超声波测距的机器人模糊避障研究.docVIP

目录 摘要 3 1 引言 4 1.1选题的背景及意义 4 1.2 机器人的发展综述 5 2 超声波测距 6 2.1 超声波概论 6 2.2 两种常用的超声波测距方案 6 2.2.1 基于单片机的超声波测距系统 6 2.2.2 基于CPLD 的超声波测距系统 7 2.3超声波测距的工作原理 8 3 机器人的模糊避障系统 9 3.1 移动机器人的避障传感器 9 3.1.1 激光传感器 9 3.1.2 视觉避障 9 3.1.3 超声传感器 9 3.2 避障系统设计思想 10 3.2.1超声传感器的幻影现象 10 3.2.2 模糊避障算法设计 11 4 硬件系统设计 13 4.1超声波测距系统硬件设计 13 4.2 单片机的内部结构 14 4.3单片机最小系统电路 14 4.4 超声波发射系统电路 15 4.5超声波接收系统电路 16 4.6 显示模块的设计 17 4.7机器人避障的硬件系统 18 5 系统软件设计 19 6 结论与总结 22 致谢 23 参考文献 24 附录1 25 附录2 26 基于超声波测距的机器人模糊避障研究 电子信息工程 *** 指导老师 *** 摘要：移动机器人在工作的时候不可避免地受到障碍物的干扰，障碍物会严重影响机器人的工作效率，碰撞时更会使机器人损坏，所以实现机器人的自动避障非常重要。本论文在分析了智能移动机器人避障常用传感器的基础上，提出了基于超声波传感器测距的移动机器人的模糊避障系统，详细介绍了超声波传感器的原理和特性，采用单片机AT89C52为核心，用超声波测距的方法检测障碍物，通过单片机对信号的处理，驱动电机的转向，左右前进与后退，从而达到自动避障的功能。 通过实践得出模糊避障控制机理和策略易于接受和理解，便于应用开发，模糊避障算法对环境有很大的适应性，机器人能在不同的环境条件下实现了避障。 关键词： AT89C52单片机；移动机器人；超声波传感器；超声波测距 1 引言 随着机器人技术的发展，，，，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，机器人的历史才真正开始。?英格伯格在大学攻读伺服理论，这是一种研究运动机构如何才能更好地跟踪控制信号的理论。德沃尔曾于1946年发明了一种系统，可以“重演”所记录的机器的运动。1954年，1959年，英格伯格和德沃尔联手制造出第一台工业机器人。 随着现代科技的迅速发展，机器人正在经历着一个从初级到高级的飞跃，它正沿着达尔文的“进化论”逐渐发展自己，壮大自己，完善自己。研制具有人类外观特征，可以模拟人类行走与基本操作功能的类人型机器人，一直是人类机器人研究的梦想之一。类人型机器人研究是一门综合性很强的学科，代表着一个国家的高科技发展水平。1997年，日本本田公司率先研制出第一台类人型步行机器人样机。目前，机器人正在进入“类人机器人”的高级发展阶段，即无论从相貌到功能还是从思维能力和创造能力方面，都向人类“进化”，甚至在某些方面大大超过人类，如计算能力和特异功能等。类人型机器人技术，集自动控制、体系结构、人工智能、视觉计算、程序设计、组合导航、信息融合等众多技术于一体。专家指出，未来的机器人在外形方面将大有改观，如目前的机器人大都为方脑袋、四方身体以及不成比例的粗大四肢，行进时要靠轮子或只作上下、前后左右的机械运动，而未来的机器人从相貌上来看与人无区别，它们将靠双腿行走，其上下坡和上下楼梯的平衡能力也与人无异，有视觉、有嗅觉、有触觉、有思维，能与人对话，能在核反应堆工作，能灭火，能在所有危险场合工作，甚至能为人治病，还可克隆自己和自我修复自己。总之，它们能在各种非常艰难危险的工作中，代替人甚至超过人类去从事各种工作。它的运用潜力将在不久的将来得到很好的验证。 而自动寻迹也是机器人领域研究的一个热点，机器人的感觉传感器种类越来越多，其中视觉传感器成为自动行走和驾驶的重要部件。视觉的典型应用领域为自主式智能导航系统，对于视觉的各种技术而言图像处理技术已相当发达，而基于图像的理解技术还很落后，机器视觉需要通过大量的运算也只能识别一些结构化环境简单的目标，所以在这些方面都很有研究的价值。 2 超声波测距 2.1 超声波概论 超声波是一种在弹性介质中的机械振荡，它是由与介质相接触的振荡源所引起的，其频率在20 kHz以上。超声波在工业生产、医疗技术、日常生活中的应用越来越多。超声波在介质中传播时在不同介面上具有反射的特性，由于它有指向性强、方向性好、传播能量大、传播距离较远等特点，常用于测量物体的距离、厚度、液位等。我们知道，电磁波的传播速度为3×108 m/s，而超声波在空气中的传播速度为340 m/s，其速度相对电磁波是非常慢的。超声波在相同媒体里传播速度相同，即在相当大的频率范围内声速不随频率变化，波动的传播方向与振动方向一致，是纵向振