【正文】 (323) 取設(shè)計(jì)參數(shù) 選定齒輪類型、精度等級(jí)、材料和齒數(shù)（1）二級(jí)變速裝置選用直齒圓柱齒輪 （2）機(jī)器速度不高、選用8級(jí)精度（3）選材：小齒輪材料為40Cr（調(diào)質(zhì)），硬度為280HBS,大齒輪材料為45鋼（調(diào)質(zhì)），硬度為240HBS,兩者材料硬度相差40HBS。因此有，；傳動(dòng)裝置的運(yùn)動(dòng)和動(dòng)力參數(shù)如下表： 設(shè)計(jì)參數(shù)電動(dòng)機(jī)軸1軸2軸3軸工作軸轉(zhuǎn)速（r/min）15001500500100100功率p（w）40轉(zhuǎn)矩T（N）傳動(dòng)比i13 51效率1已知輸入功率 (35)小齒輪的轉(zhuǎn)速 ，大齒輪的轉(zhuǎn)速。選用轉(zhuǎn)速低的電動(dòng)機(jī)則情況相反。最后，運(yùn)動(dòng)控制模塊根據(jù)識(shí)別的路徑信息，調(diào)用直行或轉(zhuǎn)彎功能模塊使機(jī)器人做相應(yīng)的移動(dòng)。:兩個(gè)電機(jī)以相同的速度和轉(zhuǎn)向運(yùn)動(dòng)。相當(dāng)于一個(gè)微型的計(jì)算機(jī)，和計(jì)算機(jī)相比，單片機(jī)只缺少了I/O設(shè)備。PLC ( Programmable logic Controller)，可編程邏輯控制器，一種數(shù)字運(yùn)算操作的電子系統(tǒng)，專為在工業(yè)環(huán)境應(yīng)用而設(shè)計(jì)的。超聲波是一種振動(dòng)頻率高于聲波的機(jī)械波，由換能晶片在電壓的激勵(lì)下發(fā)生振動(dòng)產(chǎn)生的，它具有頻率高、波長(zhǎng)短、繞射現(xiàn)象小，特別是方向性好、能夠成為射線而定向傳播等特點(diǎn)。根據(jù)傳動(dòng)原理的不同，有靠帶與帶輪間的摩擦力傳動(dòng)的摩擦型帶傳動(dòng)，也有靠帶與帶輪上的齒相互嚙合傳動(dòng)的同步帶傳動(dòng)帶傳動(dòng)具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、傳動(dòng)平穩(wěn)，且其造價(jià)低廉、不需潤(rùn)滑、維護(hù)容易等特點(diǎn)。方案2：采用12V蓄電池為直流電機(jī)供電。最終方案：本次設(shè)計(jì)使用直流無(wú)刷電機(jī)。這一系列的成就推動(dòng)了我國(guó)移動(dòng)機(jī)器人技術(shù)的發(fā)展，縮短了與國(guó)外先進(jìn)水平的差距，而且在某些領(lǐng)域也取得了國(guó)際領(lǐng)先的成果，己經(jīng)成為我國(guó)機(jī)器人應(yīng)用的一個(gè)突出領(lǐng)域。在危險(xiǎn)環(huán)境下作業(yè)移動(dòng)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(dòng)機(jī)器人、高機(jī)動(dòng)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。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(dòng)機(jī)器人的實(shí)時(shí)控制性能不佳。后來(lái)的月球車行駛37公里，向地球發(fā)回88幅月面全景圖。綜上所述，我國(guó)對(duì)移動(dòng)機(jī)器人的研究面臨著很大的挑戰(zhàn)，必須加大對(duì)機(jī)器人的開(kāi)發(fā)與應(yīng)用才能走在時(shí)代的前列。2. 智能機(jī)器人有著廣泛的應(yīng)用前景，可以說(shuō)它幾乎滲透到了人類社會(huì)所有的領(lǐng)域。聯(lián)合國(guó)標(biāo)準(zhǔn)化組織采納了美國(guó)機(jī)器人協(xié)會(huì)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(lái)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(dòng)作的專門系統(tǒng)。