【正文】 制，所以目前大多數(shù)研究人員在研制移動機(jī)器人的過程中多采用拖纜運行形式。但其體積大，配套設(shè)施多且容易出現(xiàn)污染 并不適合比賽的環(huán)境。目前小車 的驅(qū)動控制多采用液壓驅(qū)動和電機(jī)驅(qū)動兩種動力源。其中精確 度最高，效果最好的是基于視覺傳感器數(shù)據(jù)的識別，但其設(shè)計算法復(fù)雜，反應(yīng)時間不快，在競賽機(jī)器人這個高速、多變、靈活的環(huán)境下效果并不明顯，所以我們通常采用聲覺、光覺配合其他傳感器共同實現(xiàn)。機(jī)器人中的傳感器除采用傳統(tǒng)的位置、速度、加速度等傳感器外，還應(yīng)用了視覺、聲覺、光學(xué)、力覺、觸覺等傳感器。而這一系列基本功能的組合我通常稱之為識別，它是一切智能化表現(xiàn)的基礎(chǔ)。除了具有外部感覺的功能外，還具有規(guī)劃和決策的功能，從而可以適應(yīng)周圍環(huán)境的變化而自主地進(jìn)行工作。這種機(jī)器人由于具有外部的感覺功能，因此可以根據(jù)外界的情況來修改自身的動作，從而完成較為復(fù)雜的作業(yè)。 識別技術(shù) 識別技術(shù)是從智 能機(jī)器人研究開始出現(xiàn)的，自 1961 年美國 Unimation 公司研制出世界上第一臺往復(fù)式工業(yè)機(jī)器人以來，機(jī)器人的發(fā)展經(jīng)歷了三個階段：第一代示教 /再現(xiàn)(Teaching/Playback)機(jī)器人，主要是指按事先示教的位置和姿態(tài)進(jìn)行重復(fù)動作的機(jī)械。 3．未知環(huán)境下的靜態(tài)障礙物，對機(jī)器人系統(tǒng)而言，環(huán)境事先是未知的或部分未知的，其障礙物的形狀和大小是未知的，但其障礙物是靜止不動的。 避障技術(shù)在應(yīng)用是通常會面對以下四種類型 ： 1．已知環(huán)境下的靜態(tài)障礙物，其環(huán)境中障礙物的形狀、大小和位置對規(guī)劃系統(tǒng)都 東北大學(xué)秦皇島分校畢業(yè)設(shè)計（論文） 第 6 頁 是精確已知的，其障礙物是靜止不動的。柵格法將機(jī)器人的工作環(huán)境分解成一系列的具有二值信息的網(wǎng)格單元，工作空間中障礙物的位置和大小一致，并且在小車運動過程中，障礙物的位置和大小不發(fā)生變化?？梢晥D法將小車視為一點，將小車、目標(biāo)點和多變形障礙物的各頂點進(jìn)行組合連接。拓?fù)浞ǖ幕舅枷胧墙稻S法，即將高維幾何空間 中求路徑的問題轉(zhuǎn)化為低維拓?fù)淇臻g中辨別連通性問題。一種就是障礙物已知，環(huán)境也已知，我們采取傳統(tǒng)的全局路徑規(guī)劃，又稱靜態(tài)或離線路經(jīng)規(guī)劃。于是避障技術(shù)從此越來越多的被單獨研究?；趧幼鲗幼鞣譃槿舾苫拘袨?，復(fù)雜的行為刻有幾個簡單行為按次序構(gòu)成。因此人們提出了基于行為的移動機(jī)器人路徑規(guī)劃方法， 又叫做反應(yīng)式的控制方法。路徑規(guī)劃就是根據(jù)某些最優(yōu)化的準(zhǔn)則，在機(jī)器人的工作空間內(nèi)找到一條從起始位姿到目標(biāo)位姿的能避開障礙的最優(yōu)路徑，該路徑具有最短的距離或最少的行走時間等低成本的特點。 避障小車的關(guān)鍵技術(shù) 避障技術(shù) 小車避 障從可移動機(jī)器人的出現(xiàn)就開始研究，但一開始他并不作為一門單列的技術(shù)進(jìn)行研究，人們通常在路徑規(guī)劃中實現(xiàn)。需要一輪式小車，且需要與單片機(jī)相關(guān)的開發(fā)工具，例如仿真器、編程環(huán)境等。