【正文】 些限制, 采用基于行為的研究方法, 實(shí)現(xiàn)了自行設(shè)計(jì)的自主式小型移動(dòng)機(jī)器人在未知、動(dòng)態(tài)環(huán)境中的自動(dòng)避障。通過對機(jī)器鼠所運(yùn)行的環(huán)境建模，根據(jù)基于行為的方法對機(jī)器鼠的執(zhí)行任務(wù)、沿墻行走、判斷障礙旋轉(zhuǎn)進(jìn)行分解構(gòu)建，以及對機(jī)器鼠傳感器布置及機(jī)械平臺(tái)設(shè)計(jì)進(jìn)行理論分析。本文所研究的自主式微小型移動(dòng)機(jī)器人個(gè)體是自行搭建的機(jī)器鼠實(shí)物平臺(tái), 它由兩步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng), 其外形如圖1所示。在機(jī)器鼠正向和側(cè)向共有3個(gè)漫反射式紅外線光電傳感器, 距離為10cm～ 20cm ,兩個(gè)碰撞開關(guān)，傳感器位置布置如圖2所示，當(dāng)傳感器前方有障礙物時(shí), 傳感器的輸出為1, 否則為0。 圖1 機(jī)器鼠外形照片采用了ATMEL公司的AT89S52單片機(jī)控制，小型四相步進(jìn)電機(jī)及專用的PMM8713步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)方案，紅外接近開關(guān)作為主要傳感器，差動(dòng)式底盤結(jié)構(gòu)，初步實(shí)現(xiàn)針對微型機(jī)器鼠競賽的自主移動(dòng)小車的設(shè)計(jì)。圖2 機(jī)器鼠傳感器布置行為的設(shè)計(jì)與機(jī)器人的能力密切相關(guān)，機(jī)器人的硬件限制了機(jī)器人的某些行為的能力，根據(jù)機(jī)器鼠的比賽任務(wù)，對機(jī)器鼠的行為中作如圖3分解。圖3 機(jī)器鼠的基本行為組件機(jī)器鼠的設(shè)計(jì)是對基于行為的規(guī)劃方法的一種驗(yàn)證設(shè)計(jì)，這種算法正廣泛應(yīng)用于家庭服務(wù)類機(jī)器人，最典型的實(shí)例是自主吸塵機(jī)器人。在機(jī)器鼠傳感和控制系統(tǒng)的基礎(chǔ)上，本文進(jìn)一步針對自主吸塵機(jī)器人提出一種機(jī)械底盤設(shè)計(jì)方案，使機(jī)器鼠的實(shí)用意義得以提升。關(guān)鍵詞：移動(dòng)機(jī)器人；路徑規(guī)劃；單片機(jī)控制步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)；紅外接近開關(guān)傳感器；自主吸塵機(jī)器人 西南交通大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文) 第Ⅴ頁AbstractThe Mobile Robert is a recently developing synthetic discipline which represents mechanicalelectrical integration and centralizes the latest research of mechanics, electronics, puter, autocontrol artificial intelligence, etc. In production industries the robot is used to transport and loadunload meanwhile it also widely used in others, like agriculture, medicine, and so on. In the relevant researches, the technology of it is a very important field. Firstly this paper make a summary of current technologies of path planning preliminarily, and then from casebased environment modelbased and behaviorbased aspects, make a summary of the recent situation mobile robot’s path planning researches prehensively and systematically. Finally introduces and analyzes the monly used methods and their applications.Because of the uncertain and dynamic the environment models and the limitation of the robotic mice, we choose the method of adopting behaviorbased. The selfdesigned autonomous navigation of mobile robot avoiding obstacles automatically can be realized. Though modeling for the circulatingcircumstance of robotic mice, its tasks performing, along wall walking and obstaclerotating judging are analyzed and constructed according to the behaviorbased method as well as the arrangement of robotic mice’s sensor and the design of mechanical platform.We