【正文】 在她的要求下，我不僅完成了整個設計和論文，更重要的是鍛煉了我們分析問題獨立思考的能力，可以讓我在將來的道路上走的更遠。她還為我們指明了論文方向，校定論文。在這學期的畢設過程中，老師安排我們每周的見面時間，每次都是細心的詢問我們的進程，遇到不懂得問題更是比我們 還著急，給我們找資料，跟其他老師討論。這次設計使我看到了自己的不足，知識的匱乏，但是畢設的成功也激勵了我在今后的學習和工作中更要努力的學習和不斷的充實自己。 畢業(yè)設計是對我們這四年來所學的知識的綜合考核，這不僅涉及 到對基本原理的理解，也涉及到對問題的分析能力。畢設過程中席老師對我們嚴格要求，遇到問題時席老師耐心講解。 沈陽航空航天大學畢業(yè)設計（論文） 33 參考文獻 [1] 劉光瑞 .機器人創(chuàng)新制作 .西安：西北工業(yè)大學出版社， 2021:15. [2] 王立權，陳凱云 .機器人創(chuàng)新設計與制作 .北京：清華大學出版社， 2021:8095. [3] 宗華光 .機器人的創(chuàng)新設計與實踐 .北京 ：北京航空航天大學出版社， 2021:112120. [4] 王灝，毛宗源 .機器人的智能控制方法 .北京：國防工業(yè)出版社， 2021:5365. [5] 李團結(jié) .機器人技術 .北京：電子工業(yè)出版社 ， 2021:2950. 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4個紅外傳 感器接收賽道信息，通過 A/D轉(zhuǎn)換器將信息傳給主控制模塊，若賽道信息有變化，主控模塊根據(jù)當前移動機器人所處的狀況運用方向控制算法和速度控制算法分別對移動機器人方向和速度進行分析，通過改變舵機和電機 PWM占空比的方法來改變移動機器人的方向和速度。 圖 小車彎道行駛狀態(tài)圖 沈陽航空航天大學畢業(yè)設計（論文） 31 當小車由直道進入彎道的過程中，小車自動進行減速，慢速進入彎道，未偏離軌道。 移動機器人的循跡控制系統(tǒng)設計與應用 30 圖 小車直道行駛狀態(tài)圖 當小車進入彎道時小車減速，在彎道上也能夠沿著黑線正常行駛，無偏離黑線狀況發(fā)生， 光電對管識別黑線正常，舵機轉(zhuǎn)向正常。 調(diào)試結(jié)果 經(jīng)過以上各項的調(diào)試，移動機器人可以準確無誤地按照預定軌跡行駛 。加大舵機的工作電壓，以增加舵機抗負載能力。 （ 3）提高穩(wěn)定性：穩(wěn)定性是移動機器人調(diào)試的核心，在調(diào)試過程中要在保證穩(wěn)定性的前提下提高移動機器人的速度。 （ 2）避免過度轉(zhuǎn)向：過度轉(zhuǎn)向會嚴重損傷車體機械部件和輪胎。 沈陽航空航天大學畢業(yè)設計（論文） 29 系統(tǒng)調(diào)試 系統(tǒng)調(diào)試是將已經(jīng)確認的軟件、硬件、外設等其他元素結(jié)合在一起 ，進行智能移動機器人系統(tǒng)的各種組裝調(diào)試，其目的是通過與系統(tǒng)的要求相比較，發(fā)現(xiàn)所建成的系統(tǒng)與要求不符或矛盾的地方，并測試整個系統(tǒng)是否能正常協(xié)調(diào)的工作。 系統(tǒng)的組裝調(diào)試 如 PWM 模塊，把它的主函數(shù)和各個子函數(shù)合起來組成一個 PWM 模塊，并對函數(shù)和過程間接口的調(diào)試，即為組裝調(diào)試。以 PWM 模塊為例，它包括 PWM 初始化、 PWM 設置、延遲等子函數(shù)。靜態(tài)分析就是對軟件的源代碼進行研讀，查找錯誤 或收集度量數(shù)據(jù)，并不需要對代碼進行編譯和執(zhí)行。本系統(tǒng)的軟件基本都是用結(jié)構(gòu)化編程語言 C 語言編寫，所以單元調(diào)試對象是函數(shù)或子過程。 （ 3）車輪：增加抓力，調(diào)試時，選用合適的輪胎傾斜安裝角度，并進行前輪定位，以增強移動機器人穩(wěn)定性。另外，在移動機器人運行之前應將賽道 上的粉塵擦干凈。 移動機器人的循跡控制系統(tǒng)設計與應用 28 4 移動機器人循跡 系統(tǒng)調(diào)試與注意事項 移動機器人的硬件調(diào)試 移動機器人的硬件調(diào)試主要包括車的質(zhì)量，車輪和賽道等。移動機器人的速度由單片機產(chǎn)生 PWM 波，通過調(diào)節(jié)占空比來控制電機的轉(zhuǎn)速。 本章小結(jié) 本章通過對賽道的分析，將賽道分為三種情況，他們分別是直道，彎道和便道。 表 6 賽道情況分析 序號 賽道特點 行駛特點 要求 1 直線賽道 穩(wěn)定性好 盡量高速 2 一般彎道 穩(wěn)定性一般 中低速保證穩(wěn)定 沈陽航空航天大學畢業(yè)設計（論文） 27 行駛策略 要使移動機器人沿著黑色引導線行駛，最主要的就是保證舵機有足夠的靈敏度同時速度控制要足夠穩(wěn)定，即移動機器人在中間狀態(tài)時，速度控制能很好的加速，短時間內(nèi)使速度達到最大，在傳感器發(fā)現(xiàn)偏離中間位置時能減速調(diào)整車的位置，在調(diào)整結(jié)束后用最短的時間加速。 車速檢測電路如圖 。所以速度的即時檢測尤為重要 ，在車速檢測模塊中可以達到此效果。左右電機速度相同時可實現(xiàn)移動機器人的前進或后退；速度不同時可實現(xiàn)移動機器人的轉(zhuǎn)彎；當兩個電機反向等速運轉(zhuǎn)時，移動機器人可原移動機器人的循跡控制系統(tǒng)設計與應用 26 地轉(zhuǎn)圈。 通過調(diào)節(jié) PWM波 占空比來控制電機的轉(zhuǎn)速。既可以與整個系統(tǒng)使用同一電源，又有足夠的輸出電流驅(qū)動電機。為此我們選擇了控制可靠、便于單片機控制的脈寬調(diào)制專用集成電路 L298N，一片 L298N可驅(qū)動兩個直流電機，芯片外圍只需幾個電容和二極管，電路很簡潔，克服了分立元件 存在的不足。 （白色輸出 0，黑色輸出 1， A， B， C， D分別代表四路傳感器） 表 3 狀態(tài)真值表 A B C D 機器人運動狀態(tài) 0 0 0 0 直線行走 0 1 0 0 一級左轉(zhuǎn) 1 1 0 0 二級左轉(zhuǎn) 0 0 1 0 一級右轉(zhuǎn) 0 0 1 1 二級右轉(zhuǎn) 其他情況 不動 沈陽航空航天大學畢業(yè)設計（論文） 25 表 4 傳感器狀態(tài)及對應小車位置 四路傳感器狀態(tài) 小車位置 四路傳感器狀態(tài) 小車位置 大偏左 停車 小偏左 停車 小偏右 停車 大偏右 停車 中間 停車 兩邊 停車 PWM脈沖寬度調(diào)制的實現(xiàn) 依靠不同的占空比， 其中各種轉(zhuǎn)向方式的 PWM占空比分配如表 5所示： 表 5 占空比分配表 直線行走 一級左轉(zhuǎn) 二級左轉(zhuǎn) 一級右轉(zhuǎn) 二級右轉(zhuǎn) 停止 左輪PWM的占空比 60% 70% 75%(反轉(zhuǎn) ) 70％ 75％ 0％ 移動機器人為四輪驅(qū)動，工作電壓為 5V，兩個主動輪，兩個從動輪。 方向控制算法 在尋黑膠帶模式下： 車前從左至右安裝 4個紅外發(fā)送接收對管，共 6種狀態(tài)見表 3。因為隨著移動機器人的速度提高，調(diào)試發(fā)現(xiàn)在不同的賽道間轉(zhuǎn)換時由于移動機器人姿態(tài)很難及時調(diào)整好，所以在賽道切換后會出現(xiàn)各種各樣的問題。換道結(jié)束后，繼續(xù)調(diào)整車速和方向，以保證移動機器人在直道上進行加速。彎道時當出現(xiàn) 000x 或者 1x00（ x為 0或 1）時，則回歸直道。 處理時用到了 4個數(shù)字傳感器，假設初始狀態(tài)為 0000。