這主要包括硬件和軟件兩個方面，在系統(tǒng)設(shè)計的過程中，要兼 東北大學(xué)秦皇島分校畢業(yè)設(shè)計（論文） 第 5 頁 顧硬件抗干擾和軟件抗干擾的難易、性價比，合理分配。如 何有效地、安全地控制主驅(qū)動電機(jī)，使之完成給定避障行為，這其中包括電機(jī)的驅(qū)動電路選型、運動情況檢測、安全運行保護(hù)。這里，事先預(yù)定的策略也是非常重要的。關(guān)鍵技術(shù)在于如何使用傳感器的輸出信息來表示周圍環(huán)境情況，亦即讓機(jī)器人知道周圍的環(huán)境情況。另外，還要設(shè)計一套調(diào)理電路，實現(xiàn)多個傳感器與微處理器的接口，因為微處理器的 IO 口資源有限。 論文 的主要內(nèi)容 （ 1）傳 感器網(wǎng)絡(luò)。 （ 3）避障算法的研究，主要是選用合理算法，對多傳感器給出的信息進(jìn)行融合，以作出決策，控制機(jī)器人的行為。 論文 研究的預(yù)期目標(biāo)、主要內(nèi)容 論文 研究預(yù)期目標(biāo) 研究開發(fā)出一套基于 超聲波傳感器的輪式移動機(jī)器人避障模塊，要實現(xiàn)的主要目標(biāo)有： （ 1）多傳感器組成的傳感器網(wǎng)絡(luò)的調(diào)理電路。 （ 6）多機(jī)器人系統(tǒng)。像人需要道路、交通信號燈等一樣，機(jī)器人為了在一個動態(tài)變化的環(huán)境中行動，也同樣需要基礎(chǔ)設(shè)施。 （ 3）遙控移動機(jī)器人。 東北大學(xué)秦皇島分校畢業(yè)設(shè)計（論文） 第 4 頁 （ 2）高完整性機(jī)器人。美國 NASA 研制的火星探測機(jī)器人索杰那于 1997 年登上火星，這一事件向全世界進(jìn)行了報道?；窘Y(jié)構(gòu)由傳感器、控制器和運動機(jī)構(gòu)構(gòu)成 [10]。采用了先進(jìn)的傳感系統(tǒng)（ CCD 攝像機(jī)、超聲波、紅外等），智能水平很高，機(jī)器人帶有的視覺系統(tǒng)、語音系統(tǒng)和運動系統(tǒng)使其言行舉止更像人。 （ 2）中國科學(xué)院沈陽自動化研究所的 AGV 和防暴機(jī)器人。智能車輛駕駛?cè)蝿?wù)的自動完成將給人類社會的進(jìn)步帶來巨大的影響，例如能切實提高道路網(wǎng)絡(luò)的利用率、降低車輛的燃油消耗量，尤其是在改進(jìn)道路交通安全等方面提供了新的解決途徑。安全避障具體的實現(xiàn)方法有很多種，主要有超聲避障、視覺 避障、紅外傳感器、激光避障、接近覺傳感器、微波雷達(dá)等避障方法。關(guān)于避障智 能小車的研究，始于上個世紀(jì) 60 年代末期，它們己在許多工業(yè)部門獲得廣泛應(yīng)用，它們可以比人類工作得更好并目成本低廉。常見的模型小車，都屬于這類遙控車；避障智能小車，則可以通過計算機(jī)編程來實現(xiàn)其對行駛方向、啟停以及速度的控制，無需人工于預(yù)，操作員可以通過修改避障智能小車的計算機(jī)程序來改變它的行駛方式。 避 障智能小車，即輪式 避障 機(jī)器人，是移動機(jī)器人的一種。因此上述學(xué)科的發(fā)展都不斷的帶動機(jī)器人學(xué)的發(fā)展或者被機(jī)器人的研究所帶動。但從總體水平上看，我國機(jī)器人技術(shù)比起發(fā)達(dá)國家還有一定的差距 [35]。 90 年代中期，國家已選擇以焊接機(jī)器人的工程應(yīng)用為重點進(jìn)行開發(fā)研究。國家“ 七五 ” 重點工程 的 “ 機(jī)器人示范工程 ” 已由中科院沈陽自動化所完成，并逐步成為我國機(jī)器人研究、開發(fā)、人才培訓(xùn)、機(jī)器人性能測試和國內(nèi)外機(jī)器人交流的基地，他們已經(jīng)研制出各種型號的水下機(jī)器人、工業(yè)機(jī)器人通用控制器、移動式機(jī)器人等。