s own in interior hit the target plicated environment pleteness. And can make robotic under the unknown environment, gradually, estimate oneself location and move status by the fact that oneself sensor measures the environment data coupling back the signal arrives at the monolithic machine, makes the monolithic machine can look for trace according to giving stable black the guidance line arbitrarily stable according to that the predetermined job pattern controls a handcart uses a handcart. Contents Include: 1. Design of mechanical structure: the robot driven by two independent track structures, the power source using brushless DC motor, gear reducer and gear belt transmission by using differential steering mobile robot platform, use incremental photoelectric encoder for speed detection of robots, robot positioning. 2. Design of control structure: control part of the model using AT89C51 microcontroller for receiving orders and generates drive signals，the driving part is L293D motor control chip, chip microcontroller using the received signals to control motor speed. 3. Sensor parts: the robot using vision sensors for collect images, and send the images to upperputer for image processing. Key words：mobile robot， motion control， single chip， vision sensor ， image processing目 錄摘 要 IAbstract II1移動(dòng)機(jī)器人 1 1 1 2 2 3 32視覺(jué)移動(dòng)機(jī)器人方案的確定 5 5 5 5 6 6 6 7： 7 7 8 83視覺(jué)移動(dòng)機(jī)器人方案的確定 10 10 10 10 圓錐圓柱減速器的設(shè)計(jì) 11 11 12 12 16 19 19 20 214 視覺(jué)移動(dòng)機(jī)器人控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) 22 22 PIC16F877 22 245移動(dòng)機(jī)器人的圖像處理技術(shù) 26 26 26 26 27 29結(jié) 論 30致 謝 31參考文獻(xiàn) 32附 錄 33 1移動(dòng)機(jī)器人機(jī)器人是一種自動(dòng)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(dòng)作能力和協(xié)同能力，是一種具有高度靈活性的自動(dòng)化機(jī)器。近年來(lái)人們對(duì)它的研究有了更大的關(guān)注。內(nèi)容包括：：機(jī)器人采用兩輪獨(dú)立驅(qū)動(dòng)的履帶結(jié)構(gòu)，動(dòng)力源采用直流無(wú)刷電機(jī)，減速和傳動(dòng)裝置采用齒輪傳動(dòng)，利用差速移動(dòng)平臺(tái)實(shí)現(xiàn)機(jī)器人的轉(zhuǎn)向，選用增量式光電編碼器進(jìn)行對(duì)機(jī)器人速度的檢測(cè)，實(shí)現(xiàn)機(jī)器人的定位。1962年，美國(guó)Unimation公司的第一臺(tái)機(jī)器人Unimate。但是到了90 年代，隨著機(jī)械技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)、微電子技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)以及人工智能技術(shù)的快速發(fā)展，機(jī)器人活動(dòng)領(lǐng)域的不斷擴(kuò)大，機(jī)器人的應(yīng)用從制造業(yè)領(lǐng)域向非制造業(yè)領(lǐng)域不斷發(fā)展，原先只是在工業(yè)中才使用的自主式機(jī)器人也開(kāi)始進(jìn)入到人們的日常生活中來(lái)，因此在工業(yè)、醫(yī)學(xué)、農(nóng)業(yè)、建筑業(yè)甚至軍事等領(lǐng)域都能看到移動(dòng)機(jī)器人的身影，美國(guó)麻省理工學(xué)院、斯坦福大學(xué)、英國(guó)愛(ài)丁堡大學(xué)等都陸續(xù)成立了機(jī)器人實(shí)驗(yàn)室，由此機(jī)器人技術(shù)得到了長(zhǎng)久的發(fā)展。