【正文】 over the world to municate with each other. It has gained considerable attention in recent years. Originally inferior design simple ness is robotic, adopt the monolithic machine to be the handcart detecting and to control core。 運(yùn)動方式的選擇 .................................... 5 電源的論證與選擇 .................................. 5 傳動方式的選擇 .................................... 6 傳感器的選擇 ..................................... 6 最終方案： ....................................... 7 視覺移動機(jī)器人控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案 .............................................................. 7 控制系統(tǒng)的選擇 ......................................... 7 控制器的軟件設(shè)計(jì) ....................................... 8 3 視覺移動機(jī)器人方案的確定 .......................................................................... 10 電動機(jī)的確定 ................................................................................................ 10 電動機(jī)功率的選擇 ...................................... 10 電動機(jī)轉(zhuǎn)速的選擇 ...................................... 10 圓錐圓柱減速器的設(shè)計(jì) ................................................................................11 傳動方案的選擇 ........................................ 11 傳動零件的設(shè)計(jì)計(jì)算 .................................... 12 圓錐齒輪傳動的設(shè)計(jì)計(jì)算 ......................................................... 12 圓柱齒輪傳動的設(shè)計(jì)計(jì)算 ......................................................... 16 數(shù)據(jù)整理 ..................................................................................... 19 軸的設(shè)計(jì) ..................................................................................... 19 減速箱軸承的確定 ...................................... 20 聯(lián)軸器的選擇 .......................................... 21 4 視覺移動機(jī)器人控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) .................................................................... 22 本科畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書（論文） 機(jī)器人電子元件的選型 ................................................................................ 22 單片機(jī) PIC16F877 ...................................... 22 直流無刷電機(jī) .......................................... 24 5 移動機(jī)器人的圖像處理技術(shù) .......................................................................... 26 圖像的采集 .................................................................................................... 26 圖像的預(yù)處理 ................................................................................................ 26 彩色圖像灰度化 ........................................ 26 灰度圖像的平滑處理 .................................... 27 顏色模型轉(zhuǎn)換 .......................................... 29 結(jié) 論 ................................................................................................................... 30 致 謝 ................................................................................................................... 31 參考文獻(xiàn) ................................................................................................................... 32 附 錄 ................................................................................................................... 33 本科畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書（論文） 1 1 移動機(jī)器人 移動機(jī)器人的研究歷史 機(jī)器人 ]1[ 是一種自動化的機(jī)器，所不同的是這種機(jī)器具備一些與人或生物相似的智能，如感知能力、規(guī)劃能力、動作能力和協(xié)同能力，是一種具有高度靈活性的自動化機(jī)器。在美國通用汽車公司 (GM)投入使用，標(biāo)志著第一代機(jī)器人的誕生。聯(lián)合國標(biāo)準(zhǔn)化組織采納了美國機(jī)器人協(xié)會給機(jī)器人下的定義： “機(jī)器人是 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作的專門系統(tǒng)。 本文設(shè)計(jì)的機(jī)器人實(shí)際上就是一種利用視覺傳感器自動移動的機(jī)器裝置， 由視覺傳感器采集圖像，送至上位機(jī)分析， 實(shí)現(xiàn)路徑識別， 采用單片機(jī)控制直流無刷電機(jī)實(shí)現(xiàn) 對小車速度的控制， 達(dá)到運(yùn)動要求。 