目录
目录 (1)
摘要 (2)
1.移动机器人技术发展概况 (3)
1.1机器人研究意义及应用领域 (3)
1.1.1机器人的研究意义 (3)
1.1.2 机器人的应用领域 (3)
1.2移动机器人的发展概况 (4)
1.2.1移动机器人的国内发展概况 (4)
1.2.2移动机器人的国外发展概况 (4)
2.轮式移动机器人的结构设计 (7)
2.1移动机器人的系统结构 (7)
2.2轮式移动机器人主要结构 (7)
3.轮式移动机器人的控制系统 (11)
3.1控制系统硬件选型与配置 (11)
3.1.1驱动电机的选型 (11)
3.1.2伺服电机的选型 (12)
3.1.3轮毂电机的选型 (13)
3.2轮式移动机器人控制系统框架 (15)
4.结论和总结 (17)
致谢 (18)
参考文献 (19)
附录 (21)
摘要
移动机器人是机器人家族中的一个重要的分支，也是进一步扩展机器人应用领域的重要研究发展方向。自上世纪九十年代以来，人们广泛开展了对机器人移动功能的研制和开发，为适应各种工作环境的不同要求而开发出各种移动机构。
论文内容包括四个部分：简要介绍了移动机器人研究现状、对所设计移动机器人系统进行了描述、视觉导航轮式移动机器人底层硬件设计和视觉轮式移动移动机器人的底层控制。
论文详细地介绍了移动机器人底层硬件系统元件的选型和原理电路图的设计。我们选用PIC16F877单片机作为下位机接收上位机传来的命令和产生驱动信号。步进电机的驱动电路采用两个步进电机驱动器-L298，驱动程序写入PIC16F877单片机，通过程序控制步进电机的转速和转向。采用Propel 设计了底层控制系统的原理图和PCB版图，采用Proteus进行程序和硬件系统的仿真。仿真结果表明：步进电机运行稳定、可靠性高，实现了对步进电机的预期控制。
关键词：移动机器人；运动控制；PIC16F877；步进电机
1.移动机器人技术发展概况
1.1 机器人研究意义及应用领域
1.1.1 机器人的研究意义
人们对于未知的探索总是充满危险，而且人类的研究活动领域已由陆地扩展到海底和空间，所以机器人的产生解决人类这一大难题。利用移动机器人进行空间探测和开发，己成为21世纪世界各主要科技发达国家开发空间资源的主要手段之一。研究和发展月球探测移动机器人技术，对包括移动机器人在内的相关前沿技术的研究将产生巨大的推动作用。
移动机器人是一种能够通过传感器感知外界环境和自身状态，实现在有障碍物的环境中面向目标的自主运动，从而完成一定作业功能的机器人系统。本课题选用轮式作为机器人平台设计研究[1]，两轮式机器人在国内外还处于刚刚起步阶段，其前景广阔，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。已经初步做出了简单的实验模型，解决了轮式机器人的传动机构难题。该轮式机器人运动响应迅速，具有高机动的零半径转向能力，并且在运动过程中不存在失稳状态。摄像头的密封式结构可以将内部器件密封保护起来，免受外界环境的影响，非常适合在潮湿、多尘土、多辐射或有毒的环境中执行任务。
1.1.2 机器人的应用领域
从最早出现的机器人到现在涌现出的形态各异的移动小车，其移动机构的形式层出不穷，以美国、俄罗斯、法国和日本为首的西方发达国家己经研制出了多种复杂奇特的三维移动机构，有的已经进入了实用化和商业化阶段。面对21世纪深空探测的挑战，对各种自主系统的研制是必须的，而移动机构又是各种自主系统的最基本和最关键的环节。这些应用范围包括工业生产、海空探索、康复和军事等。此外，机器人已逐渐在医院、家庭和一些服务行业获得应用。根据其功能可分为以下几个功能：工业机器人、探索机器人、服务机器人、军事机器人。制造工业部门应用机器人的主要目的在于削减人员编制和提高产品质量。与传统的机器相比，它具有两个主要优点： 1．生产过程的几乎完全自动化；2．生产设备的高度适应能力。现在工业机器人主要用于汽车工业、机电工业（包括电讯工业）、通用机械工业、建筑业、金属加工、铸造以及其它重型工业和轻工业部门。在农业方面，已把机器人用于水果和蔬菜嫁接、收获、检验与分类，剪羊毛和挤牛奶等。这是一个潜在的产业机器人应用领域。机器人除了在工农业上广泛
应用之外，还用于进行探索，即在恶劣或不适于人类工作的环境中执行任务。研制其用来为病人看病、护理病人和协助病残人员康复的机器人能够极大地改善伤残疾病人员的状态[2]，以及改善瘫痪者（包括下肢及四肢瘫痪者）和被截肢者的生活条件。地面军用机器人分为两类：一类是智能机器人，包括自主和半自主车辆；另一类是遥控机器人，即各种用途的遥控无人驾驶车辆。美国海军有一个独立的水下机器人分队，这支由精锐人员和水下机器人组成的分队，可以在全世界海域进行搜索、定位、援救和回收工作。水下机器人在美国海军中的另一个主要用途是扫雷，如MINS水下机器人系统，它可以用来发现、分类、排除水下残物及系留的水雷。
1.2 移动机器人的发展概况
1.2.1 移动机器人的国内发展概况
机器人在我国已被广泛地用于生产和生活的许多领域,按其拥有智能的水平可以分为三个层次。一是工业机器人,它只能死板地按照人给它规定的程序工作,不管外界条件有何变化,自己都不能对程序也就是对所做的工作作相应的调整.如果要改变机器人所做的工作,必须由人对程序作相应的改变,因此它是毫无智能的.二是初级智能机器人.它和工业机器人不一样,具有象人那样的感受,识别,推理和判断能力.可以根据外界条件的变化,在一定范围内自行修改程序,也就是它能适应外界条件变化对自己怎样作相应调整.不过,修改程序的原则由人预先给以规定.这种初级智能机器人已拥有一定的智能,虽然还没有自动规划能力,但这种初级智能机器人也开始走向成熟,达到实用水平.三是高级智能机器人.它和初级智能机器人一样,具有感觉,识别,推理和判断能力,同样可以根据外界条件的变化,在一定范围内自行修改程序.所不同的是,修改程序的原则不是由人规定的,面是机器人自己通过学习,总结经验来获得修改程序的原则.所以它的智能高出初能智能机器人.这种机器人已拥有一定的自动规划能力,能够自己安排自己的工作.这种机器人可以不要人的照料,完全独立的工作,故称为高级自律机器人.这种机器人也开始走向实用.
