毕设论文声超波移动机器人控制系统设计Word文档格式.docx
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2.底盘控制系统:
应用单片机接受超声波传感器的信号,做出决策然后产生驱动信号,控制步进电动机。
步进电机的驱动电路采用两个电机驱动芯片,实现步进电机的控制,完成机器人转向、加速等功能。
3.超声波传感部分:
以超声波传感器做为机器人的感知系统,把接受的超声波信号通过超声波处理技术提取机器人所在环境的环境特征,实现机器人对环境信息的采集。
关键词:
超声波;
差动式;
步进电机;
移动机器人
Abstract
Asamoderninvention,thenewintelligentrobotindicatethedevelopmentofthefuture,itcanoperateautomaticallyinthepatternsetinadvancebutnotwithhumanmanagement.So,itcanbeappliedinthefieldofscientificexplorationandsoon.Inrecentyears,ultrasoundhasbecomethemainwayinthefieldoftherobotnavigations.Ultrasonicjustliketherobot'
seyes,sotheultrasoundnavigationhasplayedanimportantroleinthedevelopmentoftherobot.
Inthispaper,therobotselectthesinglechipasthecoreofthecontrolsystem,usetheultrasonicsensorstodetectobstaclesontheroad,andcontroltherobotavoidtheobstacleandstopthecarautomatically,evencontrolthespeedduringthedriving.
Thepaperaboutthedesignoftheultrasoundrobotincludesthefollowingparts:
thedesignofthechassis’sstructure,thecontrol-systemofthechassisandthemethodofsomecalculationsaboutultrasonic.
1.TheDesignoftheChassis’sstructure:
therobotapplythetwo-wheelsstructuredrivenindependently,choosethesteppingmotorasthepowersource,changethedirectionwiththedifferential-velocitiesplatform,anditalsouseincrementalphotoelectricencodertotestthespeedoftherobot’smotivationwhichhelptherobotlocateitselfautomatically.
2.Thecontrol-systemofthechassis:
Therobotreceivethesignalsofultrasonicsensorswiththemicrocontroller,whichcanmakedecisionsandthengeneratethedrivingsignalstocontrolthestepper-motor.Thedriver-circuitappliestwomotor-driver-chipstocontrolthestepper-motor,implementthefunctionsofsteering,accelerationandothers.
3.ThepartofUltrasonicsensorandthealgorithm:
Theultrasonicsensors,astherobot'
sperceptualsystem,processtheultrasonicsignalreceivedtoanalyzetheenvironmentalcharacteristicswheretherobot’sinandtogettheinformationoftheenvironment.
Keywords:
Ultrasonicwave;
Differentialtype;
Step-by-stepstheelectricalmachinery;
Movestherobot
引言
移动机器人在不确定环境下不仅要具备自主探测的能力,而且要对周围的特征环境具有较强的识别能力,才能最大限度地提高机器人的工作能力。
在移动机器人导航控制中,准确的目标识别技术主要应用于地图匹配、机器人自定位以及全局规划和局部规划的协调统一。
而以超声波为导航仪器的移动机器人己经成为机器人发展方向之一。
超声波导航定位通常是由超声波传感器的发射探头发射出超声波,超声波在介质中遇到障碍物而返回到接受装置。
