1、本科毕业论文（20 届）智能循迹机器人（硬件部分）设计所在学院 专业班级 自动化 学生姓名 学号 指导教师 职称 完成日期 年 月 - 2 -学士学位论文原创性声明本人声明，所呈交的论文是本人在导师的指导下独立完成的研究成果。除了文中特别加以标注引用的内容外，本论文不包含法律意义上已属于他人的任何形式的研究成果,也不包含本人已用于其他学位申请的论文或成果。对本文的研究作出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式表明。本人完全意识到本声明的法律后果由本人承担。作者签名： 日期：学位论文版权使用授权书本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，同意学校保留并向国家有关部门或机构送交论
2、文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅。本人授权南昌航空大学科技学院可以将本论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。作者签名： 日期：导师签名： 日期：- 3 -智能循迹机器人设计(硬件部分)摘要：本文论述了基于单片机的智能循迹机器人的设计过程。智能循迹是基于自动引导机器人系统，用以实现机器人自动识别路线、器件及运用自动控制原理等相关技术，来实现按照预先设定的模式下，不受到人为的管理及外界条件的干涉时，能够自动实现循迹导航的高新科技产物。该技术已经应用于无人驾驶机动车，无人工厂，服务机器人甚至外太空等多种领域。本次设计采用 STC8
3、9C52 单片机作为机器人的控制核心；采用红外反射式开关传感器作为机器人的循迹模块来识别白色路面中央的黑色引导线，利用红外对管检测障碍物，采集信号并将信号转换为能被单片机识别的数字信号；采用驱动芯片 L298N 构成双 H 桥控制直流电机，其中控制软件采用 C 程序编写，本设计的电路结构简单，容易实现，可靠性高。关键词：单片机；传感器；自动循迹；驱动电路指导老师签字：- 4 -The design of intelligent tracking robot (hardware) Abstract：This paper discusses the design process of intell
4、igent tracking robot based on single chip microcomputer. Intelligent tracking is automatic guided robot system based on automatic identification, is used to realize the robot route, choose the right path, and avoid obstacles. Intelligent tracking robot is a SCM, to realize according to the pre-set m
5、ode principle and other related technology devices and application of sensor, motor control, not subject to management and the external condition of human interference, can achieve automatic tracking navigation high-tech product. This technique has been applied to unmanned vehicles, unmanned factory
6、, service robot and even outer space and other fields.This design uses STC89C52 microcontroller as the control core robot; infrared reflection sensor switch as the tracking module robot to identify the white road central black guide line, to detect obstacles by using the infrared, signal acquisition
7、 and signal is converted into digital signal chip can be identified; the drive chip L298N constitute the double H bridge control of DC motor, the control software using C programming, the design of the circuit structure is simple, easy to implement, high reliability.Keywords：single chip microcompute
8、r ; sensor; automatic tracing; driving circuitInstructor Signature：- 5 -目 录1、绪论 .11.1 智能机器人的作用和研究意义 .11.2 智能机器人的研究现状 .22、设计方案与论证 .42.1 整体设计思路 .42.2 循迹系统 .42.3 避障系统 .52.4 主控系统 .52.5 驱动系统 .52.6 电机选择 .53、系统的硬件设计 .63.1 主控电路 .63.2 信号检测模块 .83.3 电机驱动模块 .93.4 机器人控制逻辑 .124、系统的软件设计 .144.1 主程序流程图 .144.2 循迹程序设计
9、 .155、安装与调试 .205.1 机器人的安装 .205.2 机器人的调试 .206、结束语 .22致 谢 .23参考文献 .24附录 A.25附录 B 部分实验图 .321智能循迹机器人设计1、绪论1.1 智能机器人的作用和研究意义移动机器人是机器人领域的一个分支，他的研究始于 60 年代末期，斯坦福研究院（SRI）的 Nits Nilssen 和 Charles Rosen 等人，在 1966 年至 1972 年间研制出了名为 Shake 的自主移动机器人。进入 20 世纪 80 年代以后，人们的研究方向逐渐转移到了面向实际应用的室内移动机器人的研究，并逐步形成了自主式移动机器人 AM