1.2.2 移动机器人的国外发展概况
轮式移动机构具有运动速度快、能量利用率高、结构简单、控制方便和能借鉴至今已很成熟的汽车技术等优点，只是越野性能不太强。但随着各种各样的车
轮底盘的出现，如日本NASDA的六轮柔性底盘月球漫游车LRTV，俄罗斯TRANSMASH 的六轮三体柔性框架移动机器人Marsokohod，美国CMU的六轮三体柔性机器人Robby系列以及美国JPL的六轮摇臂悬吊式行星漫游车Rocky系列，已使轮式机器人越野能力大大增加，可以和腿式机器人相媲美。于是人们对机器人机构研究的重心也随之转移到轮式机构上来，特别是最近日本开发出一种结构独特的五点支撑悬吊结构Micros，其卓越的越野能力较腿式机器人有过之而不及。
轮式结构按轮的数量分可分为二轮机构、三轮机构、四轮机构、六轮以及多轮机构。二轮移动机构的结构非常简单，但是在静止和低速时非常不稳定。三轮机构的特点是机构组成容易，旋转中心是在连接两驱动轮的直线上，可以实现零回转半径。四轮机构的运动特性基本上与三轮机构相同，由于增加了一个支撑轮，运动更加平稳。以上几种轮式移动机构的共同特点是它们所有的轮子在行驶过程中，只能固定在一个平面上，不能作上下调整，因此，地面适用能力差。一般的六轮机构主要就是为了提高移动机器人的地面适应能力而在其结构上作了改进，增加了摇臂结构，使得机器人在行驶过程中，其轮子可以根据地形高低作上下调整，从而提高了移动机器人的越野能力。
欧盟在2000—2004年启动的信息社会技术计划中开展了探测火山环境的机器人、用来评估地振危险性的爬行机器人(ROBOSENSE)、借助机器人的交互式博物馆临场感(TOURBOT)等项目研究。在火山爆发的发作阶段观测和测量火山活动的相关变量最有意义，但对研究人员也是最危险的时刻。在1993年的一次火山口考察中，8名火山研究人员遇难。ROBOVOLC将开发和测试一个自动化机器人系统，在火山环境下进行探测与测量，可以帮助科学家远离危险环境进行分析研究。ROBOSENSE将开发一台能够携带探伤仪器的移动机器人，对地振造成的建筑物结构性损害进行检测。TOURBOT的目标是发一个交互式导游机器人，通过因特网实现个性化的临场感，同时TOURBOT能够在现场引导参观游客。此外欧盟还开展了移动机器人应用于人道主义排雷等研究。法国国家科学研究中心)于2001年中期，提出了一项有关机器人技术的大型国家计划，称作“机器人与人工体”。这项跨学科的计划涵盖了机器人学中信息科学与技术方面的主要研究领域。Robe 计划对“感知器执行器”与认知功能进行跨学科的研究。实现这些功能在智能系统内的集成，能够在开放的、变化的环境中自主完成各种任务，实现智能机器人与人交互、通过学习改进其行为的功能。具体开展了移动式操作手，移动机器人视觉定位，行星机器人1以及多移动机器人协作等研究。
前苏联曾经在移动机器人技术方面居于世界领先的地位，Lunokhod-1是最早登上月球的遥控式移动机器人。俄罗斯作为前苏联的继承者，在机器人技术领域依然具有当雄厚的技术基础，ROVER科技有限公(Rover Science & Technology
Joint-stock Company Ltd., RCL)把在开发空间机器人中获得的经验应用于开发地面机器人系统，如极坐标平面移动车、爬行移动机器人、球形机器人、工作伙伴平台以及ROSA-2移动车等。日本经济产业省(Ministry of Economy, Trade and Industry, M ETI)1998年开始启动了人形机器人技术研究计划(HRP)。在这一年，日本本田(Honda)公司展出了人形移动机器人的一个主要目标就是开发一个开放体系结构的人形机器人平台(简称Open HRP)，用来探索人形机器人的各种应用.METI从2002年又启动了一项国家项目一一“21世纪机器人挑战”,其中一个三年的子项目是开发应用于机器人开放式结构的中间件)。中间件能够对市场上销售的各种机器人零件实现标准化，并且能够更加容易地对这些零件进行系统集成。更长远的预期在于到2009年，实现机器人商品化(Commercialize),将机器人的应用领域扩展到家庭(Home)，医疗服务(Medical care)、灾害救助(Disaster relief)。日本科技署(Japan Science and Technology Agency, JST)于2002年10月启动了一项5年期限的项目，用于开发人道主义排雷的机器人技术，日本产业界已开发出能实际应用的排雷机器人，并送往柬埔寨进行现场试验。此外，日本也一直进行着有关月球探测的研究，计划于2015-2020年在月球上建立一个小型基地，与该计划相应的行星漫游车研究也很活跃。
韩国科学技术部(Ministry of Science and Technology，MOST)于1999年启动的“21世纪尖端研究发展计划”(21"Century Frontier R&D Program)，包括了服务机器人、恶劣环境中的机器人、微型机器人以及排雷机器人项目韩国信息与通讯部(Ministry of Information and Communication , MIC)发布了旨在促进IT增长的9个优先发展领域(Top 9 IT Growth Sectors)，其中智能化的服务机器人被列为首位。
美国在行星移动机器人以及军用移动机器人的研究与应用方面投入了大量资金与科研力量。如:美国NASA支持的火星探测计划、美国国防部支持的无人战车研究计划UGV(Unmanned Ground Vehicle)美国能源部的核废料等危险品搜集、搬运自主车研究计划等项目，吸收JPL, MIT AI Lab. CMU Robotics Institute、Georgia Tech Mobile Robot Lab, Naval Warfare Systems Center of San Diego 以Stanford Robotics Institute等许多知名大学与研究所的科研人员参与。最近的突出成果是2003年发射的火星漫游机器人—“勇气”号与“机遇”号，它们的顶部装有全景照相机及具有红外探测能力的微型热辐射分光计，携带多种分析仪器对火星岩石纹理及其成分进行探测。。
2.轮式移动机器人的结构设计
现在主流的移动方式基本是轮式，腿式，和履带式，但由于其各有各的优点与缺点，现在的科学家越来越追求综合性能的提高。轮式移动机构具有运动速度快、能量利用率高、结构简单、控制方便和能借鉴至今已很成熟的汽车技术等优点。
2.1移动机器人的系统结构
整体车身结构是本小型轮式智能移动机器人所采用得。车身通过轴与前后四个车轮连接，使车身及承载物的重量能被四个车轮平均承受，再平均分配给每个车轮，从而使各车轮的受力均衡，提高整个车辆的承载能力。机器人的主要运动结构为前后四个车轮及其相关机构。前车轮为万向轮，后车轮连接电机，可以分别实现转向和滚动。四个车轮的接地点呈矩形分布，使车身具有一定的稳定性。各个车轮各自通过一根轴跟车身相连，通过简单的机构传动，可以使车实现协调的运动。在车体上设有中央控制单元，实现对电机的运行控制。控制模式考虑采用自主导航和远距离控制相结合的模式。车上设有传感系统、导航系统、控制系统，机器人本身具有一定自主导航能力，可以实现自动避障。机器人自带蓄电池等能源设备，可以在一定时间段内实现能源的自动供给，保证机器人在失去外部电源的情况下能自动返回出发地。
图2-1 系统结构原理图
2.2 轮式移动机器人主要结构
