【正文】 智能避障機(jī)器人設(shè)計(jì)與研究（硬件） 摘 要 在科學(xué)探索和緊急搶險(xiǎn)中經(jīng)常會(huì)遇到對(duì)一些危險(xiǎn)或人類(lèi)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(lái)完成。而機(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。自動(dòng)避障 機(jī)器人 就是基于這一系統(tǒng)開(kāi)發(fā)而成的。隨著科技的發(fā)展 ， 對(duì)于未知空間和人類(lèi)所不能直接到達(dá)的地域的探索逐步成為熱門(mén) ， 這就使機(jī)器人的自動(dòng)避障有了重大的意義。自動(dòng)避障 機(jī)器人 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(guò)障礙物。 本文提出了一 種經(jīng)濟(jì)實(shí)用的智能 避障機(jī)器人 系統(tǒng)設(shè)計(jì)方法 ， 采用了 小車(chē)底盤(pán)作為載體、 直流 電機(jī)作為執(zhí)行元件 、 紅外傳感器作為檢測(cè)元件 、 STC89C52 單片機(jī)作為主控芯片 、 L298N 作為驅(qū)動(dòng)芯片和穩(wěn)壓電源芯片 完成 了 檢測(cè)電路設(shè)計(jì) 、 主控 電路設(shè)計(jì)、電機(jī) 驅(qū)動(dòng) 電路設(shè)計(jì) 、穩(wěn)壓電路設(shè)計(jì) 等硬件設(shè)計(jì) 和制作 ， 并 對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行了仿真和綜合調(diào)試 ， 解決了 一系列 的 難題 ， 成功實(shí)現(xiàn)了自動(dòng)避障功能。 關(guān)鍵詞 ：智能避障機(jī)器人 ， 紅外傳感器 ， 單片機(jī) ， L298N， PWM 調(diào)速 THE DESIGN AND STUDY OF INTELLIGENT OBSTACLE AVOIDANCE ROBOT(HARDWARE) ABSTRACT In scientific exploration and emergency rescue often encounter some danger or human can not directly reach the area of detection, these will need to use the robot to plete. The robot39。s automatic obstacle avoidance movement in plex terrain is an essential and most basic function. Therefore, the automatic obstacle avoidance system development is made. Automatic obstacle avoidance robot development based on this system is made of. With the development of technology for the unknown space and mankind can not be directly accessible to gradually bee a hot area of exploration, which makes the automatic obstacle avoidance robot has great significance. Automatic obstacle avoidance robot can serve as a regional exploration and emergency rescue robot system that allows robots to automatically avoid obstacles in the road. This paper presents an economical and practical design of intelligent obstacle avoidance robot system, using the car chassis as the carrier, the DC motor as the actuator, infrared sensors as detection devices, STC89C52 microcontroller as the main chip, L298N as the driver chip and regulated power supply chip to plete the detection circuit design, master control circuit design, motor driver circuit design, voltage regulator circuit design of hardware design and production. A lot of simulation and integrated debugging have been done to the system and a series of problems have been solved. Finally, the automatic obstacle avoidance function is acplished successfully. KEY WORDS： Intelligent obstacle avoidance robot, infrared sensor, MCU, L298N, PWM speed adjusting 目 錄 前 言 ................................................... 1 第 1 章 系統(tǒng)總體方案設(shè)計(jì) ................................. 4 167。 系統(tǒng)任務(wù)描述 .................................... 4 167。 控制系統(tǒng)要求 .................................... 4 167。 方案設(shè)計(jì)與論證 .................................. 4 167。 機(jī)器人載體選擇 .............................. 4 167。 主控制器選擇 ................................ 5 167。 傳感器選擇 .................................. 5 167。 電機(jī)驅(qū)動(dòng)選擇 ................................ 6 167。 穩(wěn)壓電源選擇 ................................ 7 167。 智能小車(chē)最終方案 ............................ 7 167。 系統(tǒng)總體設(shè)計(jì) .................................... 8 167。 系統(tǒng)組成 .................................... 8 167。 系統(tǒng)工作原理 ................................ 8 167。 本章小結(jié) ........................................ 9 第 2 章 硬件設(shè)計(jì) ........................................ 10 167。 主控電路設(shè)計(jì) ................................... 10 167。 