慧魚機(jī)器人畢業(yè)論文

摘要/r/nPAGE/r/nPAGE/r/nI/r/n摘要/r/n智能機(jī)器人被人們稱為第三代機(jī)器人，是能利用感覺和識別功能做決策行動的機(jī)器人。本文以慧魚創(chuàng)意組合模型為平臺，設(shè)計(jì)出一種智能機(jī)器人/r/n——/r/n循跡邊界識別小車。小車?yán)梦娱_關(guān)檢測邊界，利用光電管進(jìn)行循跡/r/n。小車采用慧魚智能接口板進(jìn)行控制，用直流電動機(jī)驅(qū)動/r/n。該智能小車的機(jī)械結(jié)構(gòu)可以實(shí)現(xiàn)反復(fù)拆裝，無限組合?？刂栖浖镽OBOPro，控制機(jī)器人完成一系列復(fù)雜動作：如尋找軌跡/r/n——/r/n沿軌跡行走/r/n——/r/n遇到邊界停止/r/n——/r/n回避邊界/r/n——/r/n繼續(xù)尋找軌跡/r/n——/r/n繼續(xù)沿軌跡行走等。本文首先對小車的總體結(jié)構(gòu)進(jìn)行分析，確定驅(qū)動方案和傳動方案，然后按照模塊化設(shè)計(jì)方法組裝搭建小車結(jié)構(gòu)，最后/r/n對/r/n智能小車/r/n的循跡和邊界識別的控制系統(tǒng)進(jìn)行了研究，/r/n完成了智能小車硬件設(shè)計(jì)及軟件設(shè)計(jì)，成功實(shí)現(xiàn)了主動循跡和邊界識別功能。/r/n關(guān)鍵詞：/r/n智能機(jī)器人慧魚循跡邊界識別/r/n-/r/nPAGE/r/nII/r/n-/r/nPAGE/r/n9/r/n--/r/nTitle/r/n/r/nTrackingand/r/nb/r/noundary/r/n/r/nidentificationofthesmartcar/r/n/r/nAbstract/r/nIntelligentrobotsareknownasthethird-generation/r/nrobot,itisableto/r/nutilizeto/r/nfeelandidentifydecision-makingaction.Inthispaper,thecreativecombinationofFischertechnikmodelasaplatformtodesignanintelligentrobot-cartrackingtoavoidthecliff.Carusemicro-switchestestthecliffandusephotocellcellfortracking.ThecarsadoptFischertechnikIntelligentboardwithtwoDCmotordrive.Theintelligentcar'smechanicalstructurecanberepeateddisassembly,infinitecombinations.ControlsystemcanidentifyROBOPROasthecore.S/r/nuchasthesearchingforthetrack、walkingalongthetracks、stoppingtofacecliff、avoidingthecliff、continuingtolookforthetrackandcontinuingtowalkalongthetrack.Inthispaper,thefirstanalysistheoverallstructureofthecartodetermine/r/nthedriverprogramanddriveprogram,establishthecarinaccordancewiththemethodofmodulardesignstructureandfinallyresearchthecarcontrolsystem.Inthispaper,studythesmartcartrackingandavoidingthecliff,completedtheSmartcarhardwareproductionandsoftwaredesign,andsuccessfullyimplementedthefunctionoftrackingandavoidingthecliff./r/nKeywords/r/n/r/n:/r/nRobot;

/r/n/r/nFischertechnik;

TourLine;

Boundaryidentification/r/n目錄/r/nPAGE/r/n8/r/n-/r/n-/r/n目錄/r/n/r/n/r/n/r/n/r/n摘/r/n/r/n要/r/n /r/n/r/nI/r/n/r/n/r/n/r/nAbstract/r/n /r/n/r/nII/r/n/r/n/r/n/r/n第1章/r/n/r/n緒論/r/n /r/n1/r/n/r/n/r/n/r/n1.1選題背景及意義/r/n /r/n1/r/n/r/n/r/n/r/n1.2國內(nèi)外機(jī)器人的發(fā)展現(xiàn)狀/r/n /r/n2/r/n/r/n/r/n/r/n1.3慧魚機(jī)器人的前景/r/n /r/n3/r/n/r/n/r/n/r/n第/r/n2/r/n章/r/n/r/n智能小車的總體設(shè)計(jì)/r/n /r/n/r/n5/r/n/r/n/r/n/r/n2.1/r/n智能小車實(shí)現(xiàn)功能/r/n /r/n/r/n5/r/n/r/n/r/n/r/n2.1.1/r/n邊界識別功能/r/n /r/n/r/n6/r/n/r/n/r/n/r/n2.1.2/r/n循跡功能/r/n /r/n/r/n6/r/n/r/n/r/n/r/n2.1.3/r/n循跡加邊界識別功能/r/n /r/n/r/n6/r/n/r/n/r/n/r/n2.2/r/n小車驅(qū)動方案的對比分析及選擇/r/n /r/n/r/n6/r/n/r/n/r/n/r/n2.3/r/n智能小車傳動方案的對比分析及選擇/r/n /r/n/r/n7/r/n/r/n/r/n/r/n2.4/r/n小車控制系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì)/r/n /r/n/r/n7/r/n/r/n/r/n/r/n2.5/r/n循跡邊界識別小車總體設(shè)計(jì)簡圖/r/n /r/n/r/n8/r/n/r/n/r/n/r/n2.6/r/n本章小結(jié)/r/n /r/n/r/n9/r/n/r/n/r/n/r/n第/r/n3/r/n章/r/n/r/n智能循線避障機(jī)器人結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)/r/n /r/n10/r/n/r/n/r/n/r/n3.1/r/n硬件設(shè)計(jì)/r/n /r/n10/r/n/r/n/r/n/r/n3.2/r/n硬件的選擇/r/n /r/n10/r/n/r/n/r/n/r/n3.3/r/n智能車本體結(jié)構(gòu)/r/n /r/n/r/n13/r/n/r/n/r/n/r/n3.3.1/r/n機(jī)器人各部分設(shè)計(jì)/r/n /r/n/r/n13/r/n/r/n/r/n/r/n3.3.2/r/n機(jī)器人硬件安裝/r/n /r/n/r/n14/r/n/r/n/r/n/r/n3.4/r/n小結(jié)/r/n /r/n/r/n15/r/n/r/n/r/n/r/n第/r/n4/r/n章/r/n/r/n智能小車的軟件設(shè)計(jì)/r/n /r/n/r/n16/r/n/r/n/r/n/r/n4.1/r/n軟件設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)要求/r/n /r/n/r/n16/r/n/r/n/r/n/r/n4.2/r/n控制程序模塊化/r/n /r/n/r/n/r/n16/r/n/r/n/r/n/r/n4.3/r/n主程序/r/n /r/n/r/n17/r/n/r/n/r/n/r/n4.4/r/n邊界識別子程序/r/n /r/n/r/n17/r/n/r/n/r/n/r/n邊界返回方法的最優(yōu)化/r/n /r/n/r/n18/r/n/r/n/r/n/r/n4.5/r/n尋找軌跡子程序/r/n /r/n/r/n19/r/n/r/n/r/n/r/n4.6/r/n進(jìn)、后退、停止、左右轉(zhuǎn)子程序/r/n /r/n/r/n20/r/n/r/n/r/n/r/n4.7/r/n沿軌跡行走子程序/r/n /r/n/r/n20/r/n/r/n/r/n/r/n4.8LLWin3.0/r/n控制系統(tǒng)的調(diào)試/r/n /r/n/r/n21/r/n/r/n/r/n/r/n4.8.1/r/n調(diào)試前的準(zhǔn)備工作/r/n /r/n/r/n21/r/n/r/n/r/n/r/n4.8.2/r/n程序調(diào)試/r/n /r/n/r/n22/r/n/r/n/r/n/r/n4.8.3/r/n運(yùn)行結(jié)果/r/n /r/n/r/n22/r/n/r/n/r/n/r/n4.9/r/n小結(jié)/r/n /r/n/r/n22/r/n/r/n/r/n/r/n結(jié)/r/n/r/n論/r/n /r/n/r/n23/r/n/r/n/r/n/r/n致/r/n/r/n謝/r/n /r/n/r/n24/r/n/r/nHYP/r/nERLINK\l"_Toc295733800"/r/n/r/n參考文獻(xiàn)/r/n /r/n/r/n25/r/n第1章緒論/r/n第1章緒論/r/n1.1/r/n選題背景及意義/r/n/r/n“/r/n慧魚創(chuàng)意組合模型/r/n”/r/n又稱/r/n“/r/n工程積木/r/n”/r/n，/r/n“/r/n智慧魔方/r/n”/r/n，簡稱/r/n“/r/n慧魚/r/n”/r/n。它是由德國發(fā)明家ArturFisher博士于1964年發(fā)明的。它具有一般機(jī)械所具有的零部件，如齒輪、電機(jī)、電氣開關(guān)等，通過聲、光、電和輔助技術(shù)的配合，能夠模擬各種機(jī)械運(yùn)動和機(jī)械設(shè)備的自動控制，而且有比較真實(shí)的功能/r/n[1]/r/n。/r/n慧魚創(chuàng)意組合模型是對各種工業(yè)機(jī)器人的模型，通過對模型的仿真來實(shí)現(xiàn)機(jī)器人的設(shè)計(jì)工作。機(jī)器人技術(shù)是綜合了計(jì)算機(jī)、控制論、機(jī)構(gòu)學(xué)、信息和傳感技術(shù)、人工智能、仿生學(xué)等多門學(xué)科而形成的高新技術(shù)。國際標(biāo)準(zhǔn)化組織（/r/nISO/r/n）對機(jī)器人的定義:機(jī)器人是一種自動的、位置可控的、具有編程能力的多功能操作機(jī)，這種操作機(jī)具有幾個軸，能夠借助可編程操作來處理各種材料、零件、工具和專用裝置，以執(zhí)行各種任務(wù)/r/n[2]/r/n。/r/n工業(yè)機(jī)器人是機(jī)器人的主要研究類型，它并不是簡單意義上代替人工的勞動，而是綜合了人的特長和機(jī)器特長的一種擬人的電子機(jī)械裝置，既有人對環(huán)境狀態(tài)的快速反應(yīng)和分析判斷能力，又有機(jī)器可長時間持續(xù)工作、精確度高、抗惡劣環(huán)境的能力。從某種意義上來說，機(jī)器人是機(jī)器進(jìn)化過程的產(chǎn)物，是工業(yè)以及非產(chǎn)業(yè)界的重要生產(chǎn)和服務(wù)性設(shè)備，也是先進(jìn)制造技術(shù)領(lǐng)域不可缺少的自動化設(shè)備。工業(yè)機(jī)器人由機(jī)械本體、控制器、伺服驅(qū)動系統(tǒng)和檢測傳感裝置構(gòu)成，是一種仿人操作、自動控制、可重復(fù)編程、能在三維空間完成各種作業(yè)的機(jī)電一體化自動設(shè)備，適合于多品種、變批量的柔性生產(chǎn)。它對穩(wěn)定和提高產(chǎn)品質(zhì)量，提高生產(chǎn)效率，改善勞動條件和產(chǎn)品的快速更新?lián)Q代起著重要的作用。/r/n從20世紀(jì)80年代以來，機(jī)器人技術(shù)的不斷進(jìn)步，其在各個領(lǐng)域的應(yīng)用日益廣泛，引起了各國專家學(xué)者的普遍關(guān)注。許多發(fā)達(dá)國家均把機(jī)器人技術(shù)的開發(fā)和研究列入國家高新技術(shù)發(fā)展計(jì)劃。世界各國普遍在高等院校為大學(xué)本科生及研究生開設(shè)機(jī)器人技術(shù)的有關(guān)課程。為了培養(yǎng)機(jī)器人開發(fā)、設(shè)計(jì)、生產(chǎn)、維護(hù)方面的人才，我國很多高校也為本科生和研究生開設(shè)了機(jī)器人學(xué)課程。因此，教學(xué)型機(jī)器人越來越受到科研單位以及高校的重視。教育機(jī)器人是一類應(yīng)用于教育領(lǐng)域的機(jī)器人，它一般具備以下特點(diǎn)：首先是教學(xué)適用性，符合教學(xué)使用的相關(guān)需求；其次是具有良好的性能價格比，特定的教學(xué)用戶群決定了其價位不能過高；再次就是它的開放性和可擴(kuò)展性，可以根據(jù)需要方便地增、減功能模塊，進(jìn)行自主創(chuàng)新；此外它還應(yīng)當(dāng)有友好的人機(jī)交互界面/r/n[3]/r/n。目前國內(nèi)的教育機(jī)器人產(chǎn)品近20種，包括上海廣茂達(dá)公司生產(chǎn)的能力風(fēng)暴智能機(jī)器人、西覓亞科技生產(chǎn)的樂高機(jī)器人、慧魚公司生產(chǎn)的慧魚機(jī)器人等。/r/n1.2/r/n國內(nèi)外機(jī)器人的發(fā)展現(xiàn)狀/r/n機(jī)器人從20世紀(jì)50年代誕生以來，在短短的50多年里得到了迅速的發(fā)展，經(jīng)歷了第一代工業(yè)機(jī)器人的研究、實(shí)用化和普及，第二代感知功能機(jī)器人的研究、實(shí)用化，以及第三代智能機(jī)器人的研究等各個階段。/r/n第三代機(jī)器人，也是我們機(jī)器人學(xué)中一個理想的所追求的最高級的階段，叫智能機(jī)器人，那么只要告訴它做什么，不用告訴它怎么去做，它就能完成/r/n任務(wù)。/r/n知思維和人機(jī)通訊的這種功能和機(jī)能，目前的發(fā)展還是相對的只是在局部有這種智能的概念和含義，但真正完整意義的這種智能機(jī)器人實(shí)際上并沒有存在，而只是隨著我們科學(xué)技術(shù)的/r/n不斷/r/n發(fā)展，智能的概念越來越豐富，它內(nèi)涵越來越寬/r/n泛/r/n[4]/r/n。1954年，美國的George.Devol首先把遠(yuǎn)程控制器的桿結(jié)構(gòu)與數(shù)控銑床的伺服軸結(jié)合起來，研制出了第一臺通用機(jī)械手。這種機(jī)械手可以通過讓其沿一系列點(diǎn)運(yùn)動，將運(yùn)動位置以數(shù)字形式存儲起來，動作執(zhí)行時，使伺服系統(tǒng)驅(qū)動機(jī)械手各關(guān)節(jié)軸來再現(xiàn)這些位置，從而讓機(jī)械手完成一些簡單的工作。正是由于這個機(jī)械手具有了編程示教再現(xiàn)功能，因此許多人把它作為現(xiàn)代工業(yè)機(jī)器人產(chǎn)生的標(biāo)志/r/n[5]/r/n。