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多路径识别的智能循迹机器人设计与实现
作者：陈杨阳， 蔡建羡， 刘智伟， 乔志龙， CHEN Yang-yang， CAI Jian-xian， LIU Zhi-wei， QIAO Zhi-long
作者单位：陈杨阳,乔志龙,CHEN Yang-yang,QIAO Zhi-long(北方工业大学机电工程学院,北京,100041)， 蔡建羡,刘智伟,CAI Jian-xian,LIU Zhi-wei(防灾科技学院防灾仪器系,河北三河,065201)
刊名：
测控技术
英文刊名：Measurement & Control Technology
年，卷(期)：2014,33(12)
引用本文格式：陈杨阳.蔡建羡.刘智伟.乔志龙.CHEN Yang-yang.CAI Jian-xian.LIU Zhi-wei.QIAO Zhi-long多路径识别的智能循迹机器人设计与实现[期刊论文]-测控技术 2014(12)。
循迹机器人控制器的硬件设计与实现的开题报告一、选题背景与意义循迹机器人是现代机器人技术中的一项重要应用，可以被广泛用于自动导航、智能巡航、工业自动化等领域。
循迹机器人的基本结构为一个小车和配备在小车底部的感光传感器，通过感光传感器采集路面信息，小车控制器根据路面信息对小车的运动轨迹进行控制，以达到“自动驾驶”的目的。
循迹机器人控制器是循迹机器人的核心部件，通过控制器可对循迹机器人进行自动驾驶、巡航等操作。
因此，本文将研究循迹机器人控制器的硬件设计与实现，旨在提高循迹机器人的自动控制和智能化水平。
二、研究内容本文研究内容为循迹机器人控制器的硬件设计和实现。
主要包括以下几个方面：1. 循迹机器人的工作原理和系统结构研究2. 循迹机器人控制器的主要功能与指标研究3. 循迹机器人控制器电路设计4. 循迹机器人控制器PCB设计5. 循迹机器人控制器硬件测试和验证三、研究方法和技术路线本文研究方法主要为实验研究和理论分析相结合的方法。
具体步骤如下：1. 理论研究：阅读相关文献，了解循迹机器人系统结构和工作原理，分析循迹机器人控制器的主要功能和指标。
2. 硬件设计：根据循迹机器人控制器要求和功能需求，进行电路设计。
电路设计主要包括电源电路设计、感光传感器信号处理电路设计等。
3. PCB设计：根据电路设计，进行PCB设计和布线，制作出循迹机器人控制器的PCB板。
4. 硬件测试和验证：对循迹机器人控制器进行硬件测试和验证，验证循迹机器人控制器的功能和性能是否满足实际需求。
四、预期成果通过本文的研究，预计可以实现以下几点成果：1. 掌握循迹机器人控制器的工作原理和系统结构2. 实现循迹机器人控制器的硬件设计和实现3. 验证循迹机器人控制器的功能和性能，推广循迹机器人技术的应用五、进度安排本文的研究计划为一个学期，预计研究进度安排如下：1. 第一周：查阅相关文献，确定研究方向和内容2. 第二周至第四周：进行理论研究和方案设计，制定实验方案3. 第五周至第七周：进行电路设计和PCB设计4. 第八周至第九周：制作出循迹机器人控制器的PCB板5. 第十周至第十二周：进行循迹机器人控制器硬件测试和验证6. 第十三周至第十四周：整理实验数据和分析结果7. 第十五周至第十六周：编写开题报告六、参考文献1. 杨伟民，刘传明, 循迹机器人及其控制技术，电子技术与软件工程，2006年06期2. 潘强，刘怀苗, 基于AVR单片机的循迹小车控制算法研究，计算机应用，2011年S1期3. 王旭红，李亚平，孙云峰，基于ARM的循迹智能小车设计，电子技术应用，2014年02期。
《多种方法实现机器人循迹》教学设计一、教学目标1、让学生了解机器人循迹的基本原理和概念。
2、使学生掌握多种机器人循迹的方法和技术。
3、培养学生的动手实践能力和创新思维。
4、增强学生解决问题的能力和团队合作精神。
二、教学重难点1、重点（1）掌握常见的机器人循迹传感器的工作原理和使用方法，如光电传感器、红外传感器等。
（2）理解不同循迹算法的原理和实现方式，如基于阈值判断的简单算法、PID 控制算法等。
2、难点（1）如何根据实际情况选择合适的传感器和算法来实现高效准确的循迹。
（2）在实际编程和调试过程中，解决因环境变化和硬件差异导致的循迹问题。