车轮：一般来说，机器人越重，要求车轮的结构越坚固。小于2磅的轻型机器人，可以使用软性泡沫塑料车轮。由于机器人的重量轻，软性材料的变形还不至于太严重，而且能在摩擦力很小时工作良好。超过2磅机器人，需要选用质地更为坚硬的材料做车轮，不充气的中空橡胶轮胎能够在6—10磅下工作。超过l0磅，就要考虑实心橡胶轮胎或者充气轮胎。而类似割草机的车轮，不管是实心的还是充气的，在机器人的重量接近40磅的场合都可以成为选择的方案。机器人超过40磅时，可以考虑试用诸如小型机车轮、手推车轮，或者其他相似的高效率的充气轮胎。按照车辆理论的分析，车轮的直径增大可以明显提高机器人的越障能力。但是，车轮直径变大的同时，车轮表面所受的电机转矩却会下降。根据车辆地面力学理论，刚性车轮的宽度越宽，车轮的土壤沉陷量越小，土壤的压实阻力也就越小。不过，车轮变宽后，机器人的转向阻力也会变大。另外，增加车轮的直径比增加车轮宽度对减小压实阻力更为有效。因此，必须根据实际情况设定车轮直径和宽度，不能盲目加大车轮直径和宽度。如图2-2所示。
图2-2 车轮示意
2、摄像头：摄像头对于基于视觉导航的机器人来说是至关重要的。它要根据系统要求准确地分辨目标物（调色板），尽量降低误判，漏判的机率，并有一定的抗干扰能力。能对目标物定位，为机器人的运动控制提供参照物、障碍物的位置信息，并能满足精度要求。满足系统实时性的要求。机器人摄像机每秒钟要从比赛场地上摄取30帧图像数据，如果视觉子系统达不到实时的要求，则系统所处理的前后两帧图像数据差异太大，不仅影响识别跟踪的顺利完成，而且也使动作表现为反应迟钝，所以视觉子系统的实时性越好，则系统反应越快。如图2-3所示。
图2-3机器人摄像头
3、万向轮：万向轮能够在许多不同的方向移动，左右车轮的小光盘将全力推出，但也将极大的方便横向滑动。这是一个建立完整的驱动器的方法。全轮可以像一个正常的车轮或使用滚轮的辊侧向滚动。其胶辊提供了极大的扣人心弦。它适用於在使用机器人，手推车，转移输送机，货运车，行李。全方位车轮将提供完善的性能，当集成与传统的车轮。例如，您可以使用两种传统的车轮中心车轴和四个全方位前轴和后轴车轮，以建立一个六轮车辆。全方位轮移动和旋转，这是很容易的方向控制和跟踪，并尽可能快地转动。全方位轮无需润滑或现场维护和安装选项是非常简单和稳定。全方位轮通常可以大致可以分为2种类型：一类是单盘的全方位轮，一个是双排的全方位轮。单盘全方位轮的被动辊的单盘，而双板的全方位轮被动辊有两个板块是相互尊重，旋转稍。相比单盘的全方位轮，双板的全方位轮滚筒之间没有死区的优势。如图2-4所示。
图2-4 万向轮
3.轮式移动机器人的控制系统
移动机器人的运动控制系统是机器人系统的执行机构，对系统精确地完成各项任务起着重要作用，有时也可作为一个简单的控制器。构成机器人运动控制系统的要素有:计算机硬件系统及控制软件、输入/输出设备、驱动器、传感器系统。
3.1 控制系统硬件选型与配置
3.1.1 驱动电机的选型
步进电机是数字控制电机，它将脉冲信号转变成角位移，即给一个脉冲信号，步进电机就转动一个角度，因此非常适合于单片机控制。步进电机可分为反应式步进电机（简称VR）、永磁式步进电机（简称PM）和混合式步进电机（简称HB）。
步进电机区别于其他控制电机的最大特点是，它是通过输入脉冲信号来进行控制的，即电机的总转动角度由输入脉冲数决定，而电机的转速由脉冲信号频率决定。步进电机的驱动电路根据控制信号工作，控制信号由单片机产生。其基本原理作用如下：
(1)控制换相顺序
通电换相这一过程称为脉冲分配。例如：三相步进电机的三拍工作方式，其各相通电顺序为A-B-C－D,通电控制脉冲必须严格按照这一顺序分别控制A,B,C，D 相的通断。
(2)控制步进电机的转向
如果给定工作方式正序换相通电，步进电机正转，如果按反序通电换相，则电机就反转。
(3)控制步进电机的速度
如果给步进电机发一个控制脉冲，它就转一步，再发一个脉冲，它会再转一步。两个脉冲的间隔越短，步进电机就转得越快。调整单片机发出的脉冲频率，就可以对步进电机进行调速。
步进电机是依靠有序的步进脉冲运动的，利用单片机控制步进电机运动是非常适合的。整个系统包含PIC16F877，步进电机驱动器L298和步进电机。本设计是单片机控制两台步进电机。PIC16f877单片机的作用是接受命令，完成相应的功能，并作为脉冲逻辑分配器，输出步进电机所需要的时序脉冲。步进电机可以向任意方向旋转和停止，实现了所谓“位置控制”的动作。每个输入脉冲决定了步进电机转动的角度。步进电机只是根据输入脉冲数旋转和停止，适合于位置控制，把运动所必需的脉冲数，以动作所需要的速度输入给电机，就能够正确的控制位置而运动。
步进电机的运行要有一个电子装置进行控制，这个装置就是步进电机驱动器，它是将控制系统发出的脉冲信号放大以驱动步进电机。步进电机的转速与脉冲信号的频率成正比，控制脉冲信号的频率可以对电机精确调整；控制脉冲数可以对电机精确定位。选择步进电机为移动机器人驱动电机。上层系统计算移动机器人的角度和距离等信息传给下层系统，通过分析得到机器人的运动状态，计算等到轮子的步数等。完成软件的编写，实现了对步进电机的预期控移动机器人的两个重要部分（视觉处理和运动控制）。
3.1.2 伺服电机的选型
所有的主控制功能是微处理器，驱动为DA模拟转换器，以产生一个模拟扭矩需求信号。从这个角度上，这台机器非常很像一个模拟伺服放大器。反馈的信息是来自隶属该电机轴的一个编码器。编码器生成脉冲流可确定传输路程，并通过计算脉冲频率，是可以测定转速的。
数码驱动通过求解一系列的方程式，履行同样类似的功能。微处理器是与数学模型（或“算法"）的等效的编程模拟系统。这模型预测系统的行为。它响应一个给定输入的信号并产生速度。它同样也考虑到额外信息如输出速度，速率转变中的投入和各种调校设定。解决所有方程需数额需有限的时间，即使是一个快速的处理器一次处理通常也是100ms和2ms之间。在此之间，在改变输入或输出，先前的计算值将有没有回应时，扭矩要求必须保持恒定。因此更新时间成为数字伺服和一台高性能系统关键的因素，它必须保持及时更新[4]。调试数字伺服电机可按钮或从一个计算机或终端调试。电位器调整是涉及的。调试数据是设置在伺服算法的各种系数，因此，它决定了系统的性能。即使如果调谐进行使用按钮，终值也可以上传到终端，让其进行简单的重复。
在某些应用中，因负载惯量各异，例如一个机器手臂卸载后又带有沉重的负荷。改变惯性可能是一个系数为20或以上，而这样的变化需要该驱动器重新调整，以保持其稳定。这只不过是在操作系统的适当点通过发送新的调试参数来实现的。
3.1.3 轮毂电机的选型
图3-2为轮子的示意图，设移动机器人与跟踪物体的原始距离为1L ，上层系统传送移动机器人与跟踪物体的距离为2L ，则移动机器人运动的距离为L=2L -1L 。设计选用步进角为1.8°的步进电机。 轮子转动的角度为：
R L =σ
（3-1）
步进电机的步数位：
8.1σ=
n （3-2）
当1L =2L 时，机器人不运动，步进电机没有转动。
图3-3为移动机器人直线运动示意图，当移动机器人的上层传达一个角度为a=0°时，在直角坐标系上，没有往X 轴上有分量，移动机器人则直线运动。当L>0时，移动机器人前进。当L<0时，移动机器人后退。当移动机器人直线运动时，左轮和右轮保持相同的速度运动和转向[5]
。则轮子移动的距离就是移动机器人与跟踪物体的距离。则步进电机的步数位：
R L n 8.1= (3-3)
图3-2轮子示意图
图3-4为机器人前进并转弯运动示意图，当机器人上层系统传送
“机器人旋转a °和L>0”的命令时，则移动机器人从X1-Y1坐标系运动到X2-Y2坐标系。
图3-3 移动机器人直线运动示
意图
图3-4 移动机器人右转示意图
移动机器人先完成转弯在进行前进。在转弯时，从图可知左轮为正转，右轮为反转。轮子移动的距离为：
S=a ×r （3-4）
则轮子移动的角度为：
R
r
a ?=
σ （3-5）
则驱动步进电机的脉冲数为：
R
r
a n ??=
8.1 （3-6）
转弯完成后，移动机器人为直线运动。左轮为正转，右轮为正转。公式参考4-3.
