視覺(jué)導(dǎo)航履帶式移動(dòng)機(jī)器人小車(chē)的研究設(shè)計(jì)【畢業(yè)論文+CAD圖紙全套】

買(mǎi)文檔就送您 紙全套， Q 號(hào)交流 401339828 或 11970985 I 摘 要 本設(shè)計(jì)的研究?jī)?nèi)容是視覺(jué)導(dǎo)航 履帶式 移動(dòng)機(jī)器人 小車(chē) 的 研究設(shè)計(jì) ，其核心內(nèi)容是應(yīng)用 單片機(jī) 控制電機(jī)實(shí)現(xiàn)機(jī)器人 小車(chē) 的左轉(zhuǎn)彎、右轉(zhuǎn)彎、前進(jìn)和停止等動(dòng)作。 論文內(nèi)容包括四個(gè)部分：簡(jiǎn)要介紹了移動(dòng)機(jī)器人研究 背景、意義、 現(xiàn)狀 及發(fā)展前景，視覺(jué)導(dǎo)航 履帶 式移動(dòng)機(jī)器人 小車(chē) 的設(shè)計(jì)原理及方案，機(jī)械 部分的 結(jié)構(gòu) 設(shè)計(jì) ，控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) 和 視覺(jué)系統(tǒng)設(shè)計(jì) 。論文詳細(xì)地介紹了移動(dòng)機(jī)器人 機(jī)械部分的結(jié)構(gòu) 設(shè)計(jì) 。 設(shè)計(jì)小車(chē)?yán)寐膸降妆P(pán)作為機(jī)械裝置，采用雙驅(qū)控制，加裝視覺(jué)攝像頭、控制電機(jī)，編碼器等裝置實(shí)現(xiàn)對(duì)電動(dòng)車(chē)的速度、位置、運(yùn)行狀況的實(shí)時(shí)測(cè)量 ，并將測(cè)量數(shù)據(jù)傳送至單片機(jī)進(jìn)行處理，然后由單片機(jī)根據(jù)所檢測(cè)的各種數(shù)據(jù)實(shí)現(xiàn)對(duì)電動(dòng)車(chē)的智能控制。 主要設(shè)計(jì) 內(nèi)容包括： 器人采用兩輪獨(dú)立驅(qū)動(dòng)的履帶結(jié)構(gòu)，動(dòng)力源采用直流無(wú)刷電機(jī)，減速和傳動(dòng)裝置采用齒輪傳動(dòng)，利用差速移動(dòng)平臺(tái)實(shí)現(xiàn)機(jī)器人的轉(zhuǎn)向，選用增量式光電編碼器進(jìn)行對(duì)機(jī)器人速度的檢測(cè)，實(shí)現(xiàn)機(jī)器人的定位。 制部分采用 號(hào)單片機(jī)進(jìn)行接受命令和產(chǎn)生驅(qū)動(dòng)信號(hào)，電機(jī)的驅(qū)動(dòng)部分采用 片利用接受到的單片機(jī)發(fā)出的信號(hào)來(lái)控制電機(jī)的轉(zhuǎn)速。 3. 傳感器部分：利用 視 覺(jué) 傳感器 收集圖像，送至上位機(jī)進(jìn)行圖像處理 關(guān)鍵詞： 移動(dòng)機(jī)器人，運(yùn)動(dòng)控制， 單片機(jī) 控制， 視覺(jué)系統(tǒng) 買(mǎi)文檔就送您 紙全套， Q 號(hào)交流 401339828 或 11970985 of is of of of is of in of a to as of by to of of 1 by dc by s to of 2 CM to to 3 ey 文檔就送您 紙全套， Q 號(hào)交流 401339828 或 11970985 錄 摘 要 . I . 緒論 . 1 . 2 . 2 . 3 2 視覺(jué)機(jī)器人設(shè)計(jì)方案的確定 . 6 . 6 . 9 . 11 3 機(jī)器人 機(jī)械部分的設(shè)計(jì)與計(jì)算 . 12 . 13 4 機(jī)器人 控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與選型 . 28 . 29 . 30 5 移動(dòng)機(jī)器人的圖像處理技術(shù) . 31 . 31 . 32 . 33 總 結(jié) . 謝 .考文 獻(xiàn) . 錄 1 . 錄 2 .文檔就送您 紙全套， Q 號(hào)交流 401339828 或 11970985 1 買(mǎi)文檔就送您 紙全套， Q 號(hào)交流 401339828 或 11970985 2 1 緒論 器人的研究 背景 “機(jī)器人 ”一詞出自捷克文，意為勞役或苦工。 1920 年，捷克斯洛伐克小說(shuō)家、劇作家恰佩克在他寫(xiě)的科學(xué)幻 想戲劇羅素姆萬(wàn)能機(jī)器人中第一次使用了機(jī)器人一詞。此后被歐洲各國(guó)語(yǔ)言所吸收而成為專(zhuān)門(mén)名詞。 20 世紀(jì) 50 年代末，美國(guó)在機(jī)械手和操作機(jī)的基礎(chǔ)上，采用伺服機(jī)構(gòu)和自動(dòng)控制等技術(shù)，研制出有通用性的獨(dú)立的工業(yè)用自動(dòng)操作裝置，并將其稱(chēng)為工業(yè)機(jī)器人； 60 年代初，美國(guó)研制成功兩種工業(yè)機(jī)器人，并很快地在工業(yè)生產(chǎn)中得到應(yīng)用； 1969 年，美國(guó)通用汽車(chē)公司用 21 臺(tái)工業(yè)機(jī)器人組成了焊接轎車(chē)車(chē)身的自動(dòng)生產(chǎn)線(xiàn)。此后，各工業(yè)發(fā)達(dá)國(guó)家都很重視研制和應(yīng)用工業(yè)機(jī)器人。 