智能循迹小车制作方法详解分析

[键入文字][键入文字][键入文字][键入文字][键入文字][键入文字]BF-1餐饮服务机器人实验报告册院系名称：专业班级：学生姓名：协会：[键入文字][键入文字][键入文字][键入文字][键入文字][键入文字]目录目录……………………………………………………………………………1第一章绪论…………………………………………………………………21.1机器人在当今的重要性…………………………………………………21.2机器人的发展与现状……………………………………………………21.3我与机器人………………………………………………………………2第二章实验报告……………………………………………………………32.1实验名称…………………………………………………………………32.2实验目的…………………………………………………………………32.3实验器材…………………………………………………………………32.4实验原理…………………………………………………………………32.5实验步骤…………………………………………………………………32.6数据分析…………………………………………………………………42.7结论………………………………………………………………………42.8误差讨论…………………………………………………………………4第三章方案设计与论证………………………………………………………53.1移动平台…………………………………………………………………53.2控制模块…………………………………………………………………53.3驱动模块…………………………………………………………………63.4循迹模块…………………………………………………………………83.5稳压模块…………………………………………………………………8第四章程序与调试…………………………………………………………104.1有关C51单片机…………………………………………………………104.2开发环境…………………………………………………………………104.3程序框图…………………………………………………………………104.4调试过程…………………………………………………………………10第五章附件…………………………………………………………………125.1BF-1机器人实图…………………………………………………………125.2BF-1机器人餐厅…………………………………………………………125.3BF-1机器人部分硬件图…………………………………………………135.4BF-1机器人电路原理图…………………………………………………145.5BF-1机器人程序框图……………………………………………………165.6BF-1程序…………………………………………………………………17致谢……………………………………………………………………………24参考文献………………………………………………………………………24[键入文字][键入文字][键入文字][键入文字][键入文字][键入文字]第一章绪论1.1机器人在当今的重要性随着社会的发展，工业生产量越来越大，单单靠人来工作是不行的，机器人的出现从一定程度上解决了这一问题。尤其在中国，社会正在进入老龄化，除了生产之外还需要有很大一部分人力来照顾老人，但是如果有机器人来替我们完成部分工作，就可以缓解社会压力。机器人研究涉及的学科涵盖机械、电子、传感器、驱动与控制等多个领域，过去，对机器人行业有过重大贡献的人数不胜数。不过，从简单的时间线已经能够看出，从第一代工业机器人、第二代带有“感觉”的机器人到第三代智能机器人，机器人的体积越来越小，与PC结合得越来越紧密。说不定，个人机器人就快成为现实了。1.2机器人的发展与现状1920年捷克斯洛伐克作家卡雷尔·恰佩克在他的科幻小说《罗萨姆的机器人万能公司》中，根据Robota(捷克文，原意为“劳役、苦工”)和Robotnik(波兰文，原意为“工人”)，创造出“机器人”这个词。之后机器在短短的几十年间飞速发展，到今天，机器人技术在一些发达国家已经相当成熟。1954年美国人乔治·德沃尔制造出世界上第一台可编程的机器人，并注册了专利。这种机械手能按照不同的程序从事不同的工作，因此具有通用性和灵活性。1968年美国斯坦福研究所公布他们研发成功的机器人Shakey。它带有视觉传感器，能根据人的指令发现并抓取积木,不过控制它的计算机有一个房间那么大。Shakey可以算是世界第一台智能机器人，拉开了第三代机器人研发的序幕。1999年日本索尼公司推出犬型机器人爱宝(AIBO)，当即销售一空，从此娱乐机器人成为目前机器人迈进普通家庭的途径之一。2002年丹麦iRobot公司推出了吸尘器机器人Roomba，它能避开障碍，自动设计行进路线，还能在电量不足时，自动驶向充电座。Roomba是目前世界上销量最大、最商业化的家用机器人。2006年6月，微软公司推出MicrosoftRoboticsStudio，机器人模块化、平台统一化的趋势越来越明显，比尔·盖茨预言，家用机器人很快将席卷全球。在中国近几年机器人研究也有所发展，但是与发达国家的技术还有相当大的差距，机器人知识在民间的普及还不够全面。作为当今大学生，我们应该学着接触科学前沿，努力学习，丰富自己的知识储备，为我国的机器人发展做出自己的贡献。1.3我与机器人在很小时候就喜欢看类似于《铁臂阿童木》之类有关机器人的动画片，后来在电视上看到大学生机器人比赛，总幻想有一天自己也可以拥有一个属于自己的机器人。有这个梦想很多年了，大学给我了一个接触机器人的机会，使得我可以在这方面努力。虽然距离正真意义上的机器人还有很长的路要走，但是目前的小制作还是给我在追求梦想多的道路上很大的动力。我会坚持自己的梦想，刻苦钻研，使自己在这方面的道路上可以走的更远。