移动机器人前进左转和后退转弯时，我们可以参照前进右转时计算。 对本类移动机器人的控制就是通过控制算法求出轮子的步速，通过改变单片机输出的脉冲波，完成对移动机器人的底层控制。
3.2 轮式移动机器人控制系统框架
控制系统总体设计方案：
(1)微处理器模块:是控制系统的核心，包括微控制器及其相关外围电路主要进行各种信息、数据的处理，协调系统中各功能模块完成预定的任务；
(2)驱动模块:控制机器人系统中的舵机和传感器模块预定的任务;实现舵机速度和位置的控制，完成前进、后退、直行、转弯、避障、抓取等动作；
(3)传感器模块:有速度、位置、距离、声音等传感器，主要负责移动机器人移动过程中的障碍物、声音等检测;
(4)电源模块:负责整个移动机器人的电源供给，使系统能离线运动，主要由12V 蓄电池及相关调压稳压电路组成；
(5)串口通信模块:根据RS232通信标准与上位机进行串口通信; (6)JTAG 调试:可以实现在线编程、调试仿真。
图3-5运动控制系统流程图
4.结论和总结
经过我阅读一些关于移动机器人的文献资料，设计出了一种轮式移动机器人。移动机器人技术是当今科学研究领域的前沿，在这方面的研究工作，也正随着移动机器人越来越多地走进人类的世界，而更加受到了国内外科学家和研究学者们的关心和热爱。研究与开发集环境感知、动态决策与规划、行为控制与执行等多种功能于一体的移动机器人的综合控制系统，势在必行。本文针对基于多传感器的轮式移动机器人行为控制技术，对移动机器人硬件和软件体系结构、机器人结构设计、运动控制零部件等方面展开了深入的研究和探讨，提出了一个运动控制的方案，并应用于移动机器人行为控制系统。
本论文学习了一个轮式移动机器人的一些基本结构以及轮式移动机器人的一些用途。本论文完成的主要工作包括以下几个方面:
1、简要的介绍了移动机器人的历史和在国内外的现状。从总体上介绍了视觉导航；
2、选择步进电机为移动机器人驱动电机。上层系统计算移动机器人的角度和距离等信息传给下层系统，通过分析得到机器人的运动状态，计算等到轮子的步数等。完成软件的编写，实现了对步进电机的预期控移动机器人的两个重要部分（视觉处理和运动控制）。
3、选择电路元件—单片机PIC16F877、步进电机驱动器L298、稳压电源LM7805。完成了底层控制原理图的设计。设计应用了propel99SE软件制作电路图并完成PCB版图的设计。
由于自身知识的匮乏，我查阅了许多资料，最终简单的设计了控制系统的框架，并没有对内部指令等进行编辑。希望以后能够学习此方面的知识。
致谢
首先感谢曹老师给我这次机会做这个设计，并且曹老师对知识追求孜孜不倦、精益求精的治学态度，给我留下了深刻的印象，也使我在大学学习期间受益匪浅。
感谢我所有的同学，一直以来大家共同努力、共同进步，遇到困难互相帮助、互相勉励，一齐前进。感谢机械系所有老师大学期间在我学习及工作方面的关心与帮助。他们对我的悉心指导和无微不至的关怀将使我终身难忘。感谢所有帮助过我，和我所结识的所有的人们，是你们一起成就着我的人生。课程设计过程中，不免遇到许多问题和困难，但是曹老师都细心认真为我解答，她认真负责的工作态度、严谨的治学风格深深感染了我,从一开始的毫无头绪，无从下手，到后来对各部分的理解，曹老师的指导对我都是十分重要的。首先她给了我很大的自由空间和充分的信任，促使我在设计方面进行自己的思考，其次在细节上又能循循善导，提出我设计的不足和改进办法，使我认识到自己需要提高的地方，让我的设计做的更加有条有序，对我以后的学习也会有很大帮助。另外，在校图书馆查找资料的时候，图书馆的老师也给我提供了很多方面的支持与帮助。
最后，再次感谢所有在设计中曾经帮助过我的良师益友和同学，以及在设计中被我引用或参考的论著的作者。
参考文献
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移动通信课程设计 电子技术课程设计 专业：______________________________________ 班级：______________________________________ 姓名：________________ 学号： _______________
指导老师：___________________________________ 小组成员：___________________________________ 成绩：______________________________________
目录 第一章仿真软件案例专题之农村篇 1、弓I言：............... 2、设计任务及要求： ..... 3、设计内容： ............ A.基站小区配置过程.... 1.增加基站 ........ 2.添加硬件单板 .... 3.单板上电加载 ... 4.网元布配规划 .... 5?网元布配 ....... 6?GPS设置....... 7.小区启动......... B.RNC侧管理小区...... 1.增加基站 ....... 2.设置基站信息........ 1 1 1 1 1 1 2 2 2 3 3 3 4 4 4 5 5
5?设置基站小区邻区6 3.设置基站链路 .... 4?设置基站小区参数??
6?载频设置 7?信道功率设置 C. 查看告警及业务验证 ............6 D. 验证 .. (7) 第二数据配置 1、 引言： .......................... 7 2、 设计任务及要求： ................ 7 3、设计内容： ...................... （一） ................. 数据规划 7 1、 ............. 硬件数据规划 8 2. 本局数据规划 ............ 9 （二） ................. 实验脚本 9 1?执行脱机操作 ............ 9 2?配置硬件数据 (9) 4?格式化转换数据并执行联机操 （三）实验操作 1、单板运行状态的检查 ......... 15 3?配置本局数据 10 隹 ........................ 10 10 4、实验测试 .. (15) 16
轮式移动机器人的结构设计 摘要：随着机器人技术在外星探索、野外考察、军事、安全等全新的领域得到日益广泛的采用，机器人技术由室内走向室外，由固定、人工的环境走向移动、非人工的环境。本课题是机器人设计的基本环节，能够为后续关于机器人的研究提供有价值的平台参考和有用的思路。 本文介绍了已有的机器人移动平台的发展现状和趋势，分析操作手臂常用 的结构和工作原理，根据选定的方案对带有机械臂的全方位移动机器人进行本 体设计，包括全方位车轮旋转机构的设计、车轮转向机构的设计和机器人操作 臂的设计。要求全方位移动机构转向、移动灵活，可以快速、有效的到达指定 地点；机械臂操作范围广、运动灵活、结构简单紧凑且尺寸小，可以快速、准 确的完成指定工作。设计完成后要分析全方位移动机构的性能，为后续的研究 提供可靠的参考和依据。 关键字：机器人移动平台操作臂简单快速准确
Structure design of wheeled mobile robots Abstract:with the robot technology in an alien exploration, field survey, military and security new areas to be increasingly widely adopted, robot technology by indoor, outdoor by fixed, to move towards artificial environment, the artificial environment. This topic is the basic link, robot design for the follow-up about robots can provide valuable reference and useful ideas platform. This article summarizes the existing robot mobile platform development status and trends of operating the arm structure and principle of common, According to the selected scheme of mechanical arm with ontology omni-directional mobile robots designed, including the design of all-round wheel rotating mechanism, wheel steering mechanism of design and the design of robot manipulator. Request to change direction, move the omni-directional mobile institution, can quickly and effectively flexible the reaches the specified location; Mechanical arm operation scope, sports flexible, simple and compact structure and size is small, can quickly and accurately completed tasks. The design is completed to analyze the performance of the omni-directional mobile institutions for subsequent research, provide reliable reference and basis. Keywords: Robot mobile platform manipulator simple accurate and quick
