反應式步進電動機的結構及工作原理

1、西 南 交 通 大 學本科畢業(yè)設計（論文）基于行為設計的自主式小型移動機器人系統(tǒng)研究年 級: 2003級學 號: 20030718姓 名: 謝群專 業(yè): 機電一體化指導老師: 周倫 2007年 6月 院 系 機械工程學院 專 業(yè) 機械電子工程 年 級 2003級 姓 名 謝群 題 目 基于行為設計的自主式小型移動機器人系統(tǒng)研究 指導教師評 語 指導教師 (簽章)評 閱 人評 語 評 閱 人 (簽章)成 績 答辯委員會主任 (簽章) 年 月 日畢業(yè)設計（論文）任務書班 級 2003級機械一班 學生姓名 謝群 學 號 20030718 發(fā)題日期： 2007年 月 日 完成日期： 2007年 月 日

2、題 目 基于行為設計的自主式小型移動機器人系統(tǒng)研究 1、本論文的目的、意義 本篇論文主要介紹了我獨立設計并制作的基于行為設計的機器鼠，這個機器鼠的設計制作的主要目的是對基于行為的機器人算法的驗證和試驗?；谛袨榈姆椒ㄔ谥兄悄芗彝サ壬虡I(yè)領域受到了許多研究人員的青睞，IRobot公司成功地研制出Roomba家庭式自動地板吸塵除菌機器人，將基于行為的思想引入機器人的作業(yè)規(guī)劃中，提高了規(guī)劃的效率和對環(huán)境的適應度，具有良好的應用前景。在機器鼠設計過程中，依照基于行為的設計方法，對機器鼠的環(huán)境、行為和執(zhí)行任務進行分析和重構，以此對傳感器的布局，機械結構和程序流程進行了理論分析設計。在周倫老師的支持和指導下

3、，完成了實物制作（包括電路板設計制作和機械加工）。在機器鼠控制系統(tǒng)的基礎上，提出了一種吸塵機器人機械底盤設計方案，結合控制系統(tǒng)初步可以完成室內吸塵任務的要求：能夠按照預先設定的算法，自動按照一定的路徑行駛，行駛過程中可以自動的識別并繞開障礙物，達到對房間進行無人自動吸塵的目的。目前國內外對吸塵機器人的研究，僅處于剛起步階段，國內還沒有此類產品推出，如果能夠繼續(xù)改進，會具有很大的市場潛力，并且具有一定的學術價值。通過對AT89S52單片機系統(tǒng)的設計調試，對如何組建單片機系統(tǒng)有了深刻的了解；通過對步進電機驅動電路的設計調試，熟悉了PCB的設計流程，增強了數(shù)字電路方面的知識。最重要的是，通過這次設計

4、并制作出實物，自己的實際動手能力得到了很大的增強。 2、學生應完成的任務 機器鼠的總體設計、路徑設計及機器鼠的總調試 機器鼠的機械部分設計并加工組裝 步進電動機驅動電路板的設計、調試 51單片機控制系統(tǒng)的硬件接線及軟件程序設計、調試 51單片機控制流程圖 步進電機驅動芯片電路圖 一種自動吸塵機器人的機械底盤設計建模，運動學計算 AT89S52單片機外圍硬件接線圖 外文資料翻譯 設計、計算說明書 3、論文各部分內容及時間分配：（共 12 周）第一部分 實習 (1周) 第二部分 收集資料、進行市場調查、完成總體設計 (3周) 第三部分 進行詳細方案設計、完成控制系統(tǒng)、電路板的調試及機械零件的加工(

5、4周)第四部分 完成機器人的總裝及功能調試 (2周) 第五部分 外文翻譯以及設計說明書 (2周)評閱及答辯 ( 周)備 注 指導教師： 年 月 日審 批 人： 年 月 日摘 要移動機器人是近年來發(fā)展起來的一門綜合學科，集中了機械、電子、計算機、自動控制以及人工智能等多學科最新研究成果，代表了機電一體化的最高成就。移動機器人在工業(yè)生產中常用來完成運輸和上下料等任務，同時也被廣泛用于農業(yè)、醫(yī)療等不同行業(yè)。在移動機器人相關技術研究中，路徑規(guī)劃技術是一個重要研究領域17。本文首先初步討論總結了目前主要的路徑規(guī)劃技術。從基于事例、基于環(huán)境模型和基于行為三個方面全面而系統(tǒng)地綜述了移動機器人路徑規(guī)劃技術的研