因此移動(dòng)機(jī)器人已經(jīng)成為未來(lái)社會(huì)非常有潛力的產(chǎn)業(yè)，誰(shuí)可以掌握室內(nèi)移動(dòng)機(jī)器人的關(guān)鍵技術(shù)，誰(shuí)就可以引領(lǐng)世界的潮流。”概括說(shuō)來(lái)，機(jī)器人是靠自身動(dòng)力和控制能力來(lái)實(shí)現(xiàn)各種功能的一種機(jī)器。機(jī)器人能夠把環(huán)境區(qū)分為可通行、不可通行以及未知等類型區(qū)域。到了1994年，卡耐基梅隆大學(xué)機(jī)器人學(xué)研究所開(kāi)發(fā)了Dante II，這是一個(gè)8足的移動(dòng)機(jī)器人fill。211A MCTB采用了關(guān)節(jié)輪式移動(dòng)結(jié)構(gòu)，具有較強(qiáng)的越障能力。 缺點(diǎn)為轉(zhuǎn)彎半徑大、驅(qū)動(dòng)輪易打滑、導(dǎo)向輪方向不易精確控制。方案2 采用12V蓄電池為直流電機(jī)供電，將12V電壓降壓、穩(wěn)壓后給單片機(jī)系統(tǒng)和其它芯片供電。具有結(jié)構(gòu)緊湊、效率高、壽命長(zhǎng)等特點(diǎn)。超聲波傳感器應(yīng)用起來(lái)原理簡(jiǎn)單，也很方便，成本也很低。單片機(jī)是一種集成在電路芯片，是采用超大規(guī)模集成電路技術(shù)把具有數(shù)據(jù)處理能力的中央處理器CPU隨機(jī)存儲(chǔ)器RAM、只讀存儲(chǔ)器ROM、多種I/O口和中斷系統(tǒng)、定時(shí)器/計(jì)時(shí)器等功能（可能還包括顯示驅(qū)動(dòng)電路、脈寬調(diào)制電路、模擬多路轉(zhuǎn)換器、A/D轉(zhuǎn)換器等電路）集成到一塊硅片上構(gòu)成的一個(gè)小而完善的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)。單片機(jī)有8位，16位，32位等，這里的位指單片機(jī)CPU每次處理能力,8位是指單片機(jī)一次可以計(jì)算8位數(shù)據(jù),16位是指單片機(jī)一次可以計(jì)算16位數(shù)據(jù),依次類推，在此次設(shè)計(jì)中用8位單片機(jī)完全可以完成對(duì)機(jī)器人的控制，另考慮經(jīng)濟(jì)等方面，本次設(shè)計(jì)選擇8位單片機(jī).在歸納了移動(dòng)機(jī)器人各種運(yùn)動(dòng)行為的基礎(chǔ)上，我們總結(jié)了機(jī)器人的如下運(yùn)動(dòng)方式::兩個(gè)電機(jī)啟動(dòng)。機(jī)器人的視覺(jué)系統(tǒng)一般包括硬件與軟件兩個(gè)部分,前者是系統(tǒng)的基礎(chǔ),后者主要包括實(shí)現(xiàn)圖像處理的基本算法以及一些實(shí)現(xiàn)人機(jī)交互的接口程序. 基于計(jì)算機(jī)視覺(jué)的移動(dòng)機(jī)器人導(dǎo)航實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)的硬件部分由計(jì)算機(jī)、攝像頭、機(jī)器人地盤組成。因此，機(jī)器人的移動(dòng)速度定為V=按工作要求和條件，選用直流無(wú)刷電機(jī)，電壓12V.減速器輸出軸的轉(zhuǎn)速n=100rpm,驅(qū)動(dòng)輪直徑D=100mm,=(31)機(jī)器人的設(shè)計(jì)負(fù)重為30公斤，F(xiàn)=45N, T=，考慮到機(jī)器人會(huì)攜帶上位機(jī)等設(shè)備，所以取T=3N/m， (32) 傳動(dòng)裝置的總傳動(dòng)比： (33) （式中分別為聯(lián)軸器、滾動(dòng)軸承、圓錐齒輪傳動(dòng)、圓柱齒輪傳動(dòng)和驅(qū)動(dòng)輪的效率。本次設(shè)計(jì)選用的電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速為1500r/min，額定功率為40W根據(jù)設(shè)計(jì)要求電動(dòng)機(jī)所需轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)速查手冊(cè). 