have built the platform of practicality for the robotic mice. The AT89S52 singlechip controlling also miniature four phase stepper motor and circuit of step motor driving program are adopted, with infrared remote control switch controller as the major sensor and differential chassis structure. Therefore, the design of autonomous navigation of mobile vehicle aimed at the miniature robotic mice contest will be achieved. Use limited funds to make a simple carriage, build an experimental electric circuit, draw and print the circuit board and acplish the assembling and debugging work.The design of robotic mice is a validation for behaviorbased method. The putational algorithm is widely used in household services robots and the typical form is autonomous cleaning robots. On the ground of robotic mice sensor and control system, the thesis further put forwards a mechanical chassis design, acplish CAD modeling calculate and analyze in terms of autonomous cleaning robots. Key word: Mobile robot。Path planning。Singlechipcontrolling drive circuit of step motor。Infrared remote control switch controller。Autonomous cleaning robots 西南交通大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文) 第Ⅵ頁目 錄第1章 緒論 1第2章 移動(dòng)機(jī)器人路徑規(guī)劃方法的分類及現(xiàn)狀 5 基于事例的學(xué)習(xí)規(guī)劃方法 5 基于環(huán)境模型的規(guī)劃方法 6 基于行為的結(jié)構(gòu) 7第3章 自主式小型移動(dòng)機(jī)器人設(shè)計(jì)任務(wù)及方案分析 10 微型鼠競賽介紹 10 設(shè)計(jì)任務(wù)分解 11 機(jī)器鼠任務(wù)分析及基于行為設(shè)計(jì) 12 巡視通道，沿墻行走行為 13 判斷通道，觸發(fā)旋轉(zhuǎn)行為 19 機(jī)械平臺(tái) 21 機(jī)器人移動(dòng)機(jī)構(gòu)方案選擇 21 車輪的安裝與選擇 26 車輪的選擇 27 多傳感器的配合使用 28 傳感器在機(jī)器人學(xué)科應(yīng)用 28 機(jī)器人紅外傳感器 30 34第4章 機(jī)器鼠四相步進(jìn)電機(jī)及驅(qū)動(dòng)電路設(shè)計(jì) 38 步進(jìn)電機(jī)控制概況 38 反應(yīng)式步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的結(jié)構(gòu)及工作原理 39 步進(jìn)電機(jī)功率的確定 43 驅(qū)動(dòng)電源 45 步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的控制 47 機(jī)器鼠所使用的步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路 49 單片機(jī)控制 53 單片機(jī)控制程序流程圖 64第5章 基于機(jī)器鼠控制系統(tǒng)的一種實(shí)用自主吸塵機(jī)器人機(jī)械部分設(shè)計(jì) 69 70 驅(qū)動(dòng)輪機(jī)構(gòu)組成 74 隨動(dòng)輪機(jī)構(gòu)組成 79結(jié) 論 81致 謝 83參考文獻(xiàn) 85附錄一： C語言單片機(jī)控制程序 88附錄二： PCB印刷圖 88附錄三： 外文翻譯 88附錄四： 實(shí)習(xí)報(bào)告 88 西南交通大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文) 第88頁第1章 緒論“機(jī)器人”一詞起源于捷克語，意為強(qiáng)迫勞動(dòng)力或奴隸。這個(gè)詞是由劇作家 Karel Capek 引入的，他虛構(gòu)創(chuàng)作的機(jī)器人很像 Frankenstein 博士的怪物 － 由化學(xué)和生物學(xué)方法而不是機(jī)械方法創(chuàng)造的生物。但現(xiàn)在流行文化中的機(jī)械機(jī)器人和這些虛構(gòu)的生物創(chuàng)作物沒有多大區(qū)別。歐美國家認(rèn)為：機(jī)器人應(yīng)該是由計(jì)算機(jī)控制的通過編排程序具有可以變更的多功能的自動(dòng)機(jī)械，但是日本不同意這種說法。日本人認(rèn)為“機(jī)器人就是任何高級的自動(dòng)機(jī)械”，這就把那種尚需一個(gè)人操縱的機(jī)械手包括進(jìn)去了。