6、究現(xiàn)狀，對于目前普遍采用的路徑規(guī)劃方法及其實際應用情況進行了較為詳細介紹和分析?；谛袨榈姆椒ㄊ怯蒑IT的Brooks在他著名的包容式結構42中建立，它是一門從生物系統(tǒng)得到啟發(fā)而產生的用來設計自主機器人的技術，也是本文所重點研究的目標。它采用類似動物進化的自底向上的原理體系，嘗試從簡單的智能體來建立一個復雜的系統(tǒng)。將其用于解決移動機器人路徑規(guī)劃問題是一種新的發(fā)展趨勢，它把導航問題分解為許多相對獨立的行為單元，比如跟蹤、避碰、目標制導等。這些行為單元是一些由傳感器和執(zhí)行器組成的完整的運動控制單元，具有相應的導航功能，各行為單元所采用的行為方式各不相同，這些單元通過相互協(xié)調工作來完成導航任務。基于

7、行為的機器人學反對抽象的定義, 因此采用場景化、具體化的解釋更適合該領域的哲學思想。基于行為的機器人學的重要研究內容是系統(tǒng)結構而不是算法, 基于行為設計的機器人在非結構化動態(tài)環(huán)境中的性能非常優(yōu)越，用基于符號的機器人學設計的類似的機器人無法達到如下性能:a. 高速度,高靈活性。在動態(tài)復雜環(huán)境中的移動速度很快。b. 高魯棒性。 可以承受局部損壞。 c. 高效性。 軟件代碼可以是傳統(tǒng)的幾百分之一,硬件可以是傳統(tǒng)的幾十分之一。 d. 經濟性。價格是傳統(tǒng)的十幾分之一。 e. 可擴展性。很少改變原有系統(tǒng)便可增加性能。f. 可靠性。分布式自組織并行工作,可靠性強。為進一步研究基于行為的規(guī)劃方法，而引入一個真

8、實環(huán)境及任務模型，即IEEE每年舉辦的微型機器鼠比賽，通過設計基于行為的機器鼠模型論證該算法的可行性。此項比賽要求機器人能夠自主在未知環(huán)境中完成迷宮穿越的任務。針對機器鼠比賽項目的環(huán)境模型未知或不確定，以及該機器人本身的某些限制, 采用基于行為的研究方法, 實現(xiàn)了自行設計的自主式小型移動機器人在未知、動態(tài)環(huán)境中的自動避障。通過對機器鼠所運行的環(huán)境建模，根據(jù)基于行為的方法對機器鼠的執(zhí)行任務、沿墻行走、判斷障礙旋轉進行分解構建，以及對機器鼠傳感器布置及機械平臺設計進行理論分析。本文所研究的自主式微小型移動機器人個體是自行搭建的機器鼠實物平臺, 它由兩步進電機驅動, 其外形如圖1所示。在機器鼠正向和

9、側向共有3個漫反射式紅外線光電傳感器, 距離為10cm 20cm ,兩個碰撞開關，傳感器位置布置如圖2所示，當傳感器前方有障礙物時, 傳感器的輸出為1, 否則為0。 圖1 機器鼠外形照片采用了ATMEL公司的AT89S52單片機控制，小型四相步進電機及專用的PMM8713步進電機驅動方案，紅外接近開關作為主要傳感器，差動式底盤結構，初步實現(xiàn)針對微型機器鼠競賽的自主移動小車的設計。圖2 機器鼠傳感器布置行為的設計與機器人的能力密切相關，機器人的硬件限制了機器人的某些行為的能力，根據(jù)機器鼠的比賽任務，對機器鼠的行為中作如圖3分解。圖3 機器鼠的基本行為組件機器鼠的設計是對基于行為的規(guī)劃方法的一種驗

10、證設計，這種算法正廣泛應用于家庭服務類機器人，最典型的實例是自主吸塵機器人。在機器鼠傳感和控制系統(tǒng)的基礎上，本文進一步針對自主吸塵機器人提出一種機械底盤設計方案，使機器鼠的實用意義得以提升。關鍵詞：移動機器人；路徑規(guī)劃；單片機控制步進電機驅動；紅外接近開關傳感器；自主吸塵機器人AbstractThe Mobile Robert is a recently developing synthetic discipline which represents mechanical-electrical integration and centralizes the latest research of