機(jī)器人技術(shù)的發(fā)展，它應(yīng)該說(shuō)是一個(gè)科學(xué)技術(shù)發(fā)展共同的一個(gè)綜合性的結(jié)果，同 時(shí)，為社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展產(chǎn)生了一個(gè)重大影響的一門(mén)科學(xué)技術(shù)，它的發(fā)展歸功于在第二次世界大戰(zhàn)中各國(guó)加強(qiáng)了經(jīng)濟(jì)的投入，就加強(qiáng)了本國(guó)的經(jīng) 濟(jì)的發(fā)展。比如說(shuō)日本，戰(zhàn)后以后開(kāi)始進(jìn)行汽車(chē)的工業(yè)，那么這時(shí)候由于它人力的缺乏，它迫切需要一種機(jī)器人來(lái)進(jìn)行大批量的制造，提高生產(chǎn)效率降低人的勞動(dòng)強(qiáng)度，這是從社會(huì)發(fā)展需求本身的一個(gè)需求。另一方面它也是生產(chǎn)力發(fā)展的需求的必然結(jié)果，也是人類(lèi)自身發(fā)展的必然結(jié)果，那么人類(lèi)的發(fā)展隨著人們逐漸的這種社會(huì)發(fā)展的情況，人們?cè)絹?lái)越不斷探討自然過(guò)程中，在改造自然過(guò)程中，認(rèn)識(shí)自然過(guò)程中 ,來(lái)需求能夠解放人的一種奴隸 。那么這種奴隸就是代替人們?nèi)ツ軌驈氖聫?fù)雜和繁重的體力勞動(dòng)，實(shí)現(xiàn)人們對(duì)不可達(dá)世界的認(rèn)識(shí)和改造，這也是人們?cè)诳萍及l(fā)展過(guò)程中的一個(gè)客觀需要。但另一方面，盡管人們有各種各樣的好的想法，但是它也歸功于電子技術(shù)，計(jì)算機(jī)技術(shù)以及制造技術(shù)等相關(guān)技術(shù)的發(fā)展而產(chǎn)生了提供了強(qiáng)大的技術(shù)保證。 器人的研究意義 由于工業(yè)機(jī)器人具有一定的通用性和適應(yīng)性，能適應(yīng)多品種中、小批量的生產(chǎn)， 70年代起，常與數(shù)字控制機(jī)床結(jié)合在一起，成為柔性制造單元或柔性制造系統(tǒng)的組成部分。工業(yè)機(jī)器人按執(zhí)行機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)的控制機(jī)能可分點(diǎn)位型和連續(xù)軌跡型。點(diǎn)位型 只控制執(zhí)行機(jī)構(gòu)由一點(diǎn)到另一點(diǎn)的準(zhǔn)確定位，適用于機(jī)床上下料、點(diǎn)焊和一般搬運(yùn)、裝卸等作業(yè)；連續(xù)軌跡型可控制執(zhí)行機(jī)構(gòu)按給定軌跡運(yùn)動(dòng)，適用于連續(xù)焊接和涂裝等作業(yè)。 具有觸覺(jué)、力覺(jué)或簡(jiǎn)單的視覺(jué)的工業(yè)機(jī)器人，能在較為復(fù)雜的環(huán)境下工作；如具有識(shí)別功能或更進(jìn)一步增加自適應(yīng)、自學(xué)習(xí)功能，即成為智能型工業(yè)機(jī)器人。它能按照人給的 “宏指令 ”自選或自編程序去適應(yīng)環(huán)境，并自動(dòng)完成更為復(fù)雜的工作。 為什么要發(fā)展機(jī)器人 ?簡(jiǎn)單說(shuō)，機(jī)器人有三個(gè)方面是我們必要去發(fā)展的理由 :一個(gè)是買(mǎi)文檔就送您 紙全套， Q 號(hào)交流 401339828 或 11970985 3 機(jī)器人干人不愿意干的事，把人從有毒的、有害的、高溫的或危險(xiǎn)的，這樣 的環(huán)境中解放出來(lái)，同時(shí)機(jī)器人可以干不好干的活，比方說(shuō)在汽車(chē)生產(chǎn)線(xiàn)上我們看到工人天天拿著一百多公斤的焊鉗 ,一天焊幾千個(gè)點(diǎn)，就重復(fù)性的勞動(dòng)，一方面他很累，但是產(chǎn)品的質(zhì)量仍然很低；另一方面機(jī)器人干人干不了的活，這也是非常重要的機(jī)器人發(fā)展的一個(gè)理由，比方說(shuō)人們對(duì)太空的認(rèn)識(shí)，人上不去的時(shí)候，叫機(jī)器人上天，上月球，以及到海洋，進(jìn)入到人體的小機(jī)器人，以及在微觀環(huán)境下，對(duì)原子分子進(jìn)行搬遷的機(jī)器人，都是人們不可達(dá)的工作。上述方面的三個(gè)問(wèn)題，也就是說(shuō)機(jī)器人發(fā)展的三個(gè)理由。 器人的研究 現(xiàn)狀及發(fā)展前景 器人 的研究現(xiàn)狀 1920 年捷克斯洛伐克作家卡雷爾 恰佩克在他的科幻小說(shuō)羅薩姆的機(jī)器人萬(wàn)能公司中 ,根據(jù) 克文 ,原意為 勞役、苦工 )和 蘭文 ,原意為 工人 ),創(chuàng)造出 機(jī)器人 這個(gè)詞。 1939 年美國(guó)紐約世博會(huì)上展出了西屋電氣公司制造的家用機(jī)器人 由電纜控制 ,可以行走 ,會(huì)說(shuō) 77 個(gè)字 ,甚至可以抽煙 ,不過(guò)離真正干家務(wù)活還差得遠(yuǎn)。但它讓人們對(duì)家用機(jī)器人的憧憬變得更加具體。 1942 年美國(guó)科幻巨匠阿西莫夫提出 機(jī)器人三定律 。雖然這只是科幻小說(shuō)里的創(chuàng)造 ,但后來(lái)成 為學(xué)術(shù)界默認(rèn)的研發(fā)原則。 1948 年諾伯特 維納出版控制論 ,闡述了機(jī)器中的通信和控制機(jī)能與人的神經(jīng)、感覺(jué)機(jī)能的共同規(guī)律 ,率先提出以計(jì)算機(jī)為核心的自動(dòng)化工廠。 