STC89C52 單片機(jī)硬件結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)介 ................ 10 167。 最小應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計(jì) ........................... 12 167。 電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路的設(shè)計(jì) ............................. 16 167。 智能小車(chē)驅(qū)動(dòng)電機(jī)的要求 .................... 16 167。 直流電機(jī)調(diào)速原理 ........................... 17 167。 L298N 電機(jī)驅(qū)動(dòng)原理 ......................... 18 167。 障礙物檢測(cè)電路設(shè)計(jì) ............................. 23 167。 報(bào)警電路設(shè)計(jì) ................................... 25 167。 穩(wěn)壓電源電路設(shè)計(jì) ............................... 25 167。 系統(tǒng) 整體電路設(shè)計(jì) ............................... 27 167。 本章小結(jié) ....................................... 28 第 3 章 軟件設(shè)計(jì)簡(jiǎn)介 .................................... 29 167。 主程序模塊 ..................................... 29 167。 程序控制設(shè)計(jì) ............................... 29 167。 主程序流程圖 ............................... 29 167。 初始化模塊 ..................................... 31 167。 延時(shí)模塊 ....................................... 31 167。 中斷模塊 ....................................... 31 167。 報(bào)警模塊 ....................................... 31 167。 驅(qū)動(dòng)模塊 ....................................... 31 167。 本章小結(jié) ....................................... 32 第 4 章 系統(tǒng)的安裝與調(diào)試 ................................ 33 167。 安裝步驟 ....................................... 33 167。 系統(tǒng)調(diào)試 ....................................... 33 167。 硬件調(diào)試 ................................... 33 167。 軟件調(diào)試 ................................... 34 167。 聯(lián)合調(diào)試 ................................... 34 167。 本章小結(jié) ....................................... 34 結(jié) 論 .................................................. 35 參考文獻(xiàn) ............................................... 36 致 謝 .................................................. 38 附 錄 .................................................. 39 前 言 1. 設(shè)計(jì)的依據(jù)與意義 機(jī)器人作為人類(lèi)的新型生產(chǎn)工具 ， 在減輕勞動(dòng)強(qiáng)度 ， 提高生產(chǎn)率 ， 改變生產(chǎn)模式 ， 把人從危險(xiǎn)、惡劣 、繁重的工作環(huán)境下解放出來(lái)等方面 ， 顯示出極大的優(yōu)越性。機(jī)器人的應(yīng)用越來(lái)越廣泛 ， 幾乎滲透到所有領(lǐng)域。 移動(dòng)機(jī)器人是機(jī)器人學(xué)的一個(gè)重要分支 ， 而自主式移動(dòng)機(jī)器人是智能程度最高的機(jī)器人 ， 是移動(dòng)機(jī)器人的重要發(fā)展方向。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(lèi)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(lái)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。 本設(shè)計(jì) 的智能避障機(jī)器人就是基于這一系統(tǒng)開(kāi)發(fā)而成的。 安全避障具體的實(shí)現(xiàn)方法有很多種 ， 主要有超聲避障、 視覺(jué)避障、紅外傳感器、激光避障、接近覺(jué)傳感器、微波雷達(dá)等避障方法。 隨著計(jì)算機(jī)、智能控制、傳感器技術(shù)、信息技術(shù)、單片機(jī)技術(shù)等的進(jìn)一步發(fā)展 ， 人們對(duì)機(jī)器人性能的要求也越來(lái)越高。智能機(jī)器人可以在“了解＂周?chē)h(huán)境的情況下自己進(jìn)行邏輯判斷和分析 ， 在無(wú)人控制的情況下 ， 自主完成任務(wù)。機(jī)器人在完成任務(wù)的過(guò)程中面臨著如何去檢測(cè)路面上的障礙物并選擇最佳的路徑繞開(kāi)障礙物的問(wèn)題 ， 即移動(dòng)機(jī)器人的避障問(wèn)題。對(duì)避障的研究具有十分重要的現(xiàn)實(shí)意義 ， 為交通運(yùn)輸業(yè)帶來(lái)巨大的變革 ， 也為車(chē)輛的自主導(dǎo)航和無(wú)人駕駛車(chē)輛的實(shí)現(xiàn)提供了重要技術(shù)。 2. 國(guó)內(nèi)外同類(lèi) 設(shè)計(jì)的概況綜述 1962 年第一臺(tái)工業(yè)機(jī)器人 Unimate 在美國(guó)通用汽車(chē)公司投入使用 ， 標(biāo)志著第一代機(jī)器人的誕生。現(xiàn)代機(jī)器人從誕生到現(xiàn)在 ， 已經(jīng)發(fā)展到了第三代。 第一代機(jī)器人主要指以“示教一再現(xiàn)”方式工作的機(jī)器人。示教內(nèi)容為機(jī)器人操作機(jī)構(gòu)的空間軌跡、作業(yè)條件、作業(yè)順序等。 第二代機(jī)器人具有一定的感覺(jué)裝置 ， 能獲取作業(yè)環(huán)境操作對(duì)象的簡(jiǎn)單信息 ， 通過(guò)計(jì)算機(jī)分析處理后 ， 由機(jī)器人做一定的推理 ， 對(duì)動(dòng)作進(jìn)行反饋控制 ， 表現(xiàn)出低級(jí)的智能。 第三代機(jī)器人是指具有高度適應(yīng)性和自主決策能力的機(jī)器人 ，它具有復(fù)雜的感知和檢測(cè)功能 ， 可進(jìn)行復(fù)雜的 邏輯判斷、自主規(guī)劃和決策 ， 在作業(yè)環(huán)境中獨(dú)行動(dòng)。 在國(guó)