1、讲授法讲解机器人循迹的基本概念、原理和方法，让学生对相关知识有初步的了解。
2、演示法通过实际演示机器人的循迹过程，让学生更直观地感受循迹的效果和问题。
3、实践法安排学生进行实际的机器人循迹实验，让他们在实践中掌握知识和技能，培养解决问题的能力。
4、讨论法组织学生针对实验中遇到的问题进行讨论，共同寻找解决方案，培养团队合作和创新思维。
四、教学准备1、教学设备准备若干套机器人循迹实验设备，包括机器人本体、传感器、控制器、电源等。
2、教学软件安装相关的编程软件和调试工具，如 Arduino IDE、Mixly 等。
准备相关的教学课件、实验指导书、参考书籍等。
五、教学过程1、课程导入（15 分钟）通过展示一些机器人循迹的应用实例，如自动导航的物流机器人、无人驾驶汽车等，引发学生的兴趣，提出问题：机器人是如何实现沿着特定轨迹行走的？从而引出本节课的主题——多种方法实现机器人循迹。
2、知识讲解（30 分钟）（1）介绍机器人循迹的基本概念和原理，包括轨迹的定义、传感器的作用、控制算法的目标等。
（2）讲解常见的循迹传感器，如光电传感器、红外传感器等，包括它们的工作原理、特点和适用场景。
（3）介绍不同的循迹算法，如基于阈值判断的简单算法、PID 控制算法等，讲解它们的基本原理和实现方式。
机器人循迹活动设计活动一：选择搭建材料完成机器人制作活动目标：1.选择机器人搭建材料。
2.尝试组装机器人，安装主机、电机和光电传感器。
活动器材：乐高器材，主机、马达、传感器等等活动描述：通过已有学习机器人的基础，完成机器人的组装，遇到问题可以通过说明书或请求老师帮助进行解决。
活动二：认识编程软件，让机器人动起来活动目标：1.认识机器人编程软件中的“运动模块”。
2.尝试运用编程软件让机器人动起来。
活动器材：笔记本电脑、Lego Mindstorm编程软件活动描述：通过已有学习机器人基础的学生讲解，让其余学生了解如何运用编程软件中的“运动模块”让机器人动起来，并且知道如何控制机器人完成前进、后退，转向等行为。
活动三：探究机器人循迹运动活动目标：1.认识传感器的主要部件，学习轨迹传感器的工作原理。
2.通过程序的编辑过程，掌握循迹机器人的控制技术。
活动器材：笔记本电脑、Lego Mindstorm编程软件、比赛场地活动描述：编写机器人循迹程序，让机器人从起点出发，沿着指定路线（黑线）运动，直到再次回到起点区。
机器人起始状态完全在起点区内，当机器人再回到起点区时，机器人须有一半以上机身在起点区内。
活动四：机器人循迹运动比赛活动目标：1.通过比赛活动，增强参与、竞争、实践、协作意识。
活动器材：笔记本电脑、Lego Mindstorm编程软件、比赛场地活动描述：机器人从起点出发，在规定场地内按照指定路线（黑线）完成循迹活动，直到机器人再次回到起点区即为一次活动结束。
机器人成功完成循迹活动的，以秒为单位作为比赛成绩，谁消耗的时间越少越优秀。
循迹机器人毕业论文循迹机器人毕业论文引言：随着科学技术的不断发展，机器人技术逐渐成为人类生活中不可或缺的一部分。
循迹机器人作为其中之一，以其自动导航的能力，被广泛运用于各种领域，如工业、农业、医疗等。
本论文旨在研究循迹机器人技术的原理和应用，并探讨其未来的发展前景。
一、循迹机器人的原理1.1 光电传感技术循迹机器人通常通过光电传感技术来实现对线路的感知。
光电传感器可以感知光线的强弱以及不同颜色的光线，通过对光线信号的处理，循迹机器人可以判断出所要循迹的线路。
1.2 控制系统循迹机器人的控制系统通常由微处理器和各种传感器组成。
微处理器负责对传感器所产生的信号进行处理和分析，并根据分析结果控制机器人的运动。
传感器可以包括光电传感器、超声波传感器等，通过获取环境信息，机器人可以做出相应的动作。
二、循迹机器人的应用2.1 工业领域在工业领域，循迹机器人可以用于自动化生产线上的物料搬运、装配等工作。
通过循迹技术，机器人可以准确地跟随指定的线路，完成任务。
2.2 农业领域循迹机器人在农业领域的应用也十分广泛。
比如，可以用于自动化的农田灌溉和播种。
机器人能够根据指定的线路，精准地进行作业，提高农田的水源利用效率和作物的产量。
2.3 教育领域循迹机器人在教育领域的应用也日益普遍。
通过参与循迹机器人的制作和编程，学生能够培养对科学技术的兴趣和创造力，提高解决问题的能力。
三、循迹机器人的发展前景随着人工智能技术的不断进步，循迹机器人的发展前景十分广阔。