江苏师范大学连云港校区海洋港口学院 课程设计说明书 课程名称 专业班级 学号姓名 指导教师
年月日
摘要 轮式移动机器人是机器人家族中的一个重要的分支，也是进一步扩展机器人应用领域的重要研究发展方向。自上世纪九十年代以来，人们广泛开展了对机器人移动功能的研制和开发，为适应各种工作环境的不同要求而开发出各种移动机构。其中全方位轮可以实现高精确定位、原地调整姿态和二维平面上任意连续轨迹的运动，具有一般的轮式移动机构无法取代的独特特性，对于研究移动机器人的自由行走具有重要愈义。 本文主要是介绍了技术较为成熟的麦克纳姆全方位轮的运动原理结构，分析了由四个麦克纳姆轮全方位轮组成的全向移动机构的运动协调原理。并将其运用到轮腿复合式的机器人身上，使机器人移动能力更强。设计的主要方面包括（1）移动方式的选择；（2）机器人结构的设计；（3）机器人移动原理的分析；（4）对移动机器人控制系统的简单设计。 关键词: 轮式移动机器人，轮腿复合式，四足
目录 摘要 (1) 1 移动机器人技术发展概况 (1) 1.1 机器人研究意义及应用领域 (1) 1.1.1 机器人的研究意义 (1) 1.1.2 机器人的应用领域 (2) 1.2 移动机器人的发展概况 (2) 1.2.1 移动机器人的国内发展概况 (3) 1.2.2 移动机器人的国外发展概况 (4) 2 轮式移动机器人的结构设计 (7) 2.1轮式移动机器人系统结构 (7) 2.1.1移动方式的选择 (7) 2.1.2机器人移动原理构想 (8) 2.1.3机器人轮子的选择 (9) 2.1.4机器人腿部结构的设计 (10) 2.2轮式移动机器人主要结构 (11) 3 轮式移动机器人的控制系统 (12) 3.1 控制系统硬件选型与配置 (12) 3.1.1 驱动电机的选型 (12)
毕业设计(论文)外文 资料翻译 系部：机械工程 专业：机械工程及自动化 姓名： 学号： 外文出处：Control and (用外文写) Robotics(CRB) Technical Report 附件：1.外文资料翻译译文；2.外文原文。
附件1：外文资料翻译译文 轮式移动机器人的导航与控制 摘要：本文研究了把几种具有导航功能的方法运用于不同的控制器开发，以实现在一个已知障碍物前面控制一个开环系统（例如：轮式移动机器人）执行任务。第一种方法是基于三维坐标路径规划的控制方法。具有导航功能的控制器在自由配置的空间中生成一条从初始位置到目标位置的路径。位移控制器控制移动机器人沿设置的路径运动并停止在目标位置。第二种方法是基于二维坐标路径规划的控制方法。在二维平面坐标系中建立导航函数，基于这种导航函数设计的微控制器是渐进收敛控制系统。仿真结果被用来说明第二种控制方法的性能。 1介绍
很多研究者已经提出不同算法以解决在障碍物杂乱的环境下机器人的运动控制问题。对与建立无碰撞路径和传统的路径规划算法，参考文献[19]的第一章第九部分中提供了的全面总结。从Khatib在参考文献[13]的开创性工作以来，很显然控制机器人在已知障碍物下执行任务的主流方法之一依然是构建和应用位函数。总之，位函数能够提供机器人工作空间、障碍位置和目标的位场。在参考文献[19]中提供对于位函数的全面研究。应用位函数的一个问题是局部极小化的情况可能发生以至于机器人无法到达目标位置。不少研究人士提出了解决局部极小化错误的方法（例如参考文献[2], [3],[5], [14], [25]）。其中Koditschek 在参考文献[16]中提供了一种解决局部极小化错误的方法，那是通过基于一种特殊的位函数的完整系统构建导航函数，此函数有精确的数学结构，它能够保证存在唯一最小值。 在针对标准的 (完整的)系统的先前的结果的影响下, 面对更多的具有挑战性的非完整系统，越来越多的研究集中于位函数方法的发展(例如.,机器人)。例如, Laumond 等人 [18] 用几何路线策划器构建了一条忽略机器人非完全约束 的无障碍路线, 然后把几何线路分成更短的线路来满足非完全限制,然后应用最佳路线来减少路程。在 [10] 和 [11]中, Guldner 等人使用间断变化的模式控制器迫使机器人的位置沿着位函数的负倾斜度变动，及其定位与负倾斜度一致。在[1], [15], 和 [21]中,持续的位场控制器也保证了位函数的负倾斜度的位置追踪和定位追踪。在[9]中，面对目标因为周边的障碍物而不能达到这一情况时，Ge和Cui 最近提出一种新的排斥的位函数的方法来解决这一问题。在 [23]和[24]中, Tanner 等人采用[22] 中提出的导航函数研究和偶极位场概念为一个 不完全移动操纵器建立导航函数控制器。特别是, [23] 和 [24] 中的结果使用了间断控制器来追踪导航函数的负倾斜度, 在此过程中，一个不平坦的偶极位场使得机器人按照预想的定位拐入目标位置。 本文介绍了为不完全系统达到导航目标的两种不同的方法。在第一个方法中, 产生了一个三维空间似导航函数的预想的轨道，它接近于机器人自由配置空间上的唯一最小值的目标位置和定位。然后利用连续控制结构使机器人沿着这条路线走，在目标位置和定位点停下(例如,控制器解决一体化的追踪和调节问题)。这种方法特别的地方是机器人根据预想的定位到达目标位置，而不需要像许多先前
医疗服务机器人设计方案 设计一款好的医疗服务机器人要考虑到很多人性化的方面，这样才能保证产品有较好的适应性而有利于商业推广。我设计的医疗服务机器人会考虑到以下几个方面，分别是：可以照顾老人，能够实时传输数据到家人，可以时刻了解老人的情况，以及可通过网络控制并有良好的人机交互能力。 设计方案分为以下五个模块：1、轮式无半径转弯和万向机械臂模块；2、语音控制模块；3、超声波避障模块；4、摄像头导航模块；5、通信以及手动控制模块。 轮式无半径转弯和万向机械臂模块：四个轮可以在水平面内定点旋转，从而实现了无半径转弯和360°任意方向前进，打破了单一的前进方式，克服了在实际应用中环境空间狭小转弯不灵活的缺点，也使得系统运动更稳定。万向机械臂灵巧轻便，可以轻易的夹碎鸡蛋，适宜抓取立放物体，能灵活的抓取药品、转送病人，帮病人取递所需要的物品等。 语音控制模块：能通过语音识别控制机器人移动、抓取、对话等；准确识别率高，达到95%以上；非特定人语音识别；所需词汇量无需太多，小词汇量语音识别足够。 超声波避障模块：通过超声波发射装置发出超声波，根据接收器接到超声波时的时间差就可以知道距离了。这与雷达测距原理相似。超声波发射器向某一方向发射超声波，在发射时刻的同时开始计时，超声波在空气中传播，途中碰到障碍物就立即返回来，超声波接收器收到反射波就立即停止计时。测距的同时可以感知障碍，有效规避障碍。 摄像头导航模块：利用摄像头实时传回图像并进行分析处理，在获得路径二值信号的基础上,接下来采用黑线中心提取算法,获得路径的黑线位置。该算法的主要思想是:针对每行获得的信号,找出每行黑线起点和终点,取两个值的中值作
移动通信原理课程设计报告 一、题目描述 仿真一：M=1,选定BPSK调制，AWGN和瑞利信道下的误符号率性能曲线（横坐标为符号信噪比Es/N0），并与相应的理论曲线比较。 仿真二：对2发1收的STBC-MIMO系统（Alamouti空时码），分析2发射天线分别受到独立瑞利信道下的误码率性能曲线，并与相同条件下单天线曲线进行对比分析。 二、系统设置 三、仿真代码 3.1算法说明 1、信号产生：利用Matlab中的随机整数随机数产生函数randi. 2、调制方法的实现：不同的调制方式对应唯一的一个星座图；通过输入序列找出星座图上的对应位置，即可输出调制结果。 3、信道模拟实现方法：AWGN信道用MATLAB自带函数randn实现，对应平均噪声功率为零；瑞利信道用randn+j*randn，对应平均噪声功率为零。 4、误码率性能曲线：发射信号序列长度设定130比特，仿真4000次,使信噪比在[0,30]每隔2取值，求平均误比特率。 5、收发系统的实现方法：对于单发单收的模型，只需将发送信号加噪声信号即为接收信号；对于二发一收的模型，因为发射天线是相互独立的，所以每根发射天线的接收信号与单发单收模型的接收信号计算方法相同，最后采用最大比合并得到接收信号。 6、调制方式：BPSK 7、编码和译码方法：二发一收空时编码，最大似然译码。 8、误码率的计算：错误比特数/传输的总比特数。 3.2仿真代码 代码一：调制函数 function[mod_symbols,sym_table,M]=modulator(bitseq,b) N_bits=length(bitseq); if b==1 %BPSK调制 sym_table=exp(1i*[0,-pi]); sym_table=sym_table([1 0]+1); inp=bitseq; mod_symbols=sym_table(inp+1); M=2; elseif b==2 %QPSK调制 sym_table=exp(1i*pi/4*[-3 3 1 -1]);
毕业设计（论文）开题报告 题目轮式移动机器人的结构设计 专业名称机械设计制造及其自动化 班级学号 学生姓名 指导教师 填表日期2011 年 3 月 1 日
