基于視覺的移動(dòng)機(jī)器人設(shè)計(jì)與分析-畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書

本科畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書（論文）PAGEII基于視覺的移動(dòng)機(jī)器人設(shè)計(jì)與分析摘要移動(dòng)機(jī)器人是機(jī)器人的一個(gè)重要分支，被廣泛的應(yīng)用于工業(yè)、國(guó)防及其民用設(shè)施上。隨著機(jī)器人技術(shù)和人工智能技術(shù)的發(fā)展，如何讓多個(gè)機(jī)器人相互協(xié)調(diào)、配合來共同的研究和實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ停闱驒C(jī)器人系統(tǒng)是一個(gè)多學(xué)科交叉的前沿領(lǐng)域，它涉及到機(jī)器人學(xué)、智能控制技術(shù)、通信技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)、傳感器技術(shù)、圖像處理和人工智能等方向，正在成為國(guó)內(nèi)外許多大學(xué)研究、比賽和交流的公共實(shí)驗(yàn)平臺(tái)。近年來人們對(duì)它的研究有了更大的關(guān)注。本次設(shè)計(jì)的研究?jī)?nèi)容就是基于視覺導(dǎo)航的履帶式移動(dòng)機(jī)器人，以足球機(jī)器人為研究模型，其核心內(nèi)容是應(yīng)用單片機(jī)控制直流電機(jī)實(shí)現(xiàn)機(jī)器人的智能控制，采用視覺傳感器解決移動(dòng)機(jī)器人的定位問題，實(shí)現(xiàn)機(jī)器人在給定環(huán)境中的“完全自主”。能使機(jī)器人在未知的環(huán)境下，通過自身傳感器測(cè)量周圍環(huán)境數(shù)據(jù)，逐漸估計(jì)自身位置和運(yùn)動(dòng)狀況，并把信號(hào)反饋到單片機(jī)，使單片機(jī)按照預(yù)定的工作模式控制小車的運(yùn)動(dòng)控制。內(nèi)容包括：1.機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)：機(jī)器人采用兩輪獨(dú)立驅(qū)動(dòng)的履帶結(jié)構(gòu)，動(dòng)力源采用直流無刷電機(jī)，減速和傳動(dòng)裝置采用齒輪傳動(dòng)，利用差速移動(dòng)平臺(tái)實(shí)現(xiàn)機(jī)器人的轉(zhuǎn)向，選用增量式光電編碼器進(jìn)行對(duì)機(jī)器人速度的檢測(cè)，實(shí)現(xiàn)機(jī)器人的定位。2.控制結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)：控制部分采用AT89C51型號(hào)單片機(jī)進(jìn)行接受命令和產(chǎn)生驅(qū)動(dòng)信號(hào)，電機(jī)的驅(qū)動(dòng)部分采用L293D控制芯片，芯片利用接受到的單片機(jī)發(fā)出的信號(hào)來控制電機(jī)的轉(zhuǎn)速。3.傳感器部分：利用視覺傳感器收集圖像，送至上位機(jī)進(jìn)行圖像處理。關(guān)鍵詞：移動(dòng)機(jī)器人單片機(jī)運(yùn)動(dòng)控制視覺傳感器圖像處理AbstractMobilerobotisanimportantbranchofroboticsandwillbewidelyappliedinbothmilitaryfieldandcivilarea.Withthedevelopmentofroboticsandartificialintelligence,scientistswereoftenfacedwithissuesoncooperationandcoordinationamongdifferentrobotsinaworkspace.Thishasledtothedevelopmentsinmulti-robotcooperativesystemsMRCS.AsaresearchmodelofMRCS,soccerrobotisaninterdisciplinaryareathatinvolvestheknowledgeofrobotics,intelligencecontrol,wirelesscommunication,computerscience,sensortechnology,imageprocessing,artificialintelligence,andsoon.Ithasbecomeapublicexperimentalplatformforuniversitiesallovertheworldtocommunicatewitheachother.Ithasgainedconsiderableattentioninrecentyears.Originallyinferiordesignsimplenessisrobotic,adoptthemonolithicmachinetobethehandcartdetectingandtocontrolcore;Adoptoptesthesiasensortoresolvetheinteriorlocalizedintelligencerobotproblem,realizesarobot"actingonself'sownininteriorhitthetargetcomplicatedenvironmentcompleteness".Andcanmakeroboticundertheunknownenvironment,gradually,estimateoneselflocationandmovestatusbythefactthatoneselfsensormeasurestheenvironmentdatacouplingbackthesignalarrivesatthemonolithicmachine,makesthemonolithicmachinecanlookfortraceaccordingtogivingstableblacktheguidancelinearbitrarilystableaccordingtothatthepredeterminedjobpatterncontrolsahandcartusesahandcart.ContentsInclude:

1.Designofmechanicalstructure:therobotdrivenbytwoindependenttrackstructures,thepowersourceusingbrushlessDCmotor,gearreducerandgearbelttransmissionbyusingdifferentialsteeringmobilerobotplatform,useincrementalphotoelectricencoderforspeeddetectionofrobots,robotpositioning.

2.Designofcontrolstructure:controlpartofthemodelusingAT89C51microcontrollerforreceivingordersandgeneratesdrivesignals，thedrivingpartisL293Dmotorcontrolchip,chipmicrocontrollerusingthereceivedsignalstocontrolmotorspeed.

