【精品毕设】轮式机器人电机驱动系统设计

基于视觉导航的轮式移动机器人设计摘要本设计的研究内容是视觉导航轮式移动机器人的底层控制，其核心内容是应用单片机控制步进电机实现机器人的左转弯、右转弯、前进和停止等动作。

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，底层控制，PIC16F877，步进电机VISION-GUIDED WHEELED MOBILE ROBOT（BOTTOM CONTROL）ABSTRACTThe final year project focus on the bottom control for the vision-guided wheeled mobile robot. The core content is to achieve such actions as turning left, turning right, running forward and stopping by using single-chip microcomputer to control stepper motors.The thesis includes four parts: a brief introduction of the-state-of-the-art on mobile robot researches, the framework of the mobile robot system designed in this project, the hardware design and bottom control of vision-guided wheeled mobile robot.Component selection and the principle of circuit design are described in detail for the underlying hardware system of the mobile robot. We choose the PIC16F877 MCU as the slave computer to receive the command from the host computer and to generate the control signals for stepper motors. Stepper motor drive circuits use two stepper motor drivers driver program is written into PIC16F877 microcontroller to control the rotating speed and direction of the stepper motor. Protel, software for circuit and PCB design, is used to design schematic diagram and PCB layout of the bottom control system, and Proteus is used to conduct the simulation experiments for programs and hardware systems testing. The simulation results show that stepper motor can run with stability, high reliability, and the expected motion controls of stepper motor are achieved.KEY WORDS: Mobile robot, motion control, bottom control, PIC16F877; stepper motor前言 (3)第一章移动机器人 (4)§移动机器人的研究历史 (4)§移动机器人的国际现状 (5)§移动机器人研究的国内现状 (7)第2章视觉导航的轮式移动机器人综述 (9)§视觉导航的轮式移动机器人 (9)§视觉导航系统构成及工作过程 (9)§视觉导航的图像预处理 (10)§视觉导航机器人的运动控制 (11)第3章视觉导航轮式移动机器人底层硬件设计 (13)§电子元件的选型 (13)§开关电压调节器 LM7805 (13)§步进电机驱动芯片 L298 (13)§单片机PIC16F877 (14)§步进电机 (16)§电路的设计 (17)§方案论证与比较 (17)§电路图的设计 (18)第4章视觉轮式移动移动机器人的底层控制 (23)§步进电机控制原理 (23)§移动机器人的运动模型 (24)§控制器的软件设计 (26)结论 (29)参考文献 (30)致谢 (32)附录 (33)单片机诞生于20世纪70年代末，经历了SCM、MCU、SoC三大阶段。

摘要本文是以水平井牵引机器人为研究对象展开工作的，主要是对牵引机器人的驱动系统结构进行设计。

水平井牵引机器人具有运输方便、操作简单、输送位置准确等优点，大大降低了井下作业成本水平井牵引机器人作为用于水平井服务最为经济的输送工具越来越受到重视，而且已应用于水平井测井、射孔、打捞等作业，因此它的研究和开发有着广阔的应用前景和良好的社会效益。

本文根据油田水平井的实际工作需要，从整体上对牵引机器人的驱动系统结构和动作组件的两大部分进行了分析，介绍了结构的设计和采取的一些措施，通过对不同方案的论证，进一步说明了这种系统结构的特点。

本文也有重点的介绍了驱动和动作的工作原理。

本文对整个牵引机器人的驱动系统做了具体的分析，并对一些部件进行了系统的设计，并对驱动部分进行了系统的分析，改善了机器人的机械性能。

关键词水平井牵引机器人驱动系统结构调节机构-Ⅰ-AbstractThis paper is horizontal traction robot for research object to start working, is mainly to the traction of the robot drive system structure design. Horizontaltraction robot has convenient transportation, the operation is simple, accurate location advantages of conveying, and greatly reduce the cost of underground work of horizontal traction robot as used in horizontal well service most economic conveying tools more and more attention, and has been used in the horizontal well logging, perforation, salvage etc homework, so its research and development have broad application prospects and good social benefits.According to the actual need of work of horizontal oilfield, from the whole of the traction robots on the drive system structure and action of the two most component was analyzed, and introduces the structure design and adopt some measures, according to the different schemes of argumentation, further illustrates the system structure characteristics. This article also introduced with emphasis driver and action principle of work.In this paper, the whole traction robot drive system made detailed analysis, and some parts of the system design, and to drive part systematically analyzed, improve the robot's mechanical properties.Keywords：horizontal traction robot drive system structure adjusting mechanism-Ⅱ-目录摘要 (Ⅰ)Abstract (Ⅱ)第1章绪论 (1)课题背景 (1)国内外水平井发展状况 (1)国内外水平井测试方法概述 (2)水平井电缆牵引器技术的发展 (3)本章小结 (7)第2章水平牵引机器人牵引机器人研制的意义及内容 (8)水平井测试运载系统研制的目的及意义 (8)设计内容 (9)机械系统的设计 (9)水平井牵引机器人工作流程 (10)本章小结 (12)第3章牵引机器人驱动结构的设计 (13)电机选取 (13)牵引机器人驱动单元的结构 (14)驱动结构设计 (14)爬行模块的常用组合形式 (15)模块化驱动单元的机构原理 (16)牵引力调节机构的力学特性 (16)调节机构的工作过程 (17)调节机构力学模型 (17)越障机构分析 (18)本章小结 (19)第四章牵引机器人动作单元的设计 (20)载重量计算 (20)动作单元工作过程 (20)动作部分 (20)电磁离合器部分 (21)支撑臂受力分析 (23)本章小结 (24)-Ⅲ-结论 (25)致谢 (26)参考文献 (27)附录1 (28)附录2 (30)第一章绪论课题背景随着人类社会的不断进步和科学技术的日益发展，人们对生活质量和工作环境的要求愈来愈高，1961年美国Unimation公司推出了第一台实用的工业机器人,自此，各种机器人或机械手被广泛应用于工业各部门以及服务、医疗、卫生、娱乐等许多领域，对人类的生活产生了深远的影响。

