【正文】 ....................... 17 功能特性描述 ................................................................................................ 19 時鐘電路設(shè)計 ................................................................................................ 20 復(fù)位電路設(shè)計 ................................................................................................ 20 供電電路設(shè)計 ................................................................................................ 20 通信電路模塊設(shè)計 ................................................................................................... 21 傳感器模塊設(shè)計 ....................................................................................................... 21 電機(jī)驅(qū)動與調(diào)速模塊設(shè)計 ....................................................................................... 26 電機(jī)驅(qū)動芯片選擇 ........................................................................................ 26 電機(jī)驅(qū)動設(shè)計 ................................................................................................ 27 PWM 調(diào)速 ..................................................................................................... 27 4 避障小車軟件系統(tǒng)設(shè)計 .................................................................................................... 29 引言 ............................................................................................................................. 29 避障小車軟件總體設(shè)計思想 ................................................................................... 29 副控制單片機(jī) STC12LE5410 的軟件設(shè)計 ............................................................ 29 設(shè)置與傳輸 .................................................................................................... 30 超聲波接收 .................................................................................................... 32 距離計算與數(shù)據(jù)存儲 .................................................................................... 33 副單片機(jī)的 SPI 通信中斷服務(wù)： ................................................................ 34 主單片機(jī) Atmega32L 避障設(shè)計 ............................................................................. 36 避障算法設(shè)計 ................................................................................................ 36 運動控制設(shè)計 ................................................................................................ 37 SPI 通信設(shè)計 .......................................................................................................... 39 SPI 通信基本原理 ......................................................................................... 39 SPI 通信時序 ................................................................................................. 39 5 避障小車的調(diào)試 ................................................................................................................ 41 SPI 通信的調(diào)試及常見錯誤 .................................................................................... 41 避障小車運行時遇到的問題 ................................................................................... 44 超聲波檢測模塊的調(diào)試與測量 ............................................................................... 44 結(jié) 論 .................................................................................................................................. 