通过接受自身发射的超声波反射信号,根据超声波发出和回波接收时间差及传播速度,计算出传播距离,就能得到障碍物到机器人的距离。
长期以来被广泛的应用到移动机器人的导航与避障中,而且它采集环境信息时不需要复杂的图像配准技术,因此测距速度快。
实时性好。
同时,超声波传感器也不易受到如天气条件、环境光照及障碍物阴影、表面粗糙度等外界环境条件的影响。
超声波己经被广泛应用到各种移动机器人的感知系统中,进行导航与避障。
1绪论
1.1移动机器人[5]的研究历史
上个世纪60年代,随着微电子学和计算机技术的迅速发展,自动化技术也取得了飞跃性的变化。
开始出现了现在普遍意义上的机器人。
1959年,美国英格伯格和德沃尔制造出世界上第一台工业机器人,取名“尤尼梅逊”,意为“万能自动”。
尤尼梅逊的样子像一个坦克炮塔,炮塔上伸出一条大机械臂,大机械臂上又接着一条小机械臂,小机械臂再安装着一个操作器。
这三部分都可以相对转动、伸缩,很像是人的手臂了。
它的发明人专门研究运动机构与控制信号的关系,可以编制程序让机器记住并模仿、重复进行某种动作。
英格伯格和德沃尔认为汽车制造过程比较固定,适合用这样的机器人。
于是,这台世界上第一个真正意义上的机器人,就应用在了汽车制造生产中。
经过半个多世纪的发展,机器人已经在很多领域中取得了巨大的应用成绩,其种类也不胜枚举,几乎各个高精尖端的技术领域更是少不了它们的身影。
在这期间,机器人的成长经历了三个阶段。
第一代机器人是简单的示教再现型机器人,这类机器人需要使用者事先教给它们动作顺序和运动路径,再不断地重复这些动作。
目前在汽车工业和电子工业自动线上大量使用的就是这类机器人。
它们基本上没有感觉也不会思考。
第二代机器人是低级智能机器人,或称感觉机器人。
和第一代机器人相比,低级智能机器人具有一定的感觉系统,能获取外界环境和操作对象的简单信息,可对外界环境的变化做出简单的判断并相应调整自己的动作,以减少工作出错、产品报废。
因此这类机器人又被称为自适应机器人。
20世纪90年代以来,在生产企业中这类机器人的台数正逐年增加。
第三代机器人是高级智能机器人。
它不但有第二代机器人的感觉功能和简单的自适应能力,而且能充分识别工作对象和工作环境,并能根据人给的指令和它自身的判断结果自动确定与之相适应的动作。
这类机器人目前尚处于实验室研究探索阶段。
移动机器人是一种集环境感知,路径规划,行为控制等多项功能于一体的高智能化机械系统,能够连续、实时地实现自主控制。
其中环境感知是指机器人所使用的各种传感器,它相当于机器人的感觉器官,目前机器人应用比较多的传感器有:
超声波传感器、红外传感器、视觉传感器、激光测距传感器、味觉传感器等等。
而超声波机器人由于它的成本低,不易受空气环境的影响,一直是机器人发展的一个方向。
1.2移动机器人的研究意义
机器人的应用越来越广泛,从工业走向农业、服务业;
从产业走进医院、家庭;
从陆地潜入水下、飞往空间……机器人已经和人类社会的生产、生活密不可分。
我国的机器人专家从应用环境出发,将机器人分为两大类,即工业机器人和特种机器人。
所谓工业机器人就是面向工业领域的多关节机械手或多自由度机器人。
而特种机器人则是除工业机器人之外的、用于非制造业并服务于人类的各种先进机器人,包括:
家务型机器人、操作型机器人、程控型机器人、示教再现型机器人、数控型机器人、感觉控制机器人、适应控制型机器人、学习控制型机器人、智能机器人等。
家务型机器人:
能帮助人们打理生活,做简单的家务活。
操作型机器人:
能自动控制,可重复编程,多功能,有几个自由度,可固定或运动,用于相关自动化系统中。
程控型机器人:
按预先要求的顺序及条件,依次控制机器人的机械动作。
示教再现型机器人:
通过引导或其它方式,先教会机器人动作,输入工作程序,机器人则自动重复进行作业。
数控型机器人:
不必使机器人动作,通过数值、语言等对机器人进行示教,机器人根据示教后的信息进行作业。
感觉控制型机器人:
利用传感器获取的信息控制机器人的动作。
适应控制型机器人:
能适应环境的变化,控制其自身的行动。
学习控制型机器人:
能“体会”工作的经验,具有一定的学习功能,并将所“学”的经验用于工作中。
智能机器人:
以人工智能决定其行动的机器人。
在特种机器人中,有些分支发展很快,有独立成体系的趋势,如服务机器人、水下机器人、军用机器人、微操作机器人等。
目前,国际上的机器人学者,从应用环境出发将机器人也分为两类:
制造环境下的工业机器人和非制造环境下的服务与仿人型机器人,这和我国的分类是一致的。
由此可知,无论是对民生还是军事,各个国家都已经把发展机器人技术放在重要位置上了。
所以说,对于超声波机器人或者智能机器人的研究是十分有意义的。
1.3移动机器人研究的国内外现状
目前,对机器人的研究越来越受到重视,索杰纳的成功应用,成为移动机器人技术发展的一个崭新的里程碑,向人们展现了移动机器人代替人们从事肮脏(Dirty),危险(Dangerous),枯燥(Dull)工作的应用潜力,激发了人们对于移动机器人技术研究的极大热情,世界各国或国际机构都加大了相关研究的力度。
1.3.1移动机器人研究的国外
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