11、 mechanics, electronics, computer, auto-control artificial intelligence, etc. In production industries the robot is used to transport and load-unload meanwhile it also widely used in others, like agriculture, medicine, and so on. In the relevant researches, the technology of it is a very important f

12、ield. Firstly this paper make a summary of current technologies of path planning preliminarily, and then from case-based environment model-based and behavior-based aspects, make a summary of the recent situation mobile robots path planning researches comprehensively and systematically. Finally intro

13、duces and analyzes the commonly used methods and their applications.Because of the uncertain and dynamic the environment models and the limitation of the robotic mice, we choose the method of adopting behavior-based. The self-designed autonomous navigation of mobile robot avoiding obstacles automati

14、cally can be realized. Though modeling for the circulating-circumstance of robotic mice, its tasks performing, along wall walking and obstacle-rotating judging are analyzed and constructed according to the behavior-based method as well as the arrangement of robotic mices sensor and the design of mec

15、hanical platform.We have built the platform of practicality for the robotic mice. The AT89S52 single-chip controlling also miniature four phase stepper motor and circuit of step motor driving program are adopted, with infrared remote control switch controller as the major sensor and differential cha

16、ssis structure. Therefore, the design of autonomous navigation of mobile vehicle aimed at the miniature robotic mice contest will be achieved. Use limited funds to make a simple carriage, build an experimental electric circuit, draw and print the circuit board and accomplish the assembling and debug

17、ging work.The design of robotic mice is a validation for behavior-based method. The computational algorithm is widely used in household services robots and the typical form is autonomous cleaning robots. On the ground of robotic mice sensor and control system, the thesis further put forwards a mecha

18、nical chassis design, accomplish CAD modeling calculate and analyze in terms of autonomous cleaning robots. Key word: Mobile robot;Path planning;Singlechip-controlling drive circuit of step motor;Infrared remote control switch controller;Autonomous cleaning robots目 錄第1章 緒論1第2章 移動機器人路徑規(guī)劃方法的分類及現(xiàn)狀52.1

19、基于事例的學習規(guī)劃方法52.2 基于環(huán)境模型的規(guī)劃方法62.3 基于行為的結構7第3章 自主式小型移動機器人設計任務及方案分析103.1 微型鼠競賽介紹103.2 設計任務分解113.3 機器鼠任務分析及基于行為設計123.3.1 巡視通道，沿墻行走行為133.3.2 判斷通道，觸發(fā)旋轉行為193.3機械平臺213.4.1 機器人移動機構方案選擇213.4.2 車輪的安裝與選擇263.4.3 車輪的選擇273.5 多傳感器的配合使用283.5.1 傳感器在機器人學科應用283.5.2 機器人紅外傳感器303.5.3機器鼠傳感器設計方案34第4章 機器鼠四相步進電機及驅動電路設計384.1 步進

20、電機控制概況384.2 反應式步進電動機的結構及工作原理394.3 步進電機功率的確定434.4 驅動電源454.4.1 步進電動機的控制474.4.2 機器鼠所使用的步進電機驅動電路494.5 單片機控制534.6 單片機控制程序流程圖64第5章 基于機器鼠控制系統(tǒng)的一種實用自主吸塵機器人機械部分設計695.1差動式車體運動學分析705.2 驅動輪機構組成745.3 隨動輪機構組成79結 論81致 謝83參考文獻85附錄一： C語言單片機控制程序88附錄二： PCB印刷圖88附錄三： 外文翻譯88附錄四： 實習報告88強法的測量原理是將發(fā)射信號經調制后送經紅外發(fā)光管發(fā)射,光敏管接收調制的紅外

21、信號1,原理如圖3-20所示。圖3-22 紅外發(fā)射接受原理反射光強度的輸出信號電壓Vout 是反射面與傳感器之間距離x 的函數(shù),設反射面物質為同種物質時,x 與Vout 的響應曲線是非線性的,如圖3-23 所示。設定輸出電壓達到某一閾值時作為目標,不同的目標距離閾值電壓是不同的。圖3-23 光強度與電壓相應曲線表3-2 紅外傳感器分類紅外傳感器分類1.漫反射式光電開關漫反射光電開關是一種集發(fā)射器和接收器于一體的傳感器，當有被檢 測物體經過時，將光電開關發(fā)射器發(fā)射的足夠量的光線反射到接收器，于是光電開關就產生了開關信號。當被檢測物體的表面光亮或其反光率極高時，漫反射式的光電開關是首選的檢測模式。