2. 智能機(jī)器人有著廣泛的應(yīng)用前景，可以說它幾乎滲透到了人類社會所有的領(lǐng)域。 3. 機(jī)器人的發(fā)展是一個(gè)國家高科技水平和工 業(yè)自動化程度的重要體現(xiàn)。綜上所述，我國對移動機(jī)器人的研究面臨著很大的挑戰(zhàn)，必須加大對機(jī)器人的開發(fā)與應(yīng)用才能走在時(shí)代的前列。 本科畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書（論文） 3 智能機(jī)器人的研究可以追溯到 20世紀(jì) 60年代，在 1966 至 1972 年間 ,美國斯坦福研究院的和 Charles 等人研制的機(jī)器人，身高 米，是歷史上第一個(gè)由計(jì)算機(jī)控制的自主式智能移動機(jī)器人。后來的月球車行駛 37公里，向地球發(fā)回 88 幅月面全景圖。 1973 年到 1979 年，斯坦福大學(xué)人工智能實(shí)驗(yàn)室研制了 CART 移動機(jī)器人，CART 可以自主地在辦公室環(huán)境運(yùn)行。 由于計(jì)算機(jī)的運(yùn)行速度、傳感器感知能力的限制，這些移動機(jī)器人的實(shí)時(shí)控制性能不佳。在 1994年 4 月，該機(jī)器人通過衛(wèi)星通訊與 Inter 相連，通過網(wǎng)絡(luò)由 NASA 的研究組、卡耐基梅隆大學(xué)以及阿拉斯加火山觀測所的科研人員控制 Dante 進(jìn)行阿拉斯加火山口觀測，并收集了火山口噴出的氣體樣本。在危險(xiǎn)環(huán)境下作業(yè)移動機(jī)器人、基于復(fù)合結(jié)構(gòu)的非結(jié)構(gòu)環(huán)境應(yīng)用的移動機(jī)器人、本科畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書（論文） 4 高機(jī)動性越障機(jī)器人、多足仿生機(jī)器人、仿人形機(jī)器人等研究項(xiàng)目取得了眾多的成果。 FrontierITM 自主移動機(jī)器人作為中國大學(xué)的參賽隊(duì)首次參加了 Robocop 中型組比賽。 這一系列的成就推動了我國移動機(jī)器人技術(shù)的發(fā)展，縮短了與國外先進(jìn)水平的差距，而且在某些領(lǐng)域也取得了國際領(lǐng)先的成果，己經(jīng)成為我國機(jī)器人應(yīng)用的一個(gè)突出領(lǐng)域。無刷直流電機(jī)結(jié)構(gòu)更簡單、制造成本更低。優(yōu)點(diǎn)是在直道行駛速度較快、 方向和速度相互獨(dú)立。缺點(diǎn)為速度慢、速度和方向不能單獨(dú)控制摩擦力很大； 能量損耗大，機(jī)械結(jié)構(gòu)復(fù)雜。動力電池組具有較強(qiáng)的電流驅(qū)動能力及穩(wěn)定的電壓輸出性能，經(jīng)測試在用此種供電方式下，單片機(jī)和傳感器工作穩(wěn)定，本科畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書（論文） 6 直流電機(jī)工作良好，且電池體積較小、可以充電、能夠重復(fù)利用等，能夠滿足系統(tǒng)的要求。 經(jīng)過比較，本次設(shè)計(jì)使用方案 1。按齒輪軸線的相對位置分平行軸圓柱齒輪傳動、相交軸圓錐齒輪傳動和交錯(cuò)軸螺旋齒輪傳動。但是紅外傳感器在測距和探障過程中易受可見光的 影響，特別在一些光線較強(qiáng)以及環(huán)境溫度基本一樣的條件下，其性能下降迅速，此外，使用紅外傳感器還需預(yù)先設(shè)定好軌跡，不宜于移動機(jī)器人的自主移動。超聲波碰到雜質(zhì)或分界面會產(chǎn)生顯著 反射形成反射成回波，碰到活動物體能產(chǎn)生多普勒效應(yīng)。視覺傳感器通常因其精確性、易用性、豐富功能及合理成本而成為最佳選擇。 PLC 實(shí)質(zhì)是一種專用于工業(yè)控制的計(jì)算機(jī)，其硬件結(jié)構(gòu)基本上與微型計(jì)算機(jī)相同， 由 CPU、儲存器、電源構(gòu)成。 PLC 的特點(diǎn)： 可靠性高，抗干擾能力強(qiáng) ； 硬件配套齊全，功能完善，適用性強(qiáng) ； 易學(xué)易用，深受工程技術(shù)人員歡迎 ； 系統(tǒng)的設(shè)計(jì)、安裝、調(diào)試工作量小，維護(hù)方便，容易改造 ； 體積小，重量輕，能耗低 。它的體積小、質(zhì)量輕、為學(xué)習(xí)、應(yīng)用和開發(fā)提供了便利條件 ，同時(shí)單片機(jī)的成本本科畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書（論文） 8 比 PLC 略微低廉，綜合考慮本次設(shè)計(jì)選擇單片機(jī)控制。 :兩個(gè)電機(jī)同時(shí)在現(xiàn)有速度基礎(chǔ)上減小一個(gè)數(shù)量級，實(shí)現(xiàn)減速。當(dāng)移動機(jī)器人需要做出某種動作時(shí)，車載機(jī)只須將期 望動作翻譯為一個(gè)電機(jī)指令序列，發(fā)布給運(yùn)動控制器，運(yùn)動控制器就可以按部就班地控制機(jī)器人予以完成。系統(tǒng)工作時(shí)，圖像預(yù)處理模塊首 先對原始的輸入圖像進(jìn)行縮小、邊緣檢測、等預(yù)處理。本科畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書（論文） 10 3 視覺移動機(jī)器人方案的確定 電動機(jī)的確定 從機(jī)器人是實(shí)際運(yùn)動出發(fā)考慮，機(jī)器人的速度不能太快，否則會造成控制部分來不及處理和 發(fā)送信號，電機(jī)不能及時(shí)做出反應(yīng)，機(jī)器人在行進(jìn)的過程中不能實(shí)現(xiàn)避障功能，碰撞到障礙物而損壞的情況。 電動機(jī)轉(zhuǎn)速的選擇 同一類型、功率相同的電動機(jī)有多種轉(zhuǎn)速。 一般選用同步轉(zhuǎn)速為 1500r/min 或 1000r/min 的電動機(jī)。 傳動方案的選擇 本次機(jī)器人設(shè)計(jì)中，采用的減速器結(jié)構(gòu)如下圖所示： 1電動機(jī) 2聯(lián)軸器 3減速器 本科畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書（論文） 12 圖 32 傳動方案示意圖 減速器為展開式圓錐 —— 圓柱齒輪的二級傳動，軸 承選用深溝球軸承，聯(lián)軸器選用凸緣聯(lián)軸器。 1．選定齒輪類型、精度等級、材料及齒數(shù) （ 1） 按傳動方案，選用直齒圓錐齒輪傳動，齒形制 JB11060,齒形角020?? ，齒頂高系數(shù)好 h*a =1，頂隙系數(shù) c *? ，不變位。 2）按齒面的硬度查的小齒輪的接觸疲勞強(qiáng)度極限 MPaH 6001lim ?? ，大齒輪的接觸疲勞強(qiáng)度極限 MPaH 5502lim ?? 。/100min。 （ 4）選小齒輪齒數(shù) z 241? ，大齒輪齒數(shù) z 1202? 按齒面接觸強(qiáng)度設(shè)計(jì) ? ?3211 )(12HEHdtt ZZiiTKd ?? ??? (324) (1)確定公式內(nèi)的各項(xiàng)參數(shù)值 1)試選載荷系數(shù) ?tK 2）轉(zhuǎn)矩 mmNnPT .7 119 55 0 221 ?? (325) 3)計(jì)算應(yīng)力循環(huán)次數(shù) 911 )103 0 08(5 0 06060 ???????? hLnN (326) 892 ????N 4） 選取齒寬系數(shù) 1?d? 5）查的材料的彈性影響系數(shù) Z MP