吉林大學珠海學院課程設計報告

吉林大學珠海學院課程設計報告in多功能智能小車設計題目 專業(yè)綜合課程設計所屬系部測控技術(shù)與儀器專業(yè)班級 15班 學生姓名 吳聰 學號 03121520 指導教師 谷峰老師設計地點 實驗樓427實驗室2015年9月12日摘要隨著汽車工業(yè)的迅速發(fā)展，關于汽車的研究也就越來越受人們的關注，而汽車的智能化已成為科技發(fā)展的新方向。本設計就是在這樣的背景下提出來的。此次設計的簡易智能小車是基于單片機控制及傳感器技術(shù)的，實現(xiàn)的功能是小汽車可自動尋跡行駛，并且能夠利光電傳感器檢測道路上的障礙，利用電兩個電機的差動調(diào)節(jié)，控制電動小汽車的自動避障、尋光及自動停車，通過尋跡傳感器進彳亍黑線的檢測，并由單片機系統(tǒng)來控制智能車的行駛狀態(tài)。采用PWM技術(shù)實現(xiàn)了電動機的多級調(diào)速.關鍵詞：單片機PWM尋跡傳感器AbstractWiththedevelopmentofautomobileindustry,peoplepaymoreattentiontotheresearchaboutcars,andtheintelligentelectricvehiclesaremoreandmoreimport.Thedesignisputforwardinthiscontext.Thesimpledesignofsmartcarisbasedonthesingle-chipcontrolandsensortechnology,therealizationofanautomatictracingtraffic,usingTwoelectricmotorsdifferentialregulation,Controlautomaticelectriccarobstacleavoidance,lightsearchandautomaticparking.Theuseofrear-wheeldrivefrontwheelsteeringmodeoftravelingthroughtracingsensors,suchasHallsensorsdetecttheblacklinesandmileagerecords,bythesingle-chipsystemtodecision-makingSmartcardriving.UsingPWMtechnologytoachieveamulti-stagemotorspeed.Keywords:single-chipcontrolPWMSeeksthemarksensor第一章前言1.智能小車的作用和意義自第一臺工業(yè)機器人誕生以來，機器人的發(fā)展已經(jīng)遍及機械、電子、冶金、交通、宇航、國防等領域。近年來機器人的智能水平不斷提高，并且迅速地改變著人們的生活的方式。人們在不斷探討、改造、認識自然的過程中，制造能代替人勞動的機器一直是人類的夢想。隨著科學技術(shù)的發(fā)展，機器人的感覺傳感器的種類越來越多，其中視覺傳感器成為自動行走和駕駛的重要部件。視覺的典型應用領域為自主式智能導航系統(tǒng)，對于視覺的各種技術(shù)而言圖像處理技術(shù)已相當發(fā)達，而基于圖像的理解技術(shù)還很落后，機器視覺需要通過大量的運算也能識別一些結(jié)構(gòu)化環(huán)境簡單的目標。視覺傳感器的核心器件是攝像管或CCD，目前的CCD已能做到自動聚焦。但CCD傳感器的價格、體積和使用方式上并不占優(yōu)勢，因此在不要求清晰圖像只需要粗略感覺的系統(tǒng)中考慮使用接近覺傳感器是一種實用有效的方法。