【正文】 就是 循跡機(jī)器人的硬件電路設(shè)計(jì)，既要能檢測到路線和障礙物，還能對障礙進(jìn)行躲避和不斷變換的路線進(jìn)行跟蹤跟隨 ，最終到達(dá)目的地。紅外傳感器傳達(dá)的信息通過運(yùn)算放大器輸入單 片機(jī)，由單片機(jī)根據(jù)讀取的數(shù)據(jù)進(jìn)行判斷并輸出相應(yīng)的結(jié)果控制小車的行走 ， 由單片機(jī)的 I/O 口輸出高低電平控制其電機(jī)轉(zhuǎn)動方向，其速度控制則有單片機(jī)輸出的 PWM波控制。 在驅(qū)動電機(jī)時，保證 H 橋兩個同側(cè)的三極管不會同時導(dǎo)通是非常重要的。由于其內(nèi)部由高速電動機(jī)提供原始動力，帶動變速（減速）齒輪組，可以產(chǎn)生較大扭力。左右輪兩個電機(jī)轉(zhuǎn)速的配合就可以實(shí)現(xiàn)小車的前進(jìn)、倒退、轉(zhuǎn)彎等功能。 循跡機(jī)器人設(shè)計(jì) 8 圖 45 測障流程圖 反射式光電傳感器的光源有多種，常用的有紅外發(fā)光二極管，普通發(fā)光二極管，以及激光二極管，前兩種光源容易受到外界光源的干擾，而激光二極管發(fā)出的光的頻率較集中，傳感器只接收很窄的頻率范圍信號，不容易被干擾但價(jià)格較貴。當(dāng)小車行駛到黑色引導(dǎo)線時 ,紅外線信號被黑色吸收后光敏三極管截止 ,比較器輸出高電平 ,從而實(shí)現(xiàn)了通過紅外線檢測信號的功能將檢測到的信號送到單片機(jī) I/O口 。前輪為隨動輪，僅起到支撐的作 用，沒有導(dǎo)向作用，后輪分別是兩個獨(dú)立的驅(qū)動輪，利用它們的轉(zhuǎn)速差來控制機(jī)器人的運(yùn)動方向。 2） 初步掌握機(jī)器人的運(yùn)動學(xué)原理、基于智能機(jī)器人的控制理論，并 應(yīng)用于機(jī)器人的設(shè)計(jì)中 。 機(jī)器人一般由執(zhí)行機(jī)構(gòu)、 驅(qū)動裝置、 檢測裝置和控制系統(tǒng)和復(fù)雜機(jī)械等組成。機(jī)器人使用的驅(qū)動裝置主要 是電力 驅(qū)動 裝置， 如步進(jìn)電機(jī)、伺服電機(jī)等， 此外也有 采用液壓 、氣動等驅(qū)動裝置。 發(fā)揮部分 1）蔽障功能 循跡機(jī)器人設(shè)計(jì) 3 2 設(shè)計(jì)思路 循跡機(jī)器人是一種運(yùn)用簡單的視覺作用進(jìn)行一系列后續(xù)操作的機(jī)器人，在機(jī)器人的運(yùn)動中起著非常重要的作用，為機(jī)器人運(yùn)動過程中位置的準(zhǔn)確性提供了保障。 控制器 （單片機(jī)內(nèi)核） 光電編碼檢測 超聲波檢測 計(jì)數(shù)檢測 后退紅外檢測 前進(jìn)紅外檢測 行走電機(jī)驅(qū)動信號 循跡機(jī)器人設(shè)計(jì) 4 3 設(shè)計(jì)方框圖 圖 31 主程序流程 結(jié)束 系統(tǒng) 初始化 開始 任務(wù)計(jì)數(shù)器歸零 任務(wù)計(jì)數(shù)器 +1 是否完成全部任務(wù) 循跡子程序 是否完成本次任務(wù) Ｙ Ｎ Ｙ Ｎ 循跡機(jī)器人設(shè)計(jì) 5 4 硬件系統(tǒng)設(shè)計(jì) 機(jī)器人按照規(guī)定的線路從 A 地運(yùn)輸貨物到 B 地，然后再原路返回重復(fù)搬運(yùn)過程，下圖 41 為循跡機(jī)器人的軌道線路圖。 圖 43 黑線檢測流程圖 否 自動循跡程序 是否檢測到黑線 左轉(zhuǎn) 是 右轉(zhuǎn) 前進(jìn) 探測黑線 判斷處理程序 循跡機(jī)器人設(shè)計(jì) 7 圖 441 紅外探頭位置 其電路原理圖為圖 442 所示。