基于Arduino开发循迹避障装载机械臂机器车的研究.docx

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基于Arduino开发循迹避障装载机械臂机器车的研究

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摘要：机械手臂是自动化制造流程中运用的一种具备抓取和移动工件功能的新型自动化设备，属于机械制造行业，是机械化和自动化相结合的产物。近些年，由于电子科技的进步，它有了飞速发展，因为它的应用领域广阔，发展前景良好。故本人以此为课题做了一个循迹避障装载机械臂的机器车。

循迹避障装载机械臂的机器车，以Arduino为主控制板，能够利用各类传感器收集车周围的环境信息，具备感知周围环境情况的功能，能够按照给定的命令完成相应动作。其中，红外线感测器和超声波感测器可以实现小车敏捷的循迹和避障，装载的机械手臂可以引导手指精准地抓住工件，并载运到所需的位置上。

关键词：Arduino微处理器;传感器;循迹;避障;机械手臂

第一章绪论

1.1课题研究背景以及研究目的

1.1.1课题研究背景

机械手臂是机器人技术范畴中获得最普遍利用的自动化机械装配，在产业制造、医院治疗、娱乐生活服务以及太空探究等領域都能可以看到它的身影。虽然它们的形态各不相同，但是它们都有一个共性，就是都能接纳命令，并精准地定位到三维上的某一点展开对应的任务。

第一代的机器人是示教再现型机器，就是运行开发人员提前准备好的程序，无论外界环境情况怎么样改变，都不会改变动作。第二代的机器人是带传感器的机器人，能对外界情况的改变做出相应的自身调解。第三代是智能型机器人，它可以操纵各类传感器来获得四周的环境情况，然后运用智能技术进行辨别、了解、推理，最终做出决定，能实现预定目的的高水平机器人。

现今，医疗机器人是国外机器人研究区域中最活跃融资最多的方向之一，各国研究人员开展基于遥控操纵的外科研究，用于培训和演练手术、剖解讲授等。

1.1.2课题研究目的

装载机械臂机器车能够操纵各类传感器收集四周的环境信息，具备感知周围作业环境的功能，可以按照给定的指令完成与之相对应行动的综合体。装载机械臂机器车在产业制造、抗震救灾、娱乐生活服务等行业被广泛的应用。

在产业制造中，常常流水线上的工作还需要人来上下料，既费时，又影响工作效率。它可用做零部件拼装、原料工件的载运、装卸，相当多是在自动控制机床、组合机床上运用更加广泛，机械手臂能够代替人类完成危险，反复又死板的工作，减轻了人类劳动强度，提高了劳动生产率。

在抗震救灾方面，该小车可以深入到人类没法到达的地区进行采矿，辐射区进行探测等。小车上装载有无线摄像机，可以在第一时间内传送图像到计算机，计算机进行显示，若有危险可以第一时间实施搜救，从而大大提高了工作的效率。

1.2课题研究现状

1.2.1国外研究现状

机器人在产业发达的地区获得了迅速发展。除日本外，世界上还有很多产业发达国家，如美国、前苏联的机器制造业也成长得非常迅速。虽然美国研发的机器人在数量上不如日本，但其技术水平占据上风。国外的机械臂在机械制造行业运用广泛，成长也非常快。可以用做压力机的上下料，点焊等，它可依照先前规定的作业规划来完成相应的操作。外地多个国家的机械臂的新趋势是设计开发兼具某种智能化的机械臂。装有的传感器能接受外界条件转变的信息，并且做出相应的响应。即使出现一些误差，也能自行检测，重点是钻研视觉功能和触觉功能，现已获得一定的成就。

1.2.2国内研究现状

到现在，我国的机器人核心技术及其工程运用的程度和国外比还有一定的差距。我国经历了十几年的研发，现在在一些方面，如喷涂机器人、搬运机器人、装配机器人等，已经掌握了机器人的设计制造，配套设备的主动通信，调解控制技能。我国的机器人钻研开发与利用已获得了肯定的成绩，可是总的看来，我国的机器智能和工程利用的程度和国外的相比较另有必然的差距，从智能机器的数目和技能上来看，我们就有必然的差距。国际竞争日趋剧烈，对机器人的需求越来越大，我国的智能机器产业将面对新的成长机遇和挑战，因此我们必然要自主研发机器人高技能，处理生产前期的重要技术，努力推进我国的机器人生产的进程。

1.3课题研究意义

1.智能机器车，在很大程度上节省了劳动力同时提高了效率。

2.随着科学技术越来越发达，这种智能机器车在人类生活中会得到大规模的应用，人类也需要智能机器车来解决的问题和难题越来越多。

1.4课题所作工作及文章结构安排

1.4.1课题研究工作

本课题首先进行需求分析，主要计划机器车需要实现何功能，各功能之间如何串接等。在需求分析之后，组装机器车及机械臂，其次实现机器车及机械臂的各个功能，最后再进行各功能测试，通过测试找出不足，从而完善程序，优化算法，充分让用户享受机器车成果。通过研究Arduino板的各个部件和接口，掌握Arduino编程一些常用的命令，函数等。

第二章初识Arduino

2.1什么是Arduino

Arduino，是一个开放原始码的软硬件平台，组建于开