10、R（Indoor Autonomous Mobile Robot)概念。美国国防高级研究计划局专门立项，制定了地面天人作战平台的战略计划。从此在全世界掀开了全面研究室外移动机器人的序幕，如 DARPA 的“战略计算机”计划中的自主地面车辆（ALV）计划（19831990） ，能源部制定的为期十年的机器人和智能系统计划（RIPS ） （1986 1995） ，以及后来的太空机器人计划，日本通产省组织的极限环境下作业的机器人计划，欧洲尤里卡中的机器人计划等。初期的研究，主要从学术角度研究室外机器人的体系结构和信息处理，并建立试验系统进行验证。虽然由于 80 年代对机器人的智能行为期望过高，导致室外
11、机器人的研究未达到预期的效果，但却带动了相应技术的发展，为探讨人类研制智能机器人的途径积累了经验。同时，也推动了其他国家对移动机器人的研究与开发。智能小车作为移动机器人的典型代表，目前国内外的许多大学都在积极投入人力、财力进行开发。主要表现在大学生的各种大型的创新比赛，比如：亚洲广播电视联盟亚太地区机器人大赛 ABU ROBCON、全国大学生“飞思卡尔”杯智能汽车竞赛等众多重要竞赛都能很好的培养大学生对于机电一体化的兴趣与强化机电一体化的相关知识。但很现实的状况是，国内不论是在机械还是电气领域，与国外的差距还是很明显的，必须加倍努力，为逐步赶上国外先进水平并超过之而努力。智能机器人是一个集环境
12、感知、规划决 策，自动行驶等功能于一体的综合系统，它可以分为三大组成部分，传感器检测部分、执行部分、CPU。机器人要实现自动避障功能，还可以扩展循迹等功能，感知导引线和障碍物。可以实现机器人自动识别路线，选择正确的行进路线，并检测到障碍物自动躲避机器人要实现自动导引功能和避障功能就必须要感知导引线和障碍物，感知导引线相当给机器人一个视觉功能。避障控2制系统是基于自动导引机器人（AVGauto-guide vehicle）系统，基于它的智能机器人实现自动识别路线，判断并自动避开障碍，选择正确的行进路线。使用传感器感知路线和障碍并作出判断和相应的执行动作。1.2 智能机器人的研究现状现代智能机器人
13、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小车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。目前研制中的智能机器人智能水平并不高，只能说是智能机器人的初级阶段。智能机器人研究中当前的核心问题有两方面：一方面是，提高智能机器人的自主性，这是就智能机器人与人的关系而言，即希望智能机器人进一步独
14、立于人，具有更为友善的人机界面。从长远来说，希望操作人员只要给出要完成的任务，而机器人能自动形成完成该任务的步骤，并自动完成它。另一方面是，提高智能机器人的适应性，提高智能机器人适应环境变化的能力，这是就智能机器人与环境的关系而言，希望加强它们之间的交互关系。智能机器人涉及到许多关键技术，这些技术关系到智能机器人的智能性的高低。这些关键技术主要有以下几个方面：多传感信息耦合技术，多传感器信息融合就是指综合来自多个传感器的感知数据以产生更可靠、更准确或更全面的信息，经过融合的多传感器系统能够更加完善、精确地反映检测对象的特性消除信息的不确定性提高信息的可靠性；导航和定位技术，在自主移动机器人导航
15、中，无论是局部实时避障还是全局规划，都需要精确知道机器人或障碍物的当前状态及位置，以完成导航、避障及路径规划等任务；路径规划技术，最优路径规划就是依据某个或某些优化准则，在机器人工作空间中找到一条从起始状态到目标状态、可以避开障碍物的最优路径；机器人视觉技术，机器人视觉系统的工作包括图像的获取、图像的处理和分析、输出和显示,核心任务是特征提取、图像分割和图像辨识；智能控制技术，智能控制方法提高了机器人的速度及精度；人机接口技术，人机接口技术是研究如何使人方便自然地与计算机交流。在各国的智能机器人发展中，美国的智能机器人技术在国际上一直处于领先地位，其技术全面、先进，适应性也很3强，性能可靠、功
16、能全面、精确度高，其视觉、触觉等人工智能技术已在航天、汽车工业中广泛应用。日本由于一系列扶植政策，各类机器人包括智能机器人的发展迅速。欧洲各国在智能机器人的研究和应用方面在世界上处于公认的领先地位。中国起步较晚，而后进入了大力发展的时期，以期以机器人为媒介物推动整个制造业的改变，推动整个高技术产业的壮大。智能小车作为移动式机器人的一个重要分支，随着机器人研究的深入受到越来越多人的关注。它是计算机控制与电子技术的融合，单片机自动控制、电机调速等于一体，可以说是计算机、传感器、信息、通讯、导航、人工智能及自动控制等技术的一个综合体，为电子设备智能化提供了很好的实例。 现今社会智能机器人发展很快，从
17、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，本次设计主要实现了循迹功能。根据设计要求制作基于 STC89C52 单片机智能机器人的过程，在智能机器人的自动循迹、避障、检测、控制、显示等方面提出一些见解。452、设计方案与论证2.1 整体设计思路本设计通过红外光电二极管和光电晶体管组成的传感器循迹模块判断黑线路径，然后由 STC89C52 通过 IO 口控制 L298N 驱动模块改变两个直流电机的工作状态，最后实现机器人循迹，机器人采用前轮驱动，从动轮采用万向轮，左右前轮各用一个直流减速电机驱动，通过调制前面两个轮子的转速从而达到控制转向的目的，
18、在机器人最前端装有左中右 4 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，机器人向左边偏正。同理，当机器人的右边传感器检测到黑线时，主控芯片控制右轮电机减速，机器人向右边偏正，当黑线在机器人的中间，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。图 2.1.1 智能循迹小车控制系统结构框图2.2 循迹系统机器人小车在贴有黑胶带的地上行驶，不断向地面发射红外光，根据接收到的反射光的强弱来判断道路，用四只红外对管，两只置于轨道中间，两只置于轨道外侧，当机器人脱离轨道时，即当置于中间的两只只光电开关脱离轨道时，等待外面任一只检测到黑线后，做出相应的转向调整，直到中间的光电开关重新检测到黑线（即回到轨道）再恢复正向行驶H 桥驱动模块直流电机循迹传感器模块电源模块单片机电路