3.Sensorparts:therobotusingvisionsensorsforcollectimages,andsendtheimagestoupper-computerforimageprocessing.Keywords：mobilerobot，motioncontrol，singlechip，visionsensor，imageprocessing目錄TOC\o"1-4"\h\z\u摘要 IAbstract II1移動(dòng)機(jī)器人 11.1移動(dòng)機(jī)器人的研究歷史 11.2課題的現(xiàn)實(shí)意義 11.3智能機(jī)器人的發(fā)展 21.3.1智能機(jī)器人的定義 21.3.2國(guó)外機(jī)器人的發(fā)展 31.3.3國(guó)內(nèi)機(jī)器人的發(fā)展 32視覺移動(dòng)機(jī)器人方案的確定 52.1設(shè)計(jì)任務(wù)概述 52.2視覺移動(dòng)機(jī)器人機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方案 52.2.1動(dòng)力源的論證與選擇 52.2.2運(yùn)動(dòng)方式的選擇 62.2.3電源的論證與選擇 62.2.4傳動(dòng)方式的選擇 62.2.5傳感器的選擇 72.2.6最終方案： 72.3視覺移動(dòng)機(jī)器人控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案 72.3.1控制系統(tǒng)的選擇 82.3.2控制器的軟件設(shè)計(jì) 83視覺移動(dòng)機(jī)器人方案的確定 103.1電動(dòng)機(jī)的確定 103.1.1電動(dòng)機(jī)功率的選擇 103.1.2電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速的選擇 103.2圓錐圓柱減速器的設(shè)計(jì) 113.2.1傳動(dòng)方案的選擇 113.2.2傳動(dòng)零件的設(shè)計(jì)計(jì)算 12圓錐齒輪傳動(dòng)的設(shè)計(jì)計(jì)算 12圓柱齒輪傳動(dòng)的設(shè)計(jì)計(jì)算 16數(shù)據(jù)整理 19軸的設(shè)計(jì) 193.2.3減速箱軸承的確定 203.2.4聯(lián)軸器的選擇 214視覺移動(dòng)機(jī)器人控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) 224.1機(jī)器人電子元件的選型 224.1.1單片機(jī)PIC16F877 224.1.2直流無刷電機(jī) 245移動(dòng)機(jī)器人的圖像處理技術(shù) 265.1圖像的采集 265.2圖像的預(yù)處理 265.2.1彩色圖像灰度化 265.2.2灰度圖像的平滑處理 275.2.3顏色模型轉(zhuǎn)換 29結(jié)論 30致謝 31參考文獻(xiàn) 32附錄 33PAGE391移動(dòng)機(jī)器人1.1移動(dòng)機(jī)器人的研究歷史機(jī)器人是一種自動(dòng)化的機(jī)器，所不同的是這種機(jī)器具備一些與人或生物相似的智能，如感知能力、規(guī)劃能力、動(dòng)作能力和協(xié)同能力，是一種具有高度靈活性的自動(dòng)化機(jī)器。移動(dòng)機(jī)器人技術(shù)一直是人類長(zhǎng)期科學(xué)研究的熱點(diǎn)。它的歷史可以追溯到20世紀(jì)六十年代。1962年，美國(guó)Unimation公司的第一臺(tái)機(jī)器人Unimate。在美國(guó)通用汽車公司(GM)投入使用，標(biāo)志著第一代機(jī)器人的誕生。1968年，美國(guó)斯坦福研究所公布了他們研發(fā)成功的機(jī)器人Shakey，該機(jī)器人能夠根據(jù)人的指令通過視覺傳感器發(fā)現(xiàn)并抓取積木,標(biāo)志著第一臺(tái)智能機(jī)器人的誕生，同時(shí)也揭開了移動(dòng)機(jī)器人研究的序幕?，F(xiàn)在，國(guó)際上對(duì)機(jī)器人的概念已經(jīng)逐漸趨近一致。一般說來，人們都可以接受的說法是：機(jī)器人是靠自身動(dòng)力和控制能力來實(shí)現(xiàn)各種功能的一種機(jī)器。聯(lián)合國(guó)標(biāo)準(zhǔn)化組織采納了美國(guó)機(jī)器人協(xié)會(huì)給機(jī)器人下的定義：“機(jī)器人是一種可編程和多功能的，用來搬運(yùn)材料、零件、工具的操作機(jī)；或是為了執(zhí)行不同的任務(wù)而具有可改變和可編程動(dòng)作的專門系統(tǒng)。”機(jī)器人能夠利用各種傳感器采集機(jī)器人所在環(huán)境的特征，通過各種環(huán)境特征可以自動(dòng)地規(guī)劃自己的行動(dòng)路徑，實(shí)現(xiàn)尋跡、避障等智能行為。早期的機(jī)器人主要應(yīng)用于工業(yè)領(lǐng)域，例如利用機(jī)器人搬運(yùn)工件、更換刀具、焊接工件、噴射油漆以及實(shí)現(xiàn)零件的裝配等工作。但是到了90年代，隨著機(jī)械技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)、微電子技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)以及人工智能技術(shù)的快速發(fā)展，機(jī)器人活動(dòng)領(lǐng)域的不斷擴(kuò)大，機(jī)器人的應(yīng)用從制造業(yè)領(lǐng)域向非制造業(yè)領(lǐng)域不斷發(fā)展，原先只是在工業(yè)中才使用的自主式機(jī)器人也開始進(jìn)入到人們的日常生活中來，因此在工業(yè)、醫(yī)學(xué)、農(nóng)業(yè)、建筑業(yè)甚至軍事等領(lǐng)域都能看到移動(dòng)機(jī)器人的身影，美國(guó)麻省理工學(xué)院、斯坦福大學(xué)、英國(guó)愛丁堡大學(xué)等都陸續(xù)成立了機(jī)器人實(shí)驗(yàn)室，由此機(jī)器人技術(shù)得到了長(zhǎng)久的發(fā)展。本文設(shè)計(jì)的機(jī)器人實(shí)際上就是一種利用視覺傳感器自動(dòng)移動(dòng)的機(jī)器裝置，由視覺傳感器采集圖像，送至上位機(jī)分析，實(shí)現(xiàn)路徑識(shí)別，采用單片機(jī)控制直流無刷電機(jī)實(shí)現(xiàn)對(duì)小車速度的控制，達(dá)到運(yùn)動(dòng)要求。1.2課題的現(xiàn)實(shí)意義對(duì)智能機(jī)器人的研究有著廣泛的現(xiàn)實(shí)意義，概括地說可以有三點(diǎn)：1.智能機(jī)器人技術(shù)是一門綜合性很強(qiáng)的技術(shù)。對(duì)移動(dòng)機(jī)器人的設(shè)計(jì)包括機(jī)械結(jié)構(gòu)、傳感器、運(yùn)動(dòng)學(xué)方程、控制系統(tǒng)、路徑規(guī)劃以及各種算法的分析與設(shè)計(jì)。因此移動(dòng)機(jī)器人的研究涉及到的學(xué)科包括：機(jī)械加工技術(shù)、傳感器技術(shù)、信息處理技術(shù)、通信技術(shù)、自動(dòng)控制技術(shù)、電子技術(shù)、機(jī)器視覺技術(shù)、圖像處理技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)以及計(jì)算機(jī)技術(shù)等等，所以移動(dòng)機(jī)器人技術(shù)的發(fā)展使得各門科學(xué)技術(shù)都得到了長(zhǎng)遠(yuǎn)的進(jìn)步與發(fā)展，是科學(xué)技術(shù)不斷發(fā)展的有力途徑和工具。2.智能機(jī)器人有著廣泛的應(yīng)用前景，可以說它幾乎滲透到了人類社會(huì)所有的領(lǐng)域?？梢灶A(yù)見在未來的人類社會(huì)里，移動(dòng)機(jī)器人將會(huì)出現(xiàn)在我們生活中的每一個(gè)角落，成為時(shí)代發(fā)展的主流。隨著人們生活水平的提高，人類對(duì)機(jī)器人的功能也提出了更高的要求，越來越多的移動(dòng)機(jī)器人已經(jīng)走入了我們的生活，在家里，服務(wù)型的室內(nèi)機(jī)器人可以從事清潔衛(wèi)生、園藝、垃圾處理、家庭護(hù)理與服務(wù)等作業(yè)；在醫(yī)院，移動(dòng)機(jī)器人可以從事手術(shù)、化驗(yàn)、助殘、導(dǎo)盲、運(yùn)輸、康復(fù)及病人護(hù)理等作業(yè)；在商場(chǎng)和旅游中，導(dǎo)購(gòu)機(jī)器人、導(dǎo)游機(jī)器人和表演機(jī)器人都使得人類生活變得豐富多彩。因此移動(dòng)機(jī)器人已經(jīng)成為未來社會(huì)非常有潛力的產(chǎn)業(yè)，誰可以掌握室內(nèi)移動(dòng)機(jī)器人的關(guān)鍵技術(shù)，誰就可以引領(lǐng)世界的潮流。3.機(jī)器人的發(fā)展是一個(gè)國(guó)家高科技水平和工業(yè)自動(dòng)化程度的重要體現(xiàn)。它實(shí)現(xiàn)了工業(yè)的完全自動(dòng)化，從機(jī)械加工到零件的裝配，甚至連工藝的設(shè)計(jì)都由工業(yè)機(jī)器人完成。機(jī)器人帶動(dòng)了工業(yè)技術(shù)的革新，社會(huì)的發(fā)展以及其他領(lǐng)域的革命。當(dāng)今社會(huì)，機(jī)器人正代替人發(fā)揮著日益重要的作用，不斷地改變著人類的生活方式，因此完全可以說機(jī)器人技術(shù)的發(fā)展帶動(dòng)了整個(gè)人類社會(huì)的發(fā)展。綜上所述，我國(guó)對(duì)移動(dòng)機(jī)器人的研究面臨著很大的挑戰(zhàn)，必須加大對(duì)機(jī)器人的開發(fā)與應(yīng)用才能走在時(shí)代的前列。1.3智能機(jī)器人的發(fā)展1.3.1智能機(jī)器人的定義自機(jī)器人問世以來，人們就很難對(duì)機(jī)器人下一個(gè)準(zhǔn)確的定義，歐美國(guó)家認(rèn)為機(jī)器人應(yīng)該是“由計(jì)算機(jī)控制的通過編程具有可以變更的多功能的自動(dòng)機(jī)械”；日本學(xué)者認(rèn)為“機(jī)器人就是任何高級(jí)的自動(dòng)機(jī)械”；我國(guó)科學(xué)家對(duì)機(jī)器人的定義是：“機(jī)器人是一種自動(dòng)化的機(jī)器，所不同的是這種機(jī)器具備一些與人或生物相似的智能能力，如感知能力、規(guī)劃能力、動(dòng)作能力和協(xié)同能力，是一種具有高度靈活性的自動(dòng)化機(jī)器?！蹦壳皣?guó)際上對(duì)機(jī)器人的概念已經(jīng)漸趨一致，聯(lián)合國(guó)標(biāo)準(zhǔn)化組織采納了美國(guó)機(jī)器人協(xié)會(huì)于1979年給機(jī)器人下的定義：“一種可編程和多功能的，用來搬運(yùn)材料、零件、工具的操作機(jī)；或是為了執(zhí)行不同的任務(wù)而具有可改變和可編程動(dòng)作的專門系統(tǒng)?！备爬ㄕf來，機(jī)器人是靠自身動(dòng)力和控制能力來實(shí)現(xiàn)各種功能的一種機(jī)器。1.3.2智能機(jī)器人的研究可以追溯到20世紀(jì)60年代，在1966至1972年間,美國(guó)斯坦福研究院的和Charles等人研制的機(jī)器人，身高1.5米1970年前蘇聯(lián)月球17號(hào)探測(cè)器把世界第一個(gè)無人駕駛的月球車送去月球，月球車行駛0.5公里，考察了8萬平方米的月面。后來的月球車行駛37公里，向地球發(fā)回88幅月面全景圖。在同一時(shí)代，美國(guó)噴氣推進(jìn)實(shí)驗(yàn)室也研制了月球車(Lunarrover),應(yīng)用于行星探測(cè)的研究。采用了攝像機(jī)，激光測(cè)距儀以及觸覺傳感器。機(jī)器人能夠把環(huán)境區(qū)分為可通行、不可通行以及未知等類型區(qū)域。1973年到1979年，斯坦福大學(xué)人工智能實(shí)驗(yàn)室研制了CART移動(dòng)機(jī)器人，CART可以自主地在辦公室環(huán)境運(yùn)行。CART每移動(dòng)1米，就停下來通過攝像機(jī)的圖片對(duì)環(huán)境進(jìn)行分析，規(guī)劃下一步的運(yùn)行路徑。由于當(dāng)時(shí)計(jì)算機(jī)性能的限制，CART每一次規(guī)劃都需要耗時(shí)約15分鐘。CMURover由卡耐基梅隆大學(xué)機(jī)器人學(xué)研究所在1981年開始研制，它具有12由于計(jì)算機(jī)的運(yùn)行速度、傳感器感知能力的限制，這些移動(dòng)機(jī)器人的實(shí)時(shí)控制性能不佳。每自主前進(jìn)一步都需要停下來花費(fèi)大量的時(shí)間進(jìn)行計(jì)算，因此在實(shí)際應(yīng)用中通常采取遙控的方式。進(jìn)入20世紀(jì)90年代，隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的飛速發(fā)展，機(jī)器人的感知、決策能力也獲得了長(zhǎng)足的進(jìn)步。到了1994年，卡耐基梅隆大學(xué)機(jī)器人學(xué)研究所開發(fā)了DanteII，這是一個(gè)8足的移動(dòng)機(jī)器人fill。在1994年4月，該機(jī)器人通過衛(wèi)星通訊與Internet相連，通過網(wǎng)絡(luò)由NASA的研究組、卡耐基梅隆大學(xué)以及阿拉斯加火山觀測(cè)所的科研人員控制Dante進(jìn)行阿拉斯加火山口觀測(cè)，并收集了火山口噴出的氣體樣本。1.3.3國(guó)內(nèi)有關(guān)移動(dòng)機(jī)器人研究的起步較晚，“八五”期間研制了ATB-1，即軍用智能機(jī)器人平臺(tái)，由浙江大學(xué)、國(guó)防科技大學(xué)、清華大學(xué)、北京理工大學(xué)、南京理工大學(xué)聯(lián)合研制?！熬盼濉逼陂g又研制了軍用“智能機(jī)器人平臺(tái)2號(hào)，道路自主駕駛的最高速度為74Km/h。在國(guó)家“十五”863計(jì)劃中，展開了一系列的有關(guān)智能機(jī)器人方面的研究。在危險(xiǎn)環(huán)境下作業(yè)移動(dòng)機(jī)器人、基于復(fù)合結(jié)構(gòu)的非結(jié)構(gòu)環(huán)境應(yīng)用的移動(dòng)機(jī)器人、高機(jī)動(dòng)性越障機(jī)器人、多足仿生機(jī)器人、仿人形機(jī)器人等研究項(xiàng)目取得了眾多的成果。國(guó)防科技大學(xué)、哈爾濱工業(yè)大學(xué)、清華大學(xué)、中國(guó)科技大學(xué)、中科院自動(dòng)化研究所、沈陽自動(dòng)化研究所等正在開展有關(guān)月球探測(cè)自主機(jī)器人的相關(guān)研究。在863專項(xiàng)支持下，清華大學(xué)開發(fā)了多功能室外智能移動(dòng)機(jī)器人實(shí)驗(yàn)平臺(tái)、上海交通大學(xué)研制了移動(dòng)機(jī)構(gòu)試驗(yàn)平臺(tái)以及Frontier-ITM等。211AMCTB采用了關(guān)節(jié)輪式移動(dòng)結(jié)構(gòu)，具有較強(qiáng)的越障能力。Frontier-ITM自主移動(dòng)機(jī)器人作為中國(guó)大學(xué)的參賽隊(duì)首次參加了Robocop中型組比賽。CASIA-1是中科院自動(dòng)化所研制的集多種傳感器、視覺、語音識(shí)別與會(huì)話功能于一體的智能移動(dòng)機(jī)器人。沈陽自動(dòng)化所研制的自行輸送小車已投入生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)，此外還研制了“多功能排險(xiǎn)防暴機(jī)器人”和“蛇形機(jī)器人”。2003年國(guó)防科技大學(xué)賀漢根教授主持研制的無人駕駛車采用了四層遞階控制體系結(jié)構(gòu)以及機(jī)器學(xué)習(xí)[等智能控制算法，在高速公路上達(dá)到了130Km/h的穩(wěn)定時(shí)速，最高時(shí)速170Km/h，而且具備了自主超車功能，這些技術(shù)指標(biāo)均處于世界領(lǐng)先的地位。這一系列的成就推動(dòng)了我國(guó)移動(dòng)機(jī)器人技術(shù)的發(fā)展，縮短了與國(guó)外先進(jìn)水平的差距，而且在某些領(lǐng)域也取得了國(guó)際領(lǐng)先的成果，己經(jīng)成為我國(guó)機(jī)器人應(yīng)用的一個(gè)突出領(lǐng)域。2視覺移動(dòng)機(jī)器人方案的確定2.1設(shè)計(jì)任務(wù)概述此處省略