毕业设计（论文）报告题目全向轮机构及其控制设计——Mecanum轮的研究与研制机械工程院（系）机械设计制造及其自动化专业学号学生姓名指导教师起讫日期设计地点摘要随着机器人技术的高速发展，机器人已经在我们的生产生活中起了非常重要的作用。

移动机器人中的全方位轮式移动机器人无需车体做出任何转动便可实现任意方向的移动，并且可以原地旋转任意角度，运动非常灵活。

在此，本文根据国际上流行的麦克纳姆（Mecanum）轮设计方法，对麦克纳姆进行参数设计并设计关键零件制作成可全方位移动的机器人，同时分析其运动学及动力学模型，并设计协调控制电路控制其运动。

实验表明麦克纳姆全向移动机构的运动及转位灵活且不受限于运动空间，应用前景非常广阔。

关键字：全方位轮；麦克纳姆轮；移动机器人；全方位移动机器人AbstractWith the development of robotics, robots have played an important part in our production area. The omnidirectional wheeled mobile mechanism of all can move in all direction without any rotation, and can rotate any angle at the original point flexibly. Based on the international design method for mecanum wheel, some parameters are discussed in the paper, and many key components are designed to make into an omnidirectional mobile robot. Also its kinematical and dynamical model is analyzed, and the control circuit is made out to correspond to the motion. Experiments indicated that mecanum the omnidirectional wheeled mobile mechanism moves and rotates smartly without limits to the space, so a widen application future can be expected.Keywords: omnidirectional wheel; mecanum wheel; mobile robot; omnidirectional mobile robot目录摘要 (I)Abstract (II)序言 (1)第一章全方位移动机构的介绍 (2)第二章麦克纳姆轮的原理及结构 (3)2.1单个轮体运动原理 (3)2.2全方位轮协调运动原理 (3)第三章麦克纳姆轮参数设计 (5)3.1辊子的几何参数的公式推导 (5)3.2辊子的几何参数的设计计算 (9)第四章三维造型与零件加工 (11)4.1辊子的设计加工 (11)4.2辊子的安装轮毂的设计加工 (11)4.3全向移动机器人的总体设计及装配 (12)第五章运动学模型分析 (13)5.1坐标系的建立 (13)5.2轮体的雅可比矩阵 (14)5.3复合方程 (16)5.4运动学逆问题的解 (16)5.5运动学正问题的解 (17)第六章动力学模型分析 (19)6.1复合系统在固定坐标系中的加速度 (19)6.2加速度能的计算 (21)6.3全方位移动机构的动力学方程 (22)第七章四轮协调的控制测试电路 (25)7.1 控制电路的方案选择 (25)7.2 控制电路的设计 (25)7.2.1遥控部分的设计 (25)7.2.2 电机调速设计 (26)7.2.3 驱动电路的设计 (27)第八章研究总结与前景展望 (29)鸣谢 (30)参考文献（References） (31)附录序言随着电子通信与机电控制等技术的高速发展，人们已经开始并不断的尝试将智能机器或机器人以及高效率的工具引入我们工业的各个领域。

轮式移动机器人电机驱动系统的研究与开发韩军;常瑞丽【摘要】以嵌入式运动控制体系为基础,以移动机器人为研究对象,结合三轮结构轮式移动机器人,对二轮差速驱动转向自主移动机器人运动学和动力学空间模型进行了分析和计算,研究和设计了自主移动机器人电机驱动系统,开发了一套二轮差速驱动转向移动机器人电机驱动系统,完成了系统各部件的整体装配和调试.试验结果表明,该设计方案可行、系统运行稳定可靠、成本低廉、所用元件易于购置,具有较好的实用的价值和应用前景.%Taking embedded control system as the foundation and mobile robot as the research ob-ject,the kinematics and dynamics space models of the autonomous mobile robot which is swerved by differ-ential driving for 2 driving wheels are analyzed and calculated, combining the wheeled mobile robot with three wheels.Then the motor driving system of mobile robot is researched and designed and a motor driving system for autonomous mobile robot which is swerved by the differential driving for the 2 driving wlveels is developed.Afterwards the whole assembly of all components and system debugging are accomplished.The results of experiments show that the design scheme is viable, and the system is stable and reliable at work with its lower cost and easy for component purchase, which is valuable in practice and in application.【期刊名称】《机械设计与制造》【年(卷),期】2011(000)009【总页数】3页(P115-117)【关键词】轮式移动机器人;电机驱动;动力学【作者】韩军;常瑞丽【作者单位】内蒙古科技大学机械工程学院,包头014010;内蒙古科技大学信息工程学院,包头014010【正文语种】中文【中图分类】TH16;TP2421 引言轮式机器人作为移动机器的一个代表，在很多领域得到了广泛地应用。

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------------------------------------------------------------------031.1 机器人简单知识的介绍-----------------------------------------------03 1.2课题背景-------------------------------------------------------------------------------------------------031.3课题来源及目的---------------------------------------------------------------------------------------041.4 论文主要内容------------------------------------------------------042 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-----------------------------------------------------------------------------------------------------------042．2 机器人功能的总体结构----------------------------------------------05 3 具体设计-------------------------------------------------------------053.1Protel电路设计软件简介----------------------------------------------053.2 控制电路的总体设计------------------------------------------------063.3各模块具体介绍------------------------------------------------------073.4 实验用移动机器人控制电路的PCB图----------------------------------184 机器人控制电路的调试-------------------------------------------------194．1 直流电机功能调试结果----------------------------------------------194．2 红外传感器电路调试结果--------------------------------------------224．3 光敏传感器调试结果------------------------------------------------224.4 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--------------------------------------------------------------261绪言1.1 机器人简单知识的介绍移动机器人的结构由几个主要部分组成[1]，如图1.1。