一、毕业设计（论文）依据及研究意义： 随着机器人技术在外星探索、野外考察、军事、安全等全新的领域得到日益广泛的采用，机器人技术由室内走向室外，由固定、人工的环境走向移动、非人工的环境。移动机器人已经成为机器人研究领域的一个重要分支。在军事、危险操作和服务业等许多场合得到应用，需要机器人以无线方式实时接受控制命令，以期望的速度、方向和轨迹灵活自如地移动。其中轮式机器人由于具有机构简单、活动灵活等特点尤为受到青睐。按照移动特性又可将移动机器人分为非全方位和全方位两种。而轮式移动机构的类型也很多，对于一般的轮式移动机构，都不能进行任意的定位和定向，而全方位移动机构则可以利用车轮所具有的定位和定向功能，实现可在二维平面上从当前位置向任意方向运动而不需要车体改变姿态，在某些场合有明显的优越性；如在较狭窄或拥挤的场所工作时，全方位移动机构因其回转半径为零而可以灵活自由地穿行。另外，在许多需要精确定位和高精度轨迹跟踪的时候，全方位移动机构可以对自己的位置进行细微的调整。由于全方位轮移动机构具有一般轮式移动机构无法取代的独特特性，对于研究移动机器人的自由行走具有重要意义，成为机器人移动机构的发展趋势。基于以上所述，本文从普遍应用出发，设计一种带有机械手臂的全方位运动机器人平台，该平台能够沿任何方向运动，运动灵活，机械手臂使之能够执行预定的操作。本文是机器人设计的基本环节，能够为后续关于机器人的研究提供有价值的平台参考和有用的思路。 二、国内外研究概况及发展趋势 2.1 国外全方位移动机器人的研究现状 国外很多研究机构开展了全方位移动机器人的研制工作，在车轮设计制造，机器人上轮子的配置方案，以及机器人的运动学分析等方面，进行了广泛的研究，形成了许多具有不同特色的移动机器人产品。这方面日本、美国和德国处于领先地位。八十年代初期，美国在DARPA的支持下，卡内基·梅隆大学（Carnegie Mellon university,CUM）、斯坦福（Stanford）和麻省理工（Massachusetts Institute of Technology,MIT）等院校开展了自主移动车辆的研究，NASA下属的Jet Propulsion Laboratery(JPL)也开展了这方面的研究。CMU机器人研究所研制的Navlab-1和Navlab-5系列机器人代表了室外移动机器人的发展方向。德国联邦国防大学和奔驰公司于二十世纪九十年代研制成VaMoRs-P移动机器人。其车体采用奔驰500轿车。传感器系统包括：4个小型彩色CCD摄像机，构成两 组主动式双目视觉系统；3个惯性线性加速度计和角度变化传感器。SONY公司1999年推
一、毕业设计（论文）依据及研究意义： 随着机器人技术在外星探索、野外考察、军事、安全等全新的领域得到日益广泛的采用，机器人技术由室内走向室外，由固定、人工的环境走向移动、非人工的环境。移动机器人已经成为机器人研究领域的一个重要分支。在军事、危险操作和服务业等许多场合得到应用，需要机器人以无线方式实时接受控制命令，以期望的速度、方向和轨迹灵活自如地移动。其中轮式机器人由于具有机构简单、活动灵活等特点尤为受到青睐。按照移动特性又可将移动机器人分为非全方位和全方位两种。而轮式移动机构的类型也很多，对于一般的轮式移动机构，都不能进行任意的定位和定向，而全方位移动机构则可以利用车轮所具有的定位和定向功能，实现可在二维平面上从当前位置向任意方向运动而不需要车体改变姿态，在某些场合有明显的优越性；如在较狭窄或拥挤的场所工作时，全方位移动机构因其回转半径为零而可以灵活自由地穿行。另外，在许多需要精确定位和高精度轨迹跟踪的时候，全方位移动机构可以对自己的位置进行细微的调整。由于全方位轮移动机构具有一般轮式移动机构无法取代的独特特性，对于研究移动机器人的自由行走具有重要意义，成为机器人移动机构的发展趋势。基于以上所述，本文从普遍应用出发，设计一种带有机械手臂的全方位运动机器人平台，该平台能够沿任何方向运动，运动灵活，机械手臂使之能够执行预定的操作。本文是机器人设计的基本环节，能够为后续关于机器人的研究提供有价值的平台参考和有用的思路。 二、国内外研究概况及发展趋势 2.1 国外全方位移动机器人的研究现状 国外很多研究机构开展了全方位移动机器人的研制工作，在车轮设计制造，机器人上轮子的配置方案，以及机器人的运动学分析等方面，进行了广泛的研究，形成了许多具有不同特色的移动机器人产品。这方面日本、美国和德国处于领先地位。八十年代初期，美国在DARPA的支持下，卡内基·梅隆大学（Carnegie Mellon university,CUM）、斯坦福（Stanford）和麻省理工（Massachusetts Institute of Technology,MIT）等院校开展了自主移动车辆的研究，NASA下属的Jet Propulsion Laboratery(JPL)也开展了这方面的研究。CMU机器人研究所研制的Navlab-1和Navlab-5系列机器人代表了室外移动机器人的发展方向。德国联邦国防大学和奔驰公司于二十世纪九十年代研制成VaMoRs-P移动机器人。其车体采用奔驰500轿车。传感器系统包括：4个小型彩色CCD摄像机，构成两 组主动式双目视觉系统；3个惯性线性加速度计和角度变化传感器。SONY公司1999年推
《移动通信技术》课程设计 设计题目：移动通信系统发展及其业务能力的探索班级: 姓名:
指导教师：
七、答辩记录: 答辩意见及答辩成绩 答辩小组教师（签字）：
目录 摘要.......................... 错误！未定义书签 ABSTRACT ............................. - 3 - 1GSM,CDMA,3G 手机........................... -3 - 1.1GSM手机........................... - 3 - 1.2CDMA手机.......................... - 4 - 1.2.1关于GSM和CDMA手机的辐射问题................ -5 - 1.2.2手机安全辐射标准与手机发射功率................. -6 - 1.33G 手机 ........................... - 6 - 1.4手机结构和原理......................... - 7 - 2移动通信技术演进......................... -8 - 2.1第二代移动通信技术....................... - 8 - 2.1.1概述.......................... -8 - 2.1.2第二代移动通信技术-GSM ............... - 9 - 2.1.3第二代移动通信技术-CDMA ............... - 9 - 2.22G向3G的过渡......................... - 10 - 2.2.1基于GSM的演进...................... -10 - 2.2.2基于CDMA勺演进.................... -10 - 2.3第三代移动通信系统(3G) ................... - 11 - 2.3.1概述.......................... -11 - 2.3.23G 主要技术标准...................... -11 - 2.4现有3G技术向LTE演进的路线.................... - 15 - 2.4.1概述.......................... -15 - 2.5 LTE- ADVANCED ............................ - 16 - 2.5.1概述.......................... -16 - 2.5.2LTE-Adva need 的演进目标................. -16 - 3移动通信增值业务......................... -17 - 3.1移动通信增值业务概述..................... - 17 - 3.1.1移动通信增值业务定义.................. -17 - 3.1.2移动通信增值业务的分类.................................. -17 - 3.2移动通信增值业务发展历程..................... - 19 - 3.2.1全球移动通信增值业务发展历程................. -19 -
目录 目录 (1) 摘要 (2) 1.移动机器人技术发展概况 (3) 1.1机器人研究意义及应用领域 (3) 1.1.1机器人的研究意义 (3) 1.1.2 机器人的应用领域 (3) 1.2移动机器人的发展概况 (4) 1.2.1移动机器人的国内发展概况 (4) 1.2.2移动机器人的国外发展概况 (4) 2.轮式移动机器人的结构设计 (7) 2.1移动机器人的系统结构 (7) 2.2轮式移动机器人主要结构 (7) 3.轮式移动机器人的控制系统 (11) 3.1控制系统硬件选型与配置 (11) 3.1.1驱动电机的选型 (11) 3.1.2伺服电机的选型 (12) 3.1.3轮毂电机的选型 (13) 3.2轮式移动机器人控制系统框架 (15) 4.结论和总结 (17) 致谢 (18) 参考文献 (19) 附录 (21)
摘要 移动机器人是机器人家族中的一个重要的分支，也是进一步扩展机器人应用领域的重要研究发展方向。自上世纪九十年代以来，人们广泛开展了对机器人移动功能的研制和开发，为适应各种工作环境的不同要求而开发出各种移动机构。 论文内容包括四个部分：简要介绍了移动机器人研究现状、对所设计移动机器人系统进行了描述、视觉导航轮式移动机器人底层硬件设计和视觉轮式移动移动机器人的底层控制。 论文详细地介绍了移动机器人底层硬件系统元件的选型和原理电路图的设计。我们选用PIC16F877单片机作为下位机接收上位机传来的命令和产生驱动信号。步进电机的驱动电路采用两个步进电机驱动器-L298，驱动程序写入PIC16F877单片机，通过程序控制步进电机的转速和转向。采用Propel 设计了底层控制系统的原理图和PCB版图，采用Proteus进行程序和硬件系统的仿真。仿真结果表明：步进电机运行稳定、可靠性高，实现了对步进电机的预期控制。 关键词：移动机器人；运动控制；PIC16F877；步进电机
信息与通信工程学院移动通信课程设计 班级： 姓名： 学号： 指导老师： 日期：
