【正文】 加速 /減速運(yùn)動(dòng) ................................... 17 紅外探測(cè) ............................................. 19 測(cè)試紅外發(fā)射探測(cè)器 ................................ 19 紅外發(fā)射程序 ...................................... 20 .......................... 22 第五章 結(jié)束語 ............................................ 23 結(jié)論和展望 ........................................... 23 致 謝 ................................... 錯(cuò)誤 !未定義書簽。 沈陽化工大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 第一章 緒論 1 第一章 緒 論 紅外線研究背景 在科學(xué)探索和緊急搶險(xiǎn)中經(jīng)常會(huì)遇到對(duì)與一些危險(xiǎn)或人類不能直接到 達(dá)的地域的探測(cè)，這些就需要用機(jī)器人來完成。而在機(jī)器人在復(fù)雜地形中行進(jìn)時(shí)自動(dòng)避障是一項(xiàng)必不可少也是最基本的功能。因此，自動(dòng)避障系統(tǒng)的研發(fā)就應(yīng)運(yùn)而生。我們的自動(dòng)避障小車就是基于這一系統(tǒng)開發(fā)而成的。隨著生產(chǎn)自動(dòng)化的發(fā)展需要，機(jī)器人的智能化與集成度越來越高，已經(jīng)越來越廣泛的應(yīng)用到生產(chǎn)生活中。伴隨的科技水平的提高，機(jī)器人的能夠使用的傳感器種類也越來越多，其中紅外線傳感器已經(jīng)成為機(jī)器人自動(dòng)行走和駕駛的重要部件。此系統(tǒng)是基于紅外傳感器的系統(tǒng)，即運(yùn)用紅外傳感器實(shí)現(xiàn)對(duì)前方障礙物的檢測(cè)。紅外傳感器的典型應(yīng)用領(lǐng)域?yàn)樽灾魇街悄軐?dǎo)航 系統(tǒng)，機(jī)器人要實(shí)現(xiàn)自動(dòng)避障功能就必須要感知障礙物，對(duì)障礙物的感知相當(dāng)于給機(jī)器人一個(gè)視覺功能。在現(xiàn)在生活中，例如在一些火宅或者一些自然災(zāi)害的現(xiàn)場(chǎng)，經(jīng)常需要進(jìn)入到對(duì)一些危險(xiǎn)或人類不能直接到達(dá)的地方進(jìn)行觀察，采集數(shù)據(jù)，這些就需要用機(jī)器人來完成。而在機(jī)器人在上述等環(huán)境中行進(jìn)時(shí)自動(dòng)避障是一項(xiàng)必不可少也是最基本的功能。因此，自動(dòng)避障系統(tǒng)的研發(fā)就應(yīng)運(yùn)而生。自動(dòng)避障小車可以作為困難環(huán)境檢測(cè)機(jī)器人和緊急搶險(xiǎn)機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)，讓機(jī)器人在行進(jìn)中自動(dòng)避過障礙物，幫助人們完成相應(yīng)的任務(wù) [1]。 隨著科技的發(fā)展，對(duì)于未知空間和人類所不 能直接到達(dá)的地域的探索逐步成為熱門，這就使機(jī)器人的自動(dòng)避障有了重大的意義。我們的自動(dòng)避障小車就是自動(dòng)避障機(jī) 器人中的一類。自動(dòng)避障小車可以作為地域探索機(jī)器人和緊急搶險(xiǎn)機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)系 統(tǒng)，讓機(jī)器人在行進(jìn)中自動(dòng)避過障礙物。