NNNNNNNNNNNN字。如需要完整說明書和設(shè)計(jì)圖紙等.請(qǐng)聯(lián)系

扣扣：九七一九二零八零零另提供全套機(jī)械畢業(yè)設(shè)計(jì)下載！該論文已經(jīng)通過答辯方案3直流減速電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)力矩大，體積小，重量輕，裝配簡(jiǎn)單，使用方便，小車內(nèi)部裝有減速齒輪組，所以并不需要考慮調(diào)速功能，很方便的就可以實(shí)現(xiàn)通過單片機(jī)對(duì)直流減速電機(jī)前進(jìn)、后退、停止等操作。而且無刷直流電機(jī)采用方波電流供電，所用電機(jī)的轉(zhuǎn)矩/體積比更高。無刷直流電機(jī)結(jié)構(gòu)更簡(jiǎn)單、制造成本更低。無刷直流電機(jī)產(chǎn)生方波電壓和電流的變頻器比產(chǎn)生正弦波電壓和電流的變頻器簡(jiǎn)單，選用無刷直流電機(jī)更好。最終方案：本次設(shè)計(jì)使用直流無刷電機(jī)。2.2.2運(yùn)動(dòng)方式的選擇方案1：輪式機(jī)構(gòu)方案2：履帶式結(jié)構(gòu)優(yōu)缺點(diǎn)的比較：方案1輪式結(jié)構(gòu)是一個(gè)馬達(dá)作為動(dòng)力，通過變速箱驅(qū)動(dòng)后輪；另一個(gè)馬達(dá)轉(zhuǎn)動(dòng)導(dǎo)向輪來決定行駛方向。優(yōu)點(diǎn)是在直道行駛速度較快、方向和速度相互獨(dú)立。缺點(diǎn)為轉(zhuǎn)彎半徑大、驅(qū)動(dòng)輪易打滑、導(dǎo)向輪方向不易精確控制。方案2履帶結(jié)構(gòu)是兩個(gè)電機(jī)分別驅(qū)動(dòng)兩條履帶。優(yōu)點(diǎn)是可以在原地轉(zhuǎn)動(dòng)；在不平的路面上性能穩(wěn)定，牽引力大。缺點(diǎn)為速度慢、速度和方向不能單獨(dú)控制摩擦力很大；能量損耗大，機(jī)械結(jié)構(gòu)復(fù)雜。最終方案：履帶結(jié)構(gòu)能適應(yīng)更為復(fù)雜的環(huán)境，本次設(shè)計(jì)選用履帶式結(jié)構(gòu)2.2.3電源的論證與選擇方案1：采用7.2V可充電動(dòng)力電池組。方案2：采用12V蓄電池為直流電機(jī)供電。優(yōu)缺點(diǎn)的比較：方案1采用7.2V可充電動(dòng)力電池組。動(dòng)力電池組具有較強(qiáng)的電流驅(qū)動(dòng)能力及穩(wěn)定的電壓輸出性能，經(jīng)測(cè)試在用此種供電方式下，單片機(jī)和傳感器工作穩(wěn)定，直流電機(jī)工作良好，且電池體積較小、可以充電、能夠重復(fù)利用等，能夠滿足系統(tǒng)的要求。方案2采用12V蓄電池為直流電機(jī)供電，將12V電壓降壓、穩(wěn)壓后給單片機(jī)系統(tǒng)和其它芯片供電。蓄電池具有較強(qiáng)的電流驅(qū)動(dòng)能力以及穩(wěn)定的電壓輸出性能。但是蓄電池的體積過于龐大，由于我們的車體在設(shè)計(jì)時(shí)空間有限，在小型電動(dòng)車上使用極為不方便，因此我們放棄此方案。經(jīng)過比較，本次設(shè)計(jì)使用方案1。2.2.4傳動(dòng)方式的選擇方案1：帶傳動(dòng)方案2：齒輪傳動(dòng)優(yōu)缺點(diǎn)的比較：方案1帶傳動(dòng)是利用張緊在帶輪上的柔性帶進(jìn)行運(yùn)動(dòng)或動(dòng)力傳遞的一種機(jī)械傳動(dòng)。根據(jù)傳動(dòng)原理的不同，有靠帶與帶輪間的摩擦力傳動(dòng)的摩擦型帶傳動(dòng)，也有靠帶與帶輪上的齒相互嚙合傳動(dòng)的同步帶傳動(dòng)帶傳動(dòng)具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、傳動(dòng)平穩(wěn)，且其造價(jià)低廉、不需潤(rùn)滑、維護(hù)容易等特點(diǎn)。方案2齒輪傳動(dòng)是利用兩齒輪的輪齒相互嚙合傳遞動(dòng)力和運(yùn)動(dòng)的機(jī)械傳動(dòng)。按齒輪軸線的相對(duì)位置分平行軸圓柱齒輪傳動(dòng)、相交軸圓錐齒輪傳動(dòng)和交錯(cuò)軸螺旋齒輪傳動(dòng)。具有結(jié)構(gòu)緊湊、效率高、壽命長(zhǎng)等特點(diǎn)。2.2.5傳感器的選擇方案一：使用紅外傳感器導(dǎo)航任何物質(zhì)，只要它本身具有一定的溫度（高于絕對(duì)零度），都能輻射紅外線。紅外線傳感器是利用紅外線的物理性質(zhì)來進(jìn)行測(cè)量的傳感器，紅外線傳感器測(cè)量時(shí)不與被測(cè)物體直接接觸，因而不存在摩擦，并且有靈敏度高，響應(yīng)快等優(yōu)點(diǎn)。但是紅外傳感器在測(cè)距和探障過程中易受可見光的影響，特別在一些光線較強(qiáng)以及環(huán)境溫度基本一樣的條件下，其性能下降迅速，此外，使用紅外傳感器還需預(yù)先設(shè)定好軌跡，不宜于移動(dòng)機(jī)器人的自主移動(dòng)。方案二：使用超聲波傳感器導(dǎo)航使用超聲波傳感器導(dǎo)航超聲波傳感器是利用超聲波的特性研制而成的傳感器。超聲波是一種振動(dòng)頻率高于聲波的機(jī)械波，由換能晶片在電壓的激勵(lì)下發(fā)生振動(dòng)產(chǎn)生的，它具有頻率高、波長(zhǎng)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(duì)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(huì)產(chǎn)生顯著反射形成反射成回波，碰到活動(dòng)物體能產(chǎn)生多普勒效應(yīng)。超聲波傳感器應(yīng)用起來原理簡(jiǎn)單，也很方便，成本也很低。但是目前的超聲波傳感器都有一些缺點(diǎn)，比如，反射問題，噪音，交叉問題。方案三使用視覺傳感器導(dǎo)航視覺傳感器具有從一整幅圖像捕獲光線的數(shù)以千計(jì)的像素的能力，它主要部件就是照相機(jī)或攝像機(jī)，在捕獲圖像之后，視覺傳感器將其與內(nèi)存中存儲(chǔ)的基準(zhǔn)圖像進(jìn)行比較，以做出分析。視覺傳感器通常因其精確性、易用性、豐富功能及合理成本而成為最佳選擇。2.2.6最終方案：基于視覺的移動(dòng)機(jī)器人實(shí)用履帶式結(jié)構(gòu)，采用7.2V可充電動(dòng)力電池組，使用直流無刷電機(jī)作為機(jī)器人的動(dòng)力源，利用視覺傳感器采集圖像，通過單片機(jī)控制直流電機(jī)可以實(shí)現(xiàn)小車的前進(jìn)，后退以及轉(zhuǎn)向等功能。2.3視覺移動(dòng)機(jī)器人控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案2.3.1控制系統(tǒng)的選擇PLC(ProgrammablelogicController)，可編程邏輯控制器，一種數(shù)字運(yùn)算操作的電子系統(tǒng)，專為在工業(yè)環(huán)境應(yīng)用而設(shè)計(jì)的。它采用一類可編程的存儲(chǔ)器，用于其內(nèi)部存儲(chǔ)程序，執(zhí)行邏輯運(yùn)算，順序控制，定時(shí)，計(jì)數(shù)與算術(shù)操作等面向用戶的指令，并通過數(shù)字或模擬式輸入/輸出控制各種類型的機(jī)械或生產(chǎn)過程。PLC實(shí)質(zhì)是一種專用于工業(yè)控制的計(jì)算機(jī)，其硬件結(jié)構(gòu)基本上與微型計(jì)算機(jī)相同，由CPU、儲(chǔ)存器、電源構(gòu)成。單片機(jī)是一種集成在電路芯片，是采用超大規(guī)模集成電路技術(shù)把具有數(shù)據(jù)處理能力的中央處理器CPU隨機(jī)存儲(chǔ)器RAM、只讀存儲(chǔ)器ROM、多種I/O口和中斷系統(tǒng)、定時(shí)器/計(jì)時(shí)器等功能（可能還包括顯示驅(qū)動(dòng)電路、脈寬調(diào)制電路、模擬多路轉(zhuǎn)換器、A/D轉(zhuǎn)換器等電路）集成到一塊硅片上構(gòu)成的一個(gè)小而完善的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)。PLC和單片機(jī)雖然都是控制器，廣泛的應(yīng)用在控制系統(tǒng)中，但是它們依然具有不同，他們的區(qū)別為：1.PLC大部分用在較大型的設(shè)備上。因?yàn)槠鋬r(jià)格較高，一般都是附加值較高的自動(dòng)控制系統(tǒng)才會(huì)考慮。PLC的特點(diǎn)：可靠性高，抗干擾能力強(qiáng)；硬件配套齊全，功能完善，適用性強(qiáng)；易學(xué)易用，深受工程技術(shù)人員歡迎；系統(tǒng)的設(shè)計(jì)、安裝、調(diào)試工作量小，維護(hù)方便，容易改造；體積小，重量輕，能耗低。2.單片機(jī)控制單片機(jī)又稱單片微控制器,它不是完成某一個(gè)邏輯功能的芯片,而是把一個(gè)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)集成到一個(gè)芯片上。相當(dāng)于一個(gè)微型的計(jì)算機(jī)，和計(jì)算機(jī)相比，單片機(jī)只缺少了I/O設(shè)備。概括的講：一塊芯片就成了一臺(tái)計(jì)算機(jī)。它的體積小、質(zhì)量輕、為學(xué)習(xí)、應(yīng)用和開發(fā)提供了便利條件，同時(shí)單片機(jī)的成本比PLC略微低廉，綜合考慮本次設(shè)計(jì)選擇單片機(jī)控制。單片機(jī)有8位，16位，32位等，這里的位指單片機(jī)CPU每次處理能力,8位是指單片機(jī)一次可以計(jì)算8位數(shù)據(jù),16位是指單片機(jī)一次可以計(jì)算16位數(shù)據(jù),依次類推，在此次設(shè)計(jì)中用8位單片機(jī)完全可以完成對(duì)機(jī)器人的控制，另考慮經(jīng)濟(jì)等方面，本次設(shè)計(jì)選擇8位單片機(jī).2.3.2控制器的軟件設(shè)計(jì)在歸納了移動(dòng)機(jī)器人各種運(yùn)動(dòng)行為的基礎(chǔ)上，我們總結(jié)了機(jī)器人的如下運(yùn)動(dòng)方式:1.啟動(dòng):兩個(gè)電機(jī)啟動(dòng)。2停止:兩個(gè)電機(jī)停止轉(zhuǎn)動(dòng)。3.加速:兩個(gè)電機(jī)同時(shí)在現(xiàn)有速度基礎(chǔ)上增加一個(gè)數(shù)量級(jí)，實(shí)現(xiàn)加速。4.減速:兩個(gè)電機(jī)同時(shí)在現(xiàn)有速度基礎(chǔ)上減小一個(gè)數(shù)量級(jí)，實(shí)現(xiàn)減速。5.轉(zhuǎn)彎:改變一個(gè)電機(jī)的轉(zhuǎn)向，完成轉(zhuǎn)彎后作直線運(yùn)動(dòng)。6.直線運(yùn)動(dòng):兩個(gè)電機(jī)以相同的速度和轉(zhuǎn)向運(yùn)動(dòng)。這些運(yùn)動(dòng)覆蓋了差動(dòng)輪式移動(dòng)系統(tǒng)的所有基本動(dòng)作，通過一系列電機(jī)控制的組合就可以靈活地控制機(jī)器人完成它所能夠做到的任何動(dòng)作。當(dāng)移動(dòng)機(jī)器人需要做出某種動(dòng)作時(shí)，車載機(jī)只須將期望動(dòng)作翻譯為一個(gè)電機(jī)指令序列，發(fā)布給運(yùn)動(dòng)控制器，運(yùn)動(dòng)控制器就可以按部就班地控制機(jī)器人予以完成。2.4移動(dòng)機(jī)器人的視覺系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案機(jī)器人的視覺系統(tǒng)一般包括硬件與軟件兩個(gè)部分,前者是系統(tǒng)的基礎(chǔ),后者主要包括實(shí)現(xiàn)圖像處理的基本算法以及一些實(shí)現(xiàn)人機(jī)交互的接口程序.基于計(jì)算機(jī)視覺的移動(dòng)機(jī)器人導(dǎo)航實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)的硬件部分由計(jì)算機(jī)、攝像頭、機(jī)器人地盤組成。軟件分為兩部分，即圖像處理和機(jī)器人運(yùn)動(dòng)控制?