轮式移动机器人课程设计 (2)

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1、目录目录1摘要21.移动机器人技术发展概况31.1机器人研究意义及应用领域31.1.1机器人的研究意义31.1.2机器人的应用领域31.2移动机器人的发展概况31.2.1移动机器人的国内发展概况31.2.2移动机器人的国外发展概况32.轮式移动机器人的结构设计32.1移动机器人的系统结构32.2轮式移动机器人主要结构33.轮式移动机器人的控制系统33.1控制系统硬件选型与配置33.1.1驱动电机的选型33.1.2伺服电机的选型33.1.3轮毂电机的选型33.2轮式移动机器人控制系统框架34.结论和总结3致谢3参考文献3附录33232

2、摘要移动机器人是机器人家族中的一个重要的分支，也是进一步扩展机器人应用领域的重要研究发展方向。自上世纪九十年代以来，人们广泛开展了对机器人移动功能的研制和开发，为适应各种工作环境的不同要求而开发出各种移动机构。论文内容包括四个部分：简要介绍了移动机器人研究现状、对所设计移动机器人系统进行了描述、视觉导航轮式移动机器人底层硬件设计和视觉轮式移动移动机器人的底层控制。论文详细地介绍了移动机器人底层硬件系统元件的选型和原理电路图的设计。我们选用PIC16F877单片机作为下位机接收上位机传来的命令和产生驱动信号。步进电机的驱动电路采用两个

3、步进电机驱动器-L298，驱动程序写入PIC16F877单片机，通过程序控制步进电机的转速和转向。采用Propel设计了底层控制系统的原理图和PCB版图，采用Proteus进行程序和硬件系统的仿真。仿真结果表明：步进电机运行稳定、可靠性高，实现了对步进电机的预期控制。关键词：移动机器人；运动控制；PIC16F877；步进电机321.移动机器人技术发展概况1.1机器人研究意义及应用领域1.1.1机器人的研究意义人们对于未知的探索总是充满危险，而且人类的研究活动领域已由陆地扩展到海底和空间，所以机器人的产生解决人类这一大难题。利用移动机

4、器人进行空间探测和开发，己成为21世纪世界各主要科技发达国家开发空间资源的主要手段之一。研究和发展月球探测移动机器人技术，对包括移动机器人在内的相关前沿技术的研究将产生巨大的推动作用。移动机器人是一种能够通过传感器感知外界环境和自身状态，实现在有障碍物的环境中面向目标的自主运动，从而完成一定作业功能的机器人系统。本课题选用轮式作为机器人平台设计研究[1]，两轮式机器人在国内外还处于刚刚起步阶段，其前景广阔，适用性较广，在教学、科研、野外作业、民用运输方面有着广泛的应用前景，在反恐及其它尖端领域具有重大的应用价值。已经初步做出了简单的

5、实验模型，解决了轮式机器人的传动机构难题。该轮式机器人运动响应迅速，具有高机动的零半径转向能力，并且在运动过程中不存在失稳状态。摄像头的密封式结构可以将内部器件密封保护起来，免受外界环境的影响，非常适合在潮湿、多尘土、多辐射或有毒的环境中执行任务。1.1.2机器人的应用领域从最早出现的机器人到现在涌现出的形态各异的移动小车，其移动机构的形式层出不穷，以美国、俄罗斯、法国和日本为首的西方发达国家己经研制出了多种复杂奇特的三维移动机构，有的已经进入了实用化和商业化阶段。面对21世纪深空探测的挑战，对各种自主系统的研制是必须的，而移动机构

6、又是各种自主系统的最基本和最关键的环节。这些应用范围包括工业生产、海空探索、康复和军事等。此外，机器人已逐渐在医院、家庭和一些服务行业获得应用。根据其功能可分为以下几个功能：工业机器人、探索机器人、服务机器人、军事机器人。制造工业部门应用机器人的主要目的在于削减人员编制和提高产品质量。与传统的机器相比，它具有两个主要优点：1．生产过程的几乎完全自动化；232．生产设备的高度适应能力。现在工业机器人主要用于汽车工业、机电工业（包括电讯工业）、通用机械工业、建筑业、金属加工、铸造以及其它重型工业和轻工业部门。在农业方面，已把机器人用于水

7、果和蔬菜嫁接、收获、检验与分类，剪羊毛和挤牛奶等。这是一个潜在的产业机器人应用领域。机器人除了在工农业上广泛应用之外，还用于进行探索，即在恶劣或不适于人类工作的环境中执行任务。研制其用来为病人看病、护理病人和协助病残人员康复的机器人能够极大地改善伤残疾病人员的状态[2]，以及改善瘫痪者（包括下肢及四肢瘫痪者）和被截肢者的生活条件。地面军用机器人分为两类：一类是智能机器人，包括自主和半自主车辆；另一类是遥控机器人，即各种用途的遥控无人驾驶车辆。美国海军有一个独立的水下机器人分队，这支由精锐人员和水下机器人组成的分队，可以在全世界海域进

8、行搜索、定位、援救和回收工作。水下机器人在美国海军中的另一个主要用途是扫雷，如MINS水下机器人系统，它可以用来发现、分类、排除水下残物及系留的水雷。1.2移动机器人的发展概况1.2.1移动机器人的国内发展概况机器人在我国已被广泛地用