智能巡线机器人设计

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1、智能巡线机器人设计75第1章绪论本章首先从机器人的发展历程引出机器人研究的发展趋势，再具体到本次设计针对的任务要求，明确了设计任务的主要内容。1．1机电一体化技术简介“机电一体化”源于“Mechatronic”,是一个新兴的边缘学科，国内外都处于发展阶段，她代表着机械工业技术革命的前沿方向。她是当代科学技术发展最为活跃的领域之一。机电一体化是综合应用机械技术、微电子技术、信息技术、自动控制技术、传感测试技术、电力电子技术、接口技术及软件编程技术等，根据系统功能目标和优化组织结构目标，以智力、动力、结构、运动、和感知组成要素为基础，

2、对各组成要素及其间的信息处理、接口耦合、运动传递、物质运动、能量变换机理进行研究，使得整个系统有机结合与综合集成，并在系统程序和微电子电路有序信息流控制之下，形成物质和能量的有规则运动，在高功能、高精度、高可靠性、低能耗意义上实现各种技术功能组合以得到最佳功能价值的系统工程技术。机电一体化技术的产生与发展的根本原因在于社会的发展和科学技术的进步，系统工程、控制工程和信息论是机电一体化的理论基础，是机电一体化技术的方法论。半导体大规模集成电路制造技术的进步则为机电一体化奠定了物质基础，机电一体化技术的研究与应用融合于学科交叉。机电一

3、体化依赖于相关技术的发展，同时也促进了相关技术的发展。目前世界上普遍认为机电一体化可以分为两大类：生产过程机电一体化和机电产品一体化。机电产品的机电一体化是机电一体化的核心，是生产过程机电一体化的物质基础。传统的产品加上微机控制即可转变为新一代的产品，而新产品较之旧产品具有功能强、性能好、密度高、体积小、重量轻、更可靠、更方便、经济效益显著等优点。机电一体化产品小到儿童玩具、家用电器、办公设备，大到数控机床、机器人、自动化生产线、航空航天器，因此，可以说机电一体化技术几乎涉及到社会的各个方面。其中，生产过程的机电一体化包括产品设计

4、、加工、装配、检测的自动化，生产过程自动化，经营管理自动化等。75当传统机电产品引入电子技术、计算机技术和自动控制技术时，就形成所谓的新一代机电一体化产品。典型的机电一体化产品体现了机械技术、电子技术、计算机技术等的有机结合，几种多种高新技术，并把多种功能集成在一起，在市场上具有极强的竞争能力。机电一体化是机械、微电子、控制、计算机、信息处理等多学科的交叉融合，起发展和进步有赖于相关技术的进步与发展。其主要发展方向为数字化、智能化、模块化、网络化、人性化、微型化、集成化、带源化和绿色化。机电产品高性能一般包含高速、高精度、高效率和

5、高可靠性，人工智能在机电一体化技术中的研究日益得到重视，机器人与数控机床的智能化就是机电一体化技术的重要应用。1.2智能巡线机器人的概况智能巡线机器人的产生已有20多年的历史，它被人们关注于机器人赛事。现在各种机器人赛事，范围普及世界。截止到2000年共有20余项公认的机器人赛事，如机器人足球世界杯比赛、微机器人世界杯锦标赛、日本相扑机器人大赛、机器鼠比赛等。这些机器人赛事有些就是巡线机器人。把比赛的寻线机器人和玩具机器人进行一定的改进，使它具有一定的承载能力，能够被运用于工业的机器人。1.3课题的主要内容针对机器人的巡线特征，设

6、计出能够自动巡线的智能巡线机器人，内容包括机器人机械外形的设计、传感器设计、驱动电路设计、智能巡线的控制设计。具体工作是：1、根据一定要求设计出机器人的机械结构。该机器人可以用于不同场合的循迹，但是必须是引导线的颜色与地面的颜色成鲜明对比。由于考虑到传感器的使用比较多，所以该次设计的机器人主要是用于10cm～50cm宽的引导线循迹。2、选择辨色传感器，必须可靠地识别出浅色引导线和深色地板。传感器是机器人的眼睛，需要选择几种效果很好的传感器，通过比较，择优选择当前条件下最好的传感器，才能给机器人一双明亮的眼睛。辨色传感器需要识别浅色

7、引导线和深色地板，能够很好将检测到的高低电平传送给控制系统。3、传感器的布局策略制定。在布置传感器的过程中，需要考虑到机器人底盘的外形和驱动方法，充分考虑到机器人在行进时可能遇到的各种情况，在调整过程中是否可能会让所有传感器偏离出检测物体，使得巡线失败。要考虑机器人直走和转弯等状态可能产生的各种情况。4、选择合适的电机。由于是载重机器人，电机不仅要有足够大的力矩驱动机器人动作，速度也要快。5、选择驱动芯片。芯片要求能够同时驱动两台电机，且能够实现速度控制。756、选择适合本次设计的单片机型号，设计制作性能良好的主控制板。选型是根据

8、单片机输入量的个数和输出量的个数，还要合理留出备用端口方便扩展使用。输入量除了用于巡线的光电传感器信号以外，还包括用超声波传感器检测有无障碍物和是否到达目的地；输出量主要是所有电机需要提供的控制信号的个数。除了端口选择的要求外，还应该满足单片机的运