；谝曈X導(dǎo)航的原始輸入圖像是連續(xù)的數(shù)字視頻圖像。系統(tǒng)工作時(shí)，圖像預(yù)處理模塊首先對(duì)原始的輸入圖像進(jìn)行縮小、邊緣檢測(cè)、等預(yù)處理。其次利用計(jì)算機(jī)計(jì)算并提取出對(duì)機(jī)器人有用的路徑信息。最后，運(yùn)動(dòng)控制模塊根據(jù)識(shí)別的路徑信息，調(diào)用直行或轉(zhuǎn)彎功能模塊使機(jī)器人做相應(yīng)的移動(dòng)。圖2-1視覺系統(tǒng)流程圖在本次設(shè)計(jì)中，采用的是用攝像頭實(shí)時(shí)的采集圖像信息，經(jīng)過上位機(jī)的內(nèi)部處理，通過單片機(jī)控制電機(jī)來實(shí)現(xiàn)運(yùn)動(dòng)要求。3視覺移動(dòng)機(jī)器人方案的確定3.1電動(dòng)機(jī)的確定從機(jī)器人是實(shí)際運(yùn)動(dòng)出發(fā)考慮，機(jī)器人的速度不能太快，否則會(huì)造成控制部分來不及處理和發(fā)送信號(hào)，電機(jī)不能及時(shí)做出反應(yīng)，機(jī)器人在行進(jìn)的過程中不能實(shí)現(xiàn)避障功能，碰撞到障礙物而損壞的情況。因此，機(jī)器人的移動(dòng)速度定為V=0.5M/S.按工作要求和條件，選用直流無刷電機(jī)，電壓12V.3.1.1電動(dòng)機(jī)功率的選擇減速器輸出軸的轉(zhuǎn)速n=100rpm,驅(qū)動(dòng)輪直徑D=100mm,=0.523m/s(3-1)機(jī)器人的設(shè)計(jì)負(fù)重為30公斤，動(dòng)摩擦因數(shù)為0.3，F(xiàn)=45N,T=2.25N/m，考慮到機(jī)器人會(huì)攜帶上位機(jī)等設(shè)備，所以取T=3N/m，(3-2)傳動(dòng)裝置的總傳動(dòng)比：(3-3)（式中分別為聯(lián)軸器、滾動(dòng)軸承、圓錐齒輪傳動(dòng)、圓柱齒輪傳動(dòng)和驅(qū)動(dòng)輪的效率。）取，，其中齒輪精度為8級(jí)。則：電動(dòng)機(jī)所需功率：(3-4)所以取電動(dòng)機(jī)功率為40W。3.1.2電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速的選擇同一類型、功率相同的電動(dòng)機(jī)有多種轉(zhuǎn)速。如果選用轉(zhuǎn)速高的電動(dòng)機(jī)，其尺寸和重量小、價(jià)格較低，但會(huì)使傳動(dòng)裝置的總傳動(dòng)比、結(jié)構(gòu)尺寸和重量增加。選用轉(zhuǎn)速低的電動(dòng)機(jī)則情況相反。因此，應(yīng)綜合考慮電動(dòng)機(jī)及傳動(dòng)裝置的尺寸、重量、價(jià)格，分析比較，選出合適的電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速。一般選用同步轉(zhuǎn)速為1500r/min或1000r/min的電動(dòng)機(jī)。本次設(shè)計(jì)選用的電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速為1500r/min，額定功率為40W根據(jù)設(shè)計(jì)要求電動(dòng)機(jī)所需轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)速查手冊(cè).表3.1電機(jī)參數(shù)電動(dòng)機(jī)型號(hào)額定功率W額定轉(zhuǎn)速（r/min）總傳動(dòng)比FBL-60K03151RS40150015圖3-1電機(jī)外形尺寸3.2圓錐圓柱減速器的設(shè)計(jì)機(jī)器通常由原動(dòng)機(jī)、傳動(dòng)裝置、和工作機(jī)等三部分組成。傳動(dòng)裝置位于原動(dòng)機(jī)和工作機(jī)之間，用來傳遞運(yùn)動(dòng)和動(dòng)力，并可以改變轉(zhuǎn)速、轉(zhuǎn)矩的大小或運(yùn)動(dòng)形式，以適應(yīng)工作機(jī)功能的要求。傳動(dòng)裝置的設(shè)計(jì)對(duì)整臺(tái)機(jī)器的性能、尺寸、重量和成本有很大的影響，因此應(yīng)當(dāng)合理的以定傳動(dòng)方案。3.2.1傳動(dòng)方案的選擇本次機(jī)器人設(shè)計(jì)中，采用的減速器結(jié)構(gòu)如下圖所示：1電動(dòng)機(jī)2聯(lián)軸器3減速器圖3-2傳動(dòng)方案示意圖減速器為展開式圓錐——圓柱齒輪的二級(jí)傳動(dòng)，軸承選用深溝球軸承，聯(lián)軸器選用凸緣聯(lián)軸器。傳動(dòng)裝置總傳動(dòng)比=15對(duì)于圓錐-圓柱齒輪減速器，為使大圓錐齒輪直徑不致過大，高速級(jí)圓錐齒輪傳動(dòng)比可取，且，此處為減速器總傳動(dòng)比。因此有，；傳動(dòng)裝置的運(yùn)動(dòng)和動(dòng)力參數(shù)如下表：表1.1設(shè)計(jì)參數(shù)電動(dòng)機(jī)軸1軸2軸3軸工作軸轉(zhuǎn)速（r/min）15001500500100100功率p（w）4038.837.335.835.4轉(zhuǎn)矩T（N）0.2540.2470.7113.4153.389傳動(dòng)比i1351效率10.9650.9650.9753.2.2傳動(dòng)零件的設(shè)計(jì)計(jì)算圓錐齒輪傳動(dòng)的設(shè)計(jì)計(jì)算已知輸入功率(3-5)小齒輪的轉(zhuǎn)速，大齒輪的轉(zhuǎn)速;傳動(dòng)比i=3，有電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)，工作壽命為2.4×10小時(shí)，平穩(wěn)。1．選定齒輪類型、精度等級(jí)、材料及齒數(shù)（1）按傳動(dòng)方案，選用直齒圓錐齒輪傳動(dòng)，齒形制JB110-60,齒形角，齒頂高系數(shù)好h=1，頂隙系數(shù)c，不變位。（2）機(jī)器人為一般機(jī)器，速度不高，故選用8級(jí)精度。（3）材料選擇，小齒輪材料為40Cr（調(diào)質(zhì)），硬度為280HBS,大齒輪材料為45鋼（調(diào)質(zhì)），硬度為240HBS,兩者材料硬度相差40HBS。（4）選小齒輪的齒數(shù)z，則大齒輪齒數(shù)為692．按齒面接觸疲勞強(qiáng)度設(shè)計(jì)公式(3-6)（1）確定公式內(nèi)的各數(shù)值1）查的材料彈性影響系數(shù)。2）按齒面的硬度查的小齒輪的接觸疲勞強(qiáng)度極限，大齒輪的接觸疲勞強(qiáng)度極限。3）計(jì)算應(yīng)力循環(huán)次數(shù)小齒輪：N(3-7)大齒輪：(3-8)4）查的接觸疲勞壽命系數(shù)5)計(jì)算接觸疲勞許用應(yīng)力=0.93*600MPa=558MPa(3-9)=0.97*550MPa=533.5MPa(3-10)6)試選查得(3-11)所以(3-12)7)8）（2）計(jì)算1）試算小齒輪的分度圓直徑，帶入[]中的較小值得2）計(jì)算圓周速度(3-13)3）計(jì)算載荷系數(shù)根據(jù)V=1.07m/s，8級(jí)精度，查得，所以(3-14)4)按實(shí)際的載荷系數(shù)校正所得的分度圓直徑：(3-15)取直徑為14mm5）技術(shù)模數(shù)mm(3-16)3.按齒根彎曲疲勞強(qiáng)度設(shè)計(jì)公式(3-17)確定公式內(nèi)的各計(jì)算值查得小齒輪的彎曲疲勞強(qiáng)度極限，大齒輪的彎曲疲勞強(qiáng)度極限。查得彎曲疲勞壽命系數(shù)，3)計(jì)算彎曲疲勞許用應(yīng)力取彎曲疲勞安全系數(shù)S=1.4，則，(3-18)4)載荷系數(shù)K=2.315）節(jié)圓錐角(3-19)6）當(dāng)量齒數(shù)(3-20)7）查取齒形系數(shù)8）查取應(yīng)力校正系數(shù)9）計(jì)算大小齒輪的，并加以比較0.014540.01648大齒輪的數(shù)值大4設(shè)計(jì)計(jì)算綜合分析考慮，取m=0.5mm，，（1）幾何尺寸計(jì)算1）計(jì)算大端分度圓直徑2）計(jì)算節(jié)錐頂距(3-21)3）節(jié)圓錐角4）大端齒頂圓直徑(3-22)5)、齒寬(3-23)取圓柱齒輪傳動(dòng)的設(shè)計(jì)計(jì)算設(shè)計(jì)參數(shù)1、選定齒輪類型、精度等級(jí)、材料和齒數(shù)（1）二級(jí)變速裝置選用直齒圓柱齒輪（2）機(jī)器速度不高、選用8級(jí)精度（3）選材：小齒輪材料為40Cr（調(diào)質(zhì)），硬度為280HBS,大齒輪材料為45鋼（調(diào)質(zhì)），硬度為240HBS,兩者材料硬度相差40HBS。（4）選小齒輪齒數(shù)z，大齒輪齒數(shù)z2、按齒面接觸強(qiáng)度設(shè)計(jì)(3-24)(1)確定公式內(nèi)的各項(xiàng)參數(shù)值 1)試選載荷系數(shù) 2）轉(zhuǎn)矩(3-25)3)計(jì)算應(yīng)力循環(huán)次數(shù)(3-26)4）選取齒寬系數(shù)5）查的材料的彈性影響系數(shù)Z6）查得小齒輪的彎曲疲勞強(qiáng)度極限，大齒輪的彎曲疲勞強(qiáng)度極限。7)由圖9-35查表的接觸疲勞壽命系數(shù)K8)計(jì)算接觸疲勞許用應(yīng)力取安全系數(shù)(3-27)（2）計(jì)算齒輪參數(shù)1)求小齒輪分度圓直徑,代入中較小的值 2)圓周速度 (3-28)3)計(jì)算齒寬 (3-29)4)(3-30) (3-31)(3-32) 5)計(jì)算載荷系數(shù) 根據(jù)v=0.32m/s,8級(jí)精度,由圖9-31得動(dòng)載荷系數(shù) 直齒輪,假設(shè),由表9-8查得由表9-7查得使用系數(shù),由表9-9查得,由表9-32查得(3-33)6)按實(shí)際的載荷系數(shù)校正所算得的分度圓直徑,(3-34)7)計(jì)算模數(shù)m(3-35)3.按齒根抗彎強(qiáng)度設(shè)計(jì)(3-36)(1)確定公式內(nèi)的各項(xiàng)參數(shù)數(shù)值1)查圖得大小齒輪的疲勞極限： 2)查得抗彎疲勞壽命系數(shù):; 3)取抗彎疲勞安全系數(shù)，所以 [](3-37)[] 4)計(jì)算載荷系數(shù) (3-38)5)查的齒形系數(shù)6)查取應(yīng)力校正系數(shù)7)計(jì)算大,小齒輪的并加以比較大齒輪的數(shù)值大(2)設(shè)計(jì)計(jì)算對(duì)比計(jì)算結(jié)果,由齒面接觸疲勞強(qiáng)度計(jì)算的模數(shù)m略大于由齒根彎疲勞強(qiáng)度計(jì)算的模數(shù),由于齒輪模數(shù)m的大小取決于抗彎強(qiáng)度所決定的承載能力,而齒面接觸疲勞強(qiáng)度所決定的承載能力,僅與齒輪直徑有關(guān),可取由抗彎強(qiáng)度算得的模數(shù)1.40,并就近圓為標(biāo)準(zhǔn)值,按接觸強(qiáng)度算得的分度直徑,由此可得。4.幾何尺寸計(jì)算1)計(jì)算分度圓直徑(3-39)2)計(jì)算中心距(3-40)3)計(jì)算齒輪寬度(3-41)圓整,取數(shù)據(jù)整理齒輪類型：1．直齒圓錐齒輪（齒形角，齒頂高系數(shù)好h=1，頂隙系數(shù)c，不變位）精度8級(jí)，小齒輪材料為40Cr（調(diào)質(zhì)），硬度為280HBS,大齒輪材料為45鋼（調(diào)質(zhì)），硬度為240HBS,兩者材料硬度相差40HBS。大端分度圓直徑：節(jié)錐頂距節(jié)圓錐角大端齒頂圓直徑齒數(shù)，模數(shù)m=0.52.直齒圓柱齒輪精度8級(jí)，小齒輪材料為40Cr（調(diào)質(zhì)），硬度為280HBS,大齒輪材料45鋼（調(diào)質(zhì)），硬度為240HBS,兩者材料硬度相差40HBS。分度圓直徑d中心距a=36mm齒寬b齒數(shù)小齒輪24，大齒輪120模數(shù)m=0.5mm軸的設(shè)計(jì)軸是減速器的主要零件之一，軸的結(jié)構(gòu)決定軸上零件的位置和有關(guān)尺寸。按彎扭合成強(qiáng)度條件初步計(jì)算軸的各段直徑，軸計(jì)算載面的直徑為(3-42)式中—軸計(jì)算載面上的彎矩，N·mm;