1954 年美國(guó)人喬治 德沃爾制造出世界上第一臺(tái)可編程的機(jī)器人 ,并注冊(cè)了專(zhuān)利。這種機(jī)械手能按照不同的程序從事不同的工作 ,因此具有通用性和靈活性。 1956 年在達(dá)特茅斯會(huì)議上 ,馬文 明斯基提出了他對(duì)智能機(jī)器的看法 :智能機(jī)器 能夠創(chuàng)建周?chē)h(huán)境的抽象模型 ,如果遇到問(wèn)題 ,能夠從抽象模型中尋找解決方法 。這個(gè)定義影響到以后 30 年智能機(jī)器人的研究方向 。 1959 年德沃爾與美國(guó)發(fā)明家約瑟夫 英格伯格聯(lián)手制造出第一臺(tái)工業(yè)機(jī)器人。隨后 ,成立了世界上第一家機(jī)器人制造工廠 司。由于英格伯格對(duì)工業(yè)機(jī)器人的研發(fā)和宣傳 ,他也被稱(chēng)為 工業(yè)機(jī)器人之父 。 1962 年美國(guó) 司生產(chǎn)出 意思是萬(wàn)能搬運(yùn) ),與 司生產(chǎn)的 樣成為真正商業(yè)化的工業(yè)機(jī)器人 ,并出口到世界各國(guó) ,掀起了全世界對(duì)機(jī)器人和機(jī)器人研究的熱潮。 1962 年 傳感器的應(yīng)用提高了機(jī)器人的可操作性。人們?cè)囍跈C(jī)器人上安裝各 種各樣的傳感器 ,包括 1961 年恩斯特采用的觸覺(jué)傳感器 ,托莫維奇和博尼 1962 年在世買(mǎi)文檔就送您 紙全套， Q 號(hào)交流 401339828 或 11970985 4 界上最早的 靈巧手 上用到了壓力傳感器 ,而麥卡錫 1963 年則開(kāi)始在機(jī)器人中加入視覺(jué)傳感系統(tǒng) ,并在 1965 年 ,幫助 出了世界上第一個(gè)帶有視覺(jué)傳感器 ,能識(shí)別并定位積木的機(jī)器人系統(tǒng)。 1965 年約翰 霍普金斯大學(xué)應(yīng)用物理實(shí)驗(yàn)室研制出 器人。 經(jīng)能通過(guò)聲納系統(tǒng)、光電管等裝置 ,根據(jù)環(huán)境校正自己的位置。 20 世紀(jì) 60 年代中期開(kāi)始 ,美國(guó)麻省理工學(xué)院、斯坦福大學(xué)、英國(guó)愛(ài)丁堡大學(xué)等陸續(xù)成立了機(jī)器人實(shí)驗(yàn)室。美國(guó)興起研究 第二代帶傳感器、 有感覺(jué) 的機(jī)器人 ,并向人工智能進(jìn)發(fā)。 1968 年美國(guó)斯坦福研究所公布他們研發(fā)成功的機(jī)器人 帶有視覺(jué)傳感器 ,能根據(jù)人的指令發(fā)現(xiàn)并抓取積木 ,不過(guò)控制它的計(jì)算機(jī)有一個(gè)房間那么大。 以算是世界第一臺(tái)智能機(jī)器人 ,拉開(kāi)了第三代機(jī)器人研發(fā)的序幕。 1969 年日本早稻田大學(xué)加藤一郎實(shí)驗(yàn)室研發(fā)出第一臺(tái)以雙腳走路的機(jī)器人。加藤一郎長(zhǎng)期致力于研究仿人機(jī)器人 ,被譽(yù)為 仿人機(jī)器人之父 。日本專(zhuān)家一向以研發(fā)仿人機(jī)器人和娛樂(lè)機(jī)器人的技術(shù)見(jiàn)長(zhǎng) ,后來(lái)更進(jìn)一步 ,催生出本田公司的 索 尼公司的 1973 年世界上第一次機(jī)器人和小型計(jì)算機(jī)攜手合作 ,就誕生了美國(guó)司的機(jī)器人 1978 年美國(guó) 司推出通用工業(yè)機(jī)器人 標(biāo)志著工業(yè)機(jī)器人技術(shù)已經(jīng)完全成熟。 今仍然工作在工廠第一線(xiàn)。 1984 年英格伯格再推機(jī)器人 種機(jī)器人能在醫(yī)院里為病人送飯、送藥、送郵件。同年 ,他還預(yù)言 :我要讓機(jī)器人擦地板 ,做飯 ,出去幫我洗車(chē) ,檢查安全 。 1998 年丹麥樂(lè)高公司推出機(jī)器人 (件 ,讓機(jī)器人制造變得跟搭積木一樣 ,相對(duì)簡(jiǎn)單又能任意拼裝 ,使機(jī)器人開(kāi)始走入個(gè)人世界。 1999 年日本索尼公司推出犬型機(jī)器人愛(ài)寶 (當(dāng)即銷(xiāo)售一空 ,從此娛樂(lè)機(jī)器人成為目前機(jī)器人邁進(jìn)普通家庭的途徑之一。 2002 年丹麥 司推出了吸塵器機(jī)器人 能避開(kāi)障礙 ,自動(dòng)設(shè)計(jì)行進(jìn)路線(xiàn) ,還能在電量不足時(shí) ,自動(dòng)駛向充電座。 目前世界上銷(xiāo)量最大、最商業(yè)化的家用機(jī)器人。 2006 年 6 月 ,微軟公司推出 器人模塊化、平臺(tái)統(tǒng)一化的趨勢(shì)越來(lái) 越明顯 ,比爾 蓋茨預(yù)言 ,家用機(jī)器人很快將席卷全球 。 器人的發(fā)展前景 目前國(guó)際機(jī)器人界都在加大科研力度，進(jìn)行機(jī)器人共性技術(shù)的研究，并朝著智能化和多樣化方向發(fā)展。主要研究?jī)?nèi)容集中在以下 10 個(gè)方面： 買(mǎi)文檔就送您 紙全套， Q 號(hào)交流 401339828 或 11970985 5 1工業(yè)機(jī)器人操作機(jī)結(jié)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計(jì)技術(shù)：探索新的高強(qiáng)度輕質(zhì)材料，進(jìn)一步提高負(fù)載 /自重比，同時(shí)機(jī)構(gòu)向著模塊化、可重構(gòu)方向發(fā)展。 