一、课程设计目的 1、熟悉信道传播模型的matlab 仿真分析。 2、了解大尺度衰落和信干比与移动台和基站距离的关系。 3、研究扇区化、用户、天线、切换等对路径损耗及载干比的影响。 4、分析多普勒频移对信号衰落的影响，并对沿该路径的多普勒频移进行仿真。 二、课程设计原理、建模设计思路及仿真结果分析 经过分析之后，认为a 、b 两点和5号1号2号在一条直线上，且小区簇中心与ab 连线中心重合。在此设计a 、b 之间距离为8km ，在不考虑站间距的影响是默认设计基站间距d 为2km ，进而可求得a 点到5号基站距离为2km ，b 点到2号基站距离为2km ，则小区半径为3/32km,大于1km ，因而选择传播模型为Okumura-Hata 模型，用来计算路径损耗；同时考虑阴影衰落，本实验仿真选择阴影衰落是服从0平均和标准偏差8dB 的对数正态分布。实验仿真环境选择matlab 环境。 关于路径损耗——Okumura-Hata 模型是根据测试数据统计分析得出的经验公式，应用频率在150MHz 到1 500MHz 之间，并可扩展3000MHz;适用于小区半径大于1km 的宏蜂窝系统，作用距离从1km 到20km 经扩展可至100km;基站有效天线高度在30m 到200m 之间，移动台有效天线高度在1m 到10m 之间。其中Okumura-Hata 模型路径损耗计算的经验公式为： terrain cell te te te c p C C d h h h f L ++-+--+=lg )lg 55.69.44()(lg 82.13lg 16.2655.69α 式中，f c （MHz ）为工作频率；h te （m ）为基站天线有效高度，定义为基站天线实际海拔高度与天线传播范围内的平均地面海拔高度之差；h re （m ）为终端有效天线高度，定义为终端天线高出地表的高度；d （km ）：基站天线和终端天线之间的水平距离；α(h re ) 为有效天线修正因子，是覆盖区大小的函数，其数字与所处的无线环境相关，参见以下公式： 22(1.1lg 0.7)(1.56lg 0.8)(), 8.29(lg1.54) 1.1(), 300MHz,3.2(lg1.75) 4.97(), 300MHz,m m m m f h f dB h h dB f h dB f α---??-≤??->?中、小城市（）=大城市大城市 C cell ：小区类型校正因子，即为：
基于视觉导航的轮式移动机器人设计方案第一章移动机器人 §1.1移动机器人的研究历史 机器人是一种自动化的机器，所不同的是这种机器具备一些与人或生物相似的智能，如感知能力、规划能力、动作能力和协同能力，是一种具有高度灵活性的自动化机器)。1962年，美国Unimation公司的第一台机器人Unimate。在美国通用汽车公司(GM)投入使用，标志着第一代机器人的诞生。 智能移动机器人更加强调了机器人具有的移动能力，从而面临比固定式机器人更为复杂的不确定性环境，也增加了智能系统的设计复杂度。1968年到1972年间，美国斯坦福国际研究所(Stanford Research Institute, SRI)研制了移动式机器人Shaky,这是首台采用了人工智能学的移动机器人。Shaky具备一定人工智能，能够自主进行感知、环境建模、行为规划并执行任务(如寻找木箱并将其推到指定目的位置)。它装备了电视摄像机、三角法测距仪、碰撞传感器、驱动电机以及编码器，并通过无线通讯系统由二台计算机控制。当时计算机的体积庞大，但运算速度缓慢，导致Shaky往往需要数小时的时间来分析环境并规划行动路径。 1970年前联月球17号探测器把世界第一个无人驾驶的月球车送七月球，月球车行驶0.5公里，考察了8万平方米的月面。后来的月球车行驶37公里，向地球发回88幅月面全景图。在同一时代，美国喷气推进实验室也研制了月球车(Lunar rover),应用于行星探测的研究。采用了摄像机，激光测距仪以及触觉传感器。机器人能够把环境区分为可通行、不可通行以及未知等类型区域。 1973年到1979年，斯坦福大学人工智能实验室研制了CART移动机器人，CART可以自主地在办公室环境运行。CART每移动1米，就停下来通过摄像机的图片对环境进行分析，规划下一步的运行路径。由于当时计算机性能的限制，CART每一次规划都需要耗时约15分钟。CMU Rover由卡耐基梅隆大学机
3 链路预算模型 概述 移动通信系统的性能主要受到无线信道特性的制约。发射机与接收机之间的传播路径一般分布有复杂的地形地物，而电磁波在无线信道中传播受到反射、绕射、散射、多经传播等多种因素的影响，其信道往往是非固定的和不可预见的。具有复杂时变的电波传播特性，因而造成了信道分析和传播预测的困难。影响无线信道最主要的因素就是信号衰减。 在无线通信系统中，电波传播经常在不规则地区。在估计预测路径损耗时，要考虑特定地区的地形地貌，同时还要考虑树木、建筑物和其他遮挡物等因素的影响。在无线通信系统工程设计中，常采用电波传播损耗模型来计算无线链路的传播损耗，这些模型的目标是为了预测特定点的或特定区域的信号场强。 常用的电波传播模型损耗分为宏蜂窝模型和室内模型两大类。其中宏蜂窝模型中使用最广泛的是Okumura 模型，还有建立在Okumura 模型基础上的其他模型，如Okumura-Hata 模型，COST-231-Hata 模型，COST-231 Wslfisch-Ikegami 模型等；室内模型有衰减因子模型，Motley 模型，对数距离路径损耗模型等。下面就着重来讨论这些模型并对部分模型进行仿真分析。 宏蜂窝模型 Okumura 模型 （1）概述 Okumura 模型为预测城区信号时使用最广泛的模型。应用频率在150MHz 到1920MHz 之间（可扩展到300MHz ），收发距离为1km 到100km ，天线高度在30m 到1000m 之间。 Okumura 模型开发了一套在准平滑城区，基站有效天线高度h_b 为200m ，移动台天线高度h_m 为3m 的空间中值损耗（A mu ）曲线。基站和移动台均使用自由垂直全方向天线，从测量结果得到这些曲线，并画成频率从100MHz 到1920MHz 的曲线和距离从1km 到100km 的曲线。使用Okumura 模型确定路径损耗，首先确定自由空间路径损耗，然后从曲线中读出A mu (f,d)值，并加入代表地物类型的修正因子。模型可表示为: AREA m b mu F G h G h G d f A L dB L ---+=)()(),()(50 （） Okumura 发现，
哈尔滨工业大学华德应用技术学院毕业设计（论文） 摘要 本文首先对机器人的国内为发展现状做了介绍，同时根据设计要求对机器人的整体方案进行了分析，包括几何尺寸、驱动芯片的选择和程序的编制。然后从机器人性能要求的角度出发，分别对机器人的运动方式、模型结构和车体成型方式做了比较，最终确定了非完整约束轮驱四轮式移动结构模型——后轮同轴驱动，前轮转向的轮型机器人。 文章对移动机器人硬件结构做了详细的可行性分析及设计，并且做了相应的计算、校核，主要包括：驱动轮电机和转向轮电机的选择及其驱动电路的设计；齿轮的设计计算和校核；转向机构设计和车体的一些机械结构设计等。并且针对本设计所研究的机器人，设计了驱动模块。本设计中，采用增量式光电编码器测量移动机器人后轮的实时转速，进而通过特定算法得到实时电机驱动模块的PWM控制量，实现运动机器人运动的闭环控制。 最后，本文对所作研究和主要工作进行了总结，并将设计的轮型机器人的结构进行联合调试。实验结果表明，该系统性能稳定、可靠，可控制性高，安全性高，达到了本设计的设计要求。 关键词：轮式移动机器人(WMR)；硬件；非完整约束；驱动模块 -I-
哈尔滨工业大学华德应用技术学院毕业设计（论文） Abstract In this paper the development of robot profiles and classification made a presentation According to the design requirements of the robot's overall program for the analysis, including geometry, rapid movement, anti-jamming, operability and maintainability. Then robot performance requirements from the perspective, the robot's movement, Model structure and body molding form of a comparison, finalization of non-refoulement integrity constraint round four mobile model -- coaxial rear-wheel drive nose wheel steering the robot vehicle Based on a mobile robot hardware architecture done a detailed feasibility analysis and design, and the corresponding calculation, checking, including driving wheel motor and steering wheel and the choice of motor drive circuit design; Gear design and verification; Selection and battery charging circuit programming; sensing part of the design; before and after the shock absorber systems, and to design the body and some mechanical structure design. It should also study the design of the robot, to discuss the design of the system reliability Finally, we made to research and the main work of summing up and robot design models of the structure of the joint debugging. Experimental results show that the system is stable, reliable, and can be controlled, safe, meeting the requirements of Design Keywords：Wheeled Mobile Robot (WMR)；Hardware； Nonholonomic Constraints；Move Module 毕业论文（设计）诚信声明本人声明：所呈交的毕业论文（设计）是在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果，论文中引用他人的文献、数据、图表、资料均已作明确标注，论文中的结论和成果为本人独立完 -II-