—軸計(jì)算載面上的轉(zhuǎn)矩，N·mm;

—將轉(zhuǎn)矩折合成當(dāng)量彎矩的折算系數(shù)力

當(dāng)所在計(jì)算載面軸段開有鍵槽時(shí)，由上式算得的直徑應(yīng)增大3%～5%（開一個(gè)鍵槽）或7%～10%（開兩個(gè)鍵槽），然后圓整為標(biāo)準(zhǔn)直徑。通過如果減速器輸入軸通過聯(lián)軸器與電動(dòng)機(jī)軸相聯(lián)接，則外伸段軸徑與電動(dòng)機(jī)軸徑不得相差很大，否則難以選擇合適的聯(lián)軸器，也就是說，減速器輸入軸軸端直徑和電動(dòng)機(jī)軸直徑必須在所選取聯(lián)軸器轂孔最大與最小直徑允許范圍內(nèi)。為此，可取減速器輸入軸軸端直徑：

mm(3-43)

式中—減速器輸入軸軸端直徑，mm；

—電動(dòng)機(jī)軸直徑，mm。減速器傳動(dòng)中心距為已知，可取減速器從動(dòng)軸危險(xiǎn)截面直徑

式中—減速器從動(dòng)軸危險(xiǎn)截面直徑，mm；

a—該級(jí)傳動(dòng)的中心距，mm。

確定軸的最小直徑選取軸的材料為45鋼，調(diào)質(zhì)處理。根據(jù)表15-3，取A,于是得3.11mm4.35mm7.35mm取，，。3.2.將運(yùn)轉(zhuǎn)的軸與軸座之間的滑動(dòng)摩擦變?yōu)闈L動(dòng)摩擦，從而減少摩擦損失的一種精密的機(jī)械元件，叫滾動(dòng)軸承（rollingbearing）。