電機(jī)參數(shù)電動(dòng)機(jī)型號(hào)額定功率W額定轉(zhuǎn)速（r/min）總傳動(dòng)比FBL60K03151RS40150015圖31 電機(jī)外形尺寸 圓錐圓柱減速器的設(shè)計(jì)機(jī)器通常由原動(dòng)機(jī)、傳動(dòng)裝置、和工作機(jī)等三部分組成。（2） 機(jī)器人為一般機(jī)器，速度不高，故選用8級(jí)精度。 3) 取抗彎疲勞安全系數(shù)， 所以 [] (337) [] 4) 計(jì)算載荷系數(shù) (338) 5) 查的齒形系數(shù) 6) 查取應(yīng)力校正系數(shù) 7)計(jì)算大,小齒輪的并加以比較 大齒輪的數(shù)值大(2)設(shè)計(jì)計(jì)算對(duì)比計(jì)算結(jié)果,由齒面接觸疲勞強(qiáng)度計(jì)算的模數(shù)m略大于由齒根彎疲勞強(qiáng)度計(jì)算的模數(shù),由于齒輪模數(shù)m的大小取決于抗彎強(qiáng)度所決定的承載能力,而齒面接觸疲勞強(qiáng)度所決定的承載能力,僅與齒輪直徑有關(guān),并就近圓為標(biāo)準(zhǔn)值,按接觸強(qiáng)度算得的分度直徑,由此可得 。 —將轉(zhuǎn)矩折合成當(dāng)量彎矩的折算系數(shù)力　 當(dāng)所在計(jì)算載面軸段開(kāi)有鍵槽時(shí)，由上式算得的直徑應(yīng)增大3%～5%（開(kāi)一個(gè)鍵槽）或7%～10%（開(kāi)兩個(gè)鍵槽），然后圓整為標(biāo)準(zhǔn)直徑。根據(jù)表153，取A,于是得 取。常用的有以下幾種： （1）凸緣聯(lián)軸器 采用鉸制孔用螺栓聯(lián)接 ，并靠鉸制孔(對(duì)應(yīng)鉸制孔螺栓) 螺栓來(lái)對(duì)中,依靠螺栓的抗剪切能力傳遞扭矩。依靠?jī)?nèi)外齒相嚙合傳遞扭矩。半聯(lián)軸器與軸的配合孔可做成圓柱形或圓錐形。C，短時(shí)工作溫度可達(dá)100176。程序、數(shù)據(jù)以及外部的所有信息都是通過(guò)單片機(jī)的I/O端口讀入單片機(jī)的。（7）定時(shí)器TMR1模塊：是一個(gè)16位寬的可編程的定時(shí)器，也可作為計(jì)數(shù)器使用，并且可以與捕捉/比較/脈寬調(diào)制CCP模塊配合實(shí)現(xiàn)捕捉和比較功能。（14）并行從動(dòng)端口PSP模塊：可以用來(lái)與其他具有開(kāi)放總線的單片機(jī)、數(shù)字信號(hào)處理器或微處理器的并行數(shù)據(jù)連接，進(jìn)行高速的數(shù)據(jù)傳輸和交換。RE0～RE2（8～10引腳）：RE是一個(gè)輸入/輸出可編程的雙向3線端口。這種新型無(wú)刷電機(jī)稱為電子換向式直流電機(jī)，它克服了第一代無(wú)刷電機(jī)的缺陷。5移動(dòng)機(jī)器人的圖像處理技術(shù)機(jī)器視覺(jué)系統(tǒng)是智能機(jī)器人的重要標(biāo)志，機(jī)器人視覺(jué)系統(tǒng)模仿了人的視覺(jué)感知能力，允許對(duì)環(huán)境做非接觸式的測(cè)量。　　CCD傳感器中每一行中每一個(gè)象素的電荷數(shù)據(jù)都會(huì)依次傳送到下一個(gè)像素中，由最底端部分輸出，再經(jīng)由傳感器邊緣的放大器進(jìn)行放大輸出；而在CMOS傳感器中，每個(gè)象素都會(huì)鄰接一個(gè)放大器及A/D轉(zhuǎn)換電路，用類似內(nèi)存電路的方式將數(shù)據(jù)輸出。在灰度圖像中，每個(gè)像素點(diǎn)只需要一個(gè)字節(jié)就可以存放一個(gè)灰度值，灰度值的范圍為0到255，灰度級(jí)數(shù)為256級(jí)，所以存儲(chǔ)量和計(jì)算量都不是很大?？梢哉f(shuō)中值濾波是一種使得圖像上某一位置的灰度值更加接近鄰域值的方法。采用直接對(duì)每個(gè)像素點(diǎn)進(jìn)行閾值分割的方法即可達(dá)到對(duì)圖像實(shí)現(xiàn)二值化的目的。模型采用的是更加直觀的色彩描述方法 ,由色度, 飽和度 , 亮度 三個(gè)分量組成, 其中色度表示不同的顏色, 飽和度表示顏色的深淺, 亮度表示顏色的明暗程度。圓錐的頂面中心處,，無(wú)定義，代表白色。 致 謝經(jīng)過(guò)兩個(gè)多月的努力，基于視覺(jué)移動(dòng)的機(jī)器人論文終于完成，在整個(gè)設(shè)計(jì)過(guò)程中，出現(xiàn)過(guò)很多的難題，但都在老師和同學(xué)的幫助下順利解決了，在此表示深深的感謝。西格沃特, I183