46 致 謝 .................................................................................................................................. 47 參考文獻(xiàn) .................................................................................................................................. 48 附 錄 A .............................................................................................................................. 50 附 錄 B .............................................................................................................................. 69 附 錄 C .............................................................................................................................. 70 東北大學(xué)秦皇島分校畢業(yè)設(shè)計（論文） 第 1 頁 1 緒論 引言 機(jī)器人學(xué)科是一門迅速發(fā)展的綜合性前沿學(xué)科。 基于四輪移動小車為框架，以具有 16KB 系統(tǒng)內(nèi)可編程 Flash 的 8 位 AVR 微控制器為核心，開發(fā)研制了一套智能小車所用的避障 系統(tǒng) ，該 系統(tǒng) 主要 由控制模塊、檢測模塊、供電模塊和運動模塊組成。本文使用了超聲波傳感器對智能小車周圍的環(huán)境進(jìn)行探測，在超聲波測距中，采用循環(huán)發(fā)射的方式，有效避免了回波信號干擾，采用 1 個發(fā)射器發(fā)射、 2 個鄰近的接收器接收的方法，為避障小車提供同一方向上的多個距離信息，并且給出了距離信息的多種表示方法。它涉及到機(jī)械工程學(xué)、運動學(xué)、數(shù)學(xué)、電氣工程學(xué)、計算機(jī)、電子工程學(xué)、自動控制工程學(xué)、人工智能、傳感器、機(jī)器視覺、模式識別與導(dǎo)航、仿生學(xué)和多種智能模擬技術(shù)，受到了工業(yè)界和學(xué)術(shù)界的高度重視。它是集精密機(jī)械、光學(xué)、電子學(xué)、檢測、自動控制、計算機(jī)和人工智能等技術(shù)于一體，形成的一門綜合性的新技術(shù)學(xué)科。后來作為一種虛構(gòu)的機(jī)械出現(xiàn)在許多作品中，代替人們?nèi)ネ瓿赡承┕ぷ鳌?1962 年，第一臺工業(yè)機(jī)器人 Unimate 在美國通用汽車公司投入使用，標(biāo)志著第一代機(jī)器人的誕生 。第三代機(jī)器人是指具有高度適應(yīng)性的自治機(jī)器人，它具有多種感知功能，可進(jìn)行 東北大學(xué)秦皇島分校畢業(yè)設(shè)計（論文） 第 2 頁 復(fù)雜的邏輯思維，判斷決策，在作業(yè)環(huán)境中獨立行動。國家“ 七五 ” 重點工程的 “ 機(jī)器人示范工程 ” 已由中科院沈陽自動化所完成，并逐步成為我國機(jī)器人研究、開發(fā)、人才培訓(xùn)、機(jī)器人性能測試和國內(nèi)外機(jī)器人交流的基地，他們已經(jīng)研制出各種 型號的水下機(jī)器人、工業(yè)機(jī)器人通用控制器、移動式機(jī)器人等。但從總體水平上看，我國機(jī)器 人技術(shù)比起發(fā)達(dá)國家還有一定的差距 [35]。 避障智能小車，即輪式 避障 機(jī)器人，是移動機(jī)器人的一種。關(guān)于避障智能小車的研究，始于上個世紀(jì) 60 年代末期，它們己在許多工業(yè)部門獲得廣泛應(yīng)用，它們可以比人類工作得更好并目成本低廉。智能車輛駕駛?cè)蝿?wù)的自動完 成將給人類社會的進(jìn)步帶來巨大的影響，例如能切實提高道路網(wǎng)絡(luò)的利用率、降低車輛的燃油消耗量，尤其是在改進(jìn)道路交通安全等方面提供了新的解決途徑。采用了先進(jìn)的傳感系統(tǒng)（ CCD 攝像機(jī)、超聲波、紅外等），智能水平很高，機(jī)器人帶有的視覺系統(tǒng)、語音系統(tǒng)和運動系統(tǒng)使其言行舉止更像人 。美國 NASA 研制的火星探測機(jī)器人索杰那于 1997 年登上火星，這一事件向全世界進(jìn)行了報道。 （ 3）遙控移動機(jī)器人。 （ 6）多機(jī)器人系統(tǒng)。 （ 3）避障算法的研究，主要是選用合理算法，對多傳感器給出的信息進(jìn)行融合，以作出決策，控制機(jī)器人的行為。另外，還要設(shè)計一套調(diào)理電路，實現(xiàn)多個傳感器與微處理器的接口，因為微處理器的 IO 口資源有限。這里，事先預(yù)定的策略也是非常重要的。這主要包括硬件和 軟件兩個方面，在系統(tǒng)設(shè)計的過程中，要兼 東北大學(xué)秦皇島分校畢業(yè)設(shè)計（論文） 第 5 頁 顧硬件抗干擾和軟件抗干擾的難易、性價比，合理分配。 避障小車的關(guān)鍵技術(shù) 避障技術(shù) 小車避障從可移動機(jī)器人的出現(xiàn)就開始研究，但一開始他并不作為一門單列的技術(shù)進(jìn)行研究，人們通常在路徑規(guī)劃中實現(xiàn)。因此人們提出了基于行為的移動機(jī)器人路徑規(guī)劃方法，又叫做反應(yīng)式的控制方法。于是避障技術(shù)從此越來越多的被單獨研究。拓?fù)浞ǖ幕舅枷胧墙稻S法，即將高維幾何空間中求路徑的問題轉(zhuǎn)化為低維拓?fù)淇臻g中辨別連通性問題。柵格法將機(jī)器人的工作環(huán)境分解成一系列的具有二值信息的網(wǎng)格單元，工作空間中障礙物的位置和大小一致，并且在小車運動過程中，障礙物的位置和大小不發(fā)生變化。 3．未知環(huán)境下的靜態(tài)障礙物，對機(jī)器人系統(tǒng)而言，環(huán)境事先是未知的或部分未知的，其障礙物的形狀和大小是未知的，但其障礙物是靜止不動的。這種機(jī)器人由于具有外部的感覺功能，因此可以根據(jù)外界的情況來修改自身的動作，從而完成較為復(fù)雜的作業(yè)。而這一系列基本功能的組合我通常稱之為識別，它是一切智能化表現(xiàn)的基礎(chǔ)。其中精確度最高，效果最好的是基于視覺傳感器數(shù)據(jù)的識別，但其設(shè)計算法復(fù)雜，反應(yīng)時間不快，在競賽機(jī)器人這個高速、多變、靈活的環(huán)境下效果并不明顯，所以我們通常采用 聲覺、光覺配合其他傳感器共同實現(xiàn)。但其體積大，配套設(shè)施多且容易出現(xiàn)污染并不適合比賽的環(huán)