大学 毕业设计说明书题目：轮式移动机器人结构设计 专业：机械设计制造及其自动化学号： 姓名： 指导教师： 完成日期： 2012年5月30日
大学 毕业论文（设计）任务书论文（设计）题目：轮式移动机器人结构设计 学号：姓名：专业：机械设计制造及其自动化指导教师：系主任： 一、主要内容及基本要求 1：了解轮式移动机器人的原理及其设计： 2：CAD绘图设计，要求A0图纸一张，总共达到两张A0。 3：说明书，要求6000字以上，要求内容完整，计算准确： 4：外文翻译3000字以上，要求语句通顺。 二、重点研究的问题 1：轮式移动机器人转向机构的设计： 2：轮式移动机器人电机的选型
三、进度安排 四、应收集的资料及主要参考文献 [1] 吕伟文.全方位轮移动机构的原理和应用[A].无锡职业技术学院学报,2005，615-17. [2] 赵东斌,易建强等.全方位移动机器人结构和运动分析[B].机器人,2003,9. [3] 李瑞峰,孙笛生,闫国荣等.移动式作业型智能服务机器人的研制[J].机器人技术与应 用,2003,1:27-29. [4] 杨树风.带有机械臂的全方位移动机器人的研制. 哈尔滨工业大学硕士毕业论文，2006. [5] 田宇,吴镇炜,柳长春.开放式三自由度全方位移动机器人实验平台[J].机器人,2002,24 （2）:102-106. [6] 闫国荣，张海兵.一种新型轮式全方位移动机构[J].哈尔滨工业大学学报，2001,33（6）:854-857. [7] 吕伟文.全方位移动机构的机构设计[A].无锡职业技术学院学报，2006.12：03-12. [8] 高光敏,张广新,王宇等.一种新型全方位轮式移动机器人的模型研究[A].长春工程学院学 报,2006,12. [9] 吴玉香，胡跃明.轮式移动机械臂的建模与仿真研究[B].计算机仿真，2006,1（05）. [10] 付宜利,徐贺,王树国.具有新型轮式走行部的移动机器人及其特性研究.高技术通信,2004,12. [11] 付宜利,李寒,徐贺等.轮式全方位移动机器人几种转向方式的研究.制造业自动化,2005,10:5-33. [12] 滕鹏,马履中,董学哲.具有冗余自由度的新型护理机械臂研究.机械设计与研究,2004,1:3-32. [13] 孔繁群，朱方国，周骥平.一种机械手关节联接结构的改进设计[B].机械制造与研究，2005,5:2-16. [14] 蔡自兴编著.机器人原理及其应用. 中南工业大学出版社，1988. [15] 吴广玉，姜复兴编.机器人工程导论.哈尔滨：哈尔滨工业大学出版社，1988. 大学
一、专用周任务 1、通过查资料了解并认识通信新技术; 2、将感兴趣的新技术资料整理成至少5分钟的ppt,并向全班同学做简介; 3、结合本周实践,完成实践报告. 二、主要内容 1、概述 2010通讯展最值得期待的六大新技术应用: (1)三大运营商的4G网络: 对于4G网络以及3G技术的演进,中国移动对于4G技术是最为渴望的,目前他们的TDD-LTE演示网络已经在上海世博园区可以供大众体验.相对于中国移动的激进,中国联通和中国电信在4G网络的发展上就要显得保守很多.广东省中国联通已经拥有了目前下载速度最快的HSPA+网络,而中国电信的EVDO Rev.B网络也是在广东省开始推广,这实际上已经吹响了中国联通以及中国电信大幅度升级自己3G网络的号角,因此我们有理由相信中国联通以及中国电信会将他们在HSPA+以及EVDO Rev.B网络上的最新进展带给大家. (2)物联网应用的崛起: 物联网是新一代信息技术的重要组成部分.物联网的英文名称叫“The Internet of things”,就是“物物相连的互联网”.这有两层意思:第一,物联网的核心和基础仍然是互联网,是在互联网基础上的延伸和扩展的网络;第二,其用户端延伸和扩展到了任何物体与物体之间,进行信息交换和通信.因此,物联网的定义是:通过射频识别(RFID)、红外感应器、全球定位系统、激光扫描器等信息传感设备,按约定的协议,把任何物体与互联网相连接,进行信息交换和通信,以实现对物体的智能化识别、定位、跟踪、监控和管理的一种网络.物联网在手机上的应用十分的丰富. (3)三网融合在手机上的体现: 类似于物联网,三网融合也是国家近期重点发展的新兴产业项目,因此不仅仅是我们的运营商,同时我们的手机厂商也在这上面投入了大量的经历,从现在的情况来看,手机电视的业务已经是其中非常明显的代表了.
南京理工大学电力系统自动装置论文 学院 (系):自动化学院 题目: 小型轮式移动机器人控制系统设计 李胜 指导老师：
摘要 由于传统单任务顺序执行机制不能满足智能轮式移动机器人对控制系统实时性的要求，而且对于复杂系统来说可靠性不高。所以本项目重点设计一套适用于小型轮式移动机器人的控制系统，要求其实时性好，可靠性高，具有灵活的可扩展性和可重构性，以提高它各项功能的响应速度（包括制动、加速、减速、爬坡等）。 本文设计的控制电路实现的传感器功能包括红外传感器、光敏传感器、碰撞传感器等。控制电路实现对两个直流电机的驱动控制。机器人采用这样的控制电路可以完成诸如自主避障、自主循迹等实验。使得轮式移动机器人的实时性好，可靠性高，且因为外部接口具有同用性，故具有灵活的可扩展性和可重构性。 最后对电路进行了调试，证明其满足要求 关键词轮式机器人控制系统调试
目录 1 绪言------------------------------------------------------------------03 1.1 机器人简单知识的介绍-----------------------------------------------03 1.2课题背景-------------------------------------------------------------------------------------------------03 1.3课题来源及目的---------------------------------------------------------------------------------------04 1.4 论文主要内容------------------------------------------------------04 2 小型轮式移动机器人控制电路的总体设计----------------------------------04 2． 1 需求分析-----------------------------------------------------------------------------------------------------------04 2．2 机器人功能的总体结构----------------------------------------------05 3 具体设计-------------------------------------------------------------05 3.1Protel电路设计软件简介----------------------------------------------05 3.2 控制电路的总体设计------------------------------------------------06 3.3各模块具体介绍------------------------------------------------------07 3.4 实验用移动机器人控制电路的PCB图----------------------------------18 4 机器人控制电路的调试-------------------------------------------------19 4．1 直流电机功能调试结果----------------------------------------------19 4．2 红外传感器电路调试结果--------------------------------------------22 4．3 光敏传感器调试结果------------------------------------------------22 4.4 碰撞传感器调试结果-------------------------------------------------23 结论 ------------------------------------------------------------------24 感谢 ------------------------------------------------------------------24 附录控制电路实物图------------------------------------------------------25 参考文献--------------------------------------------------------------26