轮式智能移动机器人的结构设计与开发【含三维SW】

0三维预览(1)

轮式智能移动机器人的结构设计与开发
摘要
循迹避障小车是行走机器人的一种，这种小车可以适应不同环境，不受温度、湿度、磁场辐射、重力等条件的影响，在人类无法进入或生存的环境中完成人类无法完成的探测任务，适用于国防及民用等多个领域。
本课题要求采用自行设计制作的轮式智能移动机器人实现自主避障测距与巡线功能。主要任务是设计和实现基于89C52RC单片机的寻迹避障小车，包括硬件和软件两个部分。硬件电路部分主要包括控制器、循迹电路、避障电路、电机驱动电路等。在轮式智能移动机器人道路信息采集方面，本文采用机器人实验室提供的SRF04超声波测距传感器、 TCRT5000红外线传感器作为避障传感器和巡线传感器。本课题采用51系列单片机中的89C52RC单片机作为主控制芯片并配有总电压为12V容量为1800mA的充电锂电池及其相应稳压电路来为轮式移动机器人提供能量。在软件编程方面，本文使用C语言在KEIL4.0编译软件上进行避障与巡线程序的编写。在本设计中，系统硬件和软件都采用了模块化结构，整个系统的电路结构简单，可靠性高，在机械结构设计上采用solidwork软件进行三维建模并生成加工图纸。
最终，本课题自行设计制造的轮式智能移动机器人可分别实现自主躲避障碍物功能和循白线行走功能。
关键词：轮式移动机器人；巡线；避障；51系列单片机
The Development and Structure Design of Intelligent Wheeled Mobile Robot
Abstract
Self-tracing and obstacle avoidance electric vehicle is a kind of mobile robot, which is able to adapt various environments, humidity, magnetic radiation and gravity. Consequently the vehicle take the place of human to implement many tasks in the environment where human cannot set foot, which is applicable in many fields in the national defence and civilian.
This subject requires the self-designed wheeled intelligent mobile robot to achieve the function of autonomous obstacle avoidance, ranging and line inspection. The main task is to design and implement the vehicle based on 89C52RC single chip microcomputer, including hardware and software. The hardware circuit includes controller, tracking circuit, obstacle avoidance circuit and motor drive circuit. In terms of road information collection of wheeled intelligent mobile robot, this paper adopts SRF04 ultrasonic ranging sensor and TCRT5000 infrared sensor provided by robot laboratory as obstacle avoidance sensor and line patrol sensor. The wheeled intelligent mobile robot designed and manufactured by ourselves in this topic can realize the function of avoiding obstacles and walking along the white line independently.
Keywords: Wheeled mobile robot; Obstacle avoidance; single chip microcomputer

目录
摘要i
Abstract ii
1.引言1
1.1.课题研究的背景1
1.2.课题研究的目的与意义1
1.3.轮式智能移动机器人发展概况与现状2
1.4.设计与开发的主要内容4
2.相关技术7
2.1.单片机技术7
2.2.智能电动小车技术7
2.3.红外传感技术8
2.4.超声波技术9
3.系统方案的分析选择11
3.1.主控系统选用12
3.2.电机模块的选用13
3.2.1.电动机的选择13
3.2.2.驱动器选择15
3.3.供电电源模块选用16
3.4.自主循迹和避障方案的选用17
3.4.1.自主循迹方案18
3.4.2.循迹方案与传感器18
3.4.3.自主避障方案20
3.4.4.避障方案与传感器20
3.5.传感器的选用22
3.5.1.超声波传感器22
3.5.2.红外线传感器22
3.5.3. SRF04超声波测距模块23
3.5.4.五路巡线传感器模块24
4.机械结构的设计与制作27
4.1.机械设计的基本要求27
4.1.1.对机器整机设计的基本要求27
4.1.2.对零件设计的基本要求27
4.2.移动机器人车体结构设计原则28
4.3.机械结构总体设计方案29
4.3.1.底盘结构设计30
4.3.2.传感器支架设计31
4.3.3.电机支架设计32
4.3.4.电机的选型与计算33
4.4.机械材料选择33
4.4.1.机械材料选用原则33
5.硬件电路设计37
5.1.微控制器模块37
5.2.电源模块38
5.3.自主避障模块39
5.4.巡线检测模块39
5.5.电机驱动模块40
6.软件程序的设计41
6.1.软件开发平台的选择41
6.2.控制软件的设计与实现42
6.2.1.概述42
6.2.2.软件的结构设计43
6.3.循迹模式程序流程图44
6.4.避障模式程序流程图44
7.轮式智能移动机器人功能测试及效果47
7.1.自主避障功能的测试及效果47
7.2.自主巡线功能的测试及效果48
结束语49
参考文献51
附录53
基于89C52RC单片机程序C代码53
外文资料63
中文译文71
致谢75

引言
课题研究的背景
机器人是20世纪人类最伟大的发明之一。自从1959年世界上第一个机器人诞生以来，它已经改变人们以往的生产方式，使人面对生产环境直接变成人面对机器人，然后机器人面对生产。人类已经真正成为智慧的象征。
移动机器人的祖先始于20世纪60年代末，反映了工业控制的整体进步方向。轮式移动机器人，又称自动导引车(AGV)，是一种利用轮子作为移动设备，实现自主行驶的机器人。移动机器人已经成为机器人研究的一个重要分支。它应用于军事、危险作业和服务业等许多场合。它要求机器人以无线方式实时接受控制命令，并以所需的速度、方向和轨迹灵活自由地移动。
现在，为了加强大学生实践能力、创新能力和团队精神的培养，促进高等教育教学改革，全国大学生智能车竞赛由教育部高等教育司主办，教育部高等教育司委托。竞赛是以智能车为研究对象的创新科技竞赛，是全国大学生探索性的工程实践，是教育部倡导的大学生科技竞赛之一。上述比赛中提到的智能车是轮式智能移动机器人之一。
在包括全国大学生“飞思卡尔”杯智能车竞赛在内的各种科技创新竞赛如火如荼的同时，各行各业的智能轮式移动机器人爱好者相继设计开发了不同的智能轮式移动机器人产品并投放市场。为了响应教育部培养学生实践和创新能力的号召，各高校开始竞相设计和开发自己的轮式智能移动机器人产品。同时，中小学也重视培养学生对机电产品的兴趣。
课题研究的目的与意义
为了适应大学生机器人竞赛、电子设计竞赛等科技竞赛的需要，有必要开发一种轮式智能移动机器人，包括移动机器人路径规划、定位地图构建技术和多移动机器人协作技术的研究。其意义在于轮式智能移动机器人平台能够满足不同层次学生的需求。同时，该平台也可以作为高校重大科技竞赛等活动的开发平台。其次，它还可以推广到中小学生的科技创新活动中，起到普及机电一体化知识的作用。
本课题选择单片机作为控制器的主要核心模块。全称为单片微型计算机的单片机，具有集成度高、体积小、可靠性高、实用温度范围宽、性价比优异、控制功能强

0三维预览(2)

0三维预览(3)

步进电机

超声波模块

超声波支架

底板

电机驱动板原理图

电机支架

电源盒

电源模块

图纸

五路循迹模块

循迹避障小车爆炸图

循迹避障小车装配图

主板原理图

总开关