因此，很多日本人概念中的機(jī)器人，并不是歐美人所定義的。 現(xiàn)在，國際上對機(jī)器人的概念已經(jīng)逐漸趨近一致。一般說來，人們都可以接受這種說法，即機(jī)器人是靠自身動(dòng)力和控制能力來實(shí)現(xiàn)各種功能的一種機(jī)器。聯(lián)合國標(biāo)準(zhǔn)化組織采納了美國機(jī)器人協(xié)會(huì)給機(jī)器人下的定義：“一種可編程和多功能的，用來搬運(yùn)材料、零件、工具的操作機(jī)；或是為了執(zhí)行不同的任務(wù)而具有可改變和可編程動(dòng)作的專門系統(tǒng)?！盵43] 機(jī)器人能力的評價(jià)標(biāo)準(zhǔn)包括：智能，感覺和感知，包括記憶、運(yùn)算、比較、鑒別、判斷、決策、學(xué)習(xí)和邏輯推理等；機(jī)能，指變通性、通用性或空間占有性等；物理能，指力、速度、連續(xù)運(yùn)行能力、可靠性、聯(lián)用性、壽命等。因此，可以說機(jī)器人是具有生物功能的空間三維坐標(biāo)機(jī)器。 基本上，一個(gè)機(jī)器人包括：l 機(jī)械設(shè)備，如可以與周圍環(huán)境進(jìn)行交互的車輪平臺(tái)、手臂或其它構(gòu)造。 l 設(shè)備上或周圍的傳感器，可以感知周圍環(huán)境并向設(shè)備提供有用的反饋。 l 根據(jù)設(shè)備當(dāng)前的情況處理傳感輸入，并按照情況指示系統(tǒng)執(zhí)行相應(yīng)動(dòng)作的系統(tǒng)。 機(jī)器人技術(shù)作為20世紀(jì)人類最偉大的發(fā)明之一，自60年代初問世以來，經(jīng)歷40年的發(fā)展已取得長足的進(jìn)步。工業(yè)機(jī)器人在經(jīng)歷了誕生——成長——成熟期后，已成為制造業(yè)中不可少的核心裝備，世界上有約75萬臺(tái)工業(yè)機(jī)器人正與工人朋友并肩戰(zhàn)斗在各條戰(zhàn)線上。特種機(jī)器人作為機(jī)器人家族的后起之秀，由于其用途廣泛而大有后來居上之勢，仿人形機(jī)器人、農(nóng)業(yè)機(jī)器人、服務(wù)機(jī)器人、水下機(jī)器人、醫(yī)療機(jī)器人、軍用機(jī)器人、娛樂機(jī)器人等各種用途的特種機(jī)器人紛紛面世，而且正以飛快的速度向?qū)嵱没~進(jìn)。 在制造業(yè)領(lǐng)域，機(jī)器人的開發(fā)集中在執(zhí)行制造過程的工程機(jī)器人手臂上。在航天工業(yè)中，機(jī)器人技術(shù)集中在高度專業(yè)的一種行星漫步者上。不同于一臺(tái)高度自動(dòng)化的制造業(yè)設(shè)備，行星漫步者在月亮黑暗的那一面工作：沒有無線電通訊或可能碰到意外的情況。至少，一個(gè)行星漫步者必須具備某種傳感輸入源、某種解釋該輸入的方法和修改它的行動(dòng)以響應(yīng)改變著的世界的方法。此外，對感知和適應(yīng)一個(gè)部分未知的環(huán)境的需求需要智能（換句話說就是人工智能）。從軍事科技和空間探索到健康產(chǎn)業(yè)和商業(yè)，使用機(jī)器人的優(yōu)勢已經(jīng)被認(rèn)識(shí)到了這種程度：它們正在成為我們集體經(jīng)驗(yàn)和日常生活的一部分，能把我們從危險(xiǎn)和枯燥中解脫出來[7]：l 安全：機(jī)器人技術(shù)已經(jīng)被開發(fā)用于處理核能和放射性化學(xué)制品的很多不同用途，包括核武器、電廠、環(huán)境清潔和某些藥品的處理。 l 不愉快的事：機(jī)器人執(zhí)行很多乏味、不愉快但必需的任務(wù)，如焊接和看門工作。 l 重復(fù)和精度：裝配線工作已經(jīng)成為機(jī)器人技術(shù)工業(yè)的一個(gè)中流砥柱。機(jī)器人被廣泛地用于制造業(yè)，而且，在強(qiáng)調(diào)最小維護(hù)需求的空間探索中，使用機(jī)器人更具有吸引力。 其中移動(dòng)機(jī)器人 （mobile robot）是一種由傳感器、遙控操作器和自動(dòng)控制的移動(dòng)載體組成的機(jī)器人系統(tǒng)。移動(dòng)機(jī)器人具有移動(dòng)功能，在代替人從事危險(xiǎn)、惡劣（如輻射、有毒等）環(huán)境下作業(yè)和人所不及的（如宇宙空間、水下等）環(huán)境作業(yè)方面，比一般機(jī)器人有更大的機(jī)動(dòng)性、靈活性。 圖11 四足移動(dòng)機(jī)器人　　60年代后期，美國和蘇聯(lián)為完成月球探測計(jì)劃，研制并應(yīng)用了移動(dòng)機(jī)器人。美國“探測者”3號(hào),其操作器在地面的遙控下，完成了在月球上挖溝和執(zhí)行其他任務(wù)。蘇聯(lián)的“登月者”20號(hào)在無人駕駛的情況下降落在月球表面，操作器在月球表面鉆削巖石，并把土壤和巖石樣品裝進(jìn)回收容器并送回地球。70年代初期，日本早稻田大學(xué)研制出具有仿人功能的兩足步行機(jī)器人。為適應(yīng)原子能利用和海洋開發(fā)的需要，極限作業(yè)機(jī)器人和水下機(jī)器人也發(fā)展較快。 移動(dòng)機(jī)器人隨其應(yīng)用環(huán)境和移動(dòng)方式的不同，研究內(nèi)容也有很大差別。其共同的基本技術(shù)有傳感器技術(shù)、移動(dòng)技術(shù)、操作器、控制技術(shù)、人工智能等方面。它有相當(dāng)于人的眼、耳、皮膚的視覺傳感器、聽覺傳感器和觸覺傳感器。移動(dòng)機(jī)構(gòu)有輪式（如四輪式、兩輪式、全方向式、履帶式）、足式（如 6足、4足、2足）、混合式(用輪子和足)、特殊式(如吸附式、軌道式、蛇式)等類型。輪子適于平坦的路面，足式移動(dòng)機(jī)構(gòu)適于山岳地帶和凹凸不平的環(huán)境。