【正文】 圖 319 平衡 [7] 檢查的方法很簡單，將機器人 放置在一個光滑的平面上，仔細觀察所有驅動輪是否同時接觸到平面，以及機器人是否傾斜，或者在每個驅動輪的正上方給一個正壓力，觀察機器人是否會晃動。隨著旋轉過程的進行，? 的值將從 0增達到 2π ，此時左右兩個輪子的運動軌跡形成了兩個同心圓，其周長分別為 2π rl 和 2π （ rl+w）。當兩個輪子同時向前旋轉時，機器鼠就會前進；當兩個輪子以相同速度向相反方向旋轉時，機器鼠將會圍繞位于兩輪子中間的中心點進行原地旋轉操作。 采用標準差速驅動運動平臺對于 機器鼠 已經滿足其運動條件。 四輪的穩(wěn)定性好，承載能力較大，但結構較復雜。 圖 314 輪式移動機構布置 [7] 普通的輪式移動機構一般有三個輪、四個輪或六個輪，其轉向裝置的結構通常有兩種方式 : :轉向輪裝在轉向鉸軸上，轉向電機通過減速器和機械連桿機構控制鉸軸，從而控制轉向輪的轉向。將前端傳感器檢測到有無信號設輸出為 d，檢測到有障礙 d=1，無障礙保持 d=0，右側 傳感器有無信號輸出為 a,檢測到有障礙 a=1，無障礙保持 a=0。如果系統(tǒng)具有狀態(tài)，那么系統(tǒng)響應不但取決于當前的傳感器檢測信息，而且還同以前采集到的所有傳感器信息以及過去的處理過程有關。一般來說，允許控制系統(tǒng)連續(xù)運行 ， 相 比反復啟停計算過程具有更多實用性，并且編程過程更加簡單。 圖 310 傳感器處于兩輪中間時失效 ? 基于接近覺傳感器的沿墻行走行為 同接近覺傳感器相比，測距傳感器價格通常比較昂貴，并且性能穩(wěn)定性也比較差。盡管這種機器人沒有安裝能保證自己在每個具體時刻都同向 保持平行的機構，但是通過左右旋轉他能在平均的意義上保持朝向同墻平行的。當然任何系統(tǒng)都不可避免地存在著一定的磁滯現象。如果 R比較大，即使系統(tǒng)具有很大延遲，機器鼠也能夠比較平滑沿墻壁走。通常提高系統(tǒng)的復雜程度為代價，許多方法可以使系統(tǒng)在不發(fā)生發(fā)散型振蕩的情況下，能夠以比較快的速度，精確的停止在目標位置，其中最常用的一種閉環(huán)控制系統(tǒng)是 PID控制器。比如人就是一個具有負反饋的閉環(huán)控制系統(tǒng)，眼睛便是 傳感器 ，充當反饋，人體系統(tǒng)能通過不斷的修正最后 做 出各種正確的 動作 。因此，一般僅用于可以不考慮外界影響，或慣性小，或精度要求不高的一些場合，如步進電機的控制，簡易電爐爐溫調節(jié)，水位調節(jié)等。反饋控制系統(tǒng)采用某種算法，或者某種物理機制，將輸入信號和被控設備響應的測量信號轉換為新的控制命令。 以上的分析作為初步任務分解，將設計任務分解成各個易于處理的子任務，對于這些子任務機器人更有希望完成和實現。規(guī)定通道長寬尺寸，頂面涂紅色，側面涂白色，地面涂黑色。保證能夠對所需探測的環(huán)境或區(qū)域進行完全的、無遺漏的搜索。 (2)避障行為 如果障礙物在左邊就向右轉； 如果障礙物在右邊就向左轉； 如果障礙物的距離位于緊急距離之內則該行為被忽視。所謂基于行為的控制結構是把復雜的任務分解成很多簡單的可以并發(fā)執(zhí)行的單元，每個單元有自己的感知器和執(zhí)行器，這兩者緊耦合在一起的，構成感知動作行為，多個行為相互松耦合構成層次模型。在環(huán)境部分未知時的規(guī)劃方法主要有人工勢場法、模糊邏輯算法、遺傳算法、人工神經網絡、模擬退火算法、 西南交通大學本科 畢業(yè)設計 (論文 ) 第 7 頁 蟻群優(yōu)化算法、粒子群算法和啟發(fā)式搜索方法等。在此領域已經有了許多成熟的方法，包括可視圖法、切線圖法、 Voronoi圖法、拓撲法、懲罰函數法、柵格法等。 圖 21 深海機器人 近年來，自主式水下機器人由于其在海底資源探測上的優(yōu)勢而受到各國的關注，但因為水下環(huán)境十分復雜 (能見度差、定位困難等 )，導致一般的規(guī)劃方法都難以奏效，而水下環(huán)境的擁擠程度相對較低、機器人工作在同一區(qū)域的可能性較大這一特征恰好 西南交通大學本科 畢業(yè)設計 (論文 ) 第 6 頁 有利于基于事例的規(guī)劃方法的應用，因此該方法被廣泛的用于解決水下機器人的路徑規(guī)劃問題，試驗證明 其效果也較為理想。目前，對于移動機器人路徑規(guī)劃技術的研究已經取得 了大量的成果，許多問題獲得了比較滿意的答案。它有相當于人的眼、耳、皮膚的視覺傳感器、聽覺傳感器和觸覺傳感器。移動機器人具有移動功能，在代替人從事危險、惡劣（如輻射、有毒等）環(huán)境下作業(yè)和人所不及的（如宇宙空間、水下等）環(huán)境作業(yè)方面，比一般機器人有更大的機動性、靈活性。不同于一臺高度自動化的制造業(yè)設備，行星漫步者在月亮黑暗的那一面工作：沒有無線電通訊或可能碰到意外的情況。 基本上，一個機器人包括： ? 機械設備，如可以與周圍環(huán)境進行交互的車輪平臺、手臂或其它構造。 歐美國家認為：機器人應該是由 計算機控制 的通過編排程序具有可以變更的多功能的自動機械，但是日本不同意這種說法。 采用了 ATMEL 公司的 AT89S52 單片機控制，小型四相步進電機及 專用的 PMM8713步進電機驅動方案，紅外接近開關作為主要傳感器，差動 式 底盤 結構，初步實現 了 微型 機器鼠 競賽 用 自主移動 機器 鼠樣機 研制和實驗驗證 。在移動機器人相關技術研究中，路徑規(guī)劃技術是一個重要研究領域。 提出了一種 機器鼠 機械底盤設計方案，結合控制系統(tǒng)初步可以完成： 能夠按照預先設定的算法，自動按照一定的路徑行駛，行駛過程中可以自動的識別并繞開障礙物。通過對機器鼠 所 運行 的 環(huán)境建模，根據基于行為的方法對機器鼠的執(zhí)行任務、沿墻行走、判斷障礙旋轉進行分解構建，以及對機器鼠傳感器布置及機械平臺設計進行 理論 分析。Autonomous cleaning robots 西南交通大學本科 畢業(yè)設計 (論文 ) 第 Ⅵ 頁 目 錄 第 1 章 緒論 ................................................... 1 第 2 章 移動機器人路徑規(guī)劃方法的分類及現狀 ..................... 5 基于事例的學習規(guī)劃方法 ............................................................................................... 