开题报告：智能循迹机器人设计(软件部分）.doc

1、毕业设计（论文）开题报告自动化智能循迹机器人设计(软件部分）一、选题的依据及意义 智能化作为现代社会的新产物，是以后的发展方向，他可以按照预先设定的模式在一个特定的环境里自动的运作，无需人为管理，便可以完成预期所要达到的或是更高的目标。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，比较先进的遥控机器人还能控制其速度，而智能机器人，则可以通过计算机编程来实现其对行驶方向、启停以及速度的控制，无需人工干预，是一个集环境感知、规划决策，自动行驶等功能于一体的综合系统，它集中地运用了计算机、传感、信息、通信、导航、人工智能及自动控制等技术，是典型的高新技术综合体。所以关于机器人的研究也就越

2、来越受人关注，本设计就是在这样的背景下提出的，为了适应机电一体化的发展在机器人智能化方向的发展要求，提出简易智能机器人的构想，目的在于：通过独立设计并制作一台具有简单智能化的简易机器人，获得项目整体设计的能力，并掌握多通道多样化传感器综合控制的方法。1、加深课堂上的学习由于单片机教学例子有限，因此，开展智能循迹智能机器人的研究工作，正适合自动化专业，能综合学生课堂上的知识来实践，使学习者更好的了解单片机的发展，而制作智能机器人为自动化专业学科的学生学习和掌握单片机技术有很大的帮助，对自动化专业学科的学生进一步巩固已学知识加深已学知识起到促进作用，引导和激励学生实事求是、刻苦钻研、勇于创新、多出

3、成果、提高素质，发现和培养一批在学术科技上有作为、有潜力的优秀人才。通过此次的单片机循迹机器人制作，使学生从理论到实践，初步体会单片机的设计、制作、调试和成功完成项目的过程及困难，以此学会用理论联系实际，更能通过对实践中出现的不足与学习来补充教学上的盲点。2、从理论转为实际运用智能机器人在网络环境下利用信息技术、智能控制技术、自动控制、模式识别、传感器技术、电气、计算机和机械等多个学科的，近年来，智能机器人在野外、道路、现代物流及柔性制造系统中都有广泛运用，已成为人工智能领域研究和发展的热点。二、国内外研究概况及发展趋势研制机器人的最初目的是为了帮助人们摆脱繁重劳动或简单的重复劳动，以及替代人

4、到有辐射等危险环境中进行作业，因此机器人最早在汽车制造业和核工业领域得以应用。随着机器人技术的不断发展，工业领域的焊接、喷漆、搬运、装配、铸造等场合，己经开始大量使用机器人。另外在军事、海洋探测、航天、医疗、农业、林业甚到服务娱乐行业，也都开始使用机器人。1、国内外机器人的主要应用方面从机器人的用途来分，可以分为两大类：军用机器人和民用机器人。 军用机器人主要用于军事上代替或辅助军队进行作战、侦察、探险等工作。根据不同的作战空间可分为地面军用机器人、空中军用机器人(即无人飞行机)、水下军用机器人和空间军用机器人等。军用机器人的控制方式一般有自主操控式、半自主操控式、遥控式等多种方式。在民用机器

5、人中，各种生产制造领域中的工业机器人在数量上占绝对多数，成为机器人家族中的主力军。其它各种种类的机器人也开始在不同的领域得到研究开发和应用，其中工业机器人最为突出。工业机器人是机器人中数量和种类最多的一种机器人，广泛用于工业领域的各行各业。工业机器人一般由机械本体、控制器、和检测传感装置等构成，是一种仿人操作、自动控制、可重复编程、能在三维空间完成各种作业的自动化生产设备。特别适合于多品种、变批量的柔性生产。它对稳定、提高产品质量，提高生产效率，改善劳动条件和产品的快速更新换代起着十分重要的作用。工业机器人并不是在简单意义上代替人的劳动，它既有人对环境状态的快速反应和分析判断能力，又具有机器可

6、长时间持续工作、精确度高、抗恶劣环境的能力，从某种意义上说它也是机器的进化过程产物。机器人技术是综合了计算机、控制论、机构学、信息和传感技术、人工智能、仿生学等多学科而形成的高新技术，是当代研究十分活跃、应用日益广泛的领域。机器人应用情况，是一个国家工业自动化水平的重要标志。2、发展前景随着人工智能技术、计算机技术、自动控制技术的迅速发展，智能控制必将迎来它的发展新时代。机器人领域近几年有如下几个发展趋势：1、性价比逐步提高，性能不断提高（高速度、高精度、高可靠性、便于操作和维修） ，而单价不断下降。2、工业机器人控制系统向基于 PC 机的开放型控制器方向发展，便于标准化、网络化。同时，器件集