2機(jī)器人控制技術(shù)：重點(diǎn)研究開(kāi)放式，模塊化控制系統(tǒng)，人機(jī)界面更加友好，語(yǔ)言、圖形編程界面正在研制之中。機(jī)器人控制器的 標(biāo)準(zhǔn)化和網(wǎng)絡(luò)化，以及基于 網(wǎng)絡(luò)式控制器已成為研究熱點(diǎn)。編程技術(shù)除進(jìn)一步提高在線(xiàn)編程的可操作性之外，離線(xiàn)編程的實(shí)用化將成為研究重點(diǎn)。 3多傳感系統(tǒng)：為進(jìn)一步提高機(jī)器人的智能和適應(yīng)性，多種傳感器的使用是其問(wèn)題解決的關(guān)鍵。其研究熱點(diǎn)在于有效可行的多傳感器融合算法，特別是在非線(xiàn)性及非平穩(wěn)、非正態(tài)分布的情形下的多傳感器融合算法。另一問(wèn)題就是傳感系統(tǒng)的實(shí)用化。 4機(jī)器人的結(jié)構(gòu)靈巧，控制系統(tǒng)愈來(lái)愈小，二者正朝著一體化方向發(fā)展。 5機(jī)器人遙控及監(jiān)控技術(shù)，機(jī)器人半自主和自主技術(shù)，多機(jī)器人和操作者之間的協(xié)調(diào)控制 ，通過(guò)網(wǎng)絡(luò)建立大范圍內(nèi)的機(jī)器人遙控系統(tǒng)，在有時(shí)延的情況下，建立預(yù)先顯示進(jìn)行遙控等。 6虛擬機(jī)器人技術(shù)：基于多傳感器、多媒體和虛擬現(xiàn)實(shí)以及臨場(chǎng)感技術(shù)，實(shí)現(xiàn)機(jī)器人的虛擬遙操作和人機(jī)交互。 7多智能體（ 控制技術(shù)：這是目前機(jī)器人研究的一個(gè)嶄新領(lǐng)域。主要對(duì)多智能體的群體體系結(jié)構(gòu)、相互間的通信與磋商機(jī)理，感知與學(xué)習(xí)方法，建模和規(guī)劃、群體行為控制等方面進(jìn)行研究。 8微型和微小機(jī)器人技術(shù)（ :這是機(jī)器人研究的一個(gè)新的領(lǐng)域和重點(diǎn)發(fā)展方 向。過(guò)去的研究在該領(lǐng)域幾乎是空白，因此該領(lǐng)域研究的進(jìn)展將會(huì)引起機(jī)器人技術(shù)的一場(chǎng)革命，并且對(duì)社會(huì)進(jìn)步和人類(lèi)活動(dòng)的各個(gè)方面產(chǎn)生不可估量的影響，微小型機(jī)器人技術(shù)的研究主要集中在系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、運(yùn)動(dòng)方式、控制方法、傳感技術(shù)、通信技術(shù)以及行走技術(shù)等方面。 9軟機(jī)器人技術(shù)（ :主要用于醫(yī)療、護(hù)理、休閑和娛樂(lè)場(chǎng)合。傳統(tǒng)機(jī)器人設(shè)計(jì)未考慮與人緊密共處，因此其結(jié)構(gòu)材料多為金屬或硬性材料，軟機(jī)器人技術(shù)要求其結(jié)構(gòu)、控制方式和所用傳感系統(tǒng)在機(jī)器人意外地與環(huán)境或人碰撞時(shí)是安全的，機(jī)器人對(duì)人是友好的。 10仿人和仿生技術(shù)：這是機(jī)器人技術(shù)發(fā)展的最高境界，目前僅在某些方面進(jìn)行一些基礎(chǔ)研究 。 買(mǎi)文檔就送您 紙全套， Q 號(hào)交流 401339828 或 11970985 6 2 視覺(jué)機(jī)器人設(shè)計(jì)方案的確定 覺(jué)移動(dòng)機(jī)器人機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方案 力源的論證與選擇 表 2優(yōu)缺點(diǎn)比較： 方案 1 直流減速電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)力矩大，體積小，重量輕，裝配簡(jiǎn)單，使用方便， 小車(chē)機(jī)內(nèi)部裝有減速齒輪組，所以并不需要考慮調(diào)速功能，很方便的就可以實(shí)現(xiàn)通過(guò)單片機(jī)對(duì)直流減速電機(jī)前進(jìn)、后退、停止等操作。而且無(wú)刷直流電機(jī)采用方波電流供電，所用優(yōu)點(diǎn) 缺點(diǎn) 直流電機(jī) 1、無(wú)刷直流電機(jī)采用方波電流供電，所用電機(jī)的轉(zhuǎn)矩/體積比更高。 2、無(wú)刷直流電機(jī)結(jié)構(gòu)更簡(jiǎn)單、制造成本更低。 3、產(chǎn)生方波電壓和電流的變頻器比產(chǎn)生正弦波電壓和電流的變頻器簡(jiǎn)單，選用無(wú)刷直流電機(jī)更好。 電樞電壓，適合應(yīng)用在 0基速以下范圍內(nèi)調(diào)速 。不能達(dá)到電機(jī)的最高轉(zhuǎn)速。 激磁電壓，適合應(yīng)用在基速以上，弱磁升速。 不能得到電機(jī)的較低轉(zhuǎn)速。 電樞電壓，電樞全電壓之后，弱磁升速。適合應(yīng)用在調(diào)速范圍大的情況。這是直流電機(jī)最完善的調(diào)速方式，但設(shè)備復(fù)雜，造價(jià)高。 交流電機(jī) 構(gòu)簡(jiǎn)單、體積小、重量輕、動(dòng)態(tài)響應(yīng)好； 速范圍廣、響應(yīng)頻率高。 帶動(dòng)慣性負(fù)載能力差，一般需用齒輪減速裝置； 交流伺服電動(dòng)機(jī)的多用于中小型數(shù)控機(jī)床。 步進(jìn)電機(jī) 轉(zhuǎn)或反轉(zhuǎn)； 構(gòu)簡(jiǎn)單，使用、維修方便，制造成本低。 