滾動(dòng)軸承一般由內(nèi)圈、外圈、滾動(dòng)體和保持架四部分組成。

內(nèi)圈的作用是與軸相配合并與軸一起旋轉(zhuǎn)；外圈作用是與軸承座相配合，起支撐作用；滾動(dòng)體是借助于保持架均勻的將滾動(dòng)體分布在內(nèi)圈和外圈之間，其形狀大小和數(shù)量直接影響著滾動(dòng)軸承的使用性能和壽命；保持架能使?jié)L動(dòng)體均勻分布，防止?jié)L動(dòng)體脫落，引導(dǎo)滾動(dòng)體旋轉(zhuǎn)起潤(rùn)滑作用。球軸承適于承受輕載荷，滾子軸承適于承受重載荷及沖擊載荷。當(dāng)滾動(dòng)軸承受純軸向載荷時(shí)，一般選用推力軸承；當(dāng)滾動(dòng)軸承受純徑向載荷時(shí)，一般選用深溝球軸承或短圓柱滾子軸承；當(dāng)滾動(dòng)軸承受純徑向載荷的同時(shí)，還有不大的軸向載荷時(shí)，可選用深溝球軸承、角接觸球軸承、圓錐滾子軸承及調(diào)心球或調(diào)心滾子軸承；當(dāng)軸向載荷較大時(shí)，可選用接觸角較大的角接觸球軸承及圓錐滾子軸承，或者選用向心軸承和推力軸承組合在一起，這在極高軸向載荷或特別要求有較大軸向剛性時(shí)尤為適宜。根據(jù)機(jī)器人的要求及經(jīng)濟(jì)實(shí)惠的原則，本次設(shè)計(jì)選擇深溝球軸承和角接觸球軸承3.2.無彈性元件的撓性聯(lián)軸器這類聯(lián)軸器因具有撓性，故可補(bǔ)償兩軸的相對(duì)位移。但因無彈性元件，故不能緩沖減振。常用的有以下幾種：（1）凸緣聯(lián)軸器采用鉸制孔用螺栓聯(lián)接，并靠鉸制孔(對(duì)應(yīng)鉸制孔螺栓)螺栓來對(duì)中,依靠螺栓的抗剪切能力傳遞扭矩。（2）十字滑塊聯(lián)軸器十字滑塊聯(lián)軸器屬于撓性聯(lián)軸器；由兩個(gè)端面上開有凹型槽的半聯(lián)軸器和兩面帶有凸牙的中間盤組成。凸牙可在凹槽中滑動(dòng)，可以補(bǔ)償安裝及運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)兩軸間的相對(duì)位移。一般運(yùn)用于轉(zhuǎn)速n小于250r/min,軸的剛度較大，無劇烈沖擊處。（3）滑塊聯(lián)軸器滑塊聯(lián)軸器是由兩個(gè)帶凹槽的半聯(lián)軸器和一個(gè)方形滑塊組成，滑塊材料通常為夾布鉸木制成。由于中間滑塊的質(zhì)量較小，具有彈性，可應(yīng)用于較高的轉(zhuǎn)速。結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、緊湊、適用于小功率、高轉(zhuǎn)速而無劇烈沖擊處。（4）齒式聯(lián)軸器齒形聯(lián)軸器由兩個(gè)帶有內(nèi)齒及凸緣的外套和兩個(gè)帶有外齒的內(nèi)套筒組成。依靠?jī)?nèi)外齒相嚙合傳遞扭矩。齒輪的齒廓曲線為漸開線，嚙合角為20°。這類聯(lián)軸器能傳遞很大的轉(zhuǎn)矩，并允許有較大的偏移量，安裝精度要求不高，常用于重型機(jī)械中。有彈性元件的撓性聯(lián)軸器這類聯(lián)軸器因裝有彈性元件，不僅可以補(bǔ)償兩軸間的相對(duì)位移，而且具有緩沖減振的能力。彈性元件所能儲(chǔ)蓄的能量越多，則聯(lián)軸器的緩沖能力愈強(qiáng)；彈性元件的彈性滯后性能與彈性變形時(shí)零件間的摩擦功愈大、則聯(lián)軸器的減振能力愈好。這類聯(lián)軸器目前應(yīng)用很廣，品種亦愈來愈多。常見的有以下幾類：（1）彈性套柱銷聯(lián)軸器這種聯(lián)軸器的構(gòu)造與凸緣聯(lián)軸器相似，只是用套有彈性套的柱銷代替了聯(lián)接螺栓。因?yàn)橥ㄟ^蛹狀常用耐油橡膠，以提高其彈性。半聯(lián)軸器與軸的配合孔可做成圓柱形或圓錐形。（2）輪胎聯(lián)軸器輪胎聯(lián)軸器用橡膠或橡膠織物制成輪胎狀的彈性元件，兩端用壓板及螺釘分別壓在兩個(gè)半聯(lián)軸器上。這種聯(lián)軸器富有彈性，具有良好的消振能力，能有效地降低動(dòng)載荷和補(bǔ)償較大的軸向位移，而且絕緣性能好，運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)無噪聲。缺點(diǎn)是徑向尺寸較大；當(dāng)轉(zhuǎn)矩較大時(shí)，會(huì)因過大扭轉(zhuǎn)變形而產(chǎn)生附加軸向載荷。為了便于裝配，有時(shí)將輪胎開出徑向切口，但這時(shí)承載能力要顯著降低。（3）梅花形彈性聯(lián)軸器這種聯(lián)軸器結(jié)構(gòu)形式及工作原理與星形彈性聯(lián)軸器相似，但半聯(lián)軸器與軸配合的孔可做成圓柱形或圓錐形，并以梅花形彈性件取代星形彈性件。彈性件可根據(jù)使用要求選用不同硬度的聚氨酯橡膠、鑄型尼龍等材料制造。工作溫度范圍為-35～+80°C，短時(shí)工作溫度可達(dá)100°C，傳遞的公稱轉(zhuǎn)矩為16～25000Nm在本次設(shè)計(jì)中，考慮到滿足使用要求，從經(jīng)濟(jì)性上考慮，決定選用凸緣聯(lián)軸器。4視覺移動(dòng)機(jī)器人控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)4.1機(jī)器人電子元件的選型4.1.1單片機(jī)PIC16F877單片機(jī)是將中央處理器（CPU）、隨機(jī)存儲(chǔ)器（RAM）、只讀存儲(chǔ)器（ROM）、定時(shí)器芯片和一些輸入輸出接口電路集成的一個(gè)芯片上的微控制器。中央處理器是單片機(jī)的核心，它包括運(yùn)算器、控制器和寄存器3個(gè)主要部分。存儲(chǔ)器按工作方式可分為、隨機(jī)存儲(chǔ)器（RAM）和只讀存儲(chǔ)器（ROM）。RAM可以隨機(jī)地被CPU讀寫，斷電后存儲(chǔ)的內(nèi)容消失；ROM種的信息只能讀不能寫。輸入輸出接口是單片機(jī)的重要組成部分。程序、數(shù)據(jù)以及外部的所有信息都是通過單片機(jī)的I/O端口讀入單片機(jī)的。單片機(jī)計(jì)算的所有結(jié)果也都通過I/O輸出到顯示部分或者控制外部其他執(zhí)行機(jī)構(gòu)。PIC16F877芯片上集成有：（1）端口RA模塊：是一個(gè)只有6條引腳的輸入/輸出可編程的端口。（2）端口RB模塊：是一個(gè)具有8條引腳的輸入/輸出可編程的端口。（3）端口RC模塊：是一個(gè)具有8條引腳的輸入/輸出可編程的端口。（4）端口RD模塊：是一個(gè)具有8條引腳的輸入/輸出可編程的端口。（5）端口RE模塊：是一個(gè)具有3條引腳的輸入/輸出可編程的端口。（6）定時(shí)器TMR0模塊：是一個(gè)8位寬的可編程的定時(shí)器，也可作為計(jì)數(shù)器使用。（7）定時(shí)器TMR1模塊：是一個(gè)16位寬的可編程的定時(shí)器，也可作為計(jì)數(shù)器使用，并且可以與捕捉/比較/脈寬調(diào)制CCP模塊配合實(shí)現(xiàn)捕捉和比較功能。（8）定時(shí)器TMR2模塊：是一個(gè)8位寬的可編程的定時(shí)器，也可作為計(jì)數(shù)器使用，并且可以與捕捉/比較/脈寬調(diào)制CCP模塊配合實(shí)現(xiàn)捕捉和比較功能。（9）EEPROM數(shù)據(jù)存儲(chǔ)模塊：是256×8的電可擦寫的存儲(chǔ)器，儲(chǔ)存的內(nèi)容掉電也不會(huì)丟失。（10）A/D轉(zhuǎn)換器模塊：具有8個(gè)輸入通道和10位分辨率的模數(shù)轉(zhuǎn)換器，用來將外部的各種模擬物理量變換為便于單片機(jī)內(nèi)部處理的數(shù)字量。（11）捕捉/比較/脈寬調(diào)制CCP1和CCP2模塊：PIC16F877片內(nèi)包含兩個(gè)幾乎完全相同的CCP模塊，與TMR1和TMR2配合可以實(shí)現(xiàn)輸入捕捉、輸出比較和賣出調(diào)制輸出功能。輸入捕捉功能可以用于測(cè)量信號(hào)周期、頻率、脈沖等；輸出比較功能可以用于生產(chǎn)寬度不同的正負(fù)方波脈沖信號(hào)，以驅(qū)動(dòng)可控硅、續(xù)電器等；脈寬調(diào)制輸出功能用來產(chǎn)生周期和脈沖可調(diào)的周期性方波信號(hào)，以驅(qū)動(dòng)可驅(qū)動(dòng)可控硅、步進(jìn)電機(jī)等。（12）通用同步/異步發(fā)生器USART模塊：用于實(shí)現(xiàn)二線式串行通信，可以定義為兩種工作方式，即全雙工異步方式和半雙工同步方式。