7、成度提高。从而，大大提高了系统的可靠性、易操作性和可维护性。3、传感器的作用日益重要，除传统的位置、速度、加速度等传感器外，视觉、声觉、力觉、触觉等多种传感器的融合技术已用来进行环境建模及决策控制。4、虚拟现实技术在机器人中的作用已从仿真、预演发展到用于过程控制，如使遥控机器人操作者产生置身于远端作业环境中的感觉来操作机器人。三、研究内容及实验方案1、研究内容本课题主要拟开发一个能自动循迹的智能机器人控制系统。设计主要以简易智能机器人为开发平台，选择通用、价廉的 STC89C52 单片机为控制平台，选择常见的电机模型车为机械平台，通过细化设计要求，结合传感器技术和电机控制技术相关知识，实现机器

8、人的各种功能。设计完成以由红外线传感器的自动循迹智能机器人，实现机器人的前进、转向行驶，自动根据地面黑线寻迹导航，实现智能控制，达到设计目标。其控制系统单片机部分电路图如图 1 所示： 图 1 智能机器人控制系统单片机部分电路图2、拟采用的研究方案系统设计：智能循迹机器人采用后轮驱动，左右轮各用一个直流减速电机驱动，通过控制后面两个轮子的转速从而达到控制转向的目的。在车体前部分别装有四个红外反射式传感器，当机器人左边的传感器检测到黑线时，说明机器人向右边偏移，这时主控芯片控制左轮电机减速，机器人向左边修正。同理当小车的右边传感器检测到黑线时，主控芯片控制右轮电机减速，车体向右边修正。当黑线在机

9、器人的中间，中间的传感器一直检测到黑线，这样机器人就会沿着黑线一直行走。机器人的选择:在本次智能寻迹机器人的选择过程中，我们选择了后面两轮驱动，前万向轮转向的机器人，即后左右轮分别用两个转速和力矩基本完全相同的直流减速电机进行驱动，机器人前部装一个万向轮，这样当我们通过 I/O 口控制两个直流减速电机的转速和转向时就可以实现机器人的左转、右转和直行，因此，我将选择体积轻容易控制的机器人做为机器人。循迹模块设计:循迹模块我们可以用光敏电阻组成。光敏电阻的阻值可以跟随周围环境光线的变化而变化当光线照射到白线上面时，光线发射强烈，光线照射到黑线上面时，光线发射较弱因此当光敏电阻在白线和黑线上方时，阻

10、值会发生明显的变化将阻值的变化值经过比较器就可以输出高低电平，但是这种方式受环境影响大，工作不稳定，因此，我们将研究几种方案，选择性价比和各方面更好的红外传感器。软件设计流程图如图 2 所示:图 2 系统程序流程图机器人进入循迹模式后，即开始不断地扫描与探测器连接的单片机 I/O 口，一旦检测到某个口有信号变化，程序就进入判断程序，把相应的信号发送给电动机从而纠正机器人的状态。四、目标、主要特色及工作进度1、目标与特色机器人可以实现按照预定轨道在无外部环境影响或改变时，机器人将一直沿着黑色标记线运动。2、工作进度安排1、查阅资料、翻译英文资料、撰写开题报告 第 1 周-第 3 周2、系统总体设

11、计及软件设计 第 4 周-第 7 周3、系统分析与调试 第 8 周-第 15 周4、撰写论文并准备答辩 第 16 周-第 18 周五、主要参考文献1 王秋爽，曾兆龙 单片机开发基础与经典设计实例北京机械工业出社2 华成英，童诗白模拟电子技术基础第四版高等教育出版社3 吴锤红 MCS-51 微机原理与接口技术厦门大学出版社4 张毅刚 单片机原理及应用 2003 年 12 月第一版高等教育出版社5 丁元杰，单片微机原理及应用M，北京：机械工业出版社，20016 金伟正，仪表技术与传感器J，武汉：武汉科大学报，2000， 27（3）：17-18.7 王燕等，检测与转换技术J，中原工学院学报，2007，11（12）：21-228 严天峰，A/D 转换器及其在单片机中的应用J，电子世界，2003，01（9）：05-079 杜洋，A/D 转换芯片 ADC0832 的应用J，电子技术, 2005,10(11):1-710 WANG J L，SUN Y， LIU Z J，etal Route planning based on Floyd algorithm for intelligence transportation systemJ IEEE International Conference on Integration Technology，2007(3):20-24