在隨后的生產(chǎn)應(yīng)用中，為了適應(yīng)各種不同用途需要，相繼出現(xiàn)了直角坐標(biāo)、關(guān)節(jié)坐標(biāo)、極坐標(biāo)等許多種不同結(jié)構(gòu)的機(jī)器人。與第一代示教再現(xiàn)型機(jī)器人不同，第二代機(jī)器人是具有感覺功能的適應(yīng)控制機(jī)器人。這種機(jī)器人帶有傳感器，能感知環(huán)境和對象的情況以控制自身動作的變化。智能機(jī)器人的研究是一個艱巨而又廣泛的問題，隨著研究的不斷深入，相關(guān)科學(xué)的飛速發(fā)展，智能機(jī)器人在不久的將來一定會出現(xiàn)。/r/n據(jù)UNECE(聯(lián)合國歐洲經(jīng)濟(jì)委員會)和IFR(國際機(jī)器人聯(lián)合會)統(tǒng)計(jì)，從20世紀(jì)70年代起，世界機(jī)器人產(chǎn)業(yè)一直保持著穩(wěn)步增長的良好勢頭。進(jìn)入90年代，機(jī)器人產(chǎn)品發(fā)展速度加快，年銷售量增長率平均在10％左右；2004年增長率達(dá)到了創(chuàng)記錄的20％，其中，亞洲機(jī)器人增長幅度最為突出，增長43％/r/n[/r/n6-8/r/n]/r/n。我國的機(jī)器人研究開發(fā)工作始于上世紀(jì)70年代初，到現(xiàn)在已經(jīng)歷了30多年的歷程。前10年處于研究單位自行開展研究工作狀態(tài)，發(fā)展比較緩慢。1985年后開始列入國家有關(guān)計(jì)劃，發(fā)展比較快。特別是在/r/n“/r/n七五/r/n”/r/n、/r/n“/r/n八五/r/n”/r/n、/r/n“/r/n九五/r/n”/r/n機(jī)器人技術(shù)國家攻關(guān)和/r/n“/r/n863/r/n”/r/n高技術(shù)發(fā)展計(jì)劃的重點(diǎn)支持下，我國的機(jī)器人技術(shù)取得了重大發(fā)展。在機(jī)器人基礎(chǔ)技術(shù)方面：諸如機(jī)器人機(jī)構(gòu)的運(yùn)動學(xué)、動力學(xué)分析與綜合研究，機(jī)器人運(yùn)動的控制算法及機(jī)器人編程語言的研究，機(jī)器人內(nèi)外部傳感器的研究與開發(fā)，具有多傳感器控制系統(tǒng)的研究，離線編程技術(shù)、遙控機(jī)器人的控制技術(shù)等均取得長足進(jìn)展，并在實(shí)際工作中得到應(yīng)用。/r/n在機(jī)器人操作機(jī)研制方面：已開發(fā)出一些先進(jìn)的操作機(jī)和特種機(jī)器人，如自動導(dǎo)引車AGV，壁面爬行機(jī)器人，重復(fù)定位精度為/r/n±/r/n0.024mm的裝配機(jī)器人；可潛入海底6000m的水下機(jī)器人，移動遙控機(jī)器人，主從操作機(jī)器人等，有些已達(dá)實(shí)用化水平并用于實(shí)際工程。在機(jī)器人的應(yīng)用工程方面：目前國內(nèi)已建立了多條弧焊機(jī)器人生產(chǎn)線，裝配機(jī)器人生產(chǎn)線，噴涂生產(chǎn)線和焊裝生產(chǎn)線。國內(nèi)的機(jī)器人技術(shù)研發(fā)力量已經(jīng)具備了大型機(jī)器人工程設(shè)計(jì)和實(shí)施的能力，整體性能已達(dá)到國際同類產(chǎn)品的先進(jìn)水平，而整體價格僅為國外同類產(chǎn)品的三分之二甚至一半，具有很好的性能價格比和市場競爭力/r/n[9-11]/r/n。綜上所述，我國機(jī)器人發(fā)展已跨過了起步階段，走上了進(jìn)步和發(fā)展的道路。今后的任務(wù)是把機(jī)器人技術(shù)推廣到更多的工業(yè)自動化生產(chǎn)領(lǐng)域和其他更廣泛的應(yīng)用領(lǐng)域，大力開展跨國區(qū)域交流合作，與國際接軌，早日躋身于世界先進(jìn)行列。/r/n目前我們國家比較有代表性的研究有/r/n：工業(yè)/r/n機(jī)器人，水下機(jī)器人，空間機(jī)器人，核工業(yè)的機(jī)器人，都在國際上處于領(lǐng)先水平，總體上我們國家與發(fā)達(dá)國家相比，還存在/r/n著/r/n很大的差距，但是在上述這些水下、空間、核工業(yè)，一些特殊機(jī)器人方面，我們/r/n還是/r/n取得了很多有特色的研究成就/r/n[12]/r/n。/r/n/r/n隨著電子技術(shù)和計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)生，P/r/nL/r/nC的功能越來越強(qiáng)大，其概念和內(nèi)涵也不斷擴(kuò)展。上世紀(jì)80年代至90年代中期，是PLC發(fā)展最快的時期，年增長率一直保持為30~40%/r/n[13]/r/n。在這時期，PLC在處理模擬量能力、數(shù)字運(yùn)算能力、人機(jī)接口能力和網(wǎng)絡(luò)能力得到大幅度提高，PLC逐漸進(jìn)入過程控制領(lǐng)域，在某些應(yīng)用上取代了在過程控制領(lǐng)域處于統(tǒng)治地位的DCS系統(tǒng)/r/n[14]/r/n。/r/n近年，工業(yè)計(jì)算機(jī)技術(shù)（IPC）和現(xiàn)場總線技術(shù)（FCS）發(fā)展迅速，擠占了一部分PLC市場，PLC增長速度出現(xiàn)漸緩的趨勢，但其在工業(yè)自動化控制特別是順序控制中的地位，在可預(yù)見的將來，是無法取代的/r/n[15]/r/n。/r/n1.3慧魚機(jī)器人的前景/r/n慧魚創(chuàng)意組合模型主要提供組合包、培訓(xùn)模型、工業(yè)模型三大系列。集能源（包括太陽能）、機(jī)械、液壓、氣動、遙控、自控、程控等多種學(xué)科知識于一身，利用工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的基本構(gòu)件（機(jī)械元件、電氣元件、氣動元件），輔以傳感器、控制器、執(zhí)行器和軟件的配合，運(yùn)用設(shè)計(jì)構(gòu)思和實(shí)踐分析，可以實(shí)現(xiàn)任何技術(shù)過程的還原，更可以實(shí)現(xiàn)工業(yè)生產(chǎn)和大型機(jī)械設(shè)備操作的模擬，從而為實(shí)驗(yàn)教學(xué)、科研創(chuàng)新和生產(chǎn)流水線可行性論證提供了可能/r/n[16]/r/n。/r/n“/r/n慧魚理想教具/r/n”/r/n作為廣大用戶和各方面的創(chuàng)新教育專家所給予/r/n慧魚模型的/r/n評價和期許，慧魚模型就是利用“六面可拼接體”這種開放的零件，來/r/n構(gòu)/r/n建或者模擬現(xiàn)實(shí)發(fā)揮你的創(chuàng)意，來完成機(jī)電一體化的工業(yè)設(shè)計(jì)為主的模型組建/r/n?；埕~創(chuàng)意組合模型已在歐洲和美洲的各大、中專學(xué)校廣泛應(yīng)用。它進(jìn)入中國市場以來，也在清華大學(xué)、同濟(jì)大學(xué)、浙江大學(xué)等眾多高校中日益廣泛應(yīng)用，它以濃厚的趣味性、創(chuàng)新性和教學(xué)過程中的啟發(fā)性，使學(xué)生能夠很直觀地把抽象復(fù)雜的理論通過模型運(yùn)動及其控制得以實(shí)現(xiàn)。采用該模型進(jìn)行試驗(yàn)教學(xué)能夠培養(yǎng)和提高學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情，大大激發(fā)了學(xué)生的創(chuàng)新意識，提高了動手能力，較好的解決學(xué)生在學(xué)習(xí)過程中書本知識與實(shí)踐脫節(jié)的問題，對于學(xué)生理解機(jī)械運(yùn)動及機(jī)械設(shè)備工業(yè)控制具有很大的益處，是很好的機(jī)電一體化教學(xué)模型。