方案一：四轮驱动，如图2.6所示：图2.6驱动方案一示意图优点：具有很好的走直线功能，能够提供更大的驱动力。

缺点：由于制造安装等原因，四个轮子很难同时着地，易出现打滑等问题，同时起转弯性能不好。

方案二：两轮驱动，驱动轮在中间，前后各一个万向轮，如图2.7所示：图2.7 驱动方案二示意图优点：转弯半径为零，适用于重心靠中的机器人缺点：由于机器人底盘偏小，前后万向轮距离中间驱动轮太近，机器人启动和停止时晃动较大。

方案三：两轮驱动，驱动轮在前端，万向轮在后端，如图2.8所示：图2.8 驱动方案三示意图优点：转动中心靠前，前端的抓取积木的机构调整的幅度更小，更容易对准积木，夹持积木。

整车稳定性也比方案二好。

缺点：由于制作精度的问题，理论上四个轮在不可能同时着地，因此会有电机出现打滑，使车子走直性能欠缺，从而为控制系统的设计带来麻烦。

另外，电机启动时由于惯性整车容易后仰，驱动轮上的正压力减小，地面提供的摩擦力也减小，所以启动时很容易打滑，启动加速度减小，从而拖延时间。

另外，由于电机等安装配件的重量在整车中占有相当比例，使整车的重心前移，抓取积木后，机器人更容易向前倾倒。

方案四：两轮驱动，驱动轮在后端，万向轮在前端，如图2.9所示：图2.9 驱动方案四示意图优点：能够很好的解决方案三中启动加速度不够的问题，同时重心后移，很好的缓解前倾。

转弯性能较好。

缺点：整车转动中心靠后，前段抓取积木机构的转动半径加长，所以机器人左右微调的幅度扩大，不利于调整对准积木，抓取积木。

同时，四个轮子依然很难保证同时着地，所以仍会出现打滑的现象，对控制带来不便。

方案五：四轮式全方位轮底盘用四个垂直分布的全方位轮作为底盘的驱动。

如图2.10所示优点：在控制上实现前后移动和左右移动都比较容易缺点：一个底盘不容易做到四轮同时着地，若有某一个轮子不着地，控制参数便失去了意义。

如当后轮子不着地的情况下，控制左右移动的输出就可能会成为转动。

图2.10 驱动方案五示意图方案六：三轮式全方位轮底盘以3个呈120度分布的全方位轮做底盘驱动，如图2.11所示优点：比起方案五，能确保底盘的轮子都着地。

毕业设计〔论文〕--机器人链式(行星)越障轮组机构设计机器人链式行星越障轮组机构设计摘要全方位越障车轮组由动力装置、转向装置和驱动轮系组成。

框架上安装了中心轴，中心轴上设有驱动离合器、转向离合器、转臂和中心链轮。

每组车轮组的３个车轮轴线呈等角分布。

当驱动离合器闭合、制动器制动，转向离合器脱开时，且路面对车轮作用力变化的情况下，驱动轮系亦相应转化构成定轴轮系或行星轮系，实现车轮的驱动或越障。

而当制动器脱开，转向离合器闭合时，动力通过啮合齿轮副、转向链轮副和锥齿轮副，使框架相对于车体转动。

关键词：Robot Chain Structure Design Of ClimbingObatacle With Planetary WheelABSTRACTFor determination of perpendicular climbing obstacle capability oflunar rover with planetary wheel , based on simplified mechanics mobelof rover the paper gives the relations between rover parameters and perpendicular climbing obstacleheight under three conditions: simultaneously climbing obstacle by two front wheels, simultaneously climbing obstacle by two rear wheels and climbing obstacle by single wheel. Then imum perpendicular climbing obstacle height of this rover is calculated. Simulation analysis to above three conditions is done. The simulation analysis gives conclusion that theoy inference result is reliable.The design is made on the basis of the demand of the progect .Ourtask is the designing of crucial part of the planetary reducer ,calculating the value of special parameters .Especially , the parameters of sun gear,planetary gear and ring gear,such as gear ratio, module, facewidth, modification coefficient,center distance,and physical dimension, strength and safety factor.are designed.KEY WORDS：planetary 目录前言 1第一章越障机器人概述 2§1.1 越障机器人开展状况 2§1.2 本设计的实施方案 3第二章越障机构的结构形式及传动方案确实定 6 § 6§要参数 6§.传动比分配7§电动机选择7§2.3 齿轮设计7§2.4 齿轮几何尺寸计算10§小齿轮尺寸计算10§大齿轮尺寸计算11第三章越障轮组主要构件设计计算12§3.1 中心轴12§的参数12§.轴的结构设计13§轴的校核15第四章车轮组局部零件设计计算18§4.1车轮轴的设计. 18§的设计图18§4.2 锥齿轮设计 19§装配图. 19§设计计算19§受力分析20§4.3 车轮组的结构形式21§4.4 越障轮组机体结构22第五章轴承计算23§5.1轴承参数23§5.2主传动轴轴承23§球轴承. 24§.深沟球轴承24总结25参考文献26致谢27前言本设计是一种越障车轮组。

摘要随着社会发展和科技进步，机器人在当前生产生活中得到了越来越广泛的应用。

尤其是一种具有道路记忆功能、使用灵活方便、应用范围较广的轮式移动机器人。

本研究是一种基于瑞萨 H8单片机的自循迹轮式智能车的设计与实现，研究具有人类认知机理的环境感知、信息融合、规划与决策、智能控制等理论与方法，本文所述的智能车控制系统可以分为两个大的子控制系统，它们分别是方向控制系统和速度控制系统。