5 基于環(huán)境模型的規(guī)劃方法 ............................................................................................... 6 基于行為的結構 ............................................................................................................... 7 第 3 章 機器鼠的 設計任務及方案分析 ............................. 10 微型 機器 鼠競賽介紹 ..................................................................................................... 10 設計任務分解 ..................................................................................................................11 機器鼠任務分析及 基于行為設計 ................................................................................. 12 巡視通道，沿墻行走行為 ......................................................................................... 13 判斷通道，觸發(fā)旋轉行為 ......................................................................................... 18 機械平臺 ..................................................................................................................... 22 機器鼠 移動機構方案選擇 ......................................................................................... 22 車輪的安裝與選擇 ..................................................................................................... 26 車輪的選擇 ................................................................................................................. 27 多傳感器的配合使用 ..................................................................................................... 29 傳感器在機器人學科應用 ......................................................................................... 29 機器鼠 紅外傳感器 ..................................................................................................... 30 機器鼠傳感器設計方案 .............................................................................................. 34 第 4 章 機器鼠四相步進電機及驅動電路設計 ....................... 38 步進電機控制概況 ......................................................................................................... 38 反應式步進電動機的結構及工作原理 ......................................................................... 39 步進電機功率的確定 ..................................................................................................... 43 驅動電源 ......................................................................................................................... 45 步進電動機的控制 ..................................................................................................... 47 機器鼠所使用的步進電機驅動電路 ......................................................................... 49 單片機控制 ..................................................................................................................... 53 單片機控制程序流程圖 ................................................................................................. 64 第 5 章 基于機器鼠控制系統(tǒng)的一種實用自主吸塵機器人機械設計 ..... 69 差動式車體運動學分析 .................................................................................................. 70 驅動輪機構組成 ......................................................