智能小車，也就是輪式機器人，最適合在那些人類無法工作的環(huán)境中工作，該技術(shù)可以應用于無人駕駛機動車，無人生產(chǎn)線，倉庫，服務機器人，航空航天等領域。作為20世紀自動化領域的重大成就，機器人已經(jīng)和人類社會的生產(chǎn)、生活密不可分。因此為了使智能小車工作在最佳狀態(tài)，進一步研究及完善其速度和方向的控制是非常有必要的。智能小車要實現(xiàn)自動尋跡功能和避障功能就必須要感知導引線和障礙物，感知導引線相當給機器人一個視覺功能.避障控制系統(tǒng)是基于自動導引小車系統(tǒng)，基于它的智能小車實現(xiàn)自動識別路線，判斷并自動避開障礙，選擇正確的行進路線.使用傳感器感知路線和障礙并作出判斷和相應的執(zhí)行動作.該智能小車可以作為機器人的典型代表.它可以分為三大組成部分：傳感器檢測部分，執(zhí)行部分,CPU.機器人要實現(xiàn)自動避障功能，還可以擴展循跡等功能，感知導引線和障礙物.可以實現(xiàn)小車自動識別路線，選擇正確的行進路線，并檢測到障礙物自動躲避.考慮使用價廉物美的紅外反射式傳感器來充當.智能小車的執(zhí)行部分，是由直流電機來充當?shù)?，主要控制小車的行進方向和速度.單片機驅(qū)動直流電機一般有兩種方案:第一,勿需占用單片機資源，直接選擇有PWM功能的單片機，這樣可以實現(xiàn)精確調(diào)速;第二，可以由軟件模擬PWM輸出調(diào)制，需要占用單片機資源，難以精確調(diào)速，但單片機型號的選擇余地較大.考慮到實際情況CPU使用51單片機，配合軟件編程實現(xiàn)。2.智能小車國內(nèi)外研究現(xiàn)狀在現(xiàn)代化運輸及物流系統(tǒng)中，SZD智能行小車因其獨特的性能優(yōu)點（整個系統(tǒng)由于是空中運行，地面操作控制，充分地利用廠房空間，有效地減少使用面積，實現(xiàn)地面、空中為一體的立體化自動輸送系統(tǒng)，同時，它與輸送鏈相比較，該輸送系統(tǒng)運行速度更快，負載更大，抗污染更強，安裝更為方面，生產(chǎn)成本更低等優(yōu)點)，在現(xiàn)代汽車生產(chǎn)制造行業(yè)中被普遍使用，但到目前為止，SZD智能小車輸送線的生產(chǎn)都是單工位控制，雙工位智能小車控制系統(tǒng)在國內(nèi)還是屬于空白，在國外著名的日本大福公司也只是進行了部分的研制和開發(fā)，雖取得了一些進展，但造價相當昂貴，從目前國內(nèi)汽車行業(yè)的現(xiàn)狀看，單工位SZD智能小車輸送線的生產(chǎn)已經(jīng)滿足不了汽車行業(yè)生產(chǎn)制造的要求，汽車生產(chǎn)廠商紛紛要求開發(fā)出具有雙工位功能的智能小車系統(tǒng)，因此，此項技術(shù)的改進勢在必行?，F(xiàn)智能小車發(fā)展很快，從智能玩具到其它各行業(yè)都有實質(zhì)成果.其基本可實現(xiàn)循跡，避障，檢測貼片，尋光入庫，避崖等基本功能，現(xiàn)在大學電子設計大賽智能小車又在向聲控系統(tǒng)發(fā)展.比較出名的飛思卡爾智能小車更是走在前列，我此次的設計主要實現(xiàn)循跡避障通信及遙控功能。第二章方案設計與論證根據(jù)題目要求，確定以下方案：本智能小車是以PCB電路板為車架，STC89C52為控制核心，加以直流減速電機、光電傳感器，紅外發(fā)射管及紅外接收管，穩(wěn)壓電源電路，紅外檢測及檢測提示電路構(gòu)成。系統(tǒng)由STC89C52通過IO口控制小車的前進，后退及轉(zhuǎn)向，還可以通過PWM調(diào)制對小車車速進行調(diào)整。2.1主控系統(tǒng)根據(jù)設計要求，我認為此設計屬于多輸入量的復雜程序設計控制問題。