其核心控制单元为瑞萨公司 H8 系列 8位单片机 H8/3048F-ONE，系统采用反射式红外传感器检测赛道白线，在运行过程中能够识别赛道的不同情况，并能够根据信息反馈即时控制智能车的方向和速度，在预定的路径上进行快速移动。

智能车的设计要达到竞速和巡线的目的，竞速环节主要包括动力提供，速度控制两部分；巡线环节包括路面信息，转向控制两部分。

通过对智能车运动模型的建立与分析，本文详细阐述了方向控制系统与速度控制系统等重要控制系统的实现方法，使智能车能够完整通过直道、弯道、坡道和换道的过程，快速稳定的寻白线行驶。

关键词： H8单片机自循迹运动模型控制系统AbstractWith the social development and scientific and technological progress, Robot in the current production and life has been more widely used. In particular, the wheeled mobile robotis with memory function, used of flexible, wide range of application.This study is based on RenesasH8 MCU wheeled self-tracking design and realization of intelligent vehicle, Research of the theories and methods about environmental perception, information fusion, planning and decision-making and intelligent control which like Mechanism of human cognition. This intelligent vehicle control system described can be divided into two major sub-control system, They are the direction and speed control system. The core control unit for the Renesas H8 series of 8-bit microcontroller H8/3048F-ONE. System uses infrared sensors to detect track reflective white lines, during operation to identify the different circumstances circuit. And according to the feedback control the direction and speed of smart cars real-time. Fast moving on the predetermined path. Intelligent vehicle design to achieve the purpose of racing and the transmission line. Racing links include power provided and Speed control; Transmission line links including road information and steering control. Through the movement modeling and analysis on smart vehicle. This paper describes the direction and speed control system and other important realization. So the intelligent vehicle can through the straight, curved, ramp and lane changing process. Fast and stable searching the white lane.Key words：H8MCU self-tracking motion model control system目录摘要 (I)Abstract (II)绪论 (1)1课题要求及总体设计方案 (2)1.1课题要求 (2)1.2课题主要内容及设计方案 (2)1.2.1课题主要内容 (2)1.2.2总体设计方案 (2)2系统硬件设计及实现 (4)2.1硬件组成及各部分作用 (4)2.2舵机的工作原理及驱动 (5)2.2.1舵机的工作原理 (5)2.2.2舵机的驱动 (6)2.2.3舵机的标定和修正 (7)2.3传感器的工作原理及控制 (8)2.3.1传感器的工作原理 (8)2.3.2传感器的采集及处理 (8)2.4电机的工作原理及驱动 (9)2.4.1电机的选择 (9)2.4.2电机的工作原理 (10)2.4.3电机驱动 (10)2.5车体结构 (11)2.5.1硬件电路板的功能需求分析 (11)2.5.2结构需求分析 (12)2.5.3赛道基本要求 (14)3系统软件设计 (15)3.1智能车的数学模型及其控制算法的实现目标 (16)3.2方向计算算法 (16)3.2.1弯道处理 (16)3.2.2换道处理 (17)3.2.3坡道处理 (17)3.2.4过渡处理部分 (17)3.3方向控制算法 (18)3.4速度控制算法 (20)3.4.1赛道分析 (20)3.4.2行驶策略 (20)3.4.3速度给定算法 (21)3.4.4速度闭环 (21)4智能车调试与注意事项 (22)4.1智能车的硬件调试 (22)4.2系统的软件调试 (22)4.2.1单元调试 (22)4.2.2系统的组装调试 (22)4.2.3系统调试 (22)4.3注意事项 (23)结论 (24)致谢 (25)参考文献 (26)附录 (27)绪论智能机器人具有识别、推理、规划和学习等智能机制，它可以把感知和行动智能化结合起来，因此能在非特定的环境下作业。

唐山学院毕业设计设计题目：轮式行走机器人设计系别：机电工程系班级：07测控（2）班姓名：胡朋飞指导教师：王天杰2011年6月8 日轮式行走机器人设计摘要本设计完成了一种基于自动导引小车原理的轮式行走机器人的设计。

该设计的最终效果是让机器小车能通过一系列红外线反射式光电传感器感知一种特制的导引跑道（该导引跑道由反光率高的白色背景和反光率极低的黑色导引线组成），自动寻找路径，并通过三个避障传感器实现避障的功能。

驱动电机采用直流电机，电机控制方式为单向PWM开环控制，控制核心采用51单片机控制系统，控制上采用一块单片机实现信号采集与显示、路线判断和电机控制等功能。

51单片机通过检测由一系列反射式光电传感器探测到的路况信息，按照载入单片机的算法向电机驱动电路发出控制电机转速和转向的指令，控制完成小车的启停、前进、后退、转向和调速等动作，最终使小车能平滑稳定地沿着导引跑道从一个地点向另一个地点的运动。