[键入文字][键入文字][键入文字][键入文字][键入文字][键入文字]第二章实验报告2.1实验名称BF-1机器人的设计与制作2.2实验目的验证BF-1机器人的可实现性，学习相关的电路和编程知识，对机器人有些基本的认识，扩展自己的思维方式，强化自己的动手能力。2.3实验器材1．主要元件列表：2.主要工具：电烙铁、锡丝、螺丝刀、剪刀、钳子、电钻。2.4实验原理单芯片计算机可以像电脑一样写入程序发出指令。（原理图见第五章_附件_5.4_BF-1机器人电路原理图。）2.5实验步骤1.在网上搜集相关资料，设定整个方案的大致轮廓。学习电路、单片机的基本知识，熟悉相关软件的使用方法。序号元件规格数量备注序号元件规格数量备注1单片机STC89C52121三极管805012电机驱动L298n122蜂鸣器1有源3电压比较器Lm339123数码管1八段一位4稳压管L7805CV124排针40P2宽体5电阻1220425杜邦线10cm206电阻23301226IC座114P17电阻35.1k827IC座240P18电阻410k228电池盒1六节5号9电容130pF229万用板15*7cm110电容20.1uF430万用板27*9cm211电容310uF131万用板39*1cm112电容4100uF132减速电机213电容5470uF133轮子6cm214电位器10k434电机固定架2配套电机15二极管IN4007835万向轮116晶振11.0592MHz36铜柱1M3*10mm817红外对管TCRT5000537铜柱2M3*30mm1018自锁开关138螺丝M3*5mm19按键开关539螺母M320发光二极管340排线布线用[键入文字][键入文字][键入文字][键入文字][键入文字][键入文字]2.根据掌握的知识和BF-1要实现的具体功能，绘制出机器人的机械图和原理图。通过仿真软件对各部分电路做出大致的评估。3.根据制定好的图纸完成机器人的硬件部分，包括机械和电路，对电路进行简单的测试，完善电路。4.根据BF-1要实现的具体功能，编写程序，反复调试，完成最终程序。2.6数据分析BF-1机器人最终可以在特定的环境中（第五章_附件_5.4_BF-1机器人餐厅）完成规定动作：在厨房放上菜后设定桌号，然后机器人将饭菜送到指定的餐桌，当客人取下饭菜之后，机器人可以自行返回厨房。2.7结论实验验证了BF-1餐饮服务性机器人的可行性，对于我来说是一个小小的鼓励。在完成整个实验的过程中，我学到了很多新的知识，其中在微控制原理这一方面有很大的收获，因为以前从没有接触过，现在懂了不少。此外在机器人的制作过程中，除了熟悉KeilC51等单片机开发环境外，我还掌握了AutoCAD、Protel、Proteus等计算机软件的基本操作，这些对以后的电路设计都是很好的基础。最主要的是在实验中我更加体会到了探索的乐趣，加深了我对机器人的兴趣爱好，坚定了我要继续在这方面学习的信心。并且在探索的过程中我还认识了很多志同道合的同学，大家都有着一样的兴趣，在一起共同学习共同进步，这是一件非常美好的事情。但是即使对于这种简单的机器人来说，我还有很多东西无法解决，所以以后要努力学习，丰富自己的知识，为自己的梦想奋斗。2.8误差讨论机器人在直线处不能总是沿直线行进，偶尔会出现左右摇摆的情况，这可能是循迹程序不完善的因素。在整个电路中，有关电阻和电容的使用并没有经过精致地计算。以上几条以我现在的知识水平暂且无法解决，需要以后相关知识完备后在做完善。BF-1本来装有人体释热传感器，用来防止机器人在送饭过程中撞上道路上的行人，但是在实际中此功能不能实现，后测试发现是传感器损坏，在没有找到新的传感器的情况下，此功能暂时去除。[键入文字][键入文字][键入文字][键入文字][键入文字][键入文字]第三章方案设计与论证3.1移动平台对于BF-1机器人来说，只需要进行简单的前后左右移动就可以，无需复杂的机械臂。所以在平台的选择上就简单了很多。方案一：用四通道玩具遥控车的底盘。优点：容易找到，不需要太多的改造，且价格便宜。缺点：速度不容易掌控，转向迟钝。方案二：在网上购买机器人专用的平台。优点：容易上手，可以直接使用，各个方面相对稳定。缺点：价格较贵，失去了动手制作的意义。方案三：使用减速电机，自己制作移动平台。优点：费用少，感受制作过程。缺点：平台的坚固度和稳定性相对较弱。图3.1减速电机综合以上，结合我自身的经济能力和知识水平，我决定采用方案三，从网上购买了两个减速电机，安装在万用板上作为机器人的移动平台。之所以选择用万用板，是因为万用板上容易打洞，便于电机和相关器件的安装。3.2控制模块对于BF-1机器人来说，并没有太过复杂的程序，对控制器的CPU、RAM、ROM都没有太高的要求，所以我采用单片机作为机器人的核心。方案一：直接用电压比较器作为核心，通过比较不同传感器的变化从而输出高低电平控制电机驱动模块，达到循迹的目的。但是对于BF-1机器人来说要做到循迹行走、停止、键盘输入、显示、运算等工作，所以没有计算机来控制是不能实现的。故此方案不可行。方案二：选用一片CPLD（如EPM7128LC84-15）作为系统的核心部件，实现控制与处[键入文字][键入文字][键入文字][键入文字][键入文字][键入文字]理的功能。CPLD具有速度快、编程容易、资源丰富、开发周期短等优点，可利用VHDL语言进行编写开发。但CPLD在控制上较单片机有较大的劣势。同时，CPLD的处理速度非常快，而小车的行进速度不可能太高，那么对系统处理信息的要求也就不会太高，在这一点上，MCU就已经可以胜任了。若采用该方案，必将在控制上遇到许许多多不必要增加的难题。为此，我们不采用该种方案，进而提出了第三种设想。方案三：采用单片机作为整个系统的核心，用其控制行进中的小车，以实现其既定的性能指标。充分分析我们的系统，其关键在于实现小车的自动控制，而在这一点上，单片机就显现出来它的优势——控制简单、方便、快捷。这样一来，单片机就可以充分发挥其资源丰富、有较为强大的控制功能及可位寻址操作功能、价格低廉等优点。因此，这种方案是一种较为理想的方案。针对本设计特