（13）主同步串行端口MSSP模塊：具有SPI和IC兩種工作模式，用來與具有SPI和IC串行端口的外接器件或者其他單片機(jī)進(jìn)行通信。（14）并行從動(dòng)端口PSP模塊：可以用來與其他具有開放總線的單片機(jī)、數(shù)字信號(hào)處理器或微處理器的并行數(shù)據(jù)連接，進(jìn)行高速的數(shù)據(jù)傳輸和交換。引腳的基本功能：OSC1（13引腳）：時(shí)鐘振蕩器輸入端，也是晶振連接端。OSC2（14引腳）：時(shí)鐘振蕩器輸出端，也是晶振連接端。MCLR（1引腳）：人工復(fù)位輸入端。RA0～RA5（27引腳）：RA是一個(gè)輸入/輸出可編程的雙向5線端口。RB0～RB7（33～40引腳）：RB是一個(gè)輸入/輸出可編程的雙向端口，作為輸入時(shí)內(nèi)部有可編程的弱上位電路。RC0～RC7（15～18，23～26引腳）：RC是一個(gè)輸入/輸出可編程的雙向端口。RD0～RD7（19～22，27～30引腳）：RD是一個(gè)輸入/輸出可編程的雙向端口。RE0～RE2（8～10引腳）：RE是一個(gè)輸入/輸出可編程的雙向3線端口。VSS（12，31引腳）：接地端。VDD（11，32引腳）：正電源端。4.1.2直流無刷電機(jī)無刷直流電機(jī)由電動(dòng)機(jī)主體和驅(qū)動(dòng)器組成，是一種典型的機(jī)電一體化產(chǎn)品。無刷電機(jī)是指無電刷和換向器(或集電環(huán))的電機(jī)，又稱無換向器電機(jī)。早在上世紀(jì)誕生電機(jī)的時(shí)候，產(chǎn)生的實(shí)用性電機(jī)就是無刷形式，即交流鼠籠式異步電動(dòng)機(jī)，這種電動(dòng)機(jī)得到了廣泛的應(yīng)用。但是，異步電動(dòng)機(jī)有許多無法克服的缺陷，以致電機(jī)技術(shù)發(fā)展緩慢。本世紀(jì)中葉誕生了晶體管，因而采用晶體管換向電路代替電刷與換向器的直流無刷電機(jī)就應(yīng)運(yùn)而生了。這種新型無刷電機(jī)稱為電子換向式直流電機(jī)，它克服了第一代無刷電機(jī)的缺陷。無刷直流電機(jī)（BLDCM）是在有刷直流電動(dòng)機(jī)的基礎(chǔ)上發(fā)展來的，但它的驅(qū)動(dòng)電流是不折不扣的交流；無刷直流電機(jī)又可以分為無刷速率電機(jī)和無刷力矩電機(jī)。一般地，無刷電機(jī)的驅(qū)動(dòng)電流有兩種，一種是梯形波（一般是“方波”），另一種是正弦波。有時(shí)候把前一種叫直流無刷電機(jī)，后一種叫交流伺服電機(jī)，確切地講是交流伺服電動(dòng)機(jī)的一種。無刷直流電機(jī)為了減少轉(zhuǎn)動(dòng)慣量，通常采用“細(xì)長(zhǎng)”的結(jié)構(gòu)。無刷直流電機(jī)在重量和體積上要比有刷直流電機(jī)小的多，相應(yīng)的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量可以減少40％—50％左右。由于永磁材料的加工問題，致使無刷直流電機(jī)一般的容量都在100kW以下。這種電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性和調(diào)節(jié)特性的線性度好，調(diào)速范圍廣，壽命長(zhǎng)，維護(hù)方便噪聲小，不存在因電刷而引起的一系列問題，所以這種電動(dòng)機(jī)在控制系統(tǒng)中有很大的應(yīng)用潛力。5移動(dòng)機(jī)器人的圖像處理技術(shù)機(jī)器視覺系統(tǒng)是智能機(jī)器人的重要標(biāo)志，機(jī)器人視覺系統(tǒng)模仿了人的視覺感知能力，允許對(duì)環(huán)境做非接觸式的測(cè)量。增加了視覺系統(tǒng)的機(jī)器人，其自主和自適應(yīng)能力可以大大提高。目前，機(jī)器視覺系統(tǒng)在圖像處理方面多采用封裝式圖像處理方法，把圖像傳感與處理分成獨(dú)立的兩個(gè)部分。系統(tǒng)通過圖像傳感器獲取圖像并傳入計(jì)算機(jī)，由計(jì)算機(jī)完成圖像處理任務(wù)。本設(shè)計(jì)中，機(jī)器人視覺導(dǎo)航中的圖像處理技術(shù)包括：視頻圖像的采集、圖像的預(yù)處理、邊緣特征的提取以及直線的擬合算法等等。本章從各個(gè)方面對(duì)這些圖像處理技術(shù)進(jìn)行了分析和比較，提出最優(yōu)的圖像處理方法，保證機(jī)器人在導(dǎo)航中能夠有效、準(zhǔn)確、實(shí)時(shí)地為視覺算法提供特征信息，并根據(jù)這些特征信息實(shí)現(xiàn)機(jī)器人的自主移動(dòng)。5.1圖像的采集所謂圖像采集是指機(jī)器人視覺系統(tǒng)獲取數(shù)字視頻圖像的過程,目前用于獲取圖像的視覺傳感器主要有CCD和CMOS兩種，它們都是通過接受外界的激勵(lì)而產(chǎn)生響應(yīng)，然后把模擬的響應(yīng)轉(zhuǎn)換為電信號(hào)，從而獲取客觀世界的圖像。CCD與CMOS傳感器是被普遍采用的兩種圖像傳感器，兩者都是利用感光二極管(photodiode)進(jìn)行光電轉(zhuǎn)換，將圖像轉(zhuǎn)換為數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)，而其主要差異是數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)傳送的方式不同。CCD傳感器中每一行中每一個(gè)象素的電荷數(shù)據(jù)都會(huì)依次傳送到下一個(gè)像素中，由最底端部分輸出，再經(jīng)由傳感器邊緣的放大器進(jìn)行放大輸出；而在CMOS傳感器中，每個(gè)象素都會(huì)鄰接一個(gè)放大器及A/D轉(zhuǎn)換電路，用類似內(nèi)存電路的方式將數(shù)據(jù)輸出。CMOS傳感器的圖像采集方式為主動(dòng)式，感光二極管所產(chǎn)生的電荷會(huì)直接由晶體管放大輸出，但CCD傳感器為被動(dòng)式采集，需外加電壓讓每個(gè)象素中的電荷移動(dòng)，而此外加電壓通常需要達(dá)到12-18V；因此，CCD傳感器除了在電源管理電路設(shè)計(jì)上的難度更高之外(需外加powerIC)，高驅(qū)動(dòng)電壓更使其功耗遠(yuǎn)高于CMOS傳感器的水平。CCD傳感器在靈敏度、分辨率、噪聲控制等方面都優(yōu)于CMOS傳感器，而CMOS傳感器則具有低成本、低功耗、以及高整合度的特點(diǎn)。。由于在本次設(shè)計(jì)中道路信息比較簡(jiǎn)單，只有黑白兩種顏色，因此選用了一款市場(chǎng)上非常常見的型號(hào)為203CA的CMOS攝像頭。5.2圖像的預(yù)處理5.2.1彩色圖像灰度化機(jī)器人可以直接從視覺設(shè)備中采集數(shù)字圖像，但是多數(shù)圖像都是彩色圖像。雖然這種彩色圖像包含著大量的有用信息，但是在實(shí)現(xiàn)圖像的邊緣直線提取時(shí)，需要處理的彩色圖像不僅存儲(chǔ)量大，而且由于在處理的過程中需要計(jì)算三個(gè)不同的分量，所以處理速度相當(dāng)緩慢。因此，在實(shí)際的應(yīng)用當(dāng)中，常把彩色圖像轉(zhuǎn)化為灰度圖像，也就是所謂的彩色圖像灰度化。彩色圖像灰度化實(shí)際上是將三通道的圖像信息處理成為單通道圖像的數(shù)據(jù)處理過程。在灰度圖像中，每個(gè)像素點(diǎn)只需要一個(gè)字節(jié)就可以存放一個(gè)灰度值，灰度值的范圍為0到255，灰度級(jí)數(shù)為256級(jí)，所以存儲(chǔ)量和計(jì)算量都不是很大。彩色圖像轉(zhuǎn)化為灰度圖像的公式如下所示：f(x,y)=0.30×R+0.59×G+0.11×B（5.1）其中：RGB表示彩色圖像的三個(gè)不同分量,f(x,y)為得到的灰度圖像的灰度值5.2.2灰度圖像的平滑處理圖像的平滑處理主要的目的是去除圖像中的噪音，有目的地突出或者抑制圖像中的整體或局部特性，改善圖像的“視覺效果”，使處理后的圖像更加適用于某種特定的應(yīng)用場(chǎng)合，為圖像特征信息的提取以及其他的圖像分析奠定良好的基礎(chǔ)。圖像中的噪音是在信息處理中應(yīng)該去除的干擾信息，它一般都是高頻信號(hào)，噪音會(huì)導(dǎo)致圖像質(zhì)量的惡化、信息的模糊以及找不到有效的圖像特征等等，從而給圖像的分析帶來困難。因此對(duì)圖像進(jìn)行平滑處理是圖像邊緣提取的一個(gè)重要步驟。