據(jù)此，擬定了以下兩種方案并進行綜合的比較論證，具體如下：方案一：選用一片CPLD(EPM7128LC84-15)作為系統(tǒng)的核心部件，實現(xiàn)控制與處理的功能。CPLD具有速度快、編程容易、資源豐富、開發(fā)周期短等優(yōu)點，可利用VHDL語言進行編寫開發(fā)。但CPLD在控制上較單片機有較大的劣勢。同時，CPLD的處理速度非?？欤≤嚨男羞M速度不可能太高，那么對系統(tǒng)處理信息的要求也就不會太高，在這一點上，MCU就已經(jīng)勝任了。若采用該方案，必將在控制上遇到許許多多不必要增加的難題。為此，我們不采用該種方案，進而提出了第二種設想。方案二：采用單片機作為整個系統(tǒng)的核心，用其控制行進中的小車，以實現(xiàn)其既定的性能指標。充分分析我們的系統(tǒng)，其關鍵在于實現(xiàn)小車的自動控制，而在這一點上，單片機就顯示出來它的優(yōu)勢一控制簡單、方便、快捷。這樣一來，單片機就可以充分發(fā)揮其資源豐富、有較為強大的控制功能及可位尋址操作功能、價格低廉等優(yōu)點。因此，這種方案是一種較為理想的方案。針對本設計特點一一多開關量輸入的復雜程序控制系統(tǒng)，需要擅長處理多開關量的標準單片機，而不能用精簡I/O口和程序存儲器的小體積單片機。根據(jù)這些分析，我選定了STC89C52單片機作為本設計的主控裝置，51單片機具有功能強大的位操作指令，I/O口均可按位尋址，程序空間多達8K，對于本設計也綽綽有余，更可貴的是51單片機價格非常低廉。在綜合傳感器、兩部電機的驅(qū)動等諸多因素后，我們決定用一片單片機，充分利用STC89C52單片機的資源。2.2電機選擇和電機驅(qū)動模塊本系統(tǒng)為智能小車，對于智能小車來說，其驅(qū)動輪的驅(qū)動電機的選擇和電機的驅(qū)動就顯得十分重要。由于本實驗要實現(xiàn)對路徑控制定位和速度測量不是要求太高，精度也不是太高，所以我們綜合考慮了一下以下的方案。2.2.1電機的選擇方案一：采用步進電機作為該系統(tǒng)的驅(qū)動電機。由于其轉(zhuǎn)過的角度可以精確的定位，可以實現(xiàn)小車前進路程和位置的精確定位。雖然采用步進電機有諸多優(yōu)點，步進電機的輸出力矩較低，隨轉(zhuǎn)速的升高而下降，且在較高轉(zhuǎn)速時會急劇下降，其轉(zhuǎn)速較低，不適用于小車等有一定速度要求的系統(tǒng)，經(jīng)綜合比較考慮，我們放棄了此方案。方案二采用直流電機。直流減速電機，即齒輪減速電機，是在普通直流電機的基礎上，加上配套齒輪減速箱。齒輪減速箱的作用是，提供較低的轉(zhuǎn)速，較大的力矩。同時，齒輪箱不同的減速比可以提供不同的轉(zhuǎn)速和力矩。直流減速電機轉(zhuǎn)動力矩大，體積小，重量輕，裝配簡單，使用方便。能夠較好的滿足系統(tǒng)的要求，因此我們選擇了方案二。2.2.2電機驅(qū)動模塊方案一：采用繼電器對電動機的開或關進行控制，通過開關的切換對小車的速度進行調(diào)整，此方案的優(yōu)點是電路較為簡單，缺點是繼電器的響應時間慢，易損壞，壽命較短，可靠性不高。方案二：使用分立原件搭建電機驅(qū)動電路使用分立原件搭建電機驅(qū)動電路造價低廉，在大規(guī)模生產(chǎn)中使用廣泛。但分立原件H橋電路工作性能不夠穩(wěn)定，較易出現(xiàn)硬件上的故障，故我們放棄了這一方案。方案三：使用L293D芯片驅(qū)動電機L293D提供雙向驅(qū)動電流高達600毫安，電壓是從4.5V至36V的。兩個設備是專為驅(qū)動等感性負載繼電器，電磁閥，直流雙極步進和馬達，也可以給其他高電流/高電壓提供電源負載。一片L293D可以分別控制兩個直流電機，而且還帶有控制使能端。