【正文】 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。 本設(shè)計(jì)中，機(jī)器人視覺導(dǎo)航中的圖像處理技術(shù)包括：視頻圖像的采集、圖像的預(yù)處理、邊緣特征的提取以及直線的擬合算法等 等。 本科畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書（論文） 26 5 移動(dòng)機(jī)器人的圖像處理技術(shù) 機(jī)器視覺 系統(tǒng) ]12[ 是智能機(jī)器人的重要標(biāo)志，機(jī)器人視覺系統(tǒng)模仿了人的視覺感知能力，允許對(duì)環(huán)境做非接觸式的測(cè)量。 無刷直流電機(jī)為了減少轉(zhuǎn)動(dòng)慣量，通常采用 “細(xì)長(zhǎng) ”的結(jié)構(gòu)。這種新型無刷電機(jī)稱為電子換向式直流電機(jī)，它克服了第 一代無刷電機(jī)的缺陷。 無刷電機(jī)是指無電刷和換向器 (或集電環(huán) )的電機(jī)，又稱無換向器電機(jī)。 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。 RA0～ RA5（ 27 引腳）： RA 是一個(gè)輸入 /輸出可編程的雙向 5 線端口。 （ 14）并行從動(dòng)端口 PSP 模塊：可以用來與其他具有開放總線的單片機(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。 （ 11）捕捉 /比較 /脈寬調(diào)制 CCP1 和 CCP2 模塊： PIC16F877 片內(nèi)包含兩個(gè)幾乎完全相同的 CCP 模塊，與 TMR1 和 TMR2 配合可以實(shí)現(xiàn)輸入捕捉、輸出比較和賣出調(diào)制輸出功能。 （ 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。 （ 3）端口 RC 模塊：是一個(gè)具有 8 條引腳的輸入 /輸出可編程的端口。程序、數(shù)據(jù)以及外部的所有信息都是通過單片機(jī)的 I/O 端口讀入單片機(jī)的。 中央處理器是單片機(jī)的核心，它包括運(yùn)算器、控制器和寄存器 3 個(gè)主要部分。 C，短時(shí)工作溫度可達(dá) 100176。為了便于裝配，有時(shí)將輪胎開出徑向切口，但這時(shí)承載能力要顯著降低。半聯(lián)軸器與軸的配合孔可做成圓柱形或圓錐形。彈性元件所能儲(chǔ)蓄的能量越多，則聯(lián)軸器的緩沖能力愈強(qiáng)；彈性元件的彈性滯后性能與彈性變形時(shí)零件間的摩擦功愈大、則聯(lián)軸器的減振能力愈好。依靠?jī)?nèi)外齒相嚙合傳遞扭矩。 （ 3） 滑塊聯(lián)軸器 滑塊聯(lián)軸器是由兩個(gè)帶凹槽的半聯(lián)軸器和一個(gè)方形滑塊組成，滑塊材料通常為夾布鉸木制成。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 ) 螺栓來對(duì)中 ,依靠螺栓的抗剪切能力傳遞扭矩。 球軸承適于承受輕載荷，滾子軸承適于承受重載荷及沖擊載 荷。根據(jù)表 153，取 A 105?O ,于是得 ???? 3311m i n1 1 5 0 00 3 8 O ???? 3322m i n2 5 0 00 3 5 0 5nPAd O ???? 3333m i n3 1 0 00 3 4 0 5nPAd O 取 61?d ， 102?d ， 143?d 。 通過如果減速器輸入軸通過聯(lián)軸器與電動(dòng)機(jī)軸相聯(lián)接，則外伸段軸徑與電動(dòng)機(jī)軸徑不得相差很大，否則難以選擇合適的聯(lián)軸器，也就是說，減速器輸入軸軸端直徑和電動(dòng)機(jī)軸直徑必須在所選取聯(lián)軸器轂孔最大與最小直徑允許范圍內(nèi)。mm。 4. 幾何尺寸計(jì)算 本科畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書（論文） 19 1)計(jì)算分度圓直徑 mmmzd ???? (339) mmmzd 2 022 ???? 2)計(jì)算中心距 mmdda 362/)6012(2/)( 21 ????? (340) 3)計(jì)算齒輪寬度 mmdb d 121211 ???? ? (341) 圓整 ,取 mmbmmb 15,12 12 ?? 數(shù)據(jù)整理 齒輪類型： 1． 直齒圓錐齒輪（齒形角 o20?? ，齒頂高系數(shù)好 h*a =1，頂隙系數(shù) c *? ，不變位）精度 8 級(jí)，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。23222??????壽命 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。5min。 （ 4） 選小齒輪的齒數(shù) z 231? ，則大齒輪齒數(shù)為 69 2．按齒面接觸疲勞強(qiáng)度設(shè)計(jì) 公式 32121 )(][ uKTZdRRFEt ??? ?????????? (36) 本科畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書（論文） 13 （ 1）確定公式內(nèi)的各數(shù)值 1）查的材料彈性影響系數(shù) MPaZE ? 。