22、  結 論路徑規(guī)劃技術是移動機器人研究中的一項重要領域，從火星探路者機器人到家庭使用的服務機器人，不同的環(huán)境中未知及動態(tài)因素要求算法具有較強的魯棒性和適應性。本文開始部分對已有移動機器人路徑規(guī)劃技術作以總結和比較，對基于行為結構的規(guī)劃方法進行重點介紹分析，得出該種路徑規(guī)劃可以使面向家庭及社會服務環(huán)境的機器人的每個行為的功能比較簡單，因而通過簡單的傳感器及其快速信息處理過程獲得比較好的運行效果。進一步可以降低服務機器人的成本，使機器人快速進入需求巨大的服務市場。為進一步研究基于行為的規(guī)劃方法，而引入一個真實環(huán)境及任務的模型，即微型機器鼠比賽，通過設計基于行為的機器鼠模型論證該

23、算法的可行性。此項比賽要求機器人能夠自主在未知環(huán)境中完成迷宮穿越的任務。通過對機器鼠運行環(huán)境進行簡化、比賽任務分解、行為構建和方案選擇設計，完成機器鼠的理論設計。論文詳細介紹機器鼠實物平臺的組成部件和搭建調試。根據(jù)理論分析的設計方案采用AT89S52單片機作為控制中心，差動式底盤設計，側向和前向紅外光電傳感器布置方案實現(xiàn)微型鼠比賽任務功能。其中還包括PMM8713步進電機驅動芯片驅動步進電機方案設計，紅外光電傳感器電路設計等部分。最終方案通過實地試驗通過，從而論證基于行為的路徑規(guī)劃方法的實用性。由于基于行為的路徑規(guī)劃法是面向服務機器人，在論文的中基于機器鼠的控制方案，提出了一種自主吸塵機器人的

24、底盤設計方案，使機器鼠的研究結論接近于實際的生產生活，有一定的實用價值。限于能力和客觀條件，在研究工作中仍然存在很多不足，還有如下諸多問題需要解決：1.由于傳感器和主控制系統(tǒng)的選擇的層次比較低，不適合做基于視覺等更高層次的導航方法。2.在機器人室內定位和導航方面還需要進行更深入的研究進行優(yōu)化和改進，機器鼠采用“左手算法”，因而不需要進行路徑追蹤，但移植于自主吸塵機器人平臺上就需要，考慮定位和導航，無規(guī)律的行走訪時會大大降低吸塵機器人的使用效率。3.整個系統(tǒng)推進機構設計還需要通過更深入的研究進行優(yōu)化和改進，比如采用非傳統(tǒng)機構推進，使用新材料。4.要實現(xiàn)吸塵機器人長時間作業(yè)，需要對能源問題進行更深

25、入的研究。 隨著機構學、材料學、傳感技術和控制技術的不斷融合和發(fā)展，面向家庭及社會公共場所的服務機器人將會逐步走向實用化，服務于人類社會。致 謝三個月畢業(yè)設計時間很快就過去了，時至此時，畢業(yè)設計基本完成了，回首所奮斗過的日日夜夜，心中充滿的是欣慰和感激。創(chuàng)新的重要性是人所共知的，對于我們大學生來說，正值人生創(chuàng)造性的高峰期，其實生活中創(chuàng)意經常在我們的腦海里一閃而過，只是我們很輕易的就把它給忘記了，主要是由于我們沒有條件去進行創(chuàng)新。要把一個機器人加工出來，需要資金支持、實驗條件支持以及老師的指導。周倫老師為我提供了無私的幫助，自始至終為我提供技術上的指導。我的小實驗室我一個人獨立制作出這個機器人，

26、從某種角度講不是很實際，但卻很有挑戰(zhàn)性。從收集資料，市場調查，到總體設計，具體設計，加工零件，跑市場購買元件，到機器人的組裝，調試，以及最后論文的撰寫，通過這些過程，感覺收獲很多。在對設計方法的了解上，使我懂得了設計并不是孤立進行的，在進行了整體設計后，具體的設計要結合實際，與制作同步進行，因為實際的情況遠遠比理論上復雜的多，很多問題是不實踐難以發(fā)現(xiàn)的，設計是一個與實踐反復交叉的過程。另一點就是，并不是所有的設計都要自己從頭設計，要從市場的角度去考慮問題，如果一樣部件通過市場很容易得到，并且價格合適，可以考慮進行購買，然后按自己的需要改進。在思維方式上，以前自己所面臨的問題都是有可參照物的，有