用該芯片作為電機驅(qū)動，操作方便，穩(wěn)定性好，性能優(yōu)良。輸出電壓最高可達36V，可以直接通過電源來調(diào)節(jié)輸出電壓；可以直接用單片機的IO口提供信號，而且?guī)в惺鼓芏?，方便PWM調(diào)速，電路簡單，性能穩(wěn)定，使用比較方便。另外L298N管腳不好焊接，L293D是標準DIP16封裝，可以方便買到芯片底座，方便隨時更換芯片2.3電源模塊及穩(wěn)壓模塊方案一：采用交流電經(jīng)直流穩(wěn)壓處理后供電采用交流電提供直流穩(wěn)壓電源，電流驅(qū)動能力及電壓穩(wěn)定性最好，且負載對電源影響也最小。由于需要電線對小車供電，極大影響了壁障小車行動的靈活性及地形的適應能力，而且壁障小車極易把拖在地上的電線識別為障礙物，人為增加了不必要的障礙。故我們放棄了這一方案。方案二：采用蓄電池供電蓄電池具有較強的電流驅(qū)動能力和較好的電壓穩(wěn)定性能，且成本低廉?？刹捎眯铍姵亟?jīng)7812芯片穩(wěn)壓后給電機供電，再經(jīng)過降壓接7805芯片給單片機及其他邏輯單元供電。但蓄電池體積相對龐大，且重量過大，造成電機負載過大，不適合我們采用的PCB電路板車架，故放棄這個方案。方案三：采用干電池組進行供電采用兩節(jié)3.7V充電鋰電池給電機驅(qū)動模塊供電，并用集成穩(wěn)壓器7805將3.7V電壓降壓成5V給單片機和其他邏輯模塊供電，干電池用電池盒封裝，體積和重量較小，可以安裝在小車下方，又不會影響小車的靈活性，故采用此方案。2.4紅外循跡模塊方案一：用紅外發(fā)射管和接收管自己制作光電對管尋跡傳感器。紅外發(fā)射管發(fā)出紅外線，當發(fā)出的紅外線照射到白色的平面后反射，若紅外接收管能接收到反射回的光線則檢測出白線繼而輸出低電平，若接收不到發(fā)射管發(fā)出的光線則檢測出黑線繼而輸出高電平。這樣自己制作組裝的尋跡傳感器基本能夠滿足要求，但是工作不夠穩(wěn)定，且容易受外界光線的影響，因此我們放棄了^這I方^案。方案二：用光敏電阻組成光敏探測器。光敏電阻的阻值可以跟隨周圍環(huán)境光線的變化而變化。當光線照射到白線上面時，光線發(fā)射強烈，光線照射到黑線上面時，光線發(fā)射較弱。因此光敏電阻在白線和黑線上方時，阻值會發(fā)生明顯的變化。將阻值的變化值經(jīng)過比較器就可以輸出高低電平。但是這種方案受光照影響很大，不能夠穩(wěn)定的工作。因此我們考慮其他更加穩(wěn)定的方案。方案三：用反射型光電探測器RPR220RPR220是一種一體化反射型光電探測器，其發(fā)射器是一個砷化鎵紅外發(fā)光二極管，而接收器是一個高靈敏度，硅平面光電三極管。RPR220采用DIP4封裝，其具有如下特點：?塑料透鏡可以提高靈敏度。?內(nèi)置可見光過濾器能減小離散光的影響。?體積小，結(jié)構(gòu)緊湊。?當發(fā)光二極管發(fā)出的光反射回來時，三極管導通輸出低電平。此光電對管調(diào)理電路簡單，工作性能穩(wěn)定。用兩個RPR220光電檢測器分別附著于小車PCB板車架前側(cè)的底部，可以很容易檢測出小車是否循著黑線行走。2.5紅外避障模塊方案一：使用光電對管探測光電對關價格低廉，性能穩(wěn)定，但探測距離過近（一般不超過3cm），使得小車必須制動迅速。而我們由于采用普通直流電機作為原動力，制動距離至少需要10cm。因此我們放棄了這一方案。方案二：使用視頻采集處理裝置進行探測使用CCD實時采集小車前進路線上的圖像并進行實時傳輸及處理，這是最精確的障礙物信息采集方案，可以對障礙物進行精確定位和測距。但是使用視頻采集會大大增加小車成本和設計開發(fā)難度，而且考慮到我們小車行進轉(zhuǎn)彎的精確度并未達到視頻處理的精度，因而使用視頻采集在實際應用中是個很大的浪費，所以我們放棄了這一方案。