【正文】 I。單片機(jī)C語(yǔ)言應(yīng)用100例[M].電子工業(yè)出版社,：145300。Yoon KeunKwakChun KyuWoo最后，再次對(duì)關(guān)心、幫助我的老師和同學(xué)表示衷心的感謝，他們嚴(yán)謹(jǐn)細(xì)致、一絲不茍的作風(fēng)一直是我學(xué)習(xí)的榜樣；他們循循善誘的教導(dǎo)和不拘一格的思路給予我無(wú)盡的啟迪。這次的畢業(yè)設(shè)計(jì)，是本人獨(dú)立思考、研究及動(dòng)手能力的一次非常好的鍛煉機(jī)會(huì)。38致謝致 謝本次畢業(yè)設(shè)計(jì)能順利完成，首先要感謝指導(dǎo)老師的耐心指導(dǎo)，他多次詢問(wèn)研究進(jìn)程，并為我指點(diǎn)迷津，幫助我開(kāi)拓研究思路，精心點(diǎn)撥、熱忱鼓勵(lì)。離我們構(gòu)建一個(gè)高度智能化，視覺(jué)系統(tǒng)采集信息完全的目標(biāo)還有一段距離。但是沒(méi)有最好，只有更好。就本論文所進(jìn)行的研究來(lái)說(shuō)，最具挑戰(zhàn)性的工作是結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和控制系統(tǒng)部分。在控制系統(tǒng)中，采用超聲波傳感器的對(duì)稱排列，獲取了自主上樓梯所必須地兩個(gè)關(guān)鍵參數(shù)θ和 q；對(duì)驅(qū)動(dòng)大功率電機(jī)的電路進(jìn)行分析，替換通常使用驅(qū)動(dòng)芯片 L298N 的電路，設(shè)計(jì)了更適合大功率，更安全性電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路。運(yùn)用三維實(shí)體建模軟件Pro/E建立小車各部分的三維實(shí)體模型，分析機(jī)器人小車行駛通過(guò)性能指標(biāo)，為設(shè)計(jì)更好的小車結(jié)構(gòu)尺寸提供了參數(shù)。對(duì)機(jī)器人小車傳動(dòng)、輪組及轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)，分析了小車實(shí)現(xiàn)任意曲線運(yùn)動(dòng)所包含的直線前進(jìn)、圓弧前進(jìn)二個(gè)基本運(yùn)動(dòng)單元。該輪組在地面的能快速移動(dòng)，實(shí)現(xiàn)平地與越障或上下樓梯姿態(tài)的平滑切換。我們按論文的敘述順序把本論文所從事的工作大致歸納如下：對(duì)比現(xiàn)有爬樓機(jī)構(gòu)，分析爬樓動(dòng)作的要求，選取了優(yōu)勢(shì)較強(qiáng)的形星輪結(jié)構(gòu)作為攀爬裝置。對(duì)機(jī)器人小車進(jìn)行了三維實(shí)體模型的分析，闡明了設(shè)計(jì)方案的可行性。 //延遲150msgoback () 。 //使能右轉(zhuǎn)en2=1。(right_red= =0))//遇到右邊有障礙物{loop：turnleft ()；//向左轉(zhuǎn)en1=0；en2=1；delay(30)；turnright ()；//當(dāng)左轉(zhuǎn)道一定程度時(shí)，需向右轉(zhuǎn)回到正軌上en1=1；delay(50)；en1=0；delay(50)；en2=0；delay(50)；if ( (left_red= =1) amp。 //向左行駛for (i =0；i 11；i++){en1=0；//禁止使能en2=1；//使能delay(130)；//延遲130msen2=0；//禁止使能delay(50)；//延遲50ms}stop()；delay(10)；goahead ()；//繼續(xù)向前行走for (i =0；i 22；i++){en1=1；en2=1；delay(130)；en1=0；en2=0；delay(50)；}stop()；delay(10)；turnright ()；for (i =0；i18；i++){en1=1；en2=0；delay(130)；en1=0 。