27、經驗可循的。而我們所設計制作的機器人，很多東西都是要自己從頭考慮得，是沒有可參照物的，并且調試的過程中隨時會出現(xiàn)一些問題，而我們有必須將其解決，就增強了我們解決實際問題的能力。通過這次設計，自己的動手能力、與人交流的能力、以及學習新知識、應用舊知識的能力都得到了增強，另外，作為一名機械電子專業(yè)的學生，“電”的方面一直是自己的弱項，而這次設計要牽涉很多“電”方面的知識，經過這次設計，自己在“電”方面的能力大大增強了。所有的這一切，都是緣于周倫老師對我的幫助，在這里，再次向他表示感謝！通往科學的道路是崎嶇的，也是充滿風險的，既然我們選擇了它，就應當義無反顧地走下去。天道酬勤是永遠不變的真理！由于本

28、人知識水平、能力有限，設計中存在錯誤在所難免。其中還有些具體問題未能進行徹底的分析討論，這是本設計還有待進一步完善和改進的地方，懇請各位專家學者以及老師同學不吝賜教！ 感謝老師，感謝團隊，感謝母校。 設計者：謝群 2007年6月 參考文獻1 高國富，謝少榮等，機器人傳感器及其應用，北京：化學工業(yè)出版社，2005年。2 （美）David Cook著，畢樹生，李大寨等譯，機器人制作提高篇Intermediate Robot Building,北京：北京航空航天大學出版社，2005年。3 張厚生編著，信息檢索（第4版），南京：東南大學出版社，2002年。4 張福學，機器人學智能機器人傳感技術，北京：

29、電子工業(yè)出版社，1996年5（美）Joseph L Jones著，原魁 鄒偉等譯，機器人編程技術基于行為的機器人實戰(zhàn)指南，北京：機械工業(yè)出版社，2006年。6 胡漢才編著，單片機原理及其接口技術，北京：清華大學出版社，1995年7 宗光華等編著，機器人的創(chuàng)意與實踐，北京：北京航空航天大學出版社，2004年。8 （美）Fred G. Martin著，劉榮等譯，機器人探索工程實踐指南 Robotic Explorations A Hands-on Introduction to Engineering,北京：電子工業(yè)出版社，2004年。9 楊寧等編著，單片機與控制技術，北京：北京航空航天大學出版社

30、，2005年。10 趙文博編著，單片機語言C51程序設計，北京：人民郵電出版社。2005年。11 何立民著，單片機高級教程，北京：北京航天航空大學出版社，1999年。12 尹勇 李宇編著，Vision2單片機應用程序開發(fā)指南，北京：科學出版社，2005年。13 吳紅星主編，電機驅動與控制專用集成電路及應用，北京：中國電力出版社，2006年。14 譚建成編，新編電機控制專用集成電路與應用，北京：機械工業(yè)出版社，2005年。15 胡宗武,徐履冰,石來德主編. 非標準機械設備設計手冊. 機械工業(yè)出版社,北京, 2003年16 張捍東等.移動機器人路徑規(guī)劃.系統(tǒng)仿真學報，2005.Vol.17 N0.

31、217 孫立寧,黃博. 地面移動機器人系統(tǒng)的研究現(xiàn)狀與關鍵技術.機械設計.2006.Vol. 23 No. 718 吳建平, 殷戰(zhàn)國. 紅外反射式傳感器在自主式尋跡小車導航中的應用.2004. Vol130 .No1619 雷賓.機器人接近覺、距離覺傳感器的研究現(xiàn)狀與建議.傳感器技術.199320 邱鐵, 葉希貴. 基于51 型單片機的自動巡線輪式機器人控制系統(tǒng)設計. 國外電子元器件.2006 年第3期21 蔡自興,周 翔,李枚毅.基于功能行為集成的自主式移動機器人進化控制體系結構.機器人.2000.22 程君實,李小海. 基于行為的自主微小移動機器人智能體系結構研究.上海交通大學學報.200

32、523 范紅 ，蔣靜坪.輪式移動機器人個體在未知環(huán)境中實時免碰路徑規(guī)劃. 機床與液壓.2004.No.924 陸新華，張桂林. 室內服務機器人導航方法研究.機器人.2003. Vo l. 25,No. 125 武傳宇，沈衛(wèi)平. 未知環(huán)境中移動機器人基于行為的自主導航與環(huán)境構建. 機電工程.2003.第20卷第5期26 謝少榮，龔振邦. 一種小型移動機器人的電機控制系統(tǒng)設計.微特電機.200527 李國棟,劉春陽. 差動驅動式移動機器人的運動規(guī)劃. 哈爾濱工業(yè)大學學報.2003. Vol1.35 No1928 朱世強,劉瑜,龐作偉,金波. 自主吸塵機器人的研究現(xiàn)狀. 機器人.2004. Vol.