/r/n相信慧魚會成為中國創(chuàng)新教育的理想教具/r/n[/r/n17/r/n]/r/n。/r/n第2章智能小車的總體設(shè)計(jì)/r/n第2章智能小車的總體設(shè)計(jì)/r/n本課題所研究的循跡邊界識別智能小車系統(tǒng)是一個典型的機(jī)電一體化系統(tǒng)。所謂的機(jī)電一化系統(tǒng)是指在系統(tǒng)的主功能、信息處理功能和控制功能等方面引了電子技術(shù)，并把機(jī)械裝置、執(zhí)行部件、計(jì)算機(jī)等電子設(shè)備以及軟件等有機(jī)結(jié)合構(gòu)成的系統(tǒng)，即機(jī)械、執(zhí)行、信息處理、接口和軟件等部分在電子技術(shù)的支配下以系統(tǒng)的觀點(diǎn)進(jìn)行組合而形成的一種新型機(jī)械系統(tǒng)。/r/n機(jī)電一體化系統(tǒng)由機(jī)械部分、傳感部分、控制部分三大部分組成。這三大部分可分為驅(qū)動系統(tǒng)、機(jī)械結(jié)構(gòu)系統(tǒng)、感受系統(tǒng)、智能小車/r/n——/r/n環(huán)境交互系統(tǒng)、人機(jī)交互系統(tǒng)、控制系統(tǒng)六個子系統(tǒng)。該智能小車的設(shè)計(jì)就是依據(jù)機(jī)電體一化系統(tǒng)的組成原則進(jìn)行的。/r/n/r/n控制系統(tǒng)/r/n控制系統(tǒng)/r/n驅(qū)動系統(tǒng)/r/n機(jī)械結(jié)構(gòu)系統(tǒng)/r/n感受系統(tǒng)/r/n圖2-1循跡邊界識別小車的系統(tǒng)組成/r/n2.1智能/r/n小車實(shí)現(xiàn)功能/r/n本課題所研究的智能小車按功能可分為循跡功能和邊界識別功能。循跡功能可細(xì)分為尋找軌跡和循跡前進(jìn)，邊界識別功能可細(xì)分為邊界識別和邊界返回。智能小車主要任務(wù)要求為：先尋找軌跡/r/n→/r/n沿軌跡行走/r/n→/r/n遇到邊界停止/r/n→/r/n回避邊界/r/n→/r/n繼續(xù)尋找軌跡/r/n→/r/n繼續(xù)沿軌跡行走。本課題難點(diǎn)在于循跡功能和邊界識別功能的有機(jī)結(jié)合。/r/n智能小車實(shí)現(xiàn)功能分類如圖2-2。/r/n智能小車實(shí)現(xiàn)功能分類/r/n智能小車實(shí)現(xiàn)功能分類/r/n循跡功能/r/n邊界識別功能/r/n邊界分類/r/n邊界返回/r/n循跡前進(jìn)/r/n尋找軌跡/r/n圖/r/n2-2智能小車實(shí)現(xiàn)功能分類/r/n2.1.1/r/n邊界識別功能/r/n小車能自動識別邊界及越過邊界繼續(xù)前進(jìn)，完成一系列復(fù)雜動作如：邊界識別/r/n→/r/n小車后退/r/n→/r/n指定方向旋轉(zhuǎn)/r/n→/r/n小車前進(jìn)。/r/n2.1.2循跡/r/n功能/r/n小車能主動跟蹤循跡，完成一系列復(fù)雜動作如：尋找軌跡/r/n→/r/n沿軌跡前進(jìn)/r/n→/r/n判斷是否偏離軌跡/r/n→/r/n有偏離軌跡相應(yīng)方向旋轉(zhuǎn)/r/n→/r/n繼續(xù)前進(jìn)。/r/n2.1.3循跡加邊界識別功能/r/n小車能同時完成循跡跟蹤和邊界識別，完成一系列復(fù)雜動作如：尋找軌跡/r/n→/r/n沿軌跡行走/r/n→/r/n遇到邊界停止/r/n→/r/n小車后退/r/n→/r/n指定方向旋轉(zhuǎn)/r/n→/r/n小車前進(jìn)/r/n→/r/n繼續(xù)尋找軌跡/r/n→/r/n繼續(xù)沿軌跡行走/r/n。/r/n2.2小車驅(qū)動方案的對比分析及選擇/r/n通常，小車的驅(qū)動方式有以下幾類：/r/n（/r/n1/r/n）氣壓驅(qū)動使用壓力通常在/r/n0.4/r/n～/r/n0.6Mpa/r/n，最高可達(dá)/r/n1Mpa/r/n。氣壓驅(qū)動主要優(yōu)點(diǎn)是氣源方便（一般工廠都由壓縮空氣站供應(yīng)壓縮空氣），驅(qū)動系統(tǒng)具有緩沖作用，結(jié)構(gòu)簡單，成本低；缺點(diǎn)是功率質(zhì)量比小，裝置體積大，氣源裝置存在噪聲問題，定位精度也不高。/r/n（/r/n2/r/n）液壓驅(qū)動系統(tǒng)的功率質(zhì)量比大，驅(qū)動平穩(wěn)，同時液壓驅(qū)動調(diào)速比較簡單，能在很大范圍內(nèi)實(shí)現(xiàn)無級調(diào)速；缺點(diǎn)是易漏油，這不僅影響工作穩(wěn)定性和定位精度，而且污染環(huán)境。液壓驅(qū)動多用于要求輸出力較大，運(yùn)動速度較低的場合/r/n[21]/r/n。/r/n（/r/n3/r/n）電氣驅(qū)動是利用各種電機(jī)產(chǎn)生的力或轉(zhuǎn)矩，直接或經(jīng)過減速機(jī)構(gòu)去驅(qū)動負(fù)載，以獲得要求的小車運(yùn)動。由于具有易于控制、運(yùn)動精度高、使用方便、成本低廉、驅(qū)動效率高、不污染環(huán)境等諸多優(yōu)點(diǎn)，電氣驅(qū)動是最普遍，應(yīng)用最多的驅(qū)動方式。/r/n綜合考慮各種驅(qū)動方式的優(yōu)缺點(diǎn)，最后采用電氣驅(qū)動。/r/n電動機(jī)根據(jù)輸出形式分，可以分為旋轉(zhuǎn)型和直線型。電動機(jī)在智能小車中應(yīng)用時，應(yīng)主要關(guān)注電動機(jī)的如下基本性能：/r/n①/r/n能實(shí)現(xiàn)啟動、停止、連續(xù)的正反轉(zhuǎn)運(yùn)行，且具有良好的響應(yīng)特性；/r/n②/r/n正轉(zhuǎn)與反轉(zhuǎn)時的特性相同，且運(yùn)行特性穩(wěn)定；/r/n③/r/n維護(hù)容易，而且不用保養(yǎng)；/r/n④/r/n具有良好的抗干擾能力，且相對于輸出來說，體積小，重量輕。/r/n在小車中，采用比較多的是直流電動機(jī)。因?yàn)樗梢赃_(dá)到很大的力矩，精度高，加速迅速，可靠性高，在正反兩個方向連續(xù)旋轉(zhuǎn)運(yùn)動平滑。因此，小車的前進(jìn)、和后退及轉(zhuǎn)彎都采用直流電動機(jī)。/r/n2.3智能小車傳動方案的對比分析及選擇/r/n傳動裝置的作用是將驅(qū)動元件的動力傳遞給智能小車的執(zhí)行部件，以實(shí)現(xiàn)各種預(yù)定的運(yùn)動。目前常用的傳動方式有：皮帶輪傳動、蝸輪蝸桿傳動、齒輪傳動、諧波減速傳動以及螺旋傳動等。諧波齒輪傳動具有體積小、結(jié)構(gòu)緊湊、效率高、能獲得大的傳動比等優(yōu)點(diǎn)，但存在扭轉(zhuǎn)剛度較低且傳動比不能太小的缺點(diǎn)。蝸輪蝸桿機(jī)構(gòu)常用于要求有大的傳動比且傳動過程中要求機(jī)構(gòu)自鎖的場合，這種方式安全性能高，但同樣存在齒側(cè)間隙，而且效率較低。皮帶輪傳動可以實(shí)現(xiàn)過載保護(hù)，可是存在彈性滑動，和鏈傳動一樣使用一段時間后易松弛，傳動運(yùn)轉(zhuǎn)過程中還產(chǎn)生動載荷，因此常用于傳動精度要求不高的場合。螺旋傳動是將回轉(zhuǎn)運(yùn)動變換為直線運(yùn)動的重要傳動方式，有滑動螺旋傳動和滾動螺旋傳動?