紅外傳感器的典型應(yīng)用領(lǐng)域?yàn)樽灾魇街悄軐?dǎo)航系統(tǒng)，機(jī)器人要實(shí)現(xiàn)自動(dòng)避障功能 就必須要感知障礙物，對(duì)障礙物的感知相當(dāng)于給機(jī)器人一個(gè)視覺功能?；诩t外的自動(dòng)避障小車可以作為困難環(huán)境檢測(cè)機(jī)器人或者緊急搶險(xiǎn)機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)，讓機(jī)器人在行進(jìn)中自動(dòng)避過障礙物，完成指定的任務(wù) [2]。 紅外避障的研究意義 紅外技術(shù)在軍事應(yīng)用的牽引和推動(dòng)下，得到快速發(fā)展。紅外系統(tǒng)有如下 4 方面優(yōu)點(diǎn)： ，在夜間和惡劣氣象條件下的工作能力優(yōu)于可見光； 沈陽化工大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 第一章 緒論 2 作，隱蔽性好，不易被干擾； 輻射差進(jìn)行探測(cè)，因而識(shí)別偽裝目標(biāo)的能力優(yōu)于可見光； 、質(zhì)量輕、功耗低。近年來，紅外技術(shù)在軍事領(lǐng)域和民用工程中都得到了廣泛應(yīng)用。在民用工程領(lǐng)域大體分為： (1) 在氣象預(yù)報(bào)、地貌學(xué)、環(huán)境監(jiān)測(cè)、遙感資源調(diào)查等領(lǐng)域的應(yīng)用； (2) 在地下礦井測(cè)溫和測(cè)氣中的應(yīng)用； (3) 紅外熱像儀 在電力、消防、石化以及醫(yī)療和森林火災(zāi)預(yù)報(bào)中的應(yīng)用。另外， 3～ 5 μ m 波段熱像儀除具有全天候工作能力外，還具有透過霧、雨、雪進(jìn)行觀察的能力 [3]。 紅外避障的發(fā)展 目前循跡機(jī)器人在多種行為沖突問題解決上尚存缺陷，且不能準(zhǔn)確識(shí)別 U 形等復(fù)雜障礙，沒有最優(yōu)避障路徑。而我們以 AT89S52 單片機(jī)作為機(jī)器人小車的 MCU,使用紅外和超聲波傳感器采集周圍環(huán)境信息，綜合優(yōu)先級(jí)裁決方法和模糊行為融合法選取機(jī)器人的控制行為，較好地解決循跡過程中存在的各種行為以及行為沖突問題 , 運(yùn)用均值濾波法，更準(zhǔn)確地檢測(cè)到障礙物、軌跡和 標(biāo)識(shí)等信息，在以最優(yōu)路徑避開 U形等復(fù)雜障礙的同時(shí)保證了循跡的快速性和準(zhǔn)確性，能夠滿足普通工業(yè)生產(chǎn)對(duì)自動(dòng)化物流的需求。本智能循跡機(jī)器人設(shè)計(jì)用于重復(fù)裝卸搬運(yùn)。 在物流系統(tǒng)、自動(dòng)化倉(cāng)庫(kù)中裝卸搬運(yùn)的頻率極高 ,消耗的費(fèi)用占總費(fèi)用的比例較大，國(guó)內(nèi)外一直在尋求智能化的搬運(yùn)技術(shù)和設(shè)備以降低搬運(yùn)成本和改善物料搬運(yùn)的效率 ,以節(jié)省勞動(dòng)力，因此以該智能小車為模型的搬運(yùn)設(shè)備將在很大程度上滿足企業(yè)生產(chǎn)對(duì)自動(dòng)化物流的需求 [4]。 沈陽化工大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 第二章 紅外避障機(jī)器人方案設(shè)計(jì) 3 第二章 紅外避障機(jī)器人的設(shè)計(jì)方案 主要設(shè)計(jì)任務(wù) 本系統(tǒng)要求自行設(shè)計(jì)制作一個(gè)智能小車，該小 車在前進(jìn)的過程中能夠檢測(cè)到前方障礙并自動(dòng)避開，達(dá)到避障的效果。