首先，循迹机器人可以通过深度学习等人工智能技术进一步提高其对线路的识别和感知能力，实现更精确的循迹。
其次，随着无线通信技术的发展，循迹机器人可以通过与其他机器人和设备的联动，实现更高效的工作。
此外，循迹机器人还可以与其他机器人技术结合，如视觉识别技术，实现更复杂的任务。
结论：循迹机器人作为一种重要的机器人技术，在多个领域都具有广阔的应用前景。
通过不断的研究和发展，循迹机器人可以实现更高效、更准确的自动导航能力，为人类生活带来更多便利和效益。
循迹机器人控制系统设计循迹机器人可用于自动导航、物流、清洁等多种场合，其控制系统设计是其操作的关键。
本文将介绍一种循迹机器人控制系统的设计。
一、硬件设计1.电路板设计循迹机器人需要安装多个传感器来检测运动方向，而且要通过电路板将传感器信息传输到控制单元。
因此，将电路板的布局设计在机器人的主控制中心，并且根据传感器位置安装，以保证数据传输的稳定性和准确性。
2.传感器循迹机器人与地面之间会存在一些差异，如线路的颜色、亮度，因此无论使用什么样的传感器都需要调节灵敏度，以便捕捉到信号能力。
使用红外线传感器（Infrared Sensor）可以检测出黑色线路与白色线路之间的差异，而应答传感器（Resistant Sensors）可以将机器人向左或向右侧的移动量控制在合适的位置。
3.电池由于循迹机器人需要大量的能量，所以Batteries应该被设计成高容量和低消耗能量。
Lithium Polymer Battery即为一例，具有较高的能量密度和低电压消耗。
因此，机器人可以保持长时间的运行而不会对电池造成的过度耗损。
二，软件设计1.控制算法循迹机器人的控制算法需要能够控制机器人上下左右的移动，并忽略极其不必要的信息（如噪音）。
其中，控制算法核心为PID（Proportional-Integral-Derivative）控制器。
该控制器使用传感器输入和设定值（循迹线）之间的误差来计算输出，输出将用于控制循迹机器人的制动，方向等。
PID控制器能够准确地调整输出，以使传感器的误差最终收敛到0。
2.编程语言为了实现PID控制器，需要使用一种编程语言来编写循迹机器人的控制程序。
C语言被认为是循迹机器人控制系统中的最佳选择之一，因为它具有高效性、可靠性和能够实现嵌入式系统控制的强大功能。
三、总结循迹机器人控制系统应包括硬件和软件的两个部分，其中硬件包括电路板、传感器和电池，软件包括控制算法和编程语言。
这些组件的设计和实现可以使循迹机器人能够自动寻找路径，并避免一些障碍物，从而实现其无人驾驶的目标。
基于红外传感器的智能循迹小车设计随着科技的不断发展，人们对于智能化的需求也越来越高。
智能循迹小车是目前比较常见的一种智能化机器人，它能够按照指定的路线行驶，从而实现各种功能。
本文将会介绍一种基于红外传感器的智能循迹小车设计方案。
一、设计方案1、硬件方面首先，需要一个可以控制小车运动的主板，Arduino是比较常见的控制器，也是我们使用的控制器之一。
使用Arduino Uno控制器，主要是因为它具有足够的接口，可以进行多种传感器的连接，并且有很好的可编程性，能够满足我们对小车的需求。
同时，还需要使用两个电机来控制小车的行驶方向和速度。
可以选择直流电机，因为它们较为便宜、易于使用和控制。
此外，需要一个电池组来为小车提供电力。
还需要一些红外传感器，以便小车能够进行循迹行驶。
因为地面上的轨迹是黑色的，而其他部分是白色或灰色的，其反射红外线的能力不同，通过将传感器放在小车的底盘下方，当小车行驶在黑色的轨迹上时，可以及时接受反射回来的红外线，从而判断行走的方向。
在我们的设计方案中，我们将使用三个红外传感器来进行循迹行驶，其中两个用于控制小车左右方向的行驶，而另一个则是用于控制小车的前进或后退。
2、软件方面在软件编程方面，主要是通过控制器来进行程序的编写。
我们需要先定义好各个传感器的引脚，以及电机的引脚，然后根据传感器接收到的信号，控制电机的转速和方向，从而让小车沿着指定的路线行走。
当小车行驶到某个特定位置时，也可以添加一些其他的控制程序，比如使小车停下、发出提示音等等。
二、设计流程1、硬件搭建首先，需要将电机与Arduino板上的电机驱动器连接起来，并将电池组的两根电线连接到Arduino的电源管脚上，以为小车提供电力。