关键词：导引线反射式光电传感器 PWM 避障The Design of Wheeled RobotABSTRACTThis subject completed a design of wheeled car robot based on the principle of autopilot car. The final effect of this design is to let the machine perceive a special guidance runway（this guidance runway consist of a white background with high reflective rate and a black guide line with low reflective rate ）through a series of infrared reflecting photoelectric sensor and find the path automatically and make the machine realize the obstacle-avoiding function . This system adopts DC motor as the drive motor, the mode of the motor control is one-way PWM open-loop control and the control core adopts 51_series microcomputer control system. In control, we can just use a piece of SCM (Single Chip Micyoco) to realize the function of signal acquisition, route judge and the motor control, etc.The SCM detects the traffic information detected by a series of sensors first, then sends corresponding instructions to motor driver circuit according the algorithm loaded, meanwhile, adjusts the car‟s stat-stop, moving, steering and adjust speed, etc. Finally make the car can arrive from one location to another location along the guidance runway.Keywords: Guide line; reflecting photoelectric sensor; PWM; obstacle avoidance目录1引言 (5)1.1 机器人技术简介 (2)1.2 轮式行走机器人设计简介 (2)2总体方案 (3)2.1 系统方框图介绍 (3)2.2方案论证与比较 (4)2.2.1轨迹探测模块设计与比较 (4)2.2.2数据存储比较 (6)2.2.3刹车机构功能方案比较 (7)3硬件部分设计 (7)3.1电源模块设计 (7)3.2轨迹探测传感器模块设计 (9)3.2.1 轨迹探测传感器的布局及工作方式 (9)3.2.2 TCRT5000的介绍及其工作原理 (10)3.3避障传感器模块设计 (12)3.3.1 避障传感器的布局及工作方式 (12)3.3.2 避障传感器E18-D80NK的介绍和工作原理 (13)3.4单片机模块设计 (14)3.4.1 单片机模块的整体介绍 (14)3.4.2STC89C52单片机的介绍 (14)3.5电机控制模块设计 (16)3.5.1电机控制模块的整体介绍 (16)3.5.2电机控制芯片L298N的介绍 (18)3.6 直流电机及减速箱简介 (19)3.7主电路图及电路板设计 (21)4模块的软件设计和调试 (23)4.1 系统软件设计说明 (23)4.2小车自动导引和避障的软件流程图设计 (23)4.2.1初始化模块 (23)4.2.2 PWM调速模块 (24)4.2.3避障模块 (25)4.2.4 道路识别模块 (26)4.2.5整体流程图 (27)5仿真与制作 (29)5.1 程序的编译调试与仿真 (29)5.2 小车的制作与调试 (31)5.2.1 制作说明 (31)5.2.2 电源模块的制作 (32)5.2.3 轨迹探测传感器模块的制作 (32)5.2.4 避障传感器模块的制作 (33)5.2.5 单片机模块的制作 (34)5.2.6 电机驱动模块的制作 (34)5.2.7 小车整体调试和问题的解决 (35)5.3 结论 (36)6结论与展望 (38)6.1 实现的功能 (38)6.2 使用价值 (38)6.3 展望 (38)谢辞 (40)参考文献 (41)附录 (42)外文资料 (48)1 引言1.1 机器人技术简介机器人（Robot）是自动执行工作的机器装置。

Electronic Technology •电子技术Electronic Technology & Software Engineering 电子技术与软件工程• 99【关键词】机器人 H 桥驱动电路 MOS 管1 电路总体设计1.1 电路总体设计本电路包括电源电路、H 桥电路、MOS 管Q2控制电路、MOS 管Q3控制电路、MOS 管Q7控制电路、MOS 管Q8控制电路。

如图1所示。

1.2 电路基本原理小型轮式机器人直流电机H 桥驱动电路的设计文/宋泽清直流电机由MOS 管Q2、Q3、Q7、Q8驱动。

MOS 管Q2、Q3、Q7、Q8分别由对应的控制电路控制，各控制电路通过对H 桥电路四个MOS 管的控制实现对直流电机的控制。

2 电路设计2.1 电源电路电源电路由12V 电池插座J4、电源开关S1、防反接二极管D9、电解电容C2、瓷片电容C3、开关稳压电源芯片U4、电感L1、二极管D10、电解电容C4、瓷片电容C1、电阻R45及电源指示发光二极管D11组成。

如图2所示。

当开关S1按下时12V 电池电源由插座J4引入，供给H 桥及H 桥MOS 管控制电路，+12V 的电源经过开关稳压芯片U4稳压后为H 桥MOS 管控制电路提供5V 电源。

当开关S1再次按下时，断开系统电源。

2.2 H桥电路设计H 桥电路由MOS 管Q2、Q3、Q7、Q8及通过接线端子J1接入的直流电机组成。

如图2所示。

当MOS 管Q2和Q8导通时，电流从12V 电源正极流过MOS 管Q2、直流电机、MOS 管Q8，然后入地，从而使直流电机正转。

当MOS 管Q3和Q7导通时，电流从12V 电源正极流过MOS 管Q3、直流电机、MOS 管Q7，然后入地，从而使直流电机反转。

当MOS 管Q2和Q3导通或MOS 管Q7和Q8导通时，直流电机接入闭合回路，从而使直流电机制动。

中的每一个基因，随机从[1,2M -1]之间选择一个数字作为初始化分配结果。

(2）控制系统的硬件结构
通过小组初步讨论决定控制计算机使用研华的主机，运动控制卡选用ADT(深圳众为兴）,电机选用伺服电机.
（3）控制系统的软件部分
主要采用VC进行编程，构建一个控制系统平台，在程序中给定坐标后，实现机械手从一点移动到另一点进行上下料的搬运工作。

之所以使用VC，一方面，ADT 的运动控制卡支持VC进行编程，另一方面,使用VC进行编程比较灵活,易于改进和变化。

(4)电路图部分
根据所选的硬件设备,使用Protel进行绘制.
三、作者已进行的准备及资料收集情况
在设计之前，翻阅了多篇关于机器人方面的书籍.对于控制系统的发展及其在机器人上的应用都有了相关的了解，这为建立机器人控制系统的模型做了一些前期准备工作.在此期间，还自学Protel和Solidworks等软件，为控制系统的电路设计和程序设计做好了准备。

还借了《单片机基础》、《48小时精通Solidworks2014》、《工业机器人》等书籍便于今后设计过程翻阅参考。

四、阶段性计划及预期研究成果
1.阶段性计划
第1周：阅读相关文献（中文≥10篇,英文≥1篇），提交文献目录及摘要。

第2周:翻译有关中英文文献，完成文献综述、外文翻译,提交外文翻译、文献综述.
第3~6周：控制系统总体设计，提交设计结果.
第7~11周：硬件元器件的选型、I/O口接线图，提交设计结果
第，12～14周：软件编程,装配图。

