传感器技术课程设计-寻迹机器人(小车)设计汇.doc

中文摘要 机器人技术是集机械工程学、计算机技术、控制工程、电子技术、人工智能、仿生学等学科为一体的综合技术，它是多学科科技革命的必然结果。机器人（Robot）是自动执行工作的机器装置，它既可以接受人类指挥，又可以执行事先编排好的程序，也可以根据以人工智能技术制定的原则纲领行动。 机器人一般由执行机构、检测装置和控制系统和复杂机械等组成。驱动装置是驱使执行机构运动的机构，按照控制系统发出的指令信号，借助于动力元件使机器人进行动作。它输入的，输出的是线、角位移量。机器人使用的驱动装置主要装置，此外也有、气动等驱动装置。检测装置的作用是实时检测机器人的运动及，根据需要反馈给控制系统，与设定信息进行比较后，对执行机构进行调整，以保证机器人的动作符合预定的要求1 设计任务描述 1.1 设计题目：循迹机器人设计 1.2 设计要求 1.2.1 设计目的 1）了解机器人技术的基本以及有关电工电子学、单片机、机械设计、传感器等技术。初步掌握机器人的运动学原理、基于智能机器人的控制理论，并。通过学习，具体掌握机器人控制技术，并使机器人独立执行一定的任务。 图 3-1 主程序流程 4 硬件系统设计 4.1循迹线路 机器人按照规定的线路从A地运输货物到B地，然后再原路返回重复搬运过程，下图4-1为循迹机器人的轨道线路图。 图4-1机器人循迹轨道路线图 4.2传感器模块 传感器是整个机器人得以准确循迹的核心部件，只有经过传感器采集了外界信息后才能对机器人身处的环境进行识别，才能使机器人根据轨迹运动。传感器的种类繁多，有测距传感器、视觉传感器、接触觉等等不同类型的传感器，本次设计运用的传感器主要是用来检测路线、检测障碍物和测距的，分别用红外传感器和超声波传感器。整个传感器的感测过程可以概括为下图4-2。 图4-2 传感器子流程图 4.2.1轨迹检测 对于循迹机器人的轨迹检测，在本设计中用的是红外传感器，红外光的发送接收选用型号为ST168 的对管当小车在白色地面行驶时装在车下的红外发射管发射红外线信号经白色反射后被接收管接收一旦接收管接收到信号,那么图中光敏三极管将导通比较器输出为低电平;当小车行驶到黑色引导线时,红外线信号被黑色吸收后光敏三极管截止,比较器输出高电平,从而实现了通过红外线检测信号的功能将检测到的信号送到单片机I/O口;当I/O口检测到的信号为高电平时,表明红外光被地上的黑色引导线吸收了,表明小车处在黑色的引导线上同理当I/O口检测到的信号为低电平时表明小车行驶在白色地面上此种方法简单价格便宜灵敏度可调但是容易受到周围环境的影响,特别是在较强的日光灯下,对检测到的信号有一定影响。下图4-3为黑线检测流图，4-4-1为红外传感器探头安装的位置。 图4-3 黑线检测流程图 图4-4-1 红外探头位置 其电路原理图为图4-4-2所示。 图4-4-2 检测原理图 4.2.2障碍物检测 机器人在行进的过程中不可能是一帆风顺的，很可能在过程中遇到各式各样的障碍，这就需要有一个探测障碍物的传感器来保证机器人的前进过程不受阻。红外线传感器能在机器人前进的过程中检测其测量范围内是否存在障碍物，它是一种非接触式的测障开关，其原理与雷达相似，发射红外线，遇到障碍物会被反射回来，这时传感器就认为发现了障碍物。 测障过程图如4-5所示。 运用红外测障传感器的优点在于其成本较低，电路简单，检测范围大，并且如果在电路中加上一个电位器可以随时调节传感器的检测范围，控制起来更灵活也更好看，但是其缺点便事多个红外传感器之间容易互相干扰。 图4-5 测障流程图 反射式光电传感器的光源有多种，常用的有红外发光二极管，普通发光二极管，以及激光二极管，前两种光源容易受到外界光源的干扰，而激光二极管发出的光的频率较集中，传感器只接收很窄的频率范围信号，不容易被干扰但价格较贵。理论上光电传感器只要位于被测区域反射表面可受到光源照射同时又能被接收管接收到的范围就能进行检测，然而这是一种理想的结果。因为光的反射受到多种因素的影响，如反射表面的形状、颜色、光洁度，日光、日光灯照射等不确定因素。如果直接用发射和接收管进行测量将因为干扰产生错误信号，采用对反射光强进行测量的方法可以提高系统的可靠性和准确性。红外反射光强法的测量原理是将发射信号经调制后送红外管发射，光敏管接收调制的红外信号，原理如图4-6所示。 图4-6 红外发射接受原理 4.3驱动部分设计 考虑到必须能够前进、倒退、停止，并能灵活转向，在左右两轮各装一个电机分别进行驱动。当左轮电机转速高于右轮电机转速时小车向右转，反之则向左转。为了能控制车轮的转速，可以采取PWM调速法，即由单片机的IOB8、