轮式机器人专业综合实验设计报告分析.doc

专业综合实验设计报告 项 目： 循迹小车设计 班 级： 姓 名： 学 号： 同组同学： 学 期： 2016-2017-1 一、实验目的和要求 1.1实验目的 通过实验 通过构建智能小车系统，培养设计并实现自动控制系统的能力。在实验过程中，熟悉以单片机为核心控制芯片，设计小车的检测障碍、寻线和电机驱动等外围电路，采用智能控制算法实现小车的智能循迹以及避障。在此过程中，加深对控制理论的理解和认识。 1.2 实验技术要求 1.3实验控制要求 （2）当小车探测到前进前方的障碍物时，可以自动报警调整，躲避障碍物，从无障碍区通过。小车通过障碍区后，能够自动循迹? （3）自动检测停车线并自动停车。 二、实验仪器设备与器件 轮式机器人机械组件、控制系统组件，调试用电脑 三、实验原理分析轮式机器人是以驱动轮子来带动机器人进行移动和工作的机器人。虽然其运动稳定性与路面的路况有很大关系，但是由于其具有自重轻、承载大、机构简单、驱动和控制相对方便、行走速度快、工作效率高等特点，从而被广泛应用。20世纪末，传动机构的设计一直是阻碍机器人发展的难题。此后，国内外做了大量的设计研究，在短短不到20年的时间，已经解决了轮式机器人的传动机构难题。现在机器人通过搭载视觉传感器或气体传感器等设备，可以在缺少人干预的环境中进行战场侦察、室内或库房的巡逻及行星探测等任务，也可以通过搭载声光电等设备作为一种新颖的具有移动性和交互性的儿童玩具。轮式机器人适用性较广，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。总体来说在轮式机器人领域国内外都取得了大量的成果，所设计的轮式机器人都能够在不可预测的环境中保持正常的运动，能够适应复杂多变的各种未知环境、能够处理各种突发情况并具有较强的避障能力从而能够顺利的完成任务。机器人应用领域不断扩大，机器人完成的操作变得更加复杂。传统的轮式机器人构型己不能满足许多特殊作业要求。为了适应特殊的作业要求，需要设计新型的机器人结构，以实现准确、快速的预期运动。轮式机器人技术具有延伸性和一定的通用性，可以应用到其它领域。如军用扫雷、排险机器人、勘探机器人、环保机器人和救援机器人等。轮式机器人是机器人技术和智能控制技术相结合和产物，因此轮式机器人的研究和实现对推动机器人机构学、智能机器人技术和智能控制技术的提高具有举足轻重的意义。目前对设计出能在非结构环境下运动的轮式机器人提出了更高的要求，设计的轮式机器人应该具有体积小、质量轻、结构紧凑、对地形适应能力强等特点。总的来说，轮式机器人发展趋势主要是:① 轮式机器人的结构不再是简单的轮式结构，取而代之的是具有很强的非结构化环境适应能力的轮、腿、履带式的复合结构和可变现的轮式结构。??????② 由于现在机器人技术、尺寸、质量和费用的限制，微小型和小型轮式机器人是目前发展的主流的热点。由于轮子的多少，直接关系到机器人设计的技术和难度，以及其功用。所以轮式机器人的分类一般都是根据其轮子多少进行分类。按照已经出现的机器人，可以分为如下几类：单轮滚动机器人（如球形机器人）、两轮移动机器人（如自行车机器人）、三、四轮机器人（如智能车）、六轮机器人和复合轮式机器人。一般而言，三轮机器人简单实用，四轮机器人稳定性好，承载能力大，而相比之下，六轮机器人比四轮机器人更为优越。I、单轮滚动机器人单轮滚动机器人是一种全新概念的轮式机器人。从外观上看它只有一个轮子,它的运动方式是沿地面滚动前进,后来又开发出的球型机器人也属于单轮滚动机器人。早期的典型代表是美国卡内基-梅隆大学机器人研究所研制的单轮滚动机器人Gyrover。Gyrover是一种陀螺稳定的单轮滚动机器人，它的行进方式是基于陀螺运动的基本原理,具有很强的机动性和灵活性，他们开发该机器人的目的是用于空间探索。英国巴斯大学的Rhodri H Armour对单轮滚动机器人做了系统的总结性研究。他从自然界生物存在的滚动前行方式开始论述,通过分析11种单轮滚动机器人,总结出了7种单轮滚动机器人的设计原理:弹性中心构件原理、车辆驱动原理、移动块原理、半球轮原理、陀螺仪平衡器原理、固定于质心轴上的配重块原理、移动于质心轴上的配重块原理。近年来,国内也对单轮滚动机器人也进行了深入研究。香港中文大学设计了一种单轮滚动机器人。它的驱动部件是一个旋转的飞轮。飞轮的轴承上安装有双链条的操纵器和一个驱动马达。飞