效率較低，發(fā)熱大，有時(shí)會(huì)“失步”。 步進(jìn)電機(jī)適用于中、小型機(jī)床和速度精度要求不高的地方。 買(mǎi)文檔就送您 紙全套， Q 號(hào)交流 401339828 或 11970985 7 電機(jī)的轉(zhuǎn)矩 /體積比更高。無(wú)刷直流電機(jī)結(jié)構(gòu)更簡(jiǎn)單、制造成本更低 。無(wú)刷直流電機(jī)產(chǎn)生方波電壓和電流的變頻器比產(chǎn)生正弦波電壓和電流的變頻器簡(jiǎn)單，選用無(wú)刷直流電機(jī)更好。 方案 2 交流電機(jī)分為同步電機(jī)與異步電機(jī)。異步電動(dòng)機(jī)按照定子相數(shù)的不同分為單項(xiàng)異步電動(dòng)機(jī)、兩相異步電動(dòng)機(jī)和三相異步電動(dòng)機(jī)。三相異步電動(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，運(yùn)行可靠，成本低廉等優(yōu)點(diǎn)，廣泛應(yīng)用于工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中。同步電動(dòng)機(jī)的主要運(yùn)行方式有三種，可以作為發(fā)電機(jī)，電動(dòng)機(jī)，和補(bǔ)償機(jī)。同步電動(dòng)機(jī)主要用來(lái)發(fā)電。作為電動(dòng)機(jī)使用時(shí)可以調(diào)節(jié)功率因數(shù)，在不需要調(diào)速的情況下可以提高運(yùn)行效率。作為補(bǔ)償機(jī)器時(shí)，改變勵(lì)磁電流可以改善電網(wǎng)功率因數(shù)，調(diào)節(jié)電 網(wǎng)電壓。然而交流電機(jī)必須攜帶電源線(xiàn)，這對(duì)于機(jī)器人來(lái)說(shuō)不太方便并且由于機(jī)器人在行駛過(guò)程中需要對(duì)速度進(jìn)行調(diào)整，而交流電機(jī)無(wú)法實(shí)現(xiàn)速度的變換。 方案 3 步進(jìn)電機(jī) 是將電 脈沖 信號(hào)轉(zhuǎn)變?yōu)榻俏灰苹蚓€(xiàn)位移的開(kāi)環(huán)控制元件。在非超載的情況下，電機(jī)的轉(zhuǎn)速、停止的位置只取決于脈沖信號(hào)的頻率和脈沖數(shù)，而不受負(fù)載變化的影響，即給電機(jī)加一個(gè)脈沖信號(hào)，電機(jī)則轉(zhuǎn)過(guò)一個(gè) 步距腳 。這一線(xiàn)性關(guān)系的存在，加上步進(jìn)電機(jī)只有周期性的誤差而無(wú)累積誤差等特點(diǎn)。使得在速度、位置等控制領(lǐng)域用步進(jìn)電機(jī)來(lái)控制變的非常的簡(jiǎn)單。但步進(jìn)電機(jī)并不能象普通的直流電機(jī)， 交流電機(jī) 在常規(guī)下使用。它必須由雙環(huán)形脈沖信號(hào)、功率驅(qū)動(dòng)電路等組成控制系統(tǒng)方可使用。因此用好步進(jìn)電機(jī)卻非易事，它涉及到機(jī)械、電機(jī)、電子及計(jì)算機(jī)等許多專(zhuān)業(yè)知識(shí)。 缺點(diǎn)是效率較低，發(fā)熱大，有時(shí)會(huì)“失步”。 最終方案：本次設(shè)計(jì)使用直流無(wú)刷電機(jī) 動(dòng)方式的選擇 方案 1： 輪式 機(jī)構(gòu) 方案 2：履帶式結(jié)構(gòu) 優(yōu)缺點(diǎn)的比較： 方案 1 輪式 結(jié)構(gòu) 是一個(gè)馬達(dá)作為動(dòng)力，通過(guò)變速箱驅(qū)動(dòng)后輪；另一個(gè)馬達(dá)轉(zhuǎn)動(dòng)導(dǎo)向輪來(lái)決定行駛方向。優(yōu)點(diǎn)是在直道行駛速度較快、 方向和速度相互獨(dú)立。 缺點(diǎn)為轉(zhuǎn)彎半徑大、驅(qū)動(dòng)輪易打滑、導(dǎo)向輪方向不易精確控制。 方案 2 履帶結(jié)構(gòu)是 兩個(gè)電機(jī)分別驅(qū)動(dòng)兩條履帶。優(yōu)點(diǎn)是可以在原地轉(zhuǎn)動(dòng)；在不平的路面上性能穩(wěn)定，牽引力大。缺點(diǎn)為速度慢、速度和方向不能單獨(dú)控制摩擦力很大； 能量損耗大，機(jī)械結(jié)構(gòu)復(fù)雜。 最終方案 ：履帶結(jié)構(gòu)能適應(yīng)更為復(fù)雜的環(huán)境 ，本次設(shè)計(jì)選用履帶式結(jié)構(gòu) 源的論證與選擇 由于本系統(tǒng)需要電池供電，我們考慮了如下集中方案為系統(tǒng)供電。 買(mǎi)文檔就送您 紙全套， Q 號(hào)交流 401339828 或 11970985 8 方案 1： 采用 10 節(jié) 電池供電，電壓達(dá)到 15V，經(jīng) 7812 穩(wěn)壓后給支流電機(jī)供電，然后將 12V 電壓再次降壓、穩(wěn)壓后給單片機(jī)系統(tǒng)和其他芯片供電。但干電池電量有限，使用大量的 干電池給系統(tǒng)調(diào)試帶來(lái)很大的不便，因此，我們放棄了這種方案。 方案 2： 采用 12V 蓄電池為 直流電機(jī) 供電 ，將 12V 電壓降壓、穩(wěn)壓后給單片機(jī)系統(tǒng)和其他芯片供電。 蓄電池具有較強(qiáng)的電流驅(qū)動(dòng)能力以及穩(wěn)定的電壓輸出性能。 雖然 蓄電池的體積過(guò)于龐大，在小型電動(dòng)車(chē)上使用極為不方便 ，但由于我們的車(chē)體設(shè)計(jì)時(shí)留出了足夠的空間，并且蓄電池的價(jià)格比較低 。