；瑒勇菪齻鲃邮沁B續(xù)的面接觸，傳動中不會產(chǎn)生沖擊，傳動平穩(wěn)、無噪聲、能夠自鎖，且螺旋升角較小但/r/n螺紋工藝性較差強(qiáng)度較低/r/n。/r/n滾動螺旋傳動的效率一般在/r/n90/r/n％以上/r/n，/r/n它不自鎖，具有傳動的可逆性/r/n。但其/r/n結(jié)構(gòu)復(fù)雜，制造精度要求高，/r/n成本高，/r/n抗沖擊性能差/r/n等原因不予考慮/r/n。齒輪傳動具有結(jié)構(gòu)緊湊、效率高的優(yōu)點(diǎn)，適用于中等減速比傳動。經(jīng)過考慮直接使用齒輪傳動比較合適。/r/n小車精度要求不是很高，在滿足性能要求的基礎(chǔ)上應(yīng)考慮到經(jīng)濟(jì)性要求。因此，小車傳動選用齒輪傳動，由兩個/r/n9V/r/n—/r/n2.4/r/n瓦大功率馬達(dá)帶動如圖/r/n2/r/n－/r/n3/r/n所示。/r/n電機(jī)/r/n電機(jī)/r/n車輪/r/n圖/r/n2-3/r/n小車驅(qū)動與傳動方案簡圖/r/n2.4小車控制系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì)/r/n采用/r/nLLWin3.0軟件/r/n進(jìn)行控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)時，可以一邊做硬件電路，一邊編制控制程序，做好后再與設(shè)備聯(lián)機(jī)調(diào)試，可以縮短工期，可靠性高。/r/n控制系統(tǒng)/r/n的應(yīng)用設(shè)計(jì)一般應(yīng)按照圖/r/n2/r/n－/r/n4/r/n的幾個步驟進(jìn)行/r/n系統(tǒng)規(guī)劃設(shè)計(jì)階段是應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計(jì)的關(guān)鍵階段，應(yīng)詳細(xì)了解被控對象的全部功能，例如：機(jī)械部件的動作順序、動作條件、動作完成時間，響應(yīng)時間及如何同時實(shí)現(xiàn)循跡和邊界識別功能等。課題的難點(diǎn)在于如何使循跡與邊界識別之間不發(fā)生沖突。/r/n系統(tǒng)規(guī)劃/r/n系統(tǒng)規(guī)劃/r/n硬件設(shè)計(jì)/r/n軟件設(shè)計(jì)/r/n在線模擬測試/r/n調(diào)整硬件/r/n調(diào)整軟件/r/n現(xiàn)場運(yùn)行并調(diào)試/r/nNN/r/n是否符合要求/r/nY/r/n圖/r/n2-4/r/n小車控制系統(tǒng)整體設(shè)計(jì)/r/n2.5循跡邊界識別小車總體設(shè)計(jì)簡圖/r/n按照任務(wù)要求，小車需要具有循跡和邊界識別兩個功能。邊界識別功能要/r/nI5/r/nI6/r/n探測腿I4/r/nI3/r/nI5/r/nI6/r/n探測腿I4/r/nI3/r/n車輪/r/n萬向輪/r/n電機(jī)M1、M2/r/n循跡裝置I7、I8、M3/r/n接觸開關(guān)I1/r/n求小車的四個方向都能識別并避開邊界，所以小車的四個角都應(yīng)裝有邊界識別裝置，即探測腿。循跡功能則要求小車能夠先找到軌跡，再沿著該軌跡行走。因此軌跡探測裝置裝在小車的頭部正下方。循跡邊界識別小車總體設(shè)計(jì)如圖/r/n2-5所示。/r/n2.6/r/n本章小結(jié)/r/n本章根據(jù)智能小車的任務(wù)要求，從智能小車本體結(jié)構(gòu)和控制方法對比分析入手，初步確定智能小車的運(yùn)動形式、驅(qū)動方案、傳動方案和控制方案，并設(shè)計(jì)出小車的總設(shè)計(jì)簡圖。/r/n東北電力大學(xué)本科畢業(yè)論文/r/n第3章智能避障循線機(jī)器人結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)/r/nPAGE/r/n-26-/r/nPAGE/r/n-25-/r/n第3章智能循線避障機(jī)器人結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)/r/n機(jī)器人/r/n要實(shí)現(xiàn)自動導(dǎo)引功能和避障功能就必須要感知導(dǎo)引線和障礙物，/r/n而/r/n感知導(dǎo)引線相/r/n當(dāng)于/r/n給/r/n機(jī)器人/r/n一個視覺功能。/r/n智能循線和避障是基于智能導(dǎo)引小車系統(tǒng)，采用超聲波距離傳感器傳感器判斷并檢測障礙物，采用軌跡傳感器進(jìn)行尋線/r/n。因此/r/n本章對/r/n智能小車/r/n的循線和避障進(jìn)行了研究。/r/n3.1硬件設(shè)計(jì)/r/n智能車采用履帶驅(qū)動/r/n，/r/n前后各用一個直流雙向電機(jī)驅(qū)動/r/n，/r/n調(diào)制兩個輪子的轉(zhuǎn)速從而達(dá)到控制轉(zhuǎn)向的目的/r/n。/r/n將軌跡傳感器裝在車體前部的下方/r/n，/r/n當(dāng)傳感器I3檢測到黑線的邊界時/r/n，/r/n控制系統(tǒng)控制左輪電機(jī)減速/r/n，/r/n車向右修正/r/n，/r/n當(dāng)車的右邊傳感器I4檢測到黑線時/r/n，/r/n控制系統(tǒng)控制右輪電機(jī)減速/r/n，/r/n車向左修正/r/n，/r/n黑線在車體的中間時，傳感器一直檢測到黑線/r/n，/r/n當(dāng)偏離黑線時就開始修正/r/n，/r/n從而使小車沿著黑色/r/n的軌道行走/r/n。/r/n避障的原理和循線一樣/r/n，/r/n在車頭的前方裝了超聲波距離傳感器，當(dāng)傳感器檢測到障礙物時/r/n，/r/n智能車停止1S之后后退/r/n，/r/n經(jīng)脈沖計(jì)數(shù)器設(shè)定的額定數(shù)值之后車體向左轉(zhuǎn)/r/n，/r/n再通過脈沖計(jì)數(shù)器設(shè)定數(shù)值，到達(dá)數(shù)值之后繼續(xù)前進(jìn)，依次循環(huán)從而避開障礙物/r/n。/r/n3.2硬件的選擇/r/n和數(shù)字量輸入返回1和0值不同，模擬量輸入可以分辨連續(xù)的輸入，所有的模擬量輸入返回一個0-1023之間的值。而/r/nROBO/r/n接口板有各種不同的模擬量輸入接口來測量不同的物理量。具體來說，模擬量輸入可以適應(yīng)用來測量電阻，測量電壓和測量距離的不同的傳感器如表3-1所示。/r/n通常的慧魚傳感器中，溫度傳感器和光電傳感器將被測量裝換成電阻值。所以必須將這些傳感器接到/r/nAX/r/n和/r/nAY/r/n輸入端。電壓輸入端/r/nA1/r/n和/r/nA2/r/n設(shè)計(jì)用來連接所有產(chǎn)生/r/n0/r/n到/r/n10V/r/n電壓的傳感器。在/r/nROBO/r/n接口板上沒有針對/r/nAV/r/n輸入端的端口。它通常和接口板的電源電壓相關(guān)聯(lián)。距離傳感器輸入端/r/nD1/r/n和/r/nD2/r/n可以接到慧魚特殊傳感器，可以測量障礙物的距離/r/n。/r/n第3章智能循線避障機(jī)器人總體設(shè)計(jì)/r/n表3-1模擬量輸入/r/n輸入端/r/n輸入類型/r/n /r/n測量范圍/r/nA1,A2/r/n電壓輸入/r/n0-1023V/r/nAX,AY/r/n電阻輸入/r/n0-5.5K/r/nΩ/r/nD1,D2/r/n距離傳感器輸入/r/nC/r/na.0-50cm/r/nAV/r/n電源電壓/r/n0-10V/r/n3.2.1超聲波距離傳感器/r/n機(jī)器人避障的關(guān)鍵問題之一是在運(yùn)動過程中如何利用傳感器對環(huán)境的感知。任何類型的傳感器都有各自的優(yōu)點(diǎn)和不足.