//停止delay(10)。 //禁止使能delay(50)。 //延遲150msen1=0 。 //使能右轉(zhuǎn)en2=1。 i 8 。 //產(chǎn)生報(bào)警信號(hào)goback () 。 //遇到障礙車子倒退mi d_red=0 。 //驅(qū)動(dòng)直流電機(jī)反向運(yùn)轉(zhuǎn)}void turnleft ( ){s3=1；s4=0；//驅(qū)動(dòng)驅(qū)動(dòng)直流電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn) }void turnright ( ){s1=1；s2=0；//驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)向直流電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)}void stop () {en1=0；//禁止使能右轉(zhuǎn)en2=0；//禁止使能左轉(zhuǎn)}（2）避障程序void bizhang(){en1=1；//使能右轉(zhuǎn)en 2=1 。s3=0。（1）電機(jī)驅(qū)動(dòng)程序void goahead(){s1=1；s2 =0； s3=1；s4 =0；//驅(qū)動(dòng)直流電機(jī)正向運(yùn)轉(zhuǎn)}Void goback(){s1=0 。功能化的代碼能夠很方便的從一個(gè)工程移植到另一個(gè)工程，從而減少了開(kāi)發(fā)時(shí)間。C語(yǔ)言的特點(diǎn)就是，可以盡量少地對(duì)硬件進(jìn)行操作，是一種功能性和結(jié)構(gòu)性很強(qiáng)的語(yǔ)言。所有這些并不說(shuō)明匯編語(yǔ)言就沒(méi)了立足之地，很多系統(tǒng)，特別是實(shí)時(shí)時(shí)鐘系統(tǒng)都是用C語(yǔ)言和匯編語(yǔ)言聯(lián)合編程。這意味著對(duì)新的處理器也能很快上手，不必知道處理器的具體內(nèi)部結(jié)構(gòu)，使得采用C語(yǔ)言編寫(xiě)的程序比采用匯編程序有更好的可移植性。主函數(shù)是程序的入口，主函數(shù)中的所有語(yǔ)句執(zhí)行完畢，則程序執(zhí)行結(jié)束。 GP2Y0A02YK0F型紅外測(cè)距傳感器參數(shù)型號(hào)探測(cè)范圍（cm）輸出信號(hào)靈敏度（cm）分辨率（cm）GP2Y0A02YK0F20150模擬型22 紅外傳感器三角測(cè)距原理 機(jī)器人爬樓主程序流程圖C8051單片機(jī)采用 Silicon Laboratories IDE用C語(yǔ)言編寫(xiě)程序。因此，只要測(cè)出PSD的光點(diǎn)位置坐標(biāo)L的值，即可測(cè)出待測(cè)體的距離。紅外發(fā)射器按照一定的角度發(fā)射紅外光束，當(dāng)遇到物體以后，光束會(huì)反射回來(lái)。當(dāng)距離傳感器檢測(cè)到障礙物同時(shí)高度傳感器也檢測(cè)到障礙物時(shí)采用避障的步態(tài)。當(dāng)前方障礙物高度進(jìn)入安全范圍時(shí)CCD檢測(cè)器檢測(cè)到反射光線，與紅外距離傳感器的反饋綜合決定越障、避障步態(tài)。紅外高度傳感器主要用于監(jiān)測(cè)車體前進(jìn)方向障礙物的高度值。當(dāng)沒(méi)有障礙物時(shí)CCD 檢測(cè)器沒(méi)有反射光線接受。C（2）紅外傳感器爬樓機(jī)器人采用了兩個(gè)紅外傳感器測(cè)量車體與障礙物間的較大距離量(≥10cm)。/hr40176。75176。 陀螺儀需測(cè)參數(shù)示意圖陀螺儀的選型：本設(shè)計(jì)選用CRG2001型陀螺儀。用于控制載臺(tái)保持水平。θ越小越好，理想狀態(tài)下應(yīng)為零。（1）陀螺儀移動(dòng)機(jī)器人要能夠自主地爬上樓梯，必須在爬行過(guò)程中連續(xù)不斷地、可靠地估計(jì)出兩個(gè)關(guān)鍵參數(shù)（如圖 ）：①機(jī)器人行駛方向與樓梯的方向的夾角θ，稱為偏移角。