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
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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
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
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
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
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
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
轮式机器人设计论文 学院：电气信息工程系 班级：15级电气自动化1班 姓名：奉志强 学号：201512021049
一、摘要 随着计算机技术的发展，计算机已经深入到了各个领域，单片机作为计算机的一个很重要的分支，自问世以来就广泛受到了了人们的关注，单片机体积小、质量轻、抗干扰能力强、性价比高。随着人工智能研究烦人不断深入，促进了智能控制的发展，智能机器人的研究也越来越得到人们的重视。智能机器人被应用到了各个领域，如今智能机器人已经成为一个学科，人们对机器人的要求不同，于是出现了各种各样的机器人，本文讨论的是一种基于手机蓝牙遥控的遥控轮式机器人（智能小车）。 二、关键字 底盘、驱动、单片机、PWM、蓝牙、红外避障、 三、轮式机器人整体设计 首先轮式机器人是基于手机蓝牙进行控制，轮式机器人底盘采用履带式的底盘，电机驱动采用L298N双H桥电机驱动芯片，STC15F2k60S4单片机作为主控芯片，采用红外避障模块检测障碍物。 四、底盘 底盘采用的是履带式的橡胶底盘，并且是后驱方式进行驱动机器人，因此只需要两个直流减速电机即可，只需要一块L298N芯片就可以达到运动的效果。履带式底盘具有稳定性好的有点，控制简单。 五、硬件电路设计 1、电源电路： 电源电路采用7805三端集成稳压器，输入VI端输入VS电压范围7~37v； 最大输出电流1.5A。输入端采用100UF电容滤除高频信号，输出电压为5V，输出端采用100UF电容稳定负载电路带来的电压波动。 2、驱动电路： 单片机STC15f2k60s4输出的PWM (脉宽调制)信号的电压值很小,没法使
直流电机工作,往往电机启动时的电流要达1A左右，因此要利用驱动芯片 L298以及一些逻辑器件构成的驱动模块来放大PWM的信号电压值。 驱动芯片的外围电路结构如下图所示。L298的工作模式分为卑极性模式和双极性模式两种。单极性工作模式是指在PWM周期中,电机两端的电压为同极性电压,如正极性电压。双极性工作模式是指在PWM周期中,电机两端的电压为正负极性变化的,一端为正极性电压,另一端为负极性电压。在本设计论文的设计中该系统应用的是双极性工作模式。 恒压恒流桥式2A 驱动芯片L298N ?芯片桥式驱动器双路298 ?电机类型:全桥 ?输出数:4 ?输出电流:2A ?输出电压:46V ?驱动器封装类型:Multiwatt ?针脚数:15 ?电源电压最小值:4.5V ?电源电压最大值:7V ?工作温度最小值:-25°C ?工作温度最高值:130°C L298 是比较常见的是15 脚Multiwatt 封装的L298N，内部同样包含4 通道逻辑驱动电路，具有放大电流、独立驱动两个电机的特点。。可以方便的驱动两个直流电机，或一个两相步进电机。L298N 可接受标准TTL 逻辑电平信号VSS ，VSS 可接4 ．5～7 V电压。4 脚VS 接电源电压，VS 电压范围VIH 为＋2．5～46 V。输出电流可达2．5 A，可驱动电感性负载。1 脚和15 脚下管的发射极分别单独引出以便接入电流采样电阻，形成电流传感信号。L298 可驱动2 个电动机，OUT1，OUT2 和OUT3，OUT4 之间可分别接电动机。5，7，10，12 脚接输入控制PWM信号，控制电机的正反转。EnA，EnB 接控制使能端，控制电机的停转。 内部结构框图：
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。
第05章大臂结构设计 手臂部件是机械手的主要握持部件。它的作用是支撑腕部和手部(包括工件或工具)，并带动它们作空间运动。 臂部运动的目的:把手部送到空间运动范围内的任意一点。如果改变手部的姿态(方位)，则用腕部的自由度加以实现。因此，一般来说臂部具有三个自由度才能满足基本要求，即手臂的伸缩、左右回转和升降(或俯仰)运动。 手臂的各种运动通常用驱动机构和各种传动机构来实现，从臂部的受力情况分析，它在工作中既直接承受腕部、手部和工件的静、动载荷，而且自身运动有较多，故受力复杂。因而，它的结构、工作范围、灵活性以及抓种大小和定位精度等直接影响机械手的工作性能。 5.1臂部设计的基本要求 臂部设计首先要实现所要求的运动，为此，需满足下列各项基本要求。 (1)臂部应承载能力大、刚度好、自重轻 对于机械手臂部或机身的承载能力，通常取决于其刚度。一般结构上较多采用悬伸梁形式。显然伸缩臂杆的悬伸长度愈大，则刚度愈差。而且其刚度随着臂杆的伸缩不断变化。对机械手的运动性能、位置精度和负荷能力等影响很大。为提高刚度，除尽可能缩短臂杆的悬伸长度外，尚应注意以下几个方面： 1)根据受力情况，合理选择截面形状和轮廓尺寸 臂部和机身通常既受弯曲(而且不仅是一个方向的弯曲)，也受扭转，应选用抗弯和抗扭刚度较高的截面形状。 2)提高支承刚度和合理选择支承建的距离 臂杆或机身的变形量不仅与本身刚度有关，而且与支承间的刚度和支承间的距离有很大关系。 要提高支承刚度，除从支座的结构形状、底板的刚度，以及支座与底板的连接刚度等方面考虑外，特别注意提高配合面间的接触刚度。 3)合理布置作用力的位置和方向 在设计臂部时应结合具体受力情况，设法使各作用力引起的变形相互抵消。 4)注意简化结构 在设计臂部时，元件越多，间隙越大，刚性就越低，因此应尽可能使结构简单，
