1、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
2、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
3、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。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
4、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、
5、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
6、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，适应性也很强，性能可靠、功能全面、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
7、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。 我国开展智能车辆技术方面的研究起步比较晚，开始于 20世纪 80年代，且大多数研究处在于针对某个单项技术研究的阶段，虽然研究总体方面上落后于发达国家，并且存在一定的技术差距，但我们也取得了一系列成果：1.中国第一汽车集团公司和国防科技大学机电工程与自动化学院于 2003年研究成功我国第一辆自主驾驶轿车。2.清华大学、北京理工大学、南京理工大学、浙江大学、国防科技大学等多所院校联合研制了 7B.8军用室外自主车，该车装有激光雷达、彩色摄像机、陀螺惯导定位等传感器。可以预计，我国飞速发展的经济实力将为智能机器人的研究提供一个更加广阔的
8、前景。因此，对智能机器人进行深入的研究不但能加深理论知识，更能将理论转化为实际运用，为将来打下坚实的基础。三、 研究内容及实验方案本课题主要拟开发一个能自动循迹的智能机器人的控制系统，设计主要以简易智能机器人为开发平台，选择 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小车的各种功能，设计完成以由红外线自动循迹、红外线超车组成的硬件设计模块结合软件设计组成多功能智能机器人，共同实现机器人的前进倒退、转向行驶，自动根据地面黑线循迹导航，实现智能控制，达到设计的目标。智能循迹机器人的设计分为软件和硬件两部分。1.系统设
9、计智能循迹机器人采用后轮驱动，左右后轮各用一个直流减速电机驱动，通过调整后面两个轮子的转速从而达到控制转向的目的，在车体的前部装有几个红外反射式传感器，当机器人左边传感器检测到黑线时，说明机器人车头向右边偏移，这时主控芯片控制左轮电机减速，车体向左边修正，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，车体向右边修正，当黑线在车体中间时，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前进。2.主控系统设计主控芯片选择 STC89C52单片机，车体选用后两轮驱动，前方转向的机器人，即后左右轮分别使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，这样我们通过 I/O口控
10、制实现机器人的左转、右转和直行，选择体积轻、容易控制的机器人作为车头。考虑到系统的稳定性和精度，当车速过高时容易冲出黑线，所以电机必须低速，同时由于电机要直接带动负载，要求要有较大扭矩，便于在不同负载下转速趋于稳定，速度检测装置可采用红外对光二极管和编码器。3.循迹模块设计循迹模块我们可以使用光敏电阻，光敏电阻阻值可以随周围光线的变化而变化，当光线照到白线上时，光线发射强烈，照到黑线上时，光线发射较弱，因此照到白线和黑线上时，阻值会发生明显的变化，经过比较器就可以输出高低电平，但这种方式受环境影响较大，会造成工作的不稳定，所以我们经过几种方案的研究，选择性价比和各方面更稳定的红外传感器。4.驱
11、动系统设计采用功率三极管作为电机驱动芯片。电机驱动芯片驱动能力强、操作方便，稳定性好，性能优良。功率三极管的使能端可以外接电平控制，也可以利用单片机进行软件控制，满足各种复杂电路的需要。另外，驱动功率较大，能够根据输入电压的大小输出不同的电压和功率，解决了负载能力不够的问题。采用 L298N作为功率放大器的输出控制直流电机。线性型驱动的电路结构和原理简单，加速能力强，采用由达林顿管组成的 H型桥式电路用单片机控制达林顿管使之工作在占空比可调的开关状态下，精确调整电动机转速。这种电路效率非常高，H 型桥式电路保证了简单的实现转速和方向的控制，电子管的开关速度很快，稳定性也极强，是一种广泛采用的
12、PWM调速技术。这种调速方式有调速特性优良、调整平滑、调速范围广、过载能力大，能承受频繁的负载冲击，还可以实现频繁的无级快速启动、制动和反转等优点。5.软件设计流程图开始前进扫描 I/O 口是否检测到黑线左/右转左/右侧检测到黑线否是图 1 软件设计流程图四、 目标、主要特色及工作进度1. 目标及主要特色通过前方红外探头实现智能循迹功能，正前方红外反射探头实现智能防撞功能。能够自动识别道路并完成相关任务，即从起跑线出发，能沿黑色引导线控制机器人的行进、转弯和停止，机器人在行进中检测到铁片后，立即停止，并发出声光信号，同时显示行驶时间。根据设计要求制作基于 STC89C52单片机智能机器人，在智
13、能机器人的自动循线、避障、检测、控制、显示等方面提出一些见解。2.工作进度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、参考文献1.李朝青编著.单片机原理及接口技术M.北京:北京航天航空大学出版社,20112.张洪润,傅瑾新.传感器应用电路 200例M.北京:北京航天航空大学出版社,20063.赵亮,侯国锐.单片机 语言编程与实例M.北京:人民邮电出版社,20034.台玉朋,李鹏,向福林,刘鑫宇,李桐.基于高性能单片机的循迹机器人控制系
14、统设计J.工业仪表与自动化装置,2012(5)51-545.张拓,戴亚文.基于 AT89S52单片机的智能循迹机器人设计J.机电工程技术 2009,38(01) 13-156.胡寿松.自动控制原理（第五版）M.北京：科学出版社，20077.杨子文.单片机原理及应用.西安：西安电子科技大学出版社，20068.童诗白.模拟电子技术基础（第三版）.北京：高等教育出版社，20019.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