方案三：使用紅外對管探測采用兩只紅外對管分別置于小車車頭左右兩側(cè)。其安裝簡易，也可以檢測到障礙物的存在，可以確定小車在水平方向上是否會與障礙物相撞，并讓小車及時做出轉(zhuǎn)向反應。2.6直流調(diào)速設計方案一：基于晶閘管作為主電路的調(diào)速系統(tǒng)晶閘管的調(diào)速系統(tǒng)是采用分離元件設計的調(diào)速系統(tǒng)占用的空間大，控制角難于調(diào)整，且模擬器件的固有缺陷如：溫漂、零漂電壓等，導致電機的調(diào)速無法達到滿意的結(jié)果。晶閘管的單向?qū)щ娦裕辉试S電流反向，給系統(tǒng)的可逆運行造成困難，性能較差，自動化控制程度差，調(diào)速過程較為復雜，不利于工業(yè)生產(chǎn)和小功率電路中采用。另一問題是當晶閘管導通角很小時，系統(tǒng)的功率因素很低，并產(chǎn)生較大的諧波電流，從而引起電網(wǎng)電壓波動殃及同電網(wǎng)中的用電設備，造成“電力公害”。方案二：基于PWM為主控電路的調(diào)速系統(tǒng)與傳統(tǒng)的直流調(diào)速技術(shù)相比較，PWM（脈寬調(diào)制技術(shù)）直流調(diào)速系統(tǒng)具有較大的優(yōu)越性：主電路線路簡單，需要的功率元件少；開關頻率高，電流容易連續(xù)，諧波少，電機損耗和發(fā)熱都較??；低速性能好，穩(wěn)速精度高，因而調(diào)速范圍寬；系統(tǒng)頻帶寬，快速響應性能好，動態(tài)抗干擾能力強；主電路元件工作在開關狀態(tài)，導通損耗小，裝置效率高。PWM信號的產(chǎn)生通常有兩種方法:一種是軟件的方法；另一種是硬件的方法?；贜E555,SG3525等一系列的脈寬調(diào)速系統(tǒng)：此種方式采用NE555作為控制電路的核心，用于產(chǎn)生控制信號。NE555產(chǎn)生的信號要通過功率放大才能驅(qū)動后級電路［8］。NE555、SG3525構(gòu)成的控制電路較為復雜，且智能化、自動化水平較低，在工業(yè)生產(chǎn)中不利于推廣和應用?；趩纹瑱C類由軟件來實現(xiàn)PWM：在PWM調(diào)速系統(tǒng)中占空比D是一個重要參數(shù)在電源電壓Ud不變的情況下，電樞端電壓的平均值取決于占空比D的大小，改變D的值可以改變電樞端電壓的平均值從而達到調(diào)速的目的。改變占空比D的值有三種方法：A、 定寬調(diào)頻法：保持匕不變，只改變t，這樣使周期（或頻率）也隨之改變。B、 調(diào)寬調(diào)頻法：保持t不變，只改變L，這樣使周期（或頻率）也隨之改變。C、 定頻調(diào)寬法：保持周期T（或頻率）不變，同時改變匕和t前兩種方法在調(diào)速時改變了控制脈沖的周期（或頻率），當控制脈沖的頻率與系統(tǒng)的固有頻率接近時，將會引起振蕩，因此常采用定頻調(diào)寬法來改變占空比從而改變直流電動機電樞兩端電壓。利用單片機的定時計數(shù)器外加軟件延時等方式來實現(xiàn)脈寬的自由調(diào)整，此種方式可簡化硬件電路，操作性強等優(yōu)點。總之，PWM既經(jīng)濟、節(jié)約空間、抗噪性能強，是一種值得廣大工程師在許多設計應用中使用的有效技術(shù)。且用軟件實現(xiàn)非常容易。2.6.1小車差速運動模型的建立本設計中，采用的四輪結(jié)構(gòu)，驅(qū)動系統(tǒng)采用兩輪差速驅(qū)動方式，后兩個為從動輪，只起到支撐平衡作用，在建模中可以忽略。假定左右兩個驅(qū)動輪與地面之間沒有滑動，也沒有側(cè)移，只是做純粹的滾動，則機器人滿足鋼體運動規(guī)律［14。圖1所示｛XW,YW,O｝為世界坐標系，｛X,Y,O｝為移動坐標系，PX為機器人前進方向。