因此我們 選擇 了此方案。 綜上考慮，我們選擇了方案 2 動(dòng)方式的選擇 方案 1：帶傳動(dòng) 方案 2：齒輪傳動(dòng) 優(yōu)缺點(diǎn)的比較： 方案 1帶傳動(dòng)是利用張緊在帶輪上的柔性帶進(jìn)行運(yùn)動(dòng)或動(dòng)力 傳遞的一種機(jī)械傳動(dòng)。根據(jù)傳動(dòng)原理的不同，有靠帶與帶輪間的摩擦力傳動(dòng)的摩擦型帶傳動(dòng)，也有靠帶與帶輪上的齒相互嚙合傳動(dòng)的同步帶傳動(dòng)帶傳動(dòng)具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、傳動(dòng)平穩(wěn) ， 且其造價(jià)低廉、不需潤(rùn)滑、維護(hù)容易等特點(diǎn)。 方案 2齒輪傳動(dòng)是利用兩齒輪的輪齒相互嚙合傳遞動(dòng)力和運(yùn)動(dòng)的機(jī)械傳動(dòng)。按齒輪軸線(xiàn)的相對(duì)位置分平行軸圓柱齒輪傳動(dòng)、相交軸圓錐齒輪傳動(dòng)和交錯(cuò)軸螺旋齒輪傳動(dòng)。具有結(jié)構(gòu)緊湊、效率高、壽命長(zhǎng)等特點(diǎn) 。 表 2傳動(dòng)與齒輪傳動(dòng)的比較 優(yōu)點(diǎn) 缺點(diǎn) 帶傳動(dòng) 此傳動(dòng)過(guò)程中可以起到緩沖和吸震的作 用，是傳動(dòng)平穩(wěn)； 會(huì)產(chǎn)生打滑，能防止工件的損壞，從而保護(hù)原動(dòng)機(jī)； 帶是靠摩擦進(jìn)行傳動(dòng)的，而帶傳動(dòng)產(chǎn)生的打滑使傳動(dòng)比不確定，同時(shí)代的尺寸較大，傳動(dòng)效率低 買(mǎi)文檔就送您 紙全套， Q 號(hào)交流 401339828 或 11970985 9 齒輪傳動(dòng) 達(dá)到96% 2.帶傳動(dòng)和鏈傳動(dòng)所需空間?。?制造及安裝精度較高，不宜用于傳動(dòng)比過(guò)大的場(chǎng)合； 感器的選擇 方案一：使用紅外傳感器導(dǎo)航 任何物質(zhì)，只要它本身具有一定的溫度（高于絕對(duì)零度），都能輻射紅外線(xiàn)。紅外線(xiàn)傳感器是利用紅外線(xiàn)的物理性質(zhì)來(lái)進(jìn) 行測(cè)量的傳感器，紅外線(xiàn)傳感器測(cè)量時(shí)不與被測(cè)物體直接接觸，因而不存在摩擦，并且有靈敏度高，響應(yīng)快等優(yōu)點(diǎn)。但是紅外傳感器在測(cè)距和探障過(guò)程中易受可見(jiàn)光的影響，特別在一些光線(xiàn)較強(qiáng)以及環(huán)境溫度基本一樣的條件下，其性能下降迅速，此外，使用紅外傳感器還需預(yù)先設(shè)定好軌跡，不宜于移動(dòng)機(jī)器人的自主移動(dòng)。 方案二：使用超聲波傳感器導(dǎo)航 超聲波傳感器是利用超聲波的特性研制而成的傳感器。超聲波是一種振動(dòng)頻率高于聲波的機(jī)械波，由換能晶片在電壓的激勵(lì)下發(fā)生振動(dòng)產(chǎn)生的，它具有頻率高、波長(zhǎng)短、繞射現(xiàn)象小，特別是方向性好、能夠成為射線(xiàn)而定向傳 播等特點(diǎn)。超聲波對(duì)液體、固體的穿透本領(lǐng)很大，尤其是在陽(yáng)光不透明的固體中，它可穿透幾十米的深度。超聲波碰到雜質(zhì)或分界面會(huì)產(chǎn)生顯著反射形成反射成回波，碰到活動(dòng)物體能產(chǎn)生多普勒效應(yīng)。 超聲波傳感器應(yīng)用起來(lái)原理簡(jiǎn)單，也很方便，成本也很低。但是目前的超聲波傳感器都有一些缺點(diǎn)，比如，反射問(wèn)題，噪音，交叉問(wèn)題。 方案三 視覺(jué)傳感器 視覺(jué)傳感器具有從一整幅圖像捕獲光線(xiàn)的數(shù)以千計(jì)的像素的能力，它主要部件就是照相機(jī)或攝像機(jī)，在捕獲圖像之后，視覺(jué)傳感器將其與內(nèi)存中存儲(chǔ)的基準(zhǔn)圖像進(jìn)行比較，以做出分析。視覺(jué)傳感器通常因其精確性、易用 性、豐富功能及合理成本而成為最佳選擇。 終方案 ： 基于視覺(jué)的移動(dòng) 機(jī)器人實(shí)用履帶式 結(jié)構(gòu) ，用采用 充電動(dòng)力電池組，使用直流 無(wú)刷電機(jī)作為機(jī)器人的動(dòng)力源，利用視覺(jué)傳感器采集圖像， 通過(guò) 單片機(jī) 控制直流電機(jī)可以實(shí)現(xiàn)小車(chē)的前進(jìn)，后退以及轉(zhuǎn)向等功能 。 覺(jué)移動(dòng)機(jī)器人控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案 買(mǎi)文檔就送您 紙全套， Q 號(hào)交流 401339828 或 11970985 10 制系統(tǒng)的選擇 可編程邏輯控制器，一種數(shù)字運(yùn)算操作的電子系統(tǒng)，專(zhuān)為在工業(yè)環(huán)境應(yīng)用而設(shè)計(jì)的。它采用一類(lèi)可編程的存儲(chǔ)器，用于其內(nèi)部存儲(chǔ) 程序，執(zhí)行邏輯運(yùn)算，順序控制，定時(shí)，計(jì)數(shù)與算術(shù)操作等面向用戶(hù)的指令，并通過(guò)數(shù)字或模擬式輸入 /輸出控制各種類(lèi)型的機(jī)械或生產(chǎn)過(guò)程。 硬件結(jié)構(gòu)基本上與微型計(jì)算機(jī)相同， 由 存器、電源構(gòu)成。 