接着，需要将红外传感器接到Arduino上，这里需要注意的是，通常情况下，红外传感器会有三根引脚，其中一个是Vcc，一个是GND，还有一个是信号引脚。
Vcc和GND连接到Arduino的对应管脚，而信号引脚则要根据具体情况进行连接。
一、教学目标1. 知识目标：- 学生能够了解机器人寻迹的基本原理和实现方法。
- 学生能够掌握机器人传感器的工作原理和应用。
- 学生能够学会编写简单的机器人控制程序。
2. 技能目标：- 学生能够组装和调试寻迹机器人。
- 学生能够通过编程实现对机器人的控制，使其按照预设路径行驶。
3. 情感目标：- 培养学生对机器人技术的兴趣和好奇心。
- 增强学生的动手实践能力和创新意识。
- 培养学生的团队协作精神和解决问题的能力。
二、教学内容1. 机器人寻迹原理2. 传感器介绍（如红外传感器、超声波传感器等）3. 机器人组装与调试4. 基本编程语言（如Python、C++等）5. 机器人控制程序编写三、教学过程第一阶段：理论讲解与演示1. 讲解机器人寻迹的基本原理，包括传感器的工作方式、信号处理等。
2. 演示寻迹机器人的工作过程，让学生直观了解其运行机制。
3. 介绍常用传感器的工作原理和特点。
第二阶段：组装与调试1. 发放组装材料和工具，指导学生按照步骤组装寻迹机器人。
2. 学生在教师指导下调试机器人，确保其能够正常工作。
3. 学生尝试调整传感器参数，观察机器人寻迹效果的变化。
第三阶段：编程与控制1. 讲解基本编程语言和机器人控制指令。
2. 学生编写简单的控制程序，使机器人按照预设路径行驶。
3. 教师提供编程示例，引导学生进行编程实践。
第四阶段：实践与拓展1. 学生分组进行寻迹机器人比赛，提高编程和调试能力。
2. 鼓励学生尝试使用不同类型的传感器，拓展机器人功能。
3. 引导学生设计更复杂的寻迹路径，提高机器人的智能水平。
四、教学评价1. 学生对机器人寻迹原理的理解程度。
2. 学生组装和调试机器人的能力。
3. 学生编程和控制的技能水平。
4. 学生在实践中的创新意识和团队协作精神。
五、教学资源1. 教学课件和教材2. 寻迹机器人组装套件3. 编程软件和开发工具4. 网络资源，如教学视频、在线论坛等六、教学总结通过本课程的学习，学生不仅能够掌握机器人寻迹的基本原理和编程技能，还能够培养创新意识和实践能力。
毕业设计（论文）开题报告自动化智能循迹机器人设计(硬件部分)一、课题的目的及意义1. 研究目的智能化作为现代社会的新产物，是以后的发展方向，随着信息技术的快速发展，智能化已经成为时代发展的需要，当人们遇到一些环境恶劣，不能人工完成的任务，可采用智能循迹机器人完成相关的任务，无需人为管理，即可完成预期所要达到或是更高的目标。
基于生产现场和日常生活的实际需要，研究和开发智能循迹机器人具有十分重要的意义，可以提高劳动生产效率，改善劳动环境。
近年来机器人的智能水平不断提高，并且迅速地改变人们的生活方式。
同遥控机器人不同，遥控机器人需要人为控制转向、启停和进退，而智能机器人则可以通过计算机编程来实现对其行驶方向、启停以及速度的控制，无需人为干预，它集中运用计算机、传感、信息、通信、导航及自动控制等技术，是典型的高技术综合体，是21世纪的科技制造点之一。
随着机器人工业的迅速发展，关于机器人的研究也就越来越受到人们的关注，全国各高校也都很重视该课题的研究，可见研究意义重大，本设计就是对智能机器人的初步研究和设计，设计好的智能循迹机器人具有自动循迹、躲避障碍物等功能。
2. 研究意义根据学校对嵌入式系统开发的需求，依据提高学生实际动手操作能力和思考能力，加强学生对现实生活中嵌入式系统的应用为参照物，智能循迹机器人全新的设计模板，良好的电路设计，机电组合，系统开发，是加强学生学习兴趣的动源，使学生可以充分发挥自主动手能力。
使学生从理论到实践的运用。
二、国内外研究概况及发展趋势现代智能机器人发展很快，从智能玩具到其它各行业都有实质成果。
其基本可实现循迹、避障、检测贴片、寻光入库、避崖等基本功能，这几届的电子设计大赛智能机器人又在向声控系统发展。
比较出名的飞思卡尔智能小车更是走在前列。
本次设计主要实现循迹避障这两个功能。
智能机器人的发展现状智能机器人是第三代机器人，这种机器人带有多种传感器能够将多种传感器得到的信息进行融合，能够有效的适应变化的环境，具有很强的自适应能力、学习能力自治功能。