171 随着机器人控制技术的不断进展。针对机器人控制系统结构封闭的缺点。研发“具备统一的开放控制系统结构的机器人”是拓展机器人控制系统的必由之路。这几年来,我国863计划中对以智能机器人这方面为主题,已开始确立项目进行研究。开放式结构机器人控制系统是指设计控制系统每个层次都对使用者开放。可以方便使用者的扩展和改进其性能。 由于适用于机器人控制系统的软、硬件种类繁多,再加上现代科技水平的迅猛发展,虽然开发一个标准化的、结构完全开放的机器人控制系统还很不容易。但应用现成的技术,摆脱现有机器人控制系统封闭的结构限制,开发一类结构开放性、功能模块化及标准化机器人控制系统还是可行的。因此,如何高效地将如图像处理、声音识别、最优控制及人工智能等领域的研发成果应用到机器人控制系统的实时操作中,将是一项富有挑战性的研究工作。本文详细地阐述了一个基于单片机智能机器人控制系统的设计与实现技术,即主要通过使用传感器技术获取作业环境简单信息,然后再采用单片机控制技术对机器人的动作进行控制,使其具有寻迹与避障行为能力。 1 设计功能原理与算法 1.1 寻迹的原理 本文采用黑白反衬底板和红外检测法,即利用传感检测器红外 线对不同颜色的物体表面具有不同同的反射的特性。在机器人行进中传感检测器连续发射外光到路面,当红外光照射到白色底板时产生漫反射,安装在机器人上的传感检测器中的接收管就接收反射光。如果照射到黑色轨迹(用黑色胶带制作),则黑色胶带吸收了红外光,机器人上传感检测器中的接收管就接收不到红外光。单片机控制系统就根据传感检测器中的接收管是否收到反射回来的红外 光来确定黑色轨迹的位置和机器人的行进路径。红外传感器检测距离有限,应在102cm,左右为最佳。 1.2 避障原理 本项目采用类似胡须的触觉传感器。其实就是每条胡须都是一个机械式的、接地常开的单刀单掷开关器,当机器人准备停车时会漫漫前行,当遇到障碍物时,就会触碰到这个开关即开或合使之闭合,再反馈给单片机,进而单片机通过程序控制机器人避开障碍物,停止前行。 1.3 直流电机PWM调速原理 PWM是一种可通过脉宽来调制直流电机速度的典型而常用的手段。其基本原理是用改变电机电枢(定子)电压的接通和断开的时间比(占空比)来控制马达的速度。在PWM脉宽调速系统中。通电使电机速度增加;断电使电机速度减低。只要按照统一的规律变化通电与断电的时间。即可使电机的速度达到并保持一个稳定值。 1.4 PID电机控制算法 PID是一个闭环控制算法。因此要实现PID算法,必须在硬件上具有闭环控制,就是得有反馈。比如控制一个电机的转速,就得有一个测量转速的传感器,并将结果反馈到控制路线上。PID即比例(P)、积分(I)、微分(D)控制算法。 1.5 软件抗干扰技术——看门狗 看门狗(watchdog timer),是一种电路,具有监视并恢复程序正常运行的功能,是一个定时器电路,作用就是当系统“跑飞”而进入死循环时,恢复系统的运行。它有一个输入端和一个输出端,输入端又叫喂狗端,输出端接到MCU的RST端。微控制单元(MCU)正常执行一遍后,会清零到看门狗计数器。程序流程定期将其复位清零,如果系统在某处卡死或跑飞,将执行一些复位操作,使系统恢复正常的工作状态,即在程序没有正常运行期间,如期复位看门狗以保证处理器重新启动。 工作原理:设一系统程序完整运行一周期的时间是Tp,看门狗的定时周期为Ti,要求Ti>Tp。在程序运行一周期后,修改定时器的计数值,只要程序正常运行,定时器就不会溢出。 若由于干扰等原因使系统不能在Tp时刻修改定时器的计数值,定时器将在Ti时刻溢出,引发系统复位,使系统得以重新运行,从而起到监控作用。所以在使用有看门狗的芯片时要注意清看门狗。软件的可靠性一直是一个关键问题。硬件看门狗是利用了一个定时器,来监控主程序的运行。 2 总体方案设计 本系统设计是基于AT89C2051单片机的轮式移动机器人,采 作者简介:李冰冰(1981-) 辽宁锦州人,淮北职业技术学院讲师,计算机工程硕士,研究方向:计算机辅助设计、电子与自动化。 轮式智能机器人总体设计方案 李冰冰 (淮北职业技术学院电子信息工程系 安徽淮北 235000) 摘要:设计了轮式智能机器人总体技术方案,阐述了整个系统的软硬件基本构成。方案运用了行为分析机器人技术,在硬件方面,分析了前向通道和后向通道的概念,采用了红外传感器和触觉传感器多传感器硬件融合技术;在软件方面,重点研究了寻迹与避障原理、PID算法原理和PWM电机调速原理。 关键词:轮式机器人 系统设计 向前通道中图分类号: TP242.6 文献标识码: A 文章编号: 1007-9416(2013)05-0171-02 图 1 系统方案设计框图