我的設(shè)計(jì)思想是采用單片機(jī) AT89S52 為控制核心，利用位置傳感器檢測(cè)道路上的障礙，通過采集數(shù)據(jù)并處理后由單片機(jī)進(jìn)行轉(zhuǎn)向和行動(dòng)控制，控制電動(dòng)小汽車的自動(dòng)避障，快慢速行駛，以及自動(dòng)停車。 設(shè)計(jì)主要內(nèi)容：①機(jī)器人電路設(shè)計(jì) ②機(jī)器人模型制作 ③ C語言軟件編程 ④機(jī)器人賽道設(shè)計(jì) 任務(wù)分析與方案設(shè)計(jì) 任務(wù)分析 這 次設(shè)計(jì)利用 AT89S52 充分發(fā)揮其使用方便、功能強(qiáng)大的優(yōu)點(diǎn)，通過采集數(shù)據(jù)并處理后由單片機(jī)進(jìn)行轉(zhuǎn)向和行動(dòng)控制，控制電動(dòng)小汽車的自動(dòng)避障，快慢速行駛，以及自動(dòng)停車，同時(shí)還能與用戶交換信息。以下就是機(jī)器人實(shí)現(xiàn)的 5個(gè)基本智能任務(wù)： (1)安裝紅外傳感器； (2)以探測(cè)周邊環(huán)境； (3)基于紅外傳感器信息做出決策； (4)控制機(jī)器人運(yùn)動(dòng)（通過操作帶動(dòng)輪子旋轉(zhuǎn)的電機(jī)）； (5)與用 戶交換信息。 方案設(shè)計(jì) 本次設(shè)計(jì)分為傳感器模塊、控制模塊、執(zhí)行器模塊、電源模塊四個(gè)硬件模塊。執(zhí)行模塊則是來實(shí)現(xiàn)行走效果，傳感器模塊主要負(fù)責(zé)信息采集，控制模塊主要負(fù)責(zé)信息處理，而電源模塊將給前三部分提供電力動(dòng)能。 沈陽化工大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 第二章 紅外避障機(jī)器人方案設(shè)計(jì) 4 控 制 模 塊A T 8 9 S 5 2傳 感 器 模 塊紅 外 裝 置執(zhí) 行 器 模 塊伺 服 電 機(jī)電 源 模 塊用 戶 信 息 圖 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖 沈陽化工大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 第三章 硬件電路設(shè)計(jì) 5 第三章 硬件電路設(shè)計(jì) 本次設(shè)計(jì)的硬件電路設(shè)計(jì)主要包括控制器電路設(shè)計(jì)、紅外傳感器電路設(shè)計(jì)、機(jī)器人結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、電源設(shè)計(jì)等幾部分：。 紅外傳感器 電路設(shè)計(jì) 紅外發(fā)射二極管的選擇 紅外發(fā)射二極管分為很多種。紅外發(fā)射二極管一般按峰值波長(zhǎng)（λ p）主要為：850nm、 870nm、 880nm、 940nm、 980nm，現(xiàn)在市場(chǎng)上使用較多為 850nm 和 940nm 兩種。本次設(shè)計(jì)所使用的是峰值波長(zhǎng)為 940nm 的紅外發(fā)射二極管。 940nm 紅外發(fā)射二極管優(yōu)點(diǎn)： 光強(qiáng)度高，響應(yīng)速度快，可用脈沖驅(qū)動(dòng)，無色透明環(huán)氧樹脂。其主要應(yīng)用領(lǐng)域： 紅外遙控系統(tǒng)，紅外探測(cè)系統(tǒng)，紅外幕墻保安系統(tǒng)，磁帶、光盤監(jiān)測(cè)器，光電開關(guān) /光傳感器，主動(dòng)紅外夜視儀，電腦、手機(jī)等便攜設(shè)備的紅外數(shù)據(jù)傳輸 系統(tǒng)。 表 紅外發(fā)射二極管極限參數(shù) 參數(shù)名稱 符號(hào) 額定值 單位 正向電流 IFM 30～ 60 mA 正向脈沖電流（ 1） IFPM ～ 1 A 反向電壓 VR 5 V 耗散功率 PM 90 mW 工