圖1 小坐標系移動機器人運動學主要處理控制參數(shù)和系統(tǒng)在狀態(tài)空間的運動兩者之間的關系，它包括正運動學和逆運動學兩個方面。正運動學解決如何根據(jù)移動機器人的速度來計算它的位姿或運動軌跡，當機器人的位姿(X，y，)時，差動輪式機器人的正運動學就是利用這連個差動輪的速度(七，七)來計算其位姿，通用公式計算如下TOC\o"1-5"\h\z\o"CurrentDocument"x(t)=-j'[v(t)+V(t)]cos[9(t)]dt (1-1)20'Iy(t)=1jt[v(t)+v(t)]sin[9(t)]dt (1-2)20r I\o"CurrentDocument"9(t)=1jt[v(t)-v(t)]dt (1-3)l0r I其中，vr和vi分別為左右輪的驅(qū)動速度，1是兩個驅(qū)動輪之間的距離，r為移動機器人的驅(qū)動輪半徑；移動機器人逆運動學解決如何控制輪子的速度以達到移動機器人所需的運動軌跡或位姿，即在已知位姿(X，y，0)時，如果根據(jù)以上公式，求出兩輪差動速度(vr，vi)。由于差動輪式驅(qū)動屬于非完整性約束問題，故移動機器人逆運動學只有在特殊條件下求解，其解往往不唯一，根據(jù)系統(tǒng)的需求，本文對移動機器人的運動學分析按兩種情況分別進行。直線運動當差動輪式移動機器人左右兩輪的速度大小相等且方向相同時，機器人的運動軌跡為直線，所圖2所示。Y0J_O圖Y0J_O圖2直線運動原理圖設t=0時，機器人移動坐標系｛X0,Y0,P0｝與世界坐標系｛XW,YW,O｝重合，經(jīng)過時間t后機器人運動到新的移動坐標系｛Xt,Yt,Pt｝,當機器人左右兩輪的速度大小相等且方向相同(即\=Vi)時由公式(1-3)有：TOC\o"1-5"\h\z\o"CurrentDocument"9(t)=1j'[v(t)-v(t)d=0l0' /將其代入公式(1-1)(1-2)得：x(t)=vrXt (1-4)y(t)=0 (1-5)由q=0和(1-4)(1-5)式可知：機器人左右兩輪的速度大小相等而方向相同時機器人的運動軌跡為直線。、圓弧運動當差動輪式機器人左右兩輪的運動方向相同速度大小保持不變且差速度固定不變時，機器人的運動軌跡為圓弓瓜。設t=0時，機器人移動坐標系｛X0,Y0,P0｝與世界坐標系｛XW,YW,O｝重合，經(jīng)過時間t后機器人運動到新的移動坐標系｛Xt，Yt，Pt｝，如圖：YYYY0O圖3圓弧運動原理圖當機器人左右兩輪的速度差恒定，且方向保持不變時，由公式(1-3)有:TOC\o"1-5"\h\z\o"CurrentDocument"9(t)=1jt[V(t)-V(t)]dt=司xt (1-6)l0r/l將9(t)=苧xt和V=v/Av代入公式(1-6)有：\o"CurrentDocument"x(t)=1jt(2v+At)cos(竺xt)dt (1-7)2/i，l求定積分得:(2-8)\o"CurrentDocument"/、 2v(t)+Av l./Av .(2-8)x(t)=—l x——xsin(——xt)將9(t)=生xt和

l2v(t將9(t)=生xt和

l2v(t)+Avy(t)= ——Av=v/Av代入公式(1-2)有:(1-9)l Av(1-9)\o"CurrentDocument"x——x[1-sin( xt)]Av l