單片機(jī)是一種集成在電路芯片，是采用超大規(guī)模集成電路技術(shù)把具有數(shù)據(jù)處理能力的中央處理器 讀存儲(chǔ)器 種 I/時(shí)器 /計(jì)時(shí)器等功能（可能還包括顯示驅(qū)動(dòng)電路、脈寬調(diào)制電路、模擬多路轉(zhuǎn)換器、 A/D 轉(zhuǎn)換器等電路）集成到一塊硅片上構(gòu)成的一個(gè)小而完善的 計(jì)算機(jī)系統(tǒng)。 泛的應(yīng)用在控制系統(tǒng)中，但是它們依然具有不同，他們的區(qū)別為： 部分用在較大型的設(shè)備上。因?yàn)槠鋬r(jià)格較高，一般都是附加值較高的自動(dòng)控制系統(tǒng)才會(huì)考慮。 特點(diǎn)： 可靠性高，抗干擾能力強(qiáng) ； 硬件配套齊全，功能完善，適用性強(qiáng) ； 易學(xué)易用，深受工程技術(shù)人員歡迎 ； 系統(tǒng)的設(shè)計(jì)、安裝、調(diào)試工作量小，維護(hù)方便，容易改造 ； 體積小，重量輕，能耗低 。 單片機(jī)控制 單片機(jī)又稱(chēng)單片微控制器 ,它不是完成某一個(gè)邏輯功能的芯片 ,而是把一個(gè)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)集成到一個(gè)芯片上。相當(dāng)于一個(gè)微型的計(jì)算機(jī)，和 計(jì)算機(jī)相比，單片機(jī)只缺少了 I/括的講：一塊芯片就成了一臺(tái)計(jì)算機(jī)。它的體積小、質(zhì)量輕、為學(xué)習(xí)、應(yīng)用和開(kāi)發(fā)提供了便利條件 ，同時(shí)單片機(jī)的成本比 合考慮 本次設(shè)計(jì) 選擇單片 機(jī)控制。 單片機(jī)有 8 位， 16 位， 32 位等，這里的位指單片機(jī) 次處理能力 ,8 位是指單片機(jī)一次可以計(jì)算 8 位數(shù)據(jù) ,16 位是指單片機(jī)一次可以計(jì)算 16 位數(shù)據(jù) ,依次類(lèi)推，在此次設(shè)計(jì)中用 8位單片機(jī)完全可以完成對(duì)機(jī)器人的控制，另考慮經(jīng)濟(jì)等方面， 本次設(shè)計(jì) 選擇 8位單片機(jī) . 制器的軟件設(shè)計(jì) 在歸納了移動(dòng)機(jī)器人各種運(yùn)動(dòng)行為的基 礎(chǔ)上，我們 總結(jié)了機(jī)器人的如下運(yùn)動(dòng)方式 : 兩個(gè)電機(jī)啟動(dòng)。 2停止 :兩個(gè)電機(jī)停止轉(zhuǎn)動(dòng)。 兩個(gè)電機(jī)同時(shí)在現(xiàn)有速度基礎(chǔ)上增加一個(gè)數(shù)量級(jí)，實(shí)現(xiàn)加速。 兩個(gè)電機(jī)同時(shí)在現(xiàn)有速度基礎(chǔ)上減小一個(gè)數(shù)量級(jí)，實(shí)現(xiàn)減速。 改變一個(gè)電機(jī)的轉(zhuǎn)向，完成轉(zhuǎn)彎后作直線(xiàn)運(yùn)動(dòng)。 兩個(gè)電機(jī)以相同的速度和轉(zhuǎn)向運(yùn)動(dòng)。 買(mǎi)文檔就送您 紙全套， Q 號(hào)交流 401339828 或 11970985 11 這些 運(yùn)動(dòng) 覆蓋了差動(dòng)輪式移動(dòng)系統(tǒng)的所有基本動(dòng)作，通過(guò)一系列電機(jī)控制的組合就可以靈活地控制機(jī)器人完成它所能夠做到的任何動(dòng)作。當(dāng)移動(dòng)機(jī)器人需要做出某種動(dòng)作時(shí)，車(chē)載機(jī)只須將期望動(dòng)作翻譯為一個(gè)電 機(jī)指令序列，發(fā)布給運(yùn)動(dòng)控制器，運(yùn)動(dòng)控制器就可以按部就班地控制機(jī)器人予以完成。 動(dòng)機(jī)器人的視覺(jué)系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案 機(jī)器人的視覺(jué)系統(tǒng)一般包括硬件與軟件兩個(gè)部分 ,前者是系統(tǒng)的基礎(chǔ) ,后者主要包括實(shí)現(xiàn)圖像處理的基本算法以及一些實(shí)現(xiàn)人機(jī)交互的接口程序 . 基于計(jì)算機(jī)視覺(jué)的移動(dòng)機(jī)器人導(dǎo)航實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)的 硬件 部分由計(jì)算機(jī)、攝像頭、 機(jī)器人地盤(pán) 組成。軟件分為 兩 部分，即圖像處理和機(jī)器人運(yùn)動(dòng)控制?；谝曈X(jué)導(dǎo)航的原始輸入圖像是連續(xù)的數(shù)字視頻圖像。系統(tǒng)工作時(shí)，圖像預(yù)處理模塊首先對(duì)原始的輸入圖像進(jìn)行縮小、邊緣檢測(cè)、等預(yù)處理。其次利用 計(jì)算機(jī)計(jì) 算并 提取出對(duì)機(jī)器人有用的路徑信息。最后，運(yùn)動(dòng)控制模塊根據(jù)識(shí)別的路徑信息，調(diào)用直行或轉(zhuǎn)彎功能模塊使機(jī)器人做相應(yīng)的移動(dòng)。 