在進人轉(zhuǎn)彎之前，提前減速程序使小車降低速度。 彎道 處理 為了防止小車沖出跑道以及按照黑線轉(zhuǎn)彎，需要在進 入 彎道之前降低速度。因此只需記錄電平變化的次數(shù)，便能得到實際轉(zhuǎn)速。通過計算小車開始檢測到鐵片與離開鐵片時的圈數(shù)之差，乘以車輪的周長，我們可以得到鐵片的長度以及鐵片一半的長度，由此可以得到起跑 線到鐵片中央的距離。為了保證程序的準確性，服務程序中設置了 2 重黑線檢測 ， 有效的防止了小車沖出跑道 。 在程序方面 ， 我們采用了差補控制算法 。 直道處理 直道檢測 ： 在小車的中部平行裝有兩個色標傳感器 ， 采用查詢檢測的方法對黑線進行檢測 。針對不同檢測狀態(tài)輸出不同移動機器人的舵機控制量以及目標車速，從而實現(xiàn)移動機器人尋跡行駛。移動機器人上 4 個紅外傳感器能夠檢測到 6 個精確的 位置，加上相鄰兩個傳感器同時檢測到黑線和沒有傳感器檢測到黑線的情況，一共有 7 種檢測狀態(tài)，這樣就可以將移動機器人的水平偏移量求出來了。對移動機器人進行數(shù)學建模時并不需要過多的計算，將移動機器人與現(xiàn)實世界結(jié)合起來，通過傳感器的信息采集就可以知道 移動機器人當前的位置及其與白線的關系 ， 進而判斷移動機器人 處于彎道還是直道，是左轉(zhuǎn)還是右轉(zhuǎn)，將要走直線還是轉(zhuǎn)彎 。 移動機器人的循跡控制系統(tǒng)設計與應用 22 N Y 圖 主程序流程圖 移動機器人的數(shù)學模型及其控制算法的實現(xiàn)目標 移動機器人傳感器采用一字形布置， 其原理圖如前圖 24 所示。 本系統(tǒng)軟件采用模塊化結(jié)構(gòu)，由主程序﹑中斷子程序﹑ 定時子程序、 調(diào)速子程序﹑算法子程序構(gòu)成。所謂“模塊”，實質(zhì)上就是所完成一定功能，相對獨立的程序段，這種程序設計方法叫模塊程序設計法。過程控制程序主要是使單片機按一定的方法進行計算，然后再輸出，以便控制生產(chǎn)。在單片機控制系統(tǒng)中，大體上可分為數(shù)據(jù)處理、過程控制兩個基本類型。因此，軟件設計在微機控制系統(tǒng)設計中占重要地位。 核心控制部分分為直道彎道處理、直角彎換道識別與處理、穩(wěn)定性調(diào)試、角度與速度調(diào)試等。單片機系統(tǒng)需要接收路徑識別電路的信號及車速傳感器的信號，并采用某種路徑搜索算法進行尋線判斷，進而控制轉(zhuǎn)向伺服電機和直流驅(qū)動電機的工作。經(jīng)過硬件部分的設計，初步能夠找到適合本系統(tǒng)的各種元器件，了解并掌握其功能原理，為實現(xiàn)移動機器人循跡系統(tǒng)奠定了基礎。速度控制模塊的主要器件是電機，選取型號為 RS540。循跡模塊主要元件為四路紅外光電式傳感器， 利用黑線對紅外線的吸收，白線對紅外線的發(fā)射來實現(xiàn)的。針對不同部分的功能，通過比較和分析，選取本設計的各個硬件型號?？刂七壿嬕姳?2 表 2 控制邏輯真值表 電機 旋轉(zhuǎn)方式 控制端IN1 控制端IN2 控制端IN3 控制端IN4 輸入 PWM 信號改變脈寬可調(diào)速 調(diào)速端 A 調(diào)速端 B M1 正轉(zhuǎn) 1 0 / / 1 / 反轉(zhuǎn) 0 1 / / 1 / 停止 0 0 / / 1 / M2 正轉(zhuǎn) / / 1 0 / 1 反轉(zhuǎn) / / 0 1 / 1 停止 0 0 / / / 1 機械部分 移動機器人采用了 一 個直流電機為其提供動力，這使其具有較大動力，可以在較大的坡道上行駛；同時，移動機器人的四輪底盤設計，使得移動機器人的直線行駛性能較強，不會出現(xiàn)方向跑偏的現(xiàn)象，同時轉(zhuǎn)向時的方向感較好；移動機器人的電路部分均用銅柱及螺絲固定在底盤上，使其具有很好的穩(wěn)定性；除此之外，在接線方面，各模塊之間