由公式(1-9)有:sin(生xt)=——-——x翌xx由公式(1-9)有:sin(生xt)=——-——x翌xx(t)l 2。(t)+At l(1-10)由公式(1-10)有:,Av、< 2 Avcos(二-xt)=1_~———x—-xy(t)l 2v(t)+At lzAv Avcos2(——xt)+sin2(——xt)=1l l(1-11)2 Av[ x——xx(t)]2+[1- x—2v,(t)+Avl 2v,(t)+AtlAv——xy(t)]2=1(1-12)由上可知，機器人的運動軌跡為一圓弧，將上式轉(zhuǎn)化為圓的標準方程:x2(t)+[y(t)—2Vl(t)+AVx_1]2=[Mx2 Av 2lAv]2由式(1-11)、(1-12)可知，當機器人左右兩輪的運動方向相同、速度大小保持不變且速度固定不變時，機器人的運動軌跡為圓弧。圓心在世界坐標系YW的軸上。其圓心坐標為：小(2v(t)+Av)l (2v(t)+Av)l(0,——l ),圓弧半徑為：——l 2Av 2Av當機器人右輪速度大于左輪速度時，機器人的運動軌跡在世界坐標系的一、二象限；當機器人右輪速度小于左輪速度時，機器人的運動軌跡在世界坐標系的三、四象限。運動軌跡如圖:二象限；當機器人右輪速度小于左輪速度時，機器人的運動軌跡在世界坐標系的三、四象限。運動軌跡如圖:a:Av=v—v〈0 b:Av=v—v〉0rl rl圖4圓弧運動2.6.2運動控制參數(shù)的確定在本設計中，機器人的驅(qū)動輪和從動輪的半徑都為40mm，兩驅(qū)動輪之間的中心距為100mm。由于LPC2106的PWM輸出的占空比與L293D輸出驅(qū)動的電機轉(zhuǎn)速成近似的線性關系，故可以根據(jù)給定的速度要求，擬合出占空比的近似值，反過來，對于給定的占空比，同樣可以得到相應的速度近似值。設擬合方程為：dutyfactor=av2+bv+c其中.dutyfactor表示占空比v表示小車直線的速度在這個方程中，有三個未知數(shù)a、b、c,在試驗的條件下，分別取三組(v，dutyfactor)，則可以確定三個未知數(shù)的值。要求直線運動時，把兩路PWM輸出的占空比賦予相同的值，即可得到與之對應速度的直行效果。要求圓弧運動時，從初始時刻給定機器人的車輪轉(zhuǎn)速，將機器人的起始坐標設在｛0，0｝處，機器人做圓弧運動時，其圓心坐標為(0,也項)+Av)l),圓弧半徑2Av為：R=(2V()+W2Av按照機器人逆運動學原理，假設要使機器人按半徑為R的圓弧運動，則根據(jù)R可以計算出機器人左右輪所需的速度和速度差。為此，取R=50cm進行分析。從R=(2匕(t)+Av)l=50cm可知，所以機器人的速度和速度差可以有多個解。2Av卜面討論v=10(cm/s)的情形。當尸10。/s)時：兩驅(qū)動輪間距離為100cm，則由(%*+A'1=50)，可得Dv=2.02(cm/s)，因而右輪的速度2Avv=12.02(cm/s)根據(jù)擬合方程，可以得到對應的驅(qū)動右輪的PWM占空比。說明：對于給定的R，其速度和差速度解可以有多個，所以在左轉(zhuǎn)彎時，假定七=10(。質(zhì)/s)，右轉(zhuǎn)時則vz=10(cm/S)，就有對應的唯一差速度解。由于速度和和PWM的脈沖寬度成正比，所以可以在編程中用脈沖寬度來調(diào)節(jié)。第三章硬件設計3.1小車總體設計智能小車采用前輪驅(qū)動，前輪左右兩邊各用一個電機驅(qū)動，調(diào)整前面兩個輪子的轉(zhuǎn)速啟停從而達到控制轉(zhuǎn)向的目的，后輪是萬象輪，起支撐的作用。將循跡光電對管分別裝在車體下的左右。當車身下左邊的傳感器檢測到黑線時，主控芯片控制左輪電機停止，車向左修正，當車身下右邊傳感器檢測到黑線時，主控芯片控制右輪電機停止，車向右修正。

避障的原理和循跡一樣，在車身前端左右兩側(cè)裝兩個紅外線對管，當其檢測到障礙物時，主控芯片給出信號報警并控制車子倒退，轉(zhuǎn)向，從而避開障礙物。3.1.1系統(tǒng)設計框圖如圖5：圖