如果直接用發(fā)射和接收管進(jìn)行測量將因?yàn)楦蓴_產(chǎn)生錯誤信號，采用對反射光強(qiáng)進(jìn)行測量的方法可以提高系統(tǒng)的可靠性和準(zhǔn)確性。 由于其轉(zhuǎn)過的角度可以精確的定位，可以實(shí)現(xiàn)小車前進(jìn)路程和位置的精確定位。其驅(qū)動電機(jī)的流程見圖 48. 圖 48 電機(jī)驅(qū)動流程 直流電機(jī)的特性 圖 45 直流電動機(jī)的機(jī)械特性 圖 46 PMW脈沖寬度調(diào)制示意圖 （ 1） 額定功率 ：是指軸上輸出的機(jī)械功率，單位為 kW。 循跡機(jī)器人設(shè)計(jì) 12 5 機(jī)器 人的軟件設(shè)計(jì) 智能尋跡機(jī)器人采用現(xiàn)在較為流行的 8 位單片機(jī)作為系統(tǒng)大腦。 既然有蔽障的軟件流程，那么在進(jìn)行蔽障之前，肯定要先使 機(jī)器人能沿著預(yù)定的黑線運(yùn)動，完成從 A 點(diǎn)到 B 點(diǎn)的往返運(yùn)動， 這就要不斷的檢測黑線位置，防止機(jī)器人偏離預(yù)定的軌道運(yùn)行，這樣的一個不斷循環(huán)的過程如圖 52 所示，清晰地表明了機(jī)器人單片機(jī)核心部分的工作順序。 總之課程設(shè)計(jì)對我們的幫助是非常大的，在提高我們的動手能力和開發(fā)邏輯思 維之 余 也能在一定的程度上激發(fā)我們對 機(jī)器人和傳感器的學(xué)習(xí) 興趣 ， 讓我們的學(xué)習(xí)從單一的理論升華到實(shí)踐的高度。 再次，我要感謝指導(dǎo)老師和與我同一個課設(shè)題目的同學(xué)，因?yàn)橐粋€人的思路是有限的，感謝大家的集思成就了我們的妙想。 祝老師在硬件方面很厲害，因?yàn)樗緛砭褪俏覀儥C(jī)器人和傳感器這兩門科目的老師， 在遇到很多跟電路設(shè)計(jì)相關(guān)的知識的時候，必然會有很多請教祝老師的時候， 只要遇到 這些 問題就可以找他，老師肯定會盡責(zé)為我們講解， 并且老師還會就我們提出的問題給我們引申出挺多在設(shè)計(jì)的時候應(yīng)該注意的事項(xiàng)、細(xì)節(jié)。 當(dāng)剛 拿到機(jī)器人課設(shè)的題目時，我頭腦里是一片茫然啊，這個循跡機(jī)器人應(yīng)該從哪里著手開始做呢， 但是， 經(jīng)過老師對我們的設(shè)計(jì)思路講解之后，就知道應(yīng)該怎么逐次實(shí)現(xiàn)機(jī)器人的循跡功能了。紅外傳感器能把被測物體的紅外線反射能量很好地轉(zhuǎn)換成電信號，并將電信號傳輸給單片機(jī)，因此循線的探測任務(wù)我們就交給了紅外傳感器。 橋驅(qū)動原理 圖 49 H 橋原理圖 H 橋原理簡述 ：所謂 H 橋驅(qū)動電路是為了直流電機(jī)而設(shè)計(jì)的一種常見電路，它主要實(shí)現(xiàn)直流電機(jī)的正反向驅(qū)動，其典型電路形式如 上 圖 49. 邏輯信號轉(zhuǎn)換 光耦隔離 H橋 驅(qū)動電機(jī) 循跡機(jī)器人設(shè)計(jì) 11 其工作過程如下： 當(dāng) 開關(guān) A、 D 接通，電機(jī)為正向轉(zhuǎn)動 ； 當(dāng) 開關(guān) B、 C 接通時，直流電機(jī)將反向轉(zhuǎn)動 ； 當(dāng) 將 B 、 D 開關(guān)（或 A、 C）接通，則電機(jī)慣性轉(zhuǎn)動產(chǎn)生的電勢將被短路，形成阻礙運(yùn)動的反電勢， 形成 “ 剎車 ” 作用 當(dāng) 4 個開關(guān)全部斷開