非接觸式傳感器種類很多，其工作原理多為通過(guò)發(fā)射光波、聲波或電磁波遇到物體時(shí)反射而被接收裝置接收以感知物體。根據(jù)目前傳感器的發(fā)展?fàn)顩r，機(jī)器人系統(tǒng)使用的傳感器主要有接觸式和非接觸式兩種。傳感器是機(jī)器人系統(tǒng)的視覺(jué)單元。在使用C2進(jìn)行調(diào)試時(shí)，所有的模擬和數(shù)字外設(shè)都可全功能運(yùn)行。片內(nèi)Silicon Labs二線(C2)開(kāi)發(fā)接口允許使用安裝在最終應(yīng)用系統(tǒng)上的產(chǎn)品MCU進(jìn)行非侵入式(不占用片內(nèi)資源)、全速、在系統(tǒng)調(diào)試。FLASH存儲(chǔ)器還具有在系統(tǒng)重新編程能力，可用于非易失性數(shù)據(jù)存儲(chǔ)，并允許現(xiàn)場(chǎng)更新8051固件。另外，此單片機(jī)還具有16kB可在系統(tǒng)編程的FLASH存儲(chǔ)器，可用于非易失性數(shù)據(jù)存儲(chǔ)。（2）C8051F310單片機(jī)性能介紹 C8051F310，它是一種完全集成的混合信號(hào)片上系統(tǒng)型MCU芯片，內(nèi)部主要集成了SMBus/ⅡC、增強(qiáng)型UART和SPI串行接口、單端/差分ADC、高精度可編程的內(nèi)部時(shí)鐘振蕩器、VDD監(jiān)視器、內(nèi)部上電復(fù)位模塊、捕捉/比較模塊和看門狗定時(shí)器功能的可編程計(jì)數(shù)器/定時(shí)器陣列(PCA)等功能部件。MCS58051是美國(guó)Intel公司推出的比較常用的單片機(jī)，同時(shí)幾家設(shè)計(jì)半導(dǎo)體芯片的公司陸續(xù)推出與之兼容的單片機(jī)，如ATMEL89C51系列單片機(jī)、DALLAS DA80C320單片機(jī)、WINBOND W78C31單片機(jī)、Silicon Labs C8051F系列單片機(jī)等。單片機(jī)外加一些電子元件便可以構(gòu)成一套簡(jiǎn)易的控制系統(tǒng)。（5）單片機(jī)外圍電路：?jiǎn)纹瑱C(jī)正常工作所必需的外圍電路，如外接晶振、復(fù)位按鈕、“看門狗”電路等。（4）電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路：系統(tǒng)要求控制兩個(gè)直流電機(jī)實(shí)現(xiàn)機(jī)器人的前進(jìn)、后退和轉(zhuǎn)向。（2）紅外接收電路：發(fā)射波經(jīng)障礙物反射回來(lái)，由接收換能器接收回波，并經(jīng)放大電路與整形電路送至單片機(jī)。 機(jī)器人系統(tǒng)組成框圖本系統(tǒng)主要包括紅外測(cè)距電路、陀螺儀測(cè)角電路、電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路、單片機(jī)及其外圍電路四大塊組成。本文的結(jié)構(gòu)環(huán)境模型比較適合采用該控制體系，后面兩種體系結(jié)構(gòu)比較適合課題的延伸使用，在此不再敘述。這種結(jié)構(gòu)有利于實(shí)現(xiàn)高層次的智能級(jí)。基于知識(shí)的體系結(jié)構(gòu)是一種按信息流向?qū)⒐δ苣K依序分解排列的結(jié)構(gòu)。這種移動(dòng)機(jī)器人控制體系結(jié)構(gòu)強(qiáng)調(diào)帶有環(huán)境模型的中央規(guī)劃器是機(jī)器人智能不可缺少的組成部分，而且該模型必須是準(zhǔn)確的、一致的。目前具有代表性體系結(jié)構(gòu)可分為三大類型，即基于知識(shí)的體系結(jié)構(gòu)(又稱為水平分解型)，基于行為的體系結(jié)構(gòu)(又稱為垂直分解型)和混合體系結(jié)構(gòu)。本文的爬樓機(jī)器人系統(tǒng)的控制目標(biāo)是：使機(jī)器人按照操作員編制的程序，進(jìn)行爬樓、越障及避障，順利到達(dá)目的地。