獲 取 圖 像特 征 抽 出 和分 割計(jì) 算 距 離 和角 度驅(qū) 動(dòng) 機(jī) 器 人步 進(jìn) 電 機(jī) 的 轉(zhuǎn)向 和 速 度輸 出 脈 沖攝 像 頭 位 置和 伺 服 系 統(tǒng)圖 像 處 理 單 元運(yùn) 動(dòng) 控 制 模 塊圖 2器人的控制原理 在本次設(shè)計(jì)中，采用的是用攝像頭實(shí)時(shí)的采集 圖像 信息，經(jīng)過(guò) 上位機(jī) 的內(nèi)部處理，通過(guò)單片機(jī)控制電機(jī) 來(lái) 實(shí)現(xiàn)運(yùn)動(dòng)要求 。 買(mǎi)文檔就送您 紙全套， Q 號(hào)交流 401339828 或 11970985 12 3 機(jī)器人 機(jī)械部分 的設(shè)計(jì) 與 計(jì)算 動(dòng)機(jī)的選擇與計(jì)算 已知驅(qū)動(dòng)輪直徑 D=120V=s 按工作要求和條件，選用直流無(wú)刷電機(jī)，電壓 12V. 電動(dòng)機(jī)功率的選 擇： 機(jī)器人的設(shè)計(jì)負(fù)重為 35公斤，動(dòng)摩擦因數(shù)為 F=35*10*= T=m，考慮到機(jī)器人會(huì)攜帶上位機(jī)等設(shè)備，所以取 T=3N/m， w 9550 1、電動(dòng)機(jī)類(lèi)型的選擇： Y 系列三相異步電動(dòng)機(jī) 2、電動(dòng)機(jī)功率選擇： （ 1）傳動(dòng)裝置的總功率： 總 = 帶 2 軸承 齒輪 聯(lián)軸器 滾筒 =2)電機(jī)所需的工作功率： P 工作 =000 總 =000 文檔就送您 紙全套， Q 號(hào)交流 401339828 或 11970985 13 =58W 3、確定電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速： 計(jì)算滾筒工作轉(zhuǎn)速： n 筒 =60 1000V/ D =60 1000 120 =150r/手冊(cè)推薦的傳動(dòng)比合理范圍，取圓柱齒輪傳動(dòng)一級(jí)減速器傳動(dòng)比范圍 Ia=36。取 1=24，則總傳動(dòng)比理 時(shí)范圍為 Ia=624。故電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速的可選范圍為 nd=Ia n 筒 =（ 624） 150=9003600r/合這一范圍的同步轉(zhuǎn)速有 1000、 1500 和 3000r/ 根據(jù)容量和轉(zhuǎn)速，由有關(guān)手冊(cè)查出有三種適用的電動(dòng)機(jī)型號(hào)：因此有三種傳支比方案。綜合考慮電動(dòng)機(jī)和傳動(dòng)裝置尺寸、重量、價(jià)格和帶傳動(dòng)、減速器的傳動(dòng)比，可見(jiàn)第 2 方案比較適合，則選 n=1500r/ 4、確定電動(dòng)機(jī)型號(hào) 根據(jù)以上選用的電動(dòng)機(jī)類(lèi)型，所需的額定功率及同步轉(zhuǎn)速， 根據(jù)設(shè)計(jì)要求電動(dòng)機(jī)所需轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)速查手冊(cè) . 表 3電動(dòng)機(jī)型號(hào) 額定功率 額定轉(zhuǎn)速 r/傳動(dòng)比 0W 1500 25 速器的選擇與計(jì)算 買(mǎi)文檔就送您 紙全套， Q 號(hào)交流 401339828 或 11970985 14 圖 3算總傳動(dòng)比及分配各級(jí)的 傳 動(dòng)比 1、總傳動(dòng)比： 2125 2、分配各級(jí)傳動(dòng)比 1 ， 經(jīng)計(jì)算 i i 動(dòng)參數(shù)及動(dòng)力參數(shù)計(jì)算 1、計(jì)算各軸轉(zhuǎn)速（ r/ nI=n 電機(jī) =1500r/nI/i 帶 =1500/74(r/i 齒輪 =274/0(r/2、 計(jì)算各軸的功率（ 工作 =30W=I 帶 =30 軸承 齒輪 =3、 計(jì)算各軸扭矩（ N 買(mǎi)文檔就送您 紙全套， Q 號(hào)交流 401339828 或 11970985 15 106PI/106 500 =191N 106106 74 =106106 0 = 傳動(dòng)零件的設(shè)計(jì)計(jì)算 一 、 外傳動(dòng)帶選為 普通 1、確定計(jì)算功率 1）、由表查得工作情況系數(shù) A 2）、由式 2、選擇 查圖選 帶。 （ 1）、參考圖表選取小帶輪直徑 01 2 1 （電機(jī)中心高符合要求） （ 2）、驗(yàn)算帶速 ， 由式 a 1111 0 060 102 7 41 0 0 060 （ 3）、從動(dòng)帶輪直徑 12 查表取 52 （ 4）、傳動(dòng)比 i （ 5）、從動(dòng)輪轉(zhuǎn)速 m i n 112 0 0 i 買(mǎi)文檔就送您 紙全套， Q 號(hào)交流 401339828 或 11970985 16 a 和帶長(zhǎng) （ 1）初選中心距 1021 130930 a取 000 （ 2）、求帶的計(jì)算基礎(chǔ)準(zhǔn)長(zhǎng)度0004)1055()5510(21002*4)()(22202122100查圖 203)、計(jì)算中心距 :a La d 109)2 00 (4)、確定中心距調(diào)整范圍 a x i n 由式 1 2 01 5 3601 8 0 121 帶根數(shù) Z (1)、由表查得10 450r/ 600r/根 線(xiàn)性插值法求 600r/功率 4501500(14501600 (2)、由表查得 3)、由表查得查得包角系數(shù) (4)、由表查得長(zhǎng)度系數(shù) 5)、計(jì)算 ，由式 買(mǎi)文檔就送您 紙全套， Q 號(hào)交流