轮式智能机器人总体设计方案

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1、轮式智能机器人总体设计方案　　摘要：设计了轮式智能机器人总体技术方案，阐述了整个系统的软硬件基本构成。方案运用了行为分析机器人技术，在硬件方面，分析了前向通道和后向通道的概念，采用了红外传感器和触觉传感器多传感器硬件融合技术；在软件方面，重点研究了寻迹与避障原理、PID算法原理和PWM电机调速原理。关键词：轮式机器人系统设计向前通道中图分类号：TP242.6文献标识码：A文章编号：1007-9416（2013）05-0171-02随着机器人控制技术的不断进展。针对机器人控制系统结构封闭的缺点。研发“具备统一的开放控制系统结构的机器人”是拓展

2、机器人控制系统的必由之路。这几年来，我国863计划中对以智能机器人这方面为主题，已开始确立项目进行研究。开放式结构机器人控制系统是指设计控制系统每个层次都对使用者开放。可以方便使用者的扩展和改进其性能。7由于适用于机器人控制系统的软、硬件种类繁多，再加上现代科技水平的迅猛发展，虽然开发一个标准化的、结构完全开放的机器人控制系统还很不容易。但应用现成的技术，摆脱现有机器人控制系统封闭的结构限制，开发一类结构开放性、功能模块化及标准化机器人控制系统还是可行的。因此，如何高效地将如图像处理、声音识别、最优控制及人工智能等领域的研发成果应用到机器人

3、控制系统的实时操作中，将是一项富有挑战性的研究工作。本文详细地阐述了一个基于单片机智能机器人控制系统的设计与实现技术，即主要通过使用传感器技术获取作业环境简单信息，然后再采用单片机控制技术对机器人的动作进行控制，使其具有寻迹与避障行为能力。1设计功能原理与算法1.1寻迹的原理本文采用黑白反衬底板和红外检测法，即利用传感检测器红外线对不同颜色的物体表面具有不同同的反射的特性。在机器人行进中传感检测器连续发射外光到路面，当红外光照射到白色底板时产生漫反射，安装在机器人上的传感检测器中的接收管就接收反射光。如果照射到黑色轨迹（用黑色胶带制作），则

4、黑色胶带吸收了红外光，机器人上传感检测器中的接收管就接收不到红外光。单片机控制系统就根据传感检测器中的接收管是否收到反射回来的红外光来确定黑色轨迹的位置和机器人的行进路径。红外传感器检测距离有限，应在102cm，左右为最佳。1.2避障原理7本项目采用类似胡须的触觉传感器。其实就是每条胡须都是一个机械式的、接地常开的单刀单掷开关器，当机器人准备停车时会漫漫前行，当遇到障碍物时，就会触碰到这个开关即开或合使之闭合，再反馈给单片机，进而单片机通过程序控制机器人避开障碍物，停止前行。1.3直流电机PWM调速原理PWM是一种可通过脉宽来调制直流电机速

5、度的典型而常用的手段。其基本原理是用改变电机电枢（定子）电压的接通和断开的时间比（占空比）来控制马达的速度。在PWM脉宽调速系统中。通电使电机速度增加；断电使电机速度减低。只要按照统一的规律变化通电与断电的时间。即可使电机的速度达到并保持一个稳定值。1.4PID电机控制算法PID是一个闭环控制算法。因此要实现PID算法，必须在硬件上具有闭环控制，就是得有反馈。比如控制一个电机的转速，就得有一个测量转速的传感器，并将结果反馈到控制路线上。PID即比例（P）、积分（I）、微分（D）控制算法。1.5软件抗干扰技术——看门狗看门狗（watchdog

6、7timer），是一种电路，具有监视并恢复程序正常运行的功能，是一个定时器电路，作用就是当系统“跑飞”而进入死循环时，恢复系统的运行。它有一个输入端和一个输出端，输入端又叫喂狗端，输出端接到MCU的RST端。微控制单元（MCU）正常执行一遍后，会清零到看门狗计数器。程序流程定期将其复位清零，如果系统在某处卡死或跑飞，将执行一些复位操作，使系统恢复正常的工作状态，即在程序没有正常运行期间，如期复位看门狗以保证处理器重新启动。工作原理：设一系统程序完整运行一周期的时间是Tp，看门狗的定时周期为Ti，要求Ti>Tp。在程序运行一周期后，修改定时器

7、的计数值，只要程序正常运行，定时器就不会溢出。若由于干扰等原因使系统不能在Tp时刻修改定时器的计数值，定时器将在Ti时刻溢出，引发系统复位，使系统得以重新运行，从而起到监控作用。所以在使用有看门狗的芯片时要注意清看门狗。软件的可靠性一直是一个关键问题。硬件看门狗是利用了一个定时器，来监控主程序的运行。2总体方案设计7本系统设计是基于AT89C2051单片机的轮式移动机器人，采用高性能八位微处理控制器本文详细地阐述了轮式智能机器人控制系统设计，虽然还只是一个表现低级智能机器人的基础设计，但它涵盖了单片机控制、电路系统、自动控制和传感技术等多方

8、面基本应用。因此，它即对单片机应用、电路系统设计、自动控制等领域应用开发具有一定的参考价值，又可作为智能玩具车、竞赛机器人、伺服机器人研究开发的基础平台，同时，又是很好的与相关学