂人，然后机器人面对生产。人类已经出正成为智慧的象征。移动机器人的祖先始于20世纪60年代末，反映了工业控制的整体进步方向。轮式移动机器人，又称自动导引车(AGV),是一种利用轮子作为移动设符，实现自主行股的机器人。移动机器人已经成为机器人研究的一个正要分支。它应用于军事、危险作业和服务业等许多场合。它要求机器人以无线方式实时接受控制命令，并以所需的速度、方向和轨迹灵活自由地移动.现在，为了加强大学生实践能力、创新能力和团队精神的培养，促进高等教育教学改革，全国大学生智能车竞赛由教育部高等教

11、育司主办，教育部高等教育司委托。竞赛是以智能车为研究对象的创新科技竞赛，是全国大学生探索性的工程实践，是教育部倡导的大学生科技竞赛之一。上述比赛中提到的智能车是轮式智能移动机器人之一。在包括全国大学生“飞思卡尔”杯智能车竞赛在内的各种科技创新竞赛如火如荼的同时，各行各业的智能轮式移动机器人爱好者相继设计开发了不同的智能轮式移动机器人产品并投放市场。为了响应教育部培养学生实践和创新能力的号召,各高校开始竞相设计和开发自己的轮式智能移动机器人产品。I司时，中小学也重视培养学生对机电产品的兴趣。1.2. 版研究的目的与意义为了适应大学生机器人竞赛、电子设计竞赛等科技竞赛的需要，有必要开发种轮式智能移

12、动机疑人，包括移动机器人路径规划、定位地图构史技术和多移动机器人协作技术的研究。其遨义在于轮式智能移动机器人平台能锵满足不同层次学生的需求。同时,该平台也可以作为高校重大科技竞赛等活动的开发平台0其次，它还可以推广到中小学生的科技创新活动中，起到普及机电一体化知识的作用.本课题选择单片机作为控制器的主要核心模块.全称为单片微型计算机的单片机，具有集成度而、体积小、可靠性高、实用温度范围宽、性价比优异、控制功能强、外部总线丰富、功能扩展性强、功耗低的独特优异性能，已得到广泛应用。它促进了嵌入式系统的发展，并深入到各个领域。它已经成为工业、农业、国防、科学研究、教育和日常生活各个领域的智能工具.它

13、也是现代电子系统中重要的智能工具。它在促进各行各业的技术改造和产品升级方面发挥了巨大作用。H前，模块化、功能化、低成本智能小军的开发已经成为全国电子技能竞赛的热点。陋着传感技术、计算机科学、人工智能等相关学科的快速发展，它正朝若智能化方向发展。智能控制系统包括计算机技术、白动控制技术、传感黯技术、人工智能技术等技术。它是一个具有环境感知功能、实时决策和规划功能以及行为控制和执行功能的综合体.它是典型的机电一体化产品.此外，基于单片机的智能移动汽车的设计，旨在通过理论与实践的结合，从日常生活中可能接触到的细微之处，阐明自己所学到和使用的东西。此外，在实践中也发现了自己理论的不足，对广泛使用的单片

14、机有/更理性、感性的认识，从而在理论和实践上发挥出最佳水平。在此基础上，从般应用出发，设计了种具有避障、循迹、测距等相关运动状态的轮式移动机器人平台.平台可以向任意方向移动，操作灵活，并根据可以根据具体环境条件实现相应的功能。本文是机港人外形设计和编程的基础环节，可为后续机涔人研究提供有价值的参考和有益的思路。1.3. 轮式智能移动机器人发展概况与现状臼20世纪50年代以来，智能汽车的研究开始在国外展开。其发展过程大致经历了三个阶段:初步研究、电有成效的研究和深入系统、大规模的研究。具体如卜一：初始阶段：20世纪50年代，美国出现/自主导航车辆系统.该系统具有智能车辆最基本的特点-无人驾驶,这

15、是一个标志，一个智能车辆的明显标忐。卓有成就的阶段：2()世纪8()年代中后期，欧美些国家主要开展了智能汽车的可行性研究和如何使智能汽车实用化的研究,并取得/显著成效.深入系统大规模的研究阶段：自20世纪90年代以来，一些发达国家，特别是欧洲的德国和美国，对智能车辆进行了广泛、大规模的研究。尤其突出的是美国Nav1.ab系列自主车辆的研究。这项研究在卡内基梅隆大学机器人研究所进行，并取得了显著的成果。就AGv而言，也就是说轮式移动机器人的研究。在国外起步较早，世界上第一辆AGV是由美国巴雷特电子公司在20世纪50年代成功开发的。这是一个牵引式的小车系统，小车遵循导线引导的路径，并具有基于其空管技术的微控制处理器。随着计用机和传感器技术的发展，移动机器人的研究进入了一个小高潮，美国和欧洲的一些制造商已经标准化r地面移动机器人的尺寸和结构，并进行大量的研究和制造，推动了移动机器人的快速发展。进入20世纪8()年代后，美国国防部高级研究项目署(DARRA)投资6亿美元制定了地面无人作战战略计划，并为此作为了一个立项.该计划全面推动了地面移动机器人研窕在一些高等院校和科研机构的发展。例如，由能源部制定的为期十年的机人智能系统