選用時需要仔細(xì)考慮各種因素。/r/n在機(jī)器人運(yùn)動規(guī)劃過程中傳感器主要為系統(tǒng)提供兩種信息：機(jī)器人附近障礙物的存在信息；障礙物與機(jī)器人之間的距離。/r/n超聲波/r/n距離/r/n傳感器是靠發(fā)射某種頻率的聲波信號，利用物體界面上超聲反射，散射檢測物體的存在與否/r/n，如圖3-2所示/r/n。超聲波在空氣中傳播時如果遇到其它媒介，則因兩種媒質(zhì)的聲阻抗不同而產(chǎn)生反射。因此，向空氣中的被測物體發(fā)射超聲波，檢測反射波并進(jìn)行分析，從而獲到障礙物的信息。/r/n超聲波/r/n使/r/n由換能晶片在電壓的激勵下發(fā)生振動產(chǎn)生的，它具有頻率高/r/n、/r/n波長短、繞射現(xiàn)象小，特別是方向性好、能夠成為射線而定向傳播等特點(diǎn)。超聲波對液體、固體的穿透本領(lǐng)很大，尤其是在陽光不透明的固體中，它可穿透幾十米的深度。超聲波碰到雜質(zhì)或分界面會產(chǎn)生顯著反射形成反射成回波，碰到活動物體能產(chǎn)生多普勒效應(yīng)超聲波探頭主要由壓電晶片組成，既可以發(fā)射超聲波，也可以接收超聲波。小功率超聲探頭多作探測作用。/r/n3.2.2軌跡傳感器/r/n如圖3-3，軌跡傳感器可以尋找到白色表面的黑色軌道。傳感器檢測表面應(yīng)為/r/n5mm-30mm/r/n，它包含兩個發(fā)射和兩個接收裝置，連接該傳感器需要有兩個數(shù)字量輸入端和9V電源端。軌跡傳感器中的/r/n光敏二極管的外型與一般二極管一樣，只是它的管殼上開有一個嵌著玻璃的窗口，以便于光線射入，為增加受光面積，/r/nPN/r/n結(jié)的面積做得較大,光敏二極管工作在反向偏置的工作狀態(tài)下，并與負(fù)載電阻相串聯(lián)，當(dāng)無光照時它與普通二極管一樣，反向電流很小,稱為光敏二極管的暗電流；當(dāng)有光照時，載流子被激發(fā)，產(chǎn)生電子-空穴，稱為光電載流子。在外電場的作用下，光電載流子參于導(dǎo)電，形成比暗電流大得多的反向電流，該反向電流稱為光電流。光電流的大小與光照強(qiáng)度成正比，于是在負(fù)載電阻上就能得到隨光照強(qiáng)度變化而變化的電信號。/r/n圖3-3軌跡傳感器/r/n圖3-2超聲波距離傳感器/r/n圖3-3軌跡傳感器/r/n圖3-2超聲波距離傳感器/r/n圖3-4接觸式傳感器及其原理圖/r/n3.2.3接觸式傳感器/r/n圖3-4接觸式傳感器及其原理圖/r/n按鍵開關(guān)式（接觸式）傳感器是數(shù)字傳感器的一種。數(shù)據(jù)僅能設(shè)定為兩個不同的值，分別用/r/n0/r/n和/r/n1/r/n來表示。如圖/r/n3-4/r/n所示，傳感器顯示/r/n“/r/n0/r/n”/r/n，表示在接觸點(diǎn)之間沒有電流通過；/r/n“/r/n1/r/n”/r/n則意味著有電流通過?；埕~模型中的接觸傳感器是一個三向開關(guān)式的。因此，就有三個端點(diǎn)。紅色按鈕按下，/r/n1/r/n和/r/n3/r/n端點(diǎn)接通，同時常閉狀態(tài)下的/r/n1/r/n和/r/n2/r/n端點(diǎn)之間的連接斷開。這樣起始位置就可以任意選擇：/r/n常閉狀態(tài)（端點(diǎn)/r/n1/r/n、/r/n2/r/n接通）；/r/n常開狀態(tài)（端點(diǎn)/r/n1/r/n、/r/n3/r/n接通）。/r/n如果接口板上輸入端口電氣上是閉合的，則數(shù)字量的橙色連接上會返回一個數(shù)值/r/n“/r/n1/r/n”/r/n，否則會返回一個數(shù)值/r/n“/r/n0/r/n”/r/n。/r/n3.2.4大功率馬達(dá)/r/n：/r/n兩個大功率直流電機(jī)（/r/n9/r/nV，/r/n2.4/r/nW），內(nèi)置齒輪箱，以/r/n50/r/n：/r/n1/r/n減速比驅(qū)動移動機(jī)器人（即馬達(dá)旋轉(zhuǎn)/r/n50/r/n轉(zhuǎn)的同時，其輸出軸只旋轉(zhuǎn)一次）。一個馬達(dá)輸出通常使用兩個接口板接口，而燈輸出只用一個接口。/r/n接口板的輸出可以是馬達(dá)，也可以是燈或者電磁鐵。對于馬達(dá)，可以設(shè)置它的轉(zhuǎn)向和速度。/r/n馬達(dá)輸出模塊可以用表/r/n3-5/r/n中的指令來處理：/r/n表3-2馬達(dá)指令/r/n指令/r/n值/r/n動作/r/n向右/r/n1-8/r/n馬達(dá)以速度1到8順時針旋轉(zhuǎn)/r/n向左/r/n1-8/r/n馬達(dá)以速度1到8逆時針旋轉(zhuǎn)/r/n停止/r/nN/r/none/r/n馬達(dá)停止/r/n3.3智能車本體結(jié)構(gòu)/r/n圖/r/n3-6/r/n是本次設(shè)計(jì)機(jī)器人的電路框圖。/r/n其中智能接口板/r/n為電路的中央處理器，處理/r/n超聲波/r/n傳感器/r/n和軌跡傳感器/r/n采集來的數(shù)據(jù)，處理完畢之后/r/n隨即/r/n去控制電機(jī)驅(qū)動/r/n部分/r/n來驅(qū)動電機(jī)。/r/n其中/r/n電源部分/r/n為9/r/nV/r/n直流電源，/r/n為整個電路模塊提供電源，以便能正常工作/r/n。/r/nROBO/r/nROBO/r/n智/r/n能/r/n接/r/n口/r/n板/r/n電機(jī)驅(qū)動/r/n超聲波傳感器/r/n軌跡傳感器/r/n電源/r/n圖3-5智能避障循線機(jī)器人電路圖/r/n3.3.1機(jī)器人各部分設(shè)計(jì)/r/n1./r/n行走部分：由于設(shè)計(jì)的是避障機(jī)器人，因此機(jī)器人運(yùn)行的路面情況會很復(fù)雜，采用履帶式行走結(jié)構(gòu),如圖3-6所示。這種移動方式支撐面積大、接地比壓小，同時由于履帶支撐面上有履齒，不易打滑，牽引附著性好。機(jī)器人兩側(cè)的履帶分別由一個帶有齒輪的直流電動機(jī)驅(qū)動。功率/r/n2.4/r/nW/r/n、額定轉(zhuǎn)速為/r/n400/r/nr/min/r/n。/r/n2./r/n避障部分：由于慧魚創(chuàng)意組合模型中自帶有超聲波距離傳感器，因此將超聲波距離傳感器固定在機(jī)器人的正前方，用于機(jī)器人避障。距離傳感器反映機(jī)器人與障礙物的距離大小，測量距離約為/r/n4/r/nm/r/n，相應(yīng)的檢測數(shù)值以/r/ncm/r/n在程序檢測界面顯示。將其直接連到智能接口板的/r/nD1或D2/r/n端即可。/r/n3./r/n循線部分：機(jī)器人循線的功能由軌跡傳感器進(jìn)行控制，可以找到白色表面的黑色軌道。傳感器檢測表面應(yīng)為/r/n5/r/nmm/r/n-30/r/nmm/r/n，它包含兩個發(fā)射和兩個接收裝置，連接這個傳感器需要兩個數(shù)字量輸入端和/r/n9v/r/n電源端。/r/n圖/r/n3-6/r/n圖/r/n3-6/r/n智能車行走部分設(shè)計(jì)/r/n3.3.2機(jī)器人硬件安裝/r/n首先，通過慧魚創(chuàng)意組合模型包中的機(jī)械構(gòu)架將智能小車的基本模型的框架搭建起來，然后將驅(qū)動裝置（2個9V雙向直流電動機(jī)）放置在框架內(nèi)并固定起來。再將電氣元件脈沖計(jì)數(shù)器固定在基本模型內(nèi)。設(shè)定電動機(jī)/r/nM1、M2/r/n以及脈沖計(jì)數(shù)器I1、I2。并預(yù)先將導(dǎo)線連接在電動機(jī)和數(shù)字傳感裝置上，以防以后安裝不便。