第15周：工程图绘制，工程图。

第16周撰写毕业设计说明书，提交论文，准备答辩。

大连理工大学硕士学位论文目录摘要………………………………………………………………………………………………………………ＩＡｂｓｔｒａｃｔ……………．………．．．．．…．………．…．．…．…．…．…………………．．．．．．．………………………．………ＩＩ１绪论……………………………………………………………………………………ｌ１．１课题研究的背景及意义………………………………………………………１１．２移动机器人的发展历史及趋势………………………………………………ｌ１．２．１国内外移动机器人的发展历史………………………………………１１．２．２移动机器人的新发展与发展趋势……………………………………３１．３本文主要研究内容………‰…………………………………………………３２移动机器人的体系结构设计…………………………………………………………５２．１移动机器人的机械结构设计和运动学模型建立……………………………５２．１．１移动机器人的机械结构………………………………………………５２．１．２移动机器人的运动学模型……………………………………………５２．２移动机器人的控制系统设计…………………………………………………７２．２．１主控制器模块…………………………………………………………７２．２．２驱动模块………………………………………………………………９２．２．３ＰＬＣ模块……………………………………………………………．．１２２．２．４相机姿态调整模块…………………………………………………．．１９２．２．５测距模块……………………………………………………………一２０２．２．６通信模块……………………………………………………………一２２２．２．７电源模块………………………………………………………………２５３Ｂａｃｋ—Ｓｔｅｐｐｉｎｇ算法在移动机器人轨迹跟踪中的研究……………………………２６３．１移动机器人路径规划与轨迹跟踪…………………………………………．２６３．１．１路径规划………………………………………………………………２６３．１．２轨迹跟踪………………………………………………………………２７３．２Ｂａｃｋ—Ｓｔｅｐｐｉｎｇ算法…………………………………………………………２７３．２．１基于Ｌｙａｐｕｎｏｖ稳定性的最优状态反馈控制器……………………．２８３．２．２Ｂａｃｋ—Ｓｔｅｐｐｉｎｇ算法的设计思想……………………………………．．２９３．３Ｂａｃｋ—Ｓｔｅｐｐｉｎｇ算法在基于运动学模型的轨迹跟踪中的实现……………３ｌ３．４实验结果及分析……………………………………………………………．３４３．５本章小结……………………………………………………………………．３６４连续曲率曲线路径在局部路径规划中的研究……………………………………．．３７轮式移动机器人系统设计及控制研究４．１局部路径规划中的连续曲率曲线的建立…………………………………．３７４．１．１直角坐标系中连续曲率曲线的建立方法……………………………３７４．１．２连续曲率曲线算法在移动机器人局部路径规划中的实现…………４１４．２实验结果及分析……………………………………………………………．４３４．３本章小结……………………………………………………………………．４５５基于模糊控制算法的移动机器人直线轨迹跟踪…………………………………．４６５．１模糊控制理论………………………………………………………………．４６５．１．１模糊控制的概念……………………………………………………一４６５．１．２模糊控制的优点……………………………………………………一４６５．２模糊控制系统………………………………………………………………．４７５．２．１模糊控制系统的组成………………………………………………．．４７５．２．２模糊控制器的设计…………………………………………………．．４８５．３模糊控制算法在移动机器人轨迹跟踪中的实现…………………………．４９５．３．１输入输出量模糊语言及其隶属度的建立…………………………一５０５．３．２模糊控制规则的设定………………………………………………。

大学生创新活动项目结题论文项目题目螺旋轮式管道机器人设计及其制作项目编号学院信息与机电工程学院项目负责人金露娜项目成员联系方式指导教师完成时间2010年10月螺旋轮式管道机器人设计及其制作摘要本设计的主要内容是螺旋推进管道机器人的组成及工作原理,对机器人的机械结构进行了设计,并且分析了其在弯管内的几何与运动约束条件。

新型的旋转体和保持体结构的设计,使此管道机器人具有较大的牵引力和移动速度。

机器人采用节段式设计,使得其具有强大的功能扩展性。

在制冷、化工、核电站等领域,采用常规方法对小型管道检测存在中毒、辐射等危险,且费时费力。

因此,小型管道机器人在细小管道检测方面具有良好的应用前景,并且其机械结构具有较高的实用价值和学术意义。

螺旋轮式管道机器人特点：轮式行走具有结构简单、行走连续平稳的特点。

关键字：管道轴螺旋推进管道机器人旋转体管道检测机械结构目录第一章绪论 (3)§机器人的定义及其组成 (3)§机器人的发展历程 (4)§机器人在各大领域的应用 (5)§螺旋轮式管道机器人 (6)第二章机器人总体方案设计 (7)§ (7)§机械结构 (7)第三章机器人系统控制 (14)第四章机器人制作过程 (16)第五章设计总结 (18)参考文献 (21)正文第一章绪论§机器人的定义及其组成1920年，捷克剧作家卡雷尔•卡佩克发表了科幻剧本《罗萨姆的万能机器人》，他在说剧本中首次提出了“机器人（Robot）”这个词，并且把机器人描绘成像人一样工作的机器，不知疲倦地工作。

自此之后，不仅“机器人（Robot）”这个词广泛的流行，而且设计制造机器人的活动也异常风行。

现在，国际上对机器人的概念已经逐渐趋近一致。

一般说来，人们都可以接受这种说法，即机器人是靠自身动力和控制能力来实现各种功能的一种机器。

联合国标准化组织采纳了美国机器人协会给机器人下的定义：“一种可编程和多功能的，用来搬运材料、零件、工具的操作机；或是为了执行不同的任务而具有可改变和可编程动作的专门系统。