傳動(dòng) 比 i=3，有電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)，工作壽命為 104 小時(shí)，平穩(wěn)。傳動(dòng)裝置 ]11[ 的設(shè)計(jì)對(duì)整臺(tái)機(jī)器的性能、尺寸、重量和成本有很大的影響，因此應(yīng)當(dāng)合理的以定傳動(dòng)方案。因此，應(yīng)綜合考慮電動(dòng)機(jī)及傳動(dòng)裝置的尺寸、重量、價(jià)格，分析比較，選出合適的電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速。則： ?a? 電動(dòng)機(jī)所需功率： WKWPP aWd ?? ? (34) 所以取電動(dòng)機(jī)功率為 40W。 本科畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書（論文） 9 獲 取 圖 像特 征 抽 出 和分 割計(jì) 算 距 離 和角 度驅(qū) 動(dòng) 機(jī) 器 人步 進(jìn) 電 機(jī) 的 轉(zhuǎn)向 和 速 度輸 出 脈 沖攝 像 頭 位 置和 伺 服 系 統(tǒng)圖 像 處 理 單 元運(yùn) 動(dòng) 控 制 模 塊 圖 21 視覺系統(tǒng)流程圖 在本次設(shè)計(jì)中，采用的是用攝像頭實(shí)時(shí)的采集圖像信息，經(jīng)過上位機(jī)的內(nèi)部處理，通過單片機(jī)控制電機(jī)來實(shí)現(xiàn)運(yùn)動(dòng)要求?；谝曈X導(dǎo)航的原始輸入圖像是連續(xù)的數(shù)字視頻圖像。 這些運(yùn)動(dòng)覆蓋了差動(dòng)輪式移動(dòng)系統(tǒng)的所有基本動(dòng)作，通過一系列電機(jī)控制的組合就可以靈活地控制機(jī)器人完成它所能夠做到的任何動(dòng)作。 :兩個(gè)電機(jī)同時(shí)在現(xiàn)有速度基礎(chǔ)上增加一個(gè)數(shù)量級(jí)，實(shí)現(xiàn)加速。概括的講：一塊芯片就成了一臺(tái)計(jì)算機(jī)。因?yàn)槠鋬r(jià)格較高，一般都是附加值較高的自動(dòng)控制系統(tǒng)才會(huì)考慮。它采用一類可編程的存儲(chǔ)器，用于其內(nèi)部存儲(chǔ)程序，執(zhí)行邏輯運(yùn)算，順序控制，定時(shí)，計(jì)數(shù)與算術(shù)操作等面向用戶的指令，并通過數(shù)字 或模擬式輸入 /輸出控制各種類型的機(jī)械或生產(chǎn)過程。 方案三 使用 視覺傳感器 導(dǎo)航 視覺傳感器具有從一整幅圖像捕獲光線的數(shù)以千計(jì)的像素的能力，它主要部件就是照相機(jī)或攝像機(jī)，在捕獲圖像之后，視覺傳感器將其與內(nèi)存中存儲(chǔ)的基準(zhǔn)圖像進(jìn)行比較，以做出分析。超聲波對(duì)液體、固體的穿透本領(lǐng)很大，尤其是在陽光不透明的固體中，它可穿透幾十米的深度。紅外線傳感器是利用紅外線的物理性質(zhì)來進(jìn)行測(cè)量的傳感器，紅外線傳感器測(cè)量時(shí)不與被測(cè)物體直接接觸，因而不存在摩擦，并且有靈敏度高，響應(yīng)快等優(yōu)點(diǎn)。 方案 2齒輪傳動(dòng)是利用兩齒輪的輪齒相互嚙合傳遞動(dòng)力和運(yùn)動(dòng)的機(jī)械傳動(dòng)。但是蓄電池的體積過于龐大，由于我們的車體在設(shè)計(jì)時(shí)空間有限，在小型電動(dòng)車上使用極為不方便，因此我們放棄此方案。 優(yōu)缺點(diǎn)的比較： 方案 1 采用 可充電動(dòng)力電池組。優(yōu)點(diǎn)是可以在原地轉(zhuǎn)動(dòng)；在不平的路面上性能穩(wěn)定，牽引力大。 方案 1：輪式機(jī)構(gòu) ]5[ 方案 2：履帶式結(jié)構(gòu) 優(yōu)缺點(diǎn)的比較： 方案 1 輪式結(jié)構(gòu) 是一個(gè)馬達(dá)作為動(dòng)力，通過變速箱驅(qū)動(dòng)后輪；另一個(gè)馬達(dá)轉(zhuǎn)動(dòng)導(dǎo)向輪來決定行駛方向。而且無刷直流電機(jī)采用方波電流供電，所用電機(jī)的轉(zhuǎn)矩 /體積比更高。 20xx 年國(guó)防科技大學(xué)賀漢根教授主持研制的無人駕駛車采用了四層遞階控制 體系結(jié)構(gòu)以及機(jī)器學(xué)習(xí) [等智能控制算法，在高速公路上達(dá)到了 130Km/h 的穩(wěn)定時(shí)速，最高時(shí)速 170Km/h，而且具備了自主超車功能，這些技術(shù)指標(biāo)均處于世界領(lǐng)先的地位。 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。 在國(guó)家“十五” 863 計(jì)劃中，展開了一系列的有關(guān)智能機(jī)器人方面的研究。到了 1994 年，卡耐基梅隆大學(xué)機(jī)器人學(xué)研究所開發(fā)了 Dante II，這是一個(gè) 8足的移動(dòng)機(jī)器人 fill。 CMU Rover 由卡耐基梅隆大學(xué)機(jī)器人學(xué)研究所在 1981 年開始研制，它具有 12個(gè)微處理器來處理實(shí)時(shí)任務(wù)，一個(gè)大型的遠(yuǎn)程計(jì)算機(jī)通過遙控方式來進(jìn)行復(fù)雜規(guī)劃與環(huán)境分析，并通過聲納傳感器與視覺傳感器來探測(cè)環(huán)境中的障礙。