33、 26 No. 629 譚定忠，王啟明. 清潔機器人研究發(fā)展現(xiàn)狀.機械工程師。2004.630 譚偉，趙錫芳.機器人直接驅動研究現(xiàn)狀及發(fā)展。機械工程師.2000.431 周驥平,朱興龍,顏景平. 機器人機械結構參數(shù)的相關性分析. 中國機械工程.200332 張碩生，余達太.輪式移動操作機器人的魯棒跟蹤控制器設計.北京科技大學學報。200333 朱向彬, 曹作良.移動機器人動力學建模及運動控制仿真.天津大學學報.2005.第21 卷第1期34 惲為民. 基于行為的機器人學. 華中科技大學學報（自然科學版）.200435 陳宗海. 環(huán)境因素對多自主移動機器人系統(tǒng)的影響研究.中國科學技術大學學報.2

34、00336 楊福廣 , 周風余 , 侯宏光. 全方位輪式移動機器人控制器設計與實現(xiàn). 系統(tǒng)工程與電子技術. 2003.Vol125 ,No1237 孫賢安,陳南,王金湘. 基于51單片機的小車避障電路實現(xiàn). 電氣技術與自動化.200138 KEIL公司.Keil Software Cx51 編譯器用戶手冊（英文）.2005.39 ATMEL(愛特梅爾)公司. AT89S52使用手冊（英文） .200540 Karl Williams. Build Your Own Biologically Inspired Robot. McGraw-Hill.199941 Andreas Birk. Beh

35、avior-based Robotics, its scope and its prospects.IEEE.199242 Rondey A.brooks .A Robust Layered Control System For A Mobile Robot.IEEE.1989.43 部分網絡資料來自 ROBOTDIY機器人發(fā)燒友天地 RoboticFan機器人愛好者www.xie- 電子制作實驗室網站 21IC中國電子網 - 電子工程師的網站 單片機學習網 上海嵌入式系統(tǒng)研究所 電子愛好者網附錄一： C語言單片機控制程序附錄二： PCB印刷圖附錄三： 外文翻譯附錄四： 實習報告結 論路徑規(guī)劃

36、技術是移動機器人研究中的一項重要領域，從火星探路者機器人到家庭使用的服務機器人，不同的環(huán)境中未知及動態(tài)因素要求算法具有較強的魯棒性和適應性。本文開始部分對已有移動機器人路徑規(guī)劃技術作以總結和比較，對基于行為結構的規(guī)劃方法進行重點介紹分析，得出該種路徑規(guī)劃可以使面向家庭及社會服務環(huán)境的機器人的每個行為的功能比較簡單，因而通過簡單的傳感器及其快速信息處理過程獲得比較好的運行效果。進一步可以降低服務機器人的成本，使機器人快速進入需求巨大的服務市場。為進一步研究基于行為的規(guī)劃方法，而引入一個真實環(huán)境及任務的模型，即微型機器鼠比賽，通過設計基于行為的機器鼠模型論證該算法的可行性。此項比賽要求機器人能夠自

37、主在未知環(huán)境中完成迷宮穿越的任務。通過對機器鼠運行環(huán)境進行簡化、比賽任務分解、行為構建和方案選擇設計，完成機器鼠的理論設計。論文詳細介紹機器鼠實物平臺的組成部件和搭建調試。根據(jù)理論分析的設計方案采用AT89S52單片機作為控制中心，差動式底盤設計，側向和前向紅外光電傳感器布置方案實現(xiàn)微型鼠比賽任務功能。其中還包括PMM8713步進電機驅動芯片驅動步進電機方案設計，紅外光電傳感器電路設計等部分。最終方案通過實地試驗通過，從而論證基于行為的路徑規(guī)劃方法的實用性。由于基于行為的路徑規(guī)劃法是面向服務機器人，在論文的中基于機器鼠的控制方案，提出了一種自主吸塵機器人的底盤設計方案，使機器鼠的研究結論接近于