據(jù)課題安排，時(shí)間關(guān)系，我們采取程序?qū)Ш降目刂葡到y(tǒng)，驗(yàn)證方案的可行性。軸距L為800mm，因此，易算得機(jī)器人車體的最小轉(zhuǎn)彎半徑R=1600mm。由三維實(shí)體模型可知，后輪組擺桿的擺動(dòng)角度為177。最小轉(zhuǎn)彎半徑在很大程度上表征了車輛繞開(kāi)不可逾越的障礙物和在最小空間內(nèi)回轉(zhuǎn)的能力，因而它對(duì)越障性有很大影響。 車輪組機(jī)構(gòu)尺寸關(guān)系圖圖中：a障礙物高度；b障礙物寬度；r車輪組小車輪半徑；R為車輪組中心軸到小車輪圓心的距離；車輪組要攀爬上障礙物，必須滿足以下關(guān)系： （） 為保證越障時(shí)，障礙物不致卡死于兩車輪之間，并且越障后的前輪能與障礙物可靠接觸，障礙物的寬度[21]要滿足如下要求：即： （）我們確定了機(jī)器人車體及車輪組的各個(gè)幾何尺寸以后，由式()就可以確定機(jī)器人輪組的最大越障高度amax；且由式()計(jì)算可得機(jī)器人輪組越障寬度要求bmax。下面我們來(lái)闡明車輪組機(jī)器人的越障通過(guò)性指標(biāo)以及其爬樓時(shí)穩(wěn)定性分析。三維實(shí)體造型是驗(yàn)證各項(xiàng)設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)，本設(shè)計(jì)運(yùn)用Pro/E軟件建立三維示意模型。而是Pro/E公認(rèn)的易學(xué)、易用、界面友好、操作過(guò)程直觀、簡(jiǎn)單、功能強(qiáng)大的三維設(shè)計(jì)軟件。1989年上市即引起機(jī)械CAD/CAM/CAE界的極大振動(dòng)，其銷售額及凈利潤(rùn)連續(xù)45個(gè)季度遞增，現(xiàn)成為CAID/CAD/CAE/CAM/PDM領(lǐng)域最具代表性的軟件公司。Pro/E （PTC公司）開(kāi)發(fā)的一款三維CAD參數(shù)化設(shè)計(jì)軟件。（2）機(jī)器人零件組成及設(shè)計(jì)機(jī)器人結(jié)構(gòu)中，輪組單元包括3套模數(shù)相同的直齒圓柱齒輪（為減輕重量，可考慮采用密度較小的材料）、橡膠輪、輪輻板等；中間主車架部分包括直流電機(jī)、蝸輪、蝸桿、錐齒輪、齒輪齒條和各類控制卡板等。根據(jù)R以及r的范圍,取恰當(dāng)?shù)闹担傻玫捷喗M結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)臂寬2tmax。根據(jù)以上條件可知：bmin=220，amin=140，amax=190mm ； ，有以下關(guān)系： （） （）取b=bmin，a=amin，則r+x≤220，得到Rmin=；同理取 b=bmin，a=amax， 有Rmax=； 輪組結(jié)構(gòu)爬樓示意輪組結(jié)構(gòu)的最大 r 值[23]可通過(guò) a 和 b 得到。 （1）輪組單元的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)輪組的結(jié)構(gòu)尺寸范圍根據(jù)樓梯的踏步高a和踏步寬b 兩個(gè)參數(shù)來(lái)確定。這不僅可以提高轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的剛度，還可以防止系統(tǒng)工作時(shí)產(chǎn)生沖擊和噪聲。齒輪齒條式轉(zhuǎn)向系統(tǒng)由與轉(zhuǎn)向軸做成一體的轉(zhuǎn)向齒輪和常與轉(zhuǎn)向橫拉桿做成一體的齒條組成。軸的計(jì)算應(yīng)力為：前面選定軸材料為45鋼調(diào)質(zhì)，許用彎曲應(yīng)力，因此,故軸安全可靠。1)計(jì)算軸上的作用力：錐齒輪：2)計(jì)算支反力：繞支點(diǎn)2點(diǎn)力矩和,得同理，繞支點(diǎn)1點(diǎn)力矩和,得3)轉(zhuǎn)矩，繪彎矩圖①水平面彎矩圖：（c）所示3處彎矩：②垂直平面彎矩圖