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。 1970 年前蘇聯(lián)月球 17 號(hào)探測(cè)器把世界第一個(gè)無人駕駛的月球車送去月球，月球車行駛 公里，考察了 8 萬平方米的月面?！备爬ㄕf來，機(jī)器人是靠自身動(dòng)力和控制能力來實(shí)現(xiàn)各種功能的一種機(jī)器。當(dāng)今社會(huì)，機(jī)器人正代替人發(fā)揮著日益重要的作用，不斷地改變著人類的生活方式，因此完全可以說機(jī)器人技術(shù)的發(fā)展帶動(dòng)了整個(gè)人類社會(huì)的發(fā)展。因此移動(dòng)機(jī)器人已經(jīng)成為未來社會(huì)非常有潛力的產(chǎn)業(yè)，誰可以掌握室內(nèi)移動(dòng)機(jī)器人的關(guān)鍵技術(shù)，誰就可以引領(lǐng)世界的潮流。本科畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書（論文） 2 因此移動(dòng)機(jī)器人的研究涉及到的學(xué)科包括：機(jī)械加工技術(shù)、傳感器技術(shù)、信息處理技術(shù)、通信技術(shù)、自動(dòng)控制技術(shù)、電子技術(shù)、機(jī)器視覺技術(shù)、圖像處理技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)以及計(jì)算機(jī)技術(shù)等等，所以移動(dòng)機(jī)器人技術(shù)的發(fā)展使得各門科學(xué)技術(shù)都得到了長(zhǎng)遠(yuǎn)的進(jìn)步與發(fā)展，是科學(xué)技術(shù)不斷發(fā)展的有力途徑和工具。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)器人也開始進(jìn) 入到人們的日常生活中來，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。一般說來，人們都可以接受 的 說法 是： 機(jī)器人是靠自身動(dòng)力和控制能力來實(shí)現(xiàn)各種功能的一種機(jī)器。 1962 年，美國(guó) Unimation 公司的第一臺(tái)機(jī)器 人 Unimate。 動(dòng)力源的論證與選擇 .................. 錯(cuò)誤 !未定義書簽。 3. 傳感器部分：利用視覺傳感器收集圖像，送至上位機(jī)進(jìn)行圖像處理。 本次設(shè)計(jì)的研究?jī)?nèi)容就是基于 視覺導(dǎo)航的履帶式移動(dòng)機(jī)器人，以足球機(jī)器人為研究模型，其核心內(nèi)容是應(yīng)用單片機(jī) ]2[ 控制直流電機(jī)實(shí)現(xiàn)機(jī)器人的智能控制，采用視覺傳感器解決移動(dòng)機(jī)器人的定位問題，實(shí)現(xiàn)機(jī)器人在給定環(huán)境中的 “ 完全自主 ” 。本科畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書（論文） I 基于視覺的移動(dòng)機(jī)器人設(shè)計(jì)與分析 摘 要 移動(dòng)機(jī)器人 ]1[ 是機(jī)器人的一個(gè)重要分支，被廣泛的應(yīng)用于工業(yè)、國(guó)防及其民用設(shè)施上。能使機(jī)器人在未知的環(huán)境下，通過自身傳感器測(cè)量周圍環(huán)境數(shù)據(jù)，逐漸估計(jì)自身位置和運(yùn)動(dòng)狀況，并把信號(hào)反饋到單片機(jī)，使單片機(jī)按照預(yù)定的工作模式控制小車的運(yùn)動(dòng)控制。 關(guān)鍵詞： 移動(dòng)機(jī)器人 單片機(jī) 運(yùn)動(dòng)控制 視覺傳感器 圖像處理 本科畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書（論文） II Abstract Mobile robot ]1[ is an important branch of robotics and will be widely applied in both military field and civil area. With the development of robotics and artificial intelligence, scientists were often faced with issues on cooperation and coordination among different robots in a workspace. This has led to the developments in multirobot cooperative systems MRCS. As a research model of MRCS, soccer robot is an interdisciplinary area that involves the knowledge of robotics, intelligence control, wireless munication, puter science, sensor technology, image processing, artificial intelligence, and so on. It has bee a public experimental platform for universities all