結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時已經(jīng)考慮到傳感器的安裝問題：首先將軌跡傳感器安裝在智能車車頭位置的正下方，使軌跡傳感器距離與被搜尋位置的距離減小，提高反映效率。其次將超聲波距離傳感器裝在車的正前方，以便能探測到智能車行駛前方的障礙并順利避障。最后將兩個指示燈安裝在車前方的左右兩端，當(dāng)軌跡傳感器搜尋到軌跡時燈/r/nM/r/n3(綠燈)亮，當(dāng)智能車遇到障礙時燈/r/nM/r/n4（紅燈）亮。這樣可以保證兩個傳感器不會發(fā)生沖突，使整體顯得協(xié)調(diào)。最后將智能接口板固定在智能車的基本模型上，用導(dǎo)線將各部分器件連接到接口板的各插槽中。/r/n如圖/r/n3-7/r/n所示的示意圖進(jìn)行接口連接：/r/n1./r/n超聲波距離傳感器的導(dǎo)線兩端分別插在智能接口板的/r/nD/r/n1/r/n位置的兩端口：/r/n2./r/n脈沖計(jì)數(shù)器/r/nI/r/n1/r/n和/r/nI/r/n2/r/n的導(dǎo)線兩端分別接在智能接口板對應(yīng)的/r/nI/r/n1/r/n、/r/nI/r/n2/r/n位置；/r/n3./r/n軌跡傳感器的綠色和紅色導(dǎo)線的兩端分別插在智能接口板的接地和/r/n+/r/n極輸入端，將藍(lán)色和黃色導(dǎo)線的兩端分別接在智能接口板的/r/nI/r/n3/r/n、/r/nI/r/n4/r/n位置；/r/n4./r/n直流電動機(jī)/r/nM1/r/n、/r/nM2/r/n導(dǎo)線接在智能接口板對應(yīng)的/r/nM1/r/n、/r/nM2/r/n端口；/r/n5.將燈輸出M3（綠燈）接在接口板的M3位置，燈輸出M4（紅燈）接在M4位置；/r/n超聲波傳感器D1/r/n脈沖計(jì)數(shù)器I1/r/n超聲波傳感器D1/r/n脈沖計(jì)數(shù)器I1/r/n脈沖計(jì)數(shù)器I2/r/n軌跡傳感器I3/r/n軌跡傳感器I4/r/n直流電動機(jī)M1/r/n直流電動機(jī)M2/r/n綠色燈管M3/r/n紅色燈管M4/r/n擴(kuò)展板接口/r/nUSB接線口/r/n電源輸入/r/n智/r/n能/r/n接/r/n口/r/n板/r/n接地線端口/r/n圖3-7接線示意圖/r/n注意事項(xiàng)：/r/n1、裝配時要確保構(gòu)件到位、不滑動；/r/n2、電子構(gòu)件裝配時要注意電子構(gòu)件的正負(fù)極性，接線穩(wěn)定可靠沒有松動；/r/n3、整個模型完成后要考慮模型的美觀，整理布線要規(guī)范。/r/n3.4小結(jié)/r/n本章按照模塊化的設(shè)計(jì)方法，將機(jī)器人本體結(jié)構(gòu)分為行走部分、避障部分和循線部分，并分別對這三部分進(jìn)行了規(guī)劃設(shè)計(jì)，并選擇關(guān)鍵的電氣元件。同時使用慧魚創(chuàng)意組合模型對各個部分結(jié)構(gòu)進(jìn)行組裝，完成機(jī)器人的機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。/r/n第4章智能小車的軟件設(shè)計(jì)/r/n智能小車控制系統(tǒng)由軟件和硬件兩大部分組成，只有硬件系統(tǒng)是不能運(yùn)行的，軟件和硬件相互配合才能完成任務(wù)。在進(jìn)行控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)時，除了系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)外，大量的工作就是如何根據(jù)每個生產(chǎn)對象的實(shí)際需要設(shè)計(jì)應(yīng)用程序。因此，軟件設(shè)計(jì)在小車的控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)中占重要地位。對于本系統(tǒng)，軟件更為重要。/r/n在智能小車控制系統(tǒng)中，控制系統(tǒng)軟件可采用慧魚自帶的LLWin3.0控制軟件?？刂瞥绦蛞约傲鞒虉D和數(shù)字流程圖可以生成圖形化的用戶界面，簡單方便實(shí)用。/r/n4.1軟件設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)要求/r/n按照任務(wù)要求，小車完成一系列復(fù)雜動作如:/r/n尋找軌跡/r/n→/r/n沿軌跡行走/r/n→/r/n遇到邊界小車停止/r/n→/r/n小車后退/r/n→/r/n指定方向旋轉(zhuǎn)/r/n→/r/n小車前進(jìn)/r/n→/r/n繼續(xù)尋找軌跡/r/n→/r/n繼續(xù)沿軌跡行走/r/n。/r/n4.2控制程序模塊化/r/n軟件設(shè)計(jì)的程序大體可分為循跡和邊界識別兩大部分。本系統(tǒng)軟件采用模塊化結(jié)構(gòu)，由主程序/r/n﹑/r/n尋找軌跡子程序、沿軌跡行走子程序/r/n﹑/r/n邊界識別子程序/r/n﹑/r/n邊界返回子程序和其他子程序構(gòu)成。各模塊如圖4－1所示劃分。/r/n主程序/r/n主程序/r/n循跡/r/n邊界識別/r/n前進(jìn)后退左轉(zhuǎn)右轉(zhuǎn)停止/r/n尋找軌跡/r/n邊界分類/r/n邊界返回/r/n沿軌跡行走/r/n圖4-1小車程序模塊化/r/n第4章智能小車的軟件設(shè)計(jì)/r/n4./r/n3主程序/r/n主程序開始，燈M3導(dǎo)通，并延時1S，然后判斷數(shù)據(jù)A是否為0（A為I3、I4、I5、I6的邏輯與關(guān)系），為0則進(jìn)入循跡子程序；為1則進(jìn)入循跡子程序。程序中，延時1S是因?yàn)樾≤囋趩訒r，光電管初始狀態(tài)為0，而尋找到黑線的標(biāo)記也為0，程序無法正常運(yùn)行，延時1S后光電管初始狀態(tài)變?yōu)?，程序正常運(yùn)行。/r/n圖4-2循跡邊界識別小車主程序/r/n4./r/n4邊界識別子程序/r/n程序中FR為右前，F(xiàn)L為左前，BR為右后，BL左后，ML及MR為左右兩個電機(jī)。子程序/r/n“/r/n邊界識別/r/n”/r/n把小車可能遇到的邊界情況分成16種，并以數(shù)字形式記入value中。子程序/r/n“/r/n返回/r/n”/r/n根據(jù)value/r/n中所記的數(shù)字，選擇最好的方法避開邊界。程序循環(huán)運(yùn)行直到數(shù)據(jù)/r/nA/r/n≠/r/n0，如圖4-3./r/n圖4-3邊界識別子程序/r/n邊界返回方法的最優(yōu)化/r/n按照任務(wù)要求，小車需要識別和回避所有的邊界，因此需要將所有邊界情況分成16種，并對每種邊界進(jìn)行回避,如表4-1所示。這樣小車可以避免做重復(fù)而不必要的動作，提高小車的性能。/r/n表4-1小車可能遇到的所有邊界情況及反應(yīng)/r/n序號/r/n右前方/r/n(/r/nI3/r/n)/r/n左前方/r/n(/r/nI4/r/n)/r/n右后方/r/n(/r/nI5/r/n)/r/n左后方/r/n(/r/nI6/r/n)/r/n小車反應(yīng)/r/n0/r/n向前直行/r/n1/r/n●/r/n●/r/n●/r/n●/r/n停止/r/n2/r/n●/r/n●/r/n●/r/n向右旋轉(zhuǎn)少許/r/n3/r/n●/r/n●/r/n●/r/n向左旋轉(zhuǎn)少許/r/n4/r/n●/r/n●/r/n●/r/n向左旋轉(zhuǎn)少許/r/n5/r/n●/r/n●/r/n●/r/n向右旋轉(zhuǎn)少許/r/n6/r/n●/r/n●/r/n先后退，再右轉(zhuǎn)/r/n7/r/n●/r/n●/r/n向左旋轉(zhuǎn)少許/r/n8/r/n●/r/n●/r/n向左旋轉(zhuǎn)少許/r/n9/r/n●/r/n●/r/n向右旋轉(zhuǎn)少許/r/n10/r/n●/r/n●/r/n向右旋轉(zhuǎn)少許/r/n11/r/n●/r/n●/r/n向右旋轉(zhuǎn)少許/r/n12/r/n●/r/n先后退，再向左轉(zhuǎn)/r/n13/r/n●/r/n先后退，再向右轉(zhuǎn)/r/n14/r/n●/r/n前進(jìn)少許/r/n15/r/n●/r/n前進(jìn)少許/r/n小車按可能遇到的所有邊界情況（2/r/n4/r/n=16）種設(shè)計(jì)成一個表格。