【正文】 華北科技學(xué)院畢業(yè)設(shè)計 第 I 頁 共 54 頁 目錄 第 1章 緒 論 .................................................................. 1 引言 ........................................................................ 1 移動機器人的分類 ............................................................. 2 移動機器人相關(guān)的主要技術(shù) ..................................................... 2 導(dǎo)航 .................................................................... 2 定位 .................................................................... 3 路徑 規(guī)劃 ............................................................... 4 多傳感器信息融合方面的研究 .............................................. 4 移動機器人的發(fā)展前景 ......................................................... 5 論文研究的意義和主要內(nèi)容 ..................................................... 6 小結(jié) ........................................................................ 6 第 2章 移動機器人機械結(jié)構(gòu)與運動學(xué)模型 .............................................. 7 引言 ........................................................................ 7 移動機構(gòu)的選擇 .............................................................. 7 移動機器人的機械結(jié)構(gòu) ......................................................... 8 驅(qū)動電機的選型 .............................................................. 8 主動輪 驅(qū)動電機功率的確定 ................................................. 8 電機的選擇 ............................................................. 11 移動機器人的運動學(xué)模型 ...................................................... 14 非完整約束與非完整系統(tǒng) .................................................. 14 非完整系統(tǒng)的可控性 ...................................................... 15 非完整系統(tǒng)與鏈式系統(tǒng)的轉(zhuǎn)換 .............................................. 16 運動學(xué)模型 ............................................................. 16 移動機器人控制系統(tǒng)研究 第 II 頁 共 49 頁 小結(jié) ........................................................................ 19 第 3章 移動機器人的路徑規(guī)劃 ....................................................... 20 引言 ........................................................................ 20 路徑規(guī)劃方案 ................................................................ 20 路徑設(shè)計 ................................................................... 20 時的路徑設(shè)計 .................................................... 21 時的路徑設(shè)計 .................................................... 22 ................................................................ 23 ........................................................................ 26 第 4章 移動機器人控制系統(tǒng)的硬件設(shè)計 ............................................... 26 ...................................................... 26 ................................................................ 27 ...................................................... 28 ATmega8515L 微控制器特點 ................................................ 28 ATmega8515L微控制器的引腳配置圖及其定義 ................................. 29 ATmega8515L微控制器的指令系統(tǒng) ........................................... 31 .................................................................... 32 ................................................................ 36 光電編碼器測速模塊 .......................................................... 40 光電編碼器鑒相的方法 .................................................... 41 移動機器人驅(qū)動輪線速度的測量 ............................................ 42 系統(tǒng)可靠性設(shè)計 .............................................................. 46 影響系統(tǒng)可靠性的因素 .................................................... 46 應(yīng)對的措施 .............................................................. 46 華北科技學(xué)院畢業(yè)設(shè)計 第 III 頁 共 54 頁 小結(jié) ....................................................................... 47 第 5章 移動機器人控制系統(tǒng)的軟件設(shè)計 ............................................... 48 ....................................................................... 48 移動機器人軟件的總體設(shè)計 .................................................... 48 程序設(shè)計 ................................................................... 49 外部中斷子程序 ......................................................... 49 避障子程序設(shè)計 ......................................................... 50 PWM初始化子程序 ........................................................ 51 電機控制子程序 ......................................................... 52 程序編譯環(huán)境與燒錄 .......................................................... 52 CVA軟件介紹 ............................................................ 52 .............................................................. 53 小結(jié) ....................................................................... 53 第 6章 結(jié)論 ...................................................................... 54 論文成果小結(jié) ............................................................... 54 展望 ....................................................................... 54 參考文獻 ......................................................................... 55 致謝 ............................................................................. 55 華北科技學(xué)院畢業(yè)設(shè)計 第 1 頁 共 54 頁 第 1 章 緒 論 引言 隨著各國經(jīng)濟發(fā)展的需求和電子技術(shù)，計算機技術(shù)以及制造技術(shù)等相關(guān)技術(shù)的發(fā)展，使得機器 人應(yīng)運而生，并得以不斷發(fā)展。作為一種先進的機電一體化產(chǎn)品，機器人已經(jīng)能夠使用工具，能看、聽、說，并且開始能夠進行一些決策和思考的智能行為，其應(yīng)用也從傳統(tǒng)的加工制造業(yè)逐漸擴展到軍事、海洋探測、宇宙探索等領(lǐng)域，并開始進入家庭的服務(wù)行業(yè)。近年來，智能控制的發(fā)展十分迅速，這必將促使機器人的智能化水平達到新的高度。 關(guān)于機器人的定義目前尚未統(tǒng)一。但歸結(jié)起來，機器人具有以下特點： 1）機器人的動作機構(gòu)類似于人或人的某些部位。 2）機器人具有一定程度的智能，如記憶、感知、推理、決策、學(xué)習(xí)等。 3）機器人具有通用性，工作種 類和工作程序靈活多變。 4）機器人具有獨立性，一旦工作程序設(shè)定，機器人在工作時不需要人的干預(yù)。 5）機器人是人造的機械電子裝 。 20世紀 60 年代以來，機械加工、弧焊點焊、噴涂、裝配、檢測等各種類型的機器人相繼出現(xiàn)并迅速在工業(yè)生產(chǎn)中實用化，這大大提高了產(chǎn)品的一致性和質(zhì)量。然而隨著機器人的不斷發(fā)展，人們發(fā)現(xiàn)，這些固定于某一位置操作的機器人不能完全滿足各方面的需要。因此， 20 世紀 80年代后期，許多國家開展了移動機器人（ Mobile Robot）技術(shù)的研究。所謂移動機器人，就是一種高度自規(guī) 劃、自組織、自適應(yīng)能力，適合在復(fù)雜非結(jié)構(gòu)化環(huán)境中工作的機器人。自主移動機器人的目標是在沒人干預(yù)下且無需對環(huán)境做任何規(guī)定和改變的條件下，有目的移動和完成相應(yīng)的任務(wù)。在自主移動機器人相關(guān)技術(shù)的研究中，導(dǎo)航技術(shù)是其研究的核心，也是移動機器人實現(xiàn)智能化及完全自主的關(guān)鍵技移動機器人控制系統(tǒng)研究 第 2 頁 共 54 頁 術(shù)。導(dǎo)航研究的目標就是：在沒人干預(yù)的條件下，使機器人有目的移動并完成特定任務(wù)，進行特定操作。機器人通過裝配的信息獲取手段，獲得外部環(huán)境信息，實現(xiàn)自我定位，判定自身狀態(tài)，規(guī)劃并執(zhí)行下一步動作。因此單從系統(tǒng)硬件層次上來講，移動機器人必須具有豐富的傳感器、 功能強大的控制計算機以及靈活和精確的驅(qū)動系 。 移動機器人的分類