课程设计（论文）-循迹机器人设计

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1、循迹机器人设计1设计任务描述1.1设计题目：循迹机器人设计1.2设计目的（1）了解机器人技术的基本知识以及有关电工电子学、单片机、机械设计、传感器等相关技术。   （2）初步掌握机器人的运动学原理、基于智能机器人的控制理论，并应用于机器人的设计中。 （3）通过学习，具体掌握循迹机器人的控制技术，并使机器人能独立执行一定的循迹任务。1.3基本要求（1）要求设计一个能循迹(白底黑线或黑底白线，线宽25mm)的机器人；（2）要求设计机器人的行走机构，控制系统、传感器类型的选择及排列布局。（3）要有循迹的策略（软件流程图）。1.4发挥部分1

2、6循迹机器人设计2设计思路这次课设我设计的是循迹机器人，自动循迹测距机器人主要由六个模块构成：车体框架、电源、主控模块、逻辑模块、探测模块、电机驱动模块组成。（1）车体框架。突出特点为四轮驱动，四轮独立悬挂；（2）MC9S12X128主控制器。系统采用112脚的MC9S12XS128MAL，该单片机具有ECT模块，2个SPI模块，8路16位计数器，4路外部事件触发中断输入端口，8路PWM，16路10位AD，转换时间约为3us；（3）传感器模块。光电发射管发射出光，经过赛道的反射回来，由于白色平面和黑线反射光强度不同，不同位置上的光电

3、接收管接收到强弱不同的光，因此可以判断出黑线相对小车的位置。这种检测的方法明显的优点是检测速度快，检测的方法简单，成本相对低廉。使用一字线激光器发射强大光线，用13个光敏传感器采集路面信息，将信号反馈给控制单元，由控制单元判别黑线位置以控制车的速度、转向和制动；（4）电机驱动模块和速度控制模块。根据码盘反馈信号，用MOS管搭建的桥式驱动电路驱动电机的运转状态，形成闭环控制，对电机的速度机型准确快速的调节；（5）转向控制模块。根据路面信息，准确地控制转向舵机的转角；（6）刹车模块。使用伺服舵机构成刹车装置，使智能车在转弯时两轮差速，更

4、及时地转向；（7）人机交互模块。我们使用拨码开关调整智能车的运行参数，并用液晶将车的运行状态显示出来。16循迹机器人设计3设计方框图图3.1系统总体结构方框图16循迹机器人设计4机械结构设计机械结构设计主要包括前轮定位，传感器的设计安装，转向舵机的安装，测速编码器的安装和后轮刹车装置的设计。4.1车体结构车型结构突出特点为四轮驱动，四轮独立悬挂。智能车的外形大致如图4.1所示：图4.1智能车大致外形4.2传感器的设计安装如何安装激光传感器也是一个要考虑的机械结构问题，因为如果传感器离车太近，则前瞻性会受到很大影响；而传感器若离车太远

5、则机构不稳定，行走过程会产生振动，影响传感器的工作状态，无法保证稳定、准确的信号反馈，采用“一”字型排布方式，如图4.2所示。采用了13个激光传感器，居于中间部分的11个传感器两两相距较近，两个边缘的传感器相对距离较大些，以探测到更宽的平面信息。图4.2激光传感器以“一”字型排布16循迹机器人设计4.3转向舵机的安装舵机响应时间很大程度上决定了小车的灵活性，从而决定着小车在一定赛道条件下的极限速度，为了加快车轮转向响应速度。转向舵机安装在小车的前轮位置，在循迹遇到弯道时可以灵活的转弯。4.4测速编码器的安装在车的调试过程中，由于电池

6、的电量时刻在消耗，车的实际速度往往在发生变化，于是，采用了光电编码器。光电编码器安装主要考虑的问题是与齿轮的咬合，太紧会使电机转动吃力并且会发出很大的噪声，太松有时候会丢齿。因此最好使得安装的编码器松紧程度能够调整最好。通过光电编码器，程序可以通过调整电机的PWM波来控制车速在稳定在一个范围。4.5后轮刹车装置设计车模在高速状态转急弯时有时不够及时，导致碾出跑道。为了保证车辆行驶的安全，应当加装制动舵机。在制动舵机上加装了一个连杆，连杆的两边各附有刹车片。在转弯时，通过刹车片向内侧车轮施加摩擦阻力，当内侧车轮由于受到阻力变慢时，外侧

7、车轮将变快，起到了差速作用，这样车辆能够更及时地转向，避免冲出跑道，更可以在直道上提高速度。例如：左转弯时，调节舵机给左轮一定的摩擦力，降低左轮的速度，起到减速作用。同时，由于内置的差速器作用，右轮的速度将会更快。由于两个车轮间存在差速，速度快的车轮会以另一个车轮为圆心向左甩，这样有利于车左转。同样，右弯时，调节舵机给右轮一定的摩擦力，降低右轮的速度，使其左转平稳而又不冲出跑道16循迹机器人设计5硬件电路的设计和实现5.1电源模块图5.1电源模块原理图5V稳压电源用于单片机、激光传感器模块、光电编码器模块供电，用LM2940搭建成的

8、5V稳压电路（见图5.1），给这些模块供电，能稳定地实现功能，且各个模块不会互相干扰，整个电路简单实用。5.2电机驱动模块场效应管作为驱动管，其导通电阻可以达到毫欧级，且可以提供强大驱动电流。如图5.2，场效应管IRF4905和IRF