《新型轮腿式机器人的设计与仿真》篇一一、引言随着科技的不断发展，机器人技术已经成为当今研究的热点之一。

在众多机器人类型中，轮腿式机器人因其具有灵活的移动能力和良好的适应性，受到了广泛关注。

本文旨在设计并仿真一款新型轮腿式机器人，以期为相关研究提供参考。

二、新型轮腿式机器人的设计1. 结构设计新型轮腿式机器人结合了轮式和腿式机器人的特点，具备灵活的移动和适应能力。

机器人采用模块化设计，主要包括机身、轮腿结构、驱动系统等部分。

机身设计为轻量化结构，以降低能耗和提高运动性能。

轮腿结构采用多级调节方式，以适应不同地形。

2. 运动学设计机器人采用轮腿协同运动方式，根据地形和任务需求，可实现轮式、腿式以及轮腿混合式等多种运动模式。

运动学设计考虑了机器人的运动范围、速度、加速度等因素，以保证机器人具有较好的运动性能。

3. 控制系统设计控制系统是机器人的核心部分，采用模块化、分层式设计。

上层控制器负责任务规划、路径规划和协调控制等任务；下层控制器负责驱动系统和传感器数据的处理与控制。

此外，控制系统还具备实时监控、故障诊断和自我保护等功能。

三、仿真与分析1. 仿真环境搭建采用专业的机器人仿真软件，搭建了新型轮腿式机器人的仿真环境。

仿真环境包括地形模型、传感器模型、控制系统模型等，以模拟真实环境中的运动和任务执行情况。

2. 仿真结果分析在仿真环境中，对新型轮腿式机器人进行了多种地形下的运动性能测试。

结果表明，机器人具有较好的运动性能和适应性，能够根据地形和任务需求，实现轮式、腿式以及轮腿混合式等多种运动模式。

此外，机器人的控制系统表现稳定，能够实现对机器人的精确控制和协调。

四、结论本文设计了一种新型轮腿式机器人，并通过仿真验证了其良好的运动性能和适应性。

该机器人结合了轮式和腿式机器人的优点，具有灵活的移动能力和良好的适应性。

此外，采用模块化、分层式的设计思路，使得机器人具有较好的可扩展性和维护性。

未来可以进一步优化机器人的结构和控制系统，以提高其运动性能和适应性，为实际应用提供更好的支持。

一种轮式移动机器人的控制系统设计毕业论文第一章绪论1.1移动机器人技术概述机器人是一自动的、位置可控的、具有编程能力的多功能操作机。

机器人技术涉及计算机技术、控制技术、传感器技术、通讯技术、人工智能、材料科学和仿生学等多类学科。

作为机器人学的重要分支，移动机器人能够运动到特定位置，执行相应任务，具备环境感知、实时决策和行为控制等功能，拥有很高的军事、商业价值。

移动机器人按运动方式分为轮式移动机器人、步行移动机器人、履带式移动机器人、爬行机器人等;按功能和用途分为医疗机器人、军用机器人、清洁机器人等;按作业空间分为陆地移动机器人、水下机器人、无人飞机和空间机器人。

1.2移动机器人控制技术研究动态1.2.1移动机器人控制技术发展概况步入21世纪，随着电子技术的飞速发展，机器人用传感器的不断研制、计算机运算速度的显著提高，移动机器人控制技术逐步得到完善和发展。