如表4-1/r/n。/r/n其中/r/n●/r/n表示探測腿由于遇到邊界時伸出，即該限位開關(guān)I=0。如果格內(nèi)為空，則表示該位置探測腿沒有遇到邊界，該限位開關(guān)處于導(dǎo)通，即I=1。例如表4-1中，序號0，I3=I4=I5=I6=1,為小車四條探測腿都沒遇到邊界，處于平穩(wěn)狀態(tài)，即小車反應(yīng)為/r/n“/r/n向前直行/r/n”/r/n。小車I3=I4=I5=I6=0時，小車的反應(yīng)動作為停止，即小車被抬起時停止。/r/n4.5尋找軌跡子程序/r/n程序中光電管I7裝在小車頭部的左側(cè)，I8在右側(cè)，I1為裝在小車右側(cè)用于脈沖記數(shù)的接觸試傳感器。程序中先往左轉(zhuǎn)并循環(huán)記數(shù)5次，直到I7=0或5次后再前進(jìn)5次，直到I7=8或者I8=0或者I7=I8=0時子程序完成返回主程序，否則繼續(xù)尋找軌跡。尋找軌跡程序如圖4-4。/r/n圖4-4尋找軌跡程序/r/n4.6進(jìn)、后退、停止、左右轉(zhuǎn)子程序/r/n/r/n其他程序如前進(jìn)、后退、左轉(zhuǎn)等，程序簡/r/n單且格式相似，這里就不于累述。右轉(zhuǎn)子程序，/r/n如圖4-5。/r/n4.7沿軌跡行走子程序/r/n沿軌跡行走子程序中，程序首先進(jìn)入尋找/r/n軌跡子程序，尋找到軌跡后，判斷數(shù)據(jù)A是否/r/n圖4-5小車右轉(zhuǎn)子程序/r/n=0，如果為0，程序直接退出并進(jìn)入邊界識別子/r/n圖4-5小車右轉(zhuǎn)子程序/r/n程序，如果不為0，程序繼續(xù)運(yùn)行。接著程序判/r/n斷I7是否=0，如果為0，程序繼續(xù)判斷I8是否=0，再根據(jù)I7和I8的值決定左轉(zhuǎn)還是右轉(zhuǎn)，如果I7=I8=1，則程序進(jìn)入尋找軌跡子程序。沿軌跡行走子程序如圖4-6。/r/n圖4-6沿軌跡行走程序/r/n4.8LLWin3.0控制系統(tǒng)的調(diào)試/r/n4.8.1調(diào)試前的準(zhǔn)備工作/r/n①/r/n外部連線的檢查：包括對輸入輸出信號的接線的正確性檢查，對地的絕緣檢查，屏蔽接線檢查等；/r/n②/r/n供電系統(tǒng)的檢查：包括對接口板的供電電源接線的檢查和電壓檢查、外部供電電的檢查等；/r/n③/r/n檢測元件和開關(guān)的運(yùn)行檢查：檢測元件和開關(guān)是接口板輸入信號的來源，要對檢測元件、開關(guān)、按鈕等信號在運(yùn)行后的響應(yīng)進(jìn)行檢查，了解它們的狀態(tài)是否有相應(yīng)的變化等。/r/n4.8.2程序調(diào)試/r/n①/r/n輸入信號調(diào)試：輸入信號調(diào)試前，對信號的供電應(yīng)再一次進(jìn)行檢查，防止因供電電壓不符造成元件的損壞。對接口板的各個開關(guān)量輸入點(diǎn)，用手動的方法使這些輸入點(diǎn)分別動作，觀察相應(yīng)的信號燈是否點(diǎn)亮（還可同時用編程軟件在線監(jiān)視），如果信號燈不亮，則應(yīng)檢查外部的線路和接線是否良好和正確。/r/n②/r/n輸出信號調(diào)試：檢查相應(yīng)的輸出信號燈是否點(diǎn)亮或熄滅。此外，應(yīng)對相應(yīng)的輸出設(shè)備狀態(tài)進(jìn)行檢查，如果某一輸出設(shè)備不動作，則應(yīng)檢查輸出模塊、相應(yīng)的輸出設(shè)備和外部接線。/r/n③/r/n總調(diào)試和運(yùn)行調(diào)試：小車控制系統(tǒng)的總調(diào)試應(yīng)在電機(jī)不供電的情況下進(jìn)行。根據(jù)程序模擬仿真，檢查程序是否按照控制的要求進(jìn)行動作，相應(yīng)的輸出信號是否存在，延時的時間是否正確，直到整個程序正確運(yùn)行。然后，按設(shè)計(jì)要求進(jìn)行運(yùn)行調(diào)試，直到滿足要求為止。/r/n4.8.3運(yùn)行結(jié)果/r/n通過調(diào)試后，系統(tǒng)通電運(yùn)行，結(jié)果表明控制系統(tǒng)各部分接線無誤，供電電源穩(wěn)定無異常。小車能夠在轉(zhuǎn)換開關(guān)的作用下，執(zhí)行相應(yīng)的程序，順序的完成動作。輸出信號對于輸入信號反應(yīng)靈敏。盡管限位開關(guān)在系統(tǒng)中被多次碰觸，位置稍微有所變化，但是不影響小車的動作，輸入信號良好。/r/n4.9小結(jié)/r/n本章在控制系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)上，完成了控制系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)。首先，根據(jù)智能小車的動作要求，確定使用各種小模塊進(jìn)行控制；然后利用LLWin3.0編程軟件繪制了自動程序的流程圖。/r/n結(jié)論/r/n結(jié)論/r/n論文以慧魚創(chuàng)意組合模型為平臺，運(yùn)用慧魚機(jī)械構(gòu)件和電氣元件設(shè)計(jì)并拼裝了智能避障循線機(jī)器人，并通過/r/nLLWin3.0/r/n軟件完成了對機(jī)器人的控制。論文設(shè)計(jì)采用超聲波距離傳感器判斷并檢測障礙物、通過軌跡傳感器進(jìn)行循線/r/n，/r/n并對/r/n智能機(jī)器人/r/n的循線、避障功能進(jìn)行了研究，/r/n完成了智能機(jī)器人硬件制作及軟件設(shè)計(jì)，成功實(shí)現(xiàn)了自動循線避障功能。/r/n論文主要完成了以下工作：/r/n機(jī)器人的總體設(shè)計(jì)：確定機(jī)器人的任務(wù)要求，根據(jù)任務(wù)初步確定了機(jī)器人的機(jī)械結(jié)構(gòu)、運(yùn)動形式、驅(qū)動方案和控制方案等。/r/n機(jī)器人機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)：按照模塊化的設(shè)計(jì)方法，將機(jī)器人分為基本模型、驅(qū)動部分和傳感部分三個模塊。并分別對各個結(jié)構(gòu)的關(guān)鍵部件進(jìn)行設(shè)計(jì)并校核，并安裝慧魚傳感器（超聲波距離傳感器、軌跡傳感器），驗(yàn)證方案的可行性。/r/n計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)：運(yùn)用/r/nLLWin3.0/r/n軟件的編程方法編制了智能車運(yùn)行的各個子程序并聯(lián)接成控制智能車運(yùn)行的主程序，使智能車運(yùn)行并能實(shí)現(xiàn)所設(shè)計(jì)的功能。/r/n總體來說，整個智能車系統(tǒng)的構(gòu)建滿足了設(shè)計(jì)的需求。但是由于時間和其他客觀條件的限制，仍存在一些