值得注意的是在去除噪音的同時(shí)，平滑處理還會(huì)損壞圖像的邊緣特征，所以使用平滑處理時(shí)要充分考慮噪音的特征，選擇最優(yōu)的平滑處理方法。目前的圖像平滑處理方法主要有鄰域平均法和中值濾波法兩種：1）鄰域平均法是一種典型的線性低通濾波器，該方法主要是通過利用平滑模板對(duì)圖像進(jìn)行卷積運(yùn)算，從而達(dá)到去除噪音的，它將某一像素點(diǎn)包含在內(nèi)所有鄰域像素點(diǎn)加權(quán)求平均，然后把這個(gè)平均值作為該點(diǎn)最后的像素值，從而濾掉圖像中的高頻信號(hào)。其模板的設(shè)計(jì)原則一般是：模板的大小都為奇數(shù)，每一個(gè)模板前面的系數(shù)都等于模板所有值的和的倒數(shù)。其中最常用的平滑模板有3×3模板、5×5模板和高斯模板，其具體形式依次如下所示：2）中值濾波是一種典型的非線性低通濾波器，其方法是把以某像素點(diǎn)為中心的所有鄰域點(diǎn)的像素灰度值，按照從大到小的順序排列，然后將中間值作為該像素點(diǎn)灰度值的方法，如果像素點(diǎn)的個(gè)數(shù)是偶數(shù)時(shí)，則取兩個(gè)中間值的平均作為該像素的灰度值?？梢哉f中值濾波是一種使得圖像上某一位置的灰度值更加接近鄰域值的方法。在以上兩種方法中，3×3模板、5×5模板都是簡(jiǎn)單的求平均方法，所以平滑處理后的圖像會(huì)有明顯的模糊糊，所以一般在室內(nèi)導(dǎo)航中這樣的模板很少被使用。中值濾波，雖然很容易去除孤立點(diǎn)，在去除噪音的同時(shí)，也可以比較好地保留邊的銳度和圖像的細(xì)節(jié)，但對(duì)高斯噪聲的處理效果不佳。而且當(dāng)模板范圍內(nèi)噪聲點(diǎn)的個(gè)數(shù)大于其模板內(nèi)像素總數(shù)的一半時(shí)，中值濾波去除噪音的效果會(huì)明顯下降。而對(duì)于高斯模板，我們可以看出它是利用不同的系數(shù)乘以像素，從權(quán)值上看，中間的權(quán)值要比周圍的大，也就是說離模板中心近的像素要比遠(yuǎn)的像素更加重要。這樣做的好處是可以減少由于平滑處理而出現(xiàn)的模糊，對(duì)于高斯噪音有很好的處理效果，并且在去除噪音的同時(shí)很好的保護(hù)了邊緣信息。由于室內(nèi)環(huán)境中的噪音多是高斯分布的，所以應(yīng)用高斯濾波的平滑處理方法不僅去除了圖像的高斯噪音，使圖像變得平滑，而且很好的保留了圖像的邊緣信息。5.2.圖像二值化的目的是將圖像一分為二，即將圖像劃分為物體和背景兩個(gè)部分。本系統(tǒng)中原始輸入圖像為0.587RGB格式圖像，采用直接對(duì)每個(gè)像素點(diǎn)進(jìn)行閾值分割的方法即可達(dá)到對(duì)圖像實(shí)現(xiàn)二值化的目的。由于HSL顏色模型中亮度L分量與圖像的顏色信息無關(guān)，而與顏色信息有關(guān)的色調(diào)H(表征顏色的種類)和飽和度S分量(表征顏色的深淺程度)對(duì)外界光照條件的變化敏感程度低。機(jī)器人在移動(dòng)和旋轉(zhuǎn)時(shí)會(huì)引起光的亮度變化，RGB顏色模型對(duì)光的亮度魯棒性較差，所以在進(jìn)行圖像二值化時(shí)應(yīng)該先將RGB顏色模型轉(zhuǎn)換為具有較強(qiáng)光亮不變性的HSL顏色模型。RGB顏色空間變換到HSL顏色空間的變換公式如下：L=0.299R+0.587G+0.114B(5-2)V=(G-B)(5-3)V=2R-G-B(5-4)H=256arctan(5-5)S=(5-6)選取色調(diào)H作為路徑識(shí)別時(shí)的主參數(shù)。同時(shí)，考慮到實(shí)際當(dāng)RGB值較小，即亮度L較小時(shí)，H值會(huì)趨向于不確定的情況，選取亮度L作為輔助識(shí)別參數(shù)。算法為：H<H<H且L>L(5-7)其中，Hmin、Hmax為某種顏色色調(diào)分量的最小閾值和最大閾值；Lmin為亮度的最小閾值。5.2.4顏色模型轉(zhuǎn)換機(jī)器人從視覺傳感器中得到的視頻圖像一般都是模型下的顏色分布。由于它對(duì)于燈光的影響過于敏感，所以一般情況下，都是將原始圖像轉(zhuǎn)換到模型空間中。模型采用的是更加直觀的色彩描述方法,由色度,飽和度,亮度三個(gè)分量組成,其中色度表示不同的顏色,飽和度表示顏色的深淺,亮度表示顏色的明暗程度。它符合人眼對(duì)顏色的感覺模式，并且顏色模型中的三個(gè)坐標(biāo)是獨(dú)立的,非常有利于計(jì)算和分析。顏色模型是三維直角坐標(biāo)顏色系統(tǒng)中的一個(gè)單位正方體，在正方體的主對(duì)角線上，各原色的量相等，產(chǎn)生由暗到亮的白色，即灰度。坐標(biāo)點(diǎn),,表示的顏色為黑，坐標(biāo)點(diǎn),,表示的顏色為白，其余的角點(diǎn)位置分別表示紅、黃、綠、青、藍(lán)和品紅。而在顏色模型中，每一種顏色和它的補(bǔ)色相差180度,圓錐的頂面對(duì)應(yīng)于，它包含模型中的，，三個(gè)平面，故所代表的顏色較亮。色度是由繞軸的旋轉(zhuǎn)角確定的。紅色對(duì)應(yīng)于0，綠色對(duì)應(yīng)于120，藍(lán)色對(duì)應(yīng)于240。在圓錐的頂點(diǎn)處，和無定義，代表黑色。圓錐的頂面中心處,，無定義，代表白色。，只需對(duì)分量進(jìn)行處理。有效的減少了由于燈光強(qiáng)度不均引起的影響，而且計(jì)算量相對(duì)要小。結(jié)論本次基于視覺的機(jī)器人設(shè)計(jì)，采用履帶式結(jié)構(gòu)，7.2V可充電動(dòng)力電池組，使用直流無刷電機(jī)作為機(jī)器人的動(dòng)力源，利用視覺傳感器采集圖像，通過單片機(jī)控制直流電機(jī)可以實(shí)現(xiàn)小車的前進(jìn)，后退以及轉(zhuǎn)向等功能。整個(gè)設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單明了，無需存儲(chǔ)器擴(kuò)展和其他可編程器的配合，搭建費(fèi)用低，可以方便的操作使用。設(shè)計(jì)的機(jī)器人可用來進(jìn)行足球比賽以供娛樂，亦可用于軍事排爆，農(nóng)業(yè)采摘，智能車輛導(dǎo)航，建筑等方面，實(shí)現(xiàn)更多人所不能達(dá)到的功能。采用的履帶式結(jié)構(gòu)能使機(jī)器人在行走的過程中更穩(wěn)定，對(duì)路面的要求降低，且不會(huì)有輪陷的情況發(fā)生；電池組的使用更是大大的縮小了整車的空間。本次設(shè)計(jì)的創(chuàng)新點(diǎn)在于采用了攝像頭作為視覺傳感器，同時(shí)利用上位機(jī)對(duì)圖像進(jìn)行處理，這種方案可以比其他傳感器獲得更多的信息，并且可以進(jìn)行彩色視頻采集，實(shí)現(xiàn)更復(fù)雜的采集工作。致謝經(jīng)過兩個(gè)多月的努力，基于視覺移動(dòng)的機(jī)器人論文終于完成，在整個(gè)設(shè)計(jì)過程中，出現(xiàn)過很多的難題，但都在老師和同學(xué)的幫助下順利解決了，在此表示深深的感謝。所謂萬事開頭難，在設(shè)計(jì)剛開始進(jìn)行的時(shí)候，真是感覺無從下手，沒有頭緒，在老師的耐心指導(dǎo)下，我們一步步的往前走，從剛開始的模模糊糊，到后來有了深刻的認(rèn)識(shí)，終于順利完成了任務(wù)。這是一個(gè)不斷學(xué)習(xí)的過程，這是一個(gè)實(shí)踐的過程。從這次的設(shè)計(jì)中我體會(huì)到實(shí)踐對(duì)于學(xué)習(xí)的重要性，以前只是明白理論，沒有經(jīng)過實(shí)踐考察，對(duì)知識(shí)的理解不夠明確，通過這次的做，真正做到林論時(shí)間相結(jié)合。通過畢業(yè)設(shè)計(jì),我深刻體會(huì)到要做好一個(gè)完整的事情，需要有系統(tǒng)的思維方式和方法，對(duì)待要解決的問題，要耐心、要善于運(yùn)用已有的資源來充實(shí)自己。同時(shí)我也深刻的認(rèn)識(shí)到，在對(duì)待一個(gè)新事物時(shí)，一定要從整體考慮，完成一步之后再作下一步，這樣才能更加有效。最后，要特別感謝我的指導(dǎo)老師，感謝幫助我的老師和同學(xué)們，在他們的大力幫助下，才使我的畢業(yè)設(shè)計(jì)順利完成。參考文獻(xiàn)[1]4.R·西格沃特,I·R·諾巴克什.李人厚.自主移動(dòng)機(jī)器人導(dǎo)論[M].西安:西安交通大學(xué)出版社,