移动机器人从最初的示教模仿型向具备环境信息感知、在线决策等功能的自治型智能化方向发展。

移动机器人控制系统性能不断提高，各类新型移动机器人也纷纷面世。

步行式机器人是指按照迈步方式前进的移动机器人，由于符合动物的行进模式，可很好的在自然环境中运动，具有较强的越野性能。

如美国NAAS资助研制的丹蒂行走机器人，主要用于远程机器人探险，其控制系统涉及环境感知、障碍物监测、机械臂控制和超远程遥操作等多方面技术。

丹蒂计划的最终目标是，为实现在充满碎片的月球或其它星球的表面进行探险提供一种运动机器人解决方案。

轮椅机器人是指使用了移动机器人技术的电动轮椅。

德国乌尔姆大学开发一种智能轮椅机器人，使丧失行动能力的人也能外出“走动”。

该轮椅机器人，能够自动识别和判断出行驶的前方是否有行人挡路，或是否可能出现行驶不通的情况，自动采取绕行动作，并能够提醒挡路的行人让开道路。

该机器人的控制系统，综合运用了多传感器信息融合、模式识别、避障、电机控制和人机接口等技术。

第一章绪论消防机器人是指能在高温、强热辐射、浓烟、地形复杂、障碍物多、化学腐蚀、易燃易爆等恶劣条件下进行灭火和救援工作的移动机器人。

《轮式畜牧机器人结构设计与轨迹跟踪控制研究》篇一一、引言随着科技的不断进步，农业自动化和智能化已经成为现代畜牧业发展的趋势。

轮式畜牧机器人作为一种新型的畜牧业工具，其结构设计与轨迹跟踪控制的研究显得尤为重要。

本文旨在探讨轮式畜牧机器人的结构设计及其轨迹跟踪控制方法，以提高畜牧业的效率和减少人工成本。

二、轮式畜牧机器人结构设计1. 整体结构设计轮式畜牧机器人主要由移动底盘、驱动系统、控制系统、传感器系统等部分组成。

其中，移动底盘是机器人的基础结构，负责支撑整个机器人的重量和实现移动功能。

驱动系统包括电机、传动装置等，负责驱动机器人进行移动。

控制系统是机器人的大脑，负责控制机器人的各项动作。

传感器系统则用于获取环境信息，为机器人的运动提供依据。

2. 关键部件设计（1）移动底盘设计：移动底盘是轮式畜牧机器人的基础，应具有承载能力强、稳定性好、越野性能好等特点。

设计时需要考虑底盘的材质、尺寸、重量等因素，以及与电机、传动装置等的配合。

（2）驱动系统设计：驱动系统是轮式畜牧机器人的动力来源，需要选用高效、可靠的电机和传动装置。

电机应具有较高的扭矩和速度控制精度，以满足机器人在不同环境下的运动需求。

传动装置则需要具有良好的传动效率和稳定性。

（3）控制系统设计：控制系统是轮式畜牧机器人的大脑，需要选用高性能的控制器和传感器。

控制器应具有较高的计算能力和控制精度，能够实现对机器人运动的高效控制。

传感器则用于获取环境信息，为机器人的运动提供依据。

三、轨迹跟踪控制研究1. 控制算法设计轨迹跟踪控制是轮式畜牧机器人的关键技术之一。

为了实现精确的轨迹跟踪，需要设计合适的控制算法。

常见的控制算法包括PID控制、模糊控制、神经网络控制等。

PID控制算法具有简单、易实现、效果好等优点，适用于大多数情况下的轨迹跟踪控制。

模糊控制和神经网络控制则具有更强的适应性和学习能力，适用于复杂环境下的轨迹跟踪控制。

2. 控制器实现控制器是实现轨迹跟踪控制的关键部分。

展馆导游机器人轮式行走系统设计目录1 引言 (1)1.1 导游机器人的研究意义 (1)1.2 轮式行走机构的研究现状 (1)1.3 导游机器人的研究热点 (3)1.4 本课题的来源和研究内容 (3)2 驱动部分设计 (6)2.1 设计概述 (6)2.2 驱动电机的选择 (6)2.3 减速器的设计 (8)2.4 驱动轴的设计 (17)3 转向部分设计 (19)3.1 转向电机的选择 (19)3.2 转向支架的设计 (21)4 轮和底板的设计 (23)4.1 车轮的选用和设计 (23)4.2 车轮的安装 (23)4.3 底板的设计 (24)结束语 (25)致谢 (26)参考文献 (27)1 引言1.1 导游机器人的研究意义第一台的工业机器人是美国在1961年推出的，现在，随着社会的不断发展，机器人技术已经涉及到了很多的领域，譬如：传感器技术、控制工程、精密机械、动力学、计算机科学技术、人工智能等领域。

机器人也是自二十世纪以来发展的十分迅速的一个重要的高科技领域，它是各个学科的前沿技术的应用。

机器人的出现与发展使得传统工业生产的方式发生了翻天覆地的变化，让我们的生产方式从手工作业发展到机械化、自动化到现在的智能化。

进入本世纪之后，人类已经发现机器人已经不知不觉的逐渐的开始深入到工业、服务、医疗、卫生、娱乐等方面[1]。

导游机器人的研究不是一门专业的科学，它是由很多学科相互渗透，相互交叉的。

对导游机器人的研究具有非常广的应用前景和巨大的理论价值。

现在，导游机器人己经被我们当作为一种服务的工具。

如今，随着我们生活水平的提高和科学技术的快速发展，机器人的用处已经越来越广泛，它可以承担各种工作。

机器人以前都是在工厂和车间里工作的，现在已经开始走向室外、大海甚至是太空。

具有人工智能的自主式机器人正在向制造业以外的方向扩展，这些非制造业包括了航空、深海探测、军事侦察和打击、建筑、救护医疗、家庭服务、农业生产、自动化办公和自然灾害救援等，如飞行机器人、海难救援机器人、化肥和农药喷撒空中机器人、护理机器人等[2]。

绪论1.1 课题目的与意义机器人是近几十年来快速发展起来的高新技术产品，其涉及自控技术、电力电力、传感器、机械、无线网络和人工智能等多学科的内容。

在很多国家，尤其是发达国家，机器人的使用范围已经越来越广，因为机器人能够协助或取代人类的工作，能够自动化的运行生产作业，可以重复高危险，高强度的工作，使生产质量得到了提高，增加了生产效率。

随着各个学科的发展，机器人的应用范围也在扩大，从国防到空间探索，从能源采集到抢险救灾，从交通管理到医疗救助，都有机器人的身影。

所以，机器人已经成为人类生活和生产发展中不可或缺的一部分了。

机器人是一类用于接受人类的命令完成相应的动作，也可以自动执行预设程序来完成相应的任务，且具有可编程能力的机器装置。

但是在生活中，机器人并不像电影里表现的那样无所不能、和人类相似的地步。

在目前科技发展的水平，即使机器人有人类的外形，但是其人工智能水平远远在人类之下，而且大多数的机器人并不具有人类的外形。

一般来说，机器人能够增加生产效率、提高产品质量的和改善人类生活的方便程度。

所以，机器人是一个协助或取代人类工作的的机械装置。

现在的用于工业的机器人起源于数控机床和遥操作控制器。

遥操作控制器是一类允许操作者在一定距离内执行某一操作的设备。

它是在二战期间为处理放射性物质而研发的。

操作人员和需要处理的放射性物质被一堵混泥土墙隔开，在墙上有几个可供观测的小孔孔。

此时，遥操作控制器代替人的手，其里面装有一对夹子，是从动件：遥操作控制器外面装有两个手柄，是主动件。

夹子和手柄是由有6自由度机械装置连接在一起，为主动件和从动件提供任意位置的运动。

在1947年，第一台伺服电机驱动的遥操作控制器研发完成。

第一台通用工业机器人在60年代被George Devol研制出来，这是一台将遥操作控制器与数控铣床的伺服轴结合起来的设备。

工作人员控制机器人沿着一系列点运动。

之后把这些点的坐标用数字形式保存起来，机器人可以再次完成这些点的坐标的运功。