38、實際的生產生活，有一定的實用價值。限于能力和客觀條件，在研究工作中仍然存在很多不足，還有如下諸多問題需要解決：1.由于傳感器和主控制系統(tǒng)的選擇的層次比較低，不適合做基于視覺等更高層次的導航方法。2.在機器人室內定位和導航方面還需要進行更深入的研究進行優(yōu)化和改進，機器鼠采用“左手算法”，因而不需要進行路徑追蹤，但移植于自主吸塵機器人平臺上就需要，考慮定位和導航，無規(guī)律的行走訪時會大大降低吸塵機器人的使用效率。3.整個系統(tǒng)推進機構設計還需要通過更深入的研究進行優(yōu)化和改進，比如采用非傳統(tǒng)機構推進，使用新材料。4.要實現(xiàn)吸塵機器人長時間作業(yè)，需要對能源問題進行更深入的研究。 隨著機構學、材料學、傳感技

39、術和控制技術的不斷融合和發(fā)展，面向家庭及社會公共場所的服務機器人將會逐步走向實用化，服務于人類社會。致 謝三個月畢業(yè)設計時間很快就過去了，時至此時，畢業(yè)設計基本完成了，回首所奮斗過的日日夜夜，心中充滿的是欣慰和感激。創(chuàng)新的重要性是人所共知的，對于我們大學生來說，正值人生創(chuàng)造性的高峰期，其實生活中創(chuàng)意經常在我們的腦海里一閃而過，只是我們很輕易的就把它給忘記了，主要是由于我們沒有條件去進行創(chuàng)新。要把一個機器人加工出來，需要資金支持、實驗條件支持以及老師的指導。周倫老師為我提供了無私的幫助，自始至終為我提供技術上的指導。我的小實驗室我一個人獨立制作出這個機器人，從某種角度講不是很實際，但卻很有挑戰(zhàn)性

40、。從收集資料，市場調查，到總體設計，具體設計，加工零件，跑市場購買元件，到機器人的組裝，調試，以及最后論文的撰寫，通過這些過程，感覺收獲很多。在對設計方法的了解上，使我懂得了設計并不是孤立進行的，在進行了整體設計后，具體的設計要結合實際，與制作同步進行，因為實際的情況遠遠比理論上復雜的多，很多問題是不實踐難以發(fā)現(xiàn)的，設計是一個與實踐反復交叉的過程。另一點就是，并不是所有的設計都要自己從頭設計，要從市場的角度去考慮問題，如果一樣部件通過市場很容易得到，并且價格合適，可以考慮進行購買，然后按自己的需要改進。在思維方式上，以前自己所面臨的問題都是有可參照物的，有經驗可循的。而我們所設計制作的機器人，

41、很多東西都是要自己從頭考慮得，是沒有可參照物的，并且調試的過程中隨時會出現(xiàn)一些問題，而我們有必須將其解決，就增強了我們解決實際問題的能力。通過這次設計，自己的動手能力、與人交流的能力、以及學習新知識、應用舊知識的能力都得到了增強，另外，作為一名機械電子專業(yè)的學生，“電”的方面一直是自己的弱項，而這次設計要牽涉很多“電”方面的知識，經過這次設計，自己在“電”方面的能力大大增強了。所有的這一切，都是緣于周倫老師對我的幫助，在這里，再次向他表示感謝！通往科學的道路是崎嶇的，也是充滿風險的，既然我們選擇了它，就應當義無反顧地走下去。天道酬勤是永遠不變的真理！由于本人知識水平、能力有限，設計中存在錯誤在

42、所難免。其中還有些具體問題未能進行徹底的分析討論，這是本設計還有待進一步完善和改進的地方，懇請各位專家學者以及老師同學不吝賜教！ 感謝老師，感謝團隊，感謝母校。 設計者：謝群 2007年6月 參考文獻1 高國富，謝少榮等，機器人傳感器及其應用，北京：化學工業(yè)出版社，2005年。2 （美）David Cook著，畢樹生，李大寨等譯，機器人制作提高篇Intermediate Robot Building,北京：北京航空航天大學出版社，2005年。3 張厚生編著，信息檢索（第4版），南京：東南大學出版社，2002年。4 張福學，機器人學智能機器人傳感技術，北京：電子工業(yè)出版社，1996年5（美）Jo

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