我國對機(jī)器人技術(shù)的研究從 70 年代末期起步以來，經(jīng)過“ 六五 ” 、 “ 七五 ” 、 “ 八五 ” 期間的發(fā)展，在機(jī)器人理論、樣機(jī)設(shè)計、研制及機(jī)器人應(yīng)用工程等方面取得了一大批成果。第三代機(jī)器人是指具有高度適應(yīng)性的自治機(jī)器人，它具有多種感知功能，可進(jìn)行 東北大學(xué)秦皇島分校畢業(yè)設(shè)計（論文） 第 2 頁 復(fù)雜的邏輯思維，判斷決策， 在作業(yè)環(huán)境中獨立行動。示教內(nèi)容為機(jī)器人操作機(jī)構(gòu)的空間軌跡、作業(yè)條件、作業(yè)順序等。 1962 年，第一臺工業(yè)機(jī)器人 Unimate 在美國通用汽車公司投入使用，標(biāo)志著第一代機(jī)器人的誕生。為了把這種機(jī)器人同虛構(gòu)的機(jī)器人及玩具機(jī)器人加以區(qū)別，稱其為 工業(yè)機(jī)器人 [2]。后來作為一種虛構(gòu)的機(jī)械出現(xiàn)在許多作品中，代替人們?nèi)ネ瓿赡承┕ぷ?。機(jī)器人 (ROBOT)一詞來源于 1920 年捷克作家卡雷爾 它是集精密機(jī)械、光學(xué)、電子學(xué)、檢測、自動控制、計算機(jī)和人工智能等技術(shù)于一體，形成的一門綜合性的新技術(shù)學(xué)科。近年來，隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，機(jī)器人技術(shù)已得到廣泛應(yīng)用，遍及工業(yè)、國防、農(nóng)業(yè)、宇宙空間、海洋開發(fā)、搶險救災(zāi)、醫(yī)療康復(fù)、家庭服務(wù)、原子能電站的維護(hù)等領(lǐng)域 [1]。它涉及到機(jī)械工程學(xué)、運動學(xué)、數(shù)學(xué)、電氣工程學(xué)、計算機(jī)、電子工程學(xué)、自動控制工程學(xué)、人工智能、傳感器、 機(jī)器視覺、模式識別與導(dǎo)航、仿生學(xué)和多種智能模擬技術(shù)，受到了工業(yè)界和學(xué)術(shù)界的高度重視。最后經(jīng)過編碼、調(diào)試及反復(fù)驗證最終得出結(jié)論，即完成了基于單片機(jī)的避障小車的設(shè)計與實現(xiàn)。本文使用了超聲波傳感器對智能小車周圍的環(huán)境進(jìn)行探測，在超聲波測距中，采用循環(huán)發(fā)射的方式，有效避免了回波信號干擾，采用 1 個發(fā)射器發(fā)射、 2 個鄰近的接收器接收的方法，為避障小車提供同一方向上的多個距離信息，并且給出了距離信息的多種表示方法。 東北大學(xué)秦皇島分校畢業(yè)設(shè)計（論文） 第 I 頁 畢業(yè)設(shè)計 (論 文 ) 基于單片機(jī)的避障小車設(shè)計與實現(xiàn) 系 別 專 業(yè) 班級 學(xué)號 姓 名 指導(dǎo)教師 東北大學(xué)秦皇島分校畢業(yè)設(shè)計（論文） 第 II 頁 摘 要 避障智能小車，即輪式 避障 機(jī)器人，是移動機(jī)器人的一種。 基于四輪移動小車為框架，以具有 16KB 系統(tǒng)內(nèi)可編程 Flash 的 8 位 AVR 微控制器為核心，開發(fā)研制了一套智能小車所用的避障 系統(tǒng) ，該 系統(tǒng) 主要 由控制模塊、檢測模塊、供電模塊和運動模塊組成。并且利用 AVR 單片機(jī)技術(shù)對超聲波傳感器所 探得的障礙物信息進(jìn)行處理，如距離、角度等，最終通過一種新穎的控制算法來完成障礙物的 識別，通過 PWM 調(diào)速來控制 L298N 的電機(jī)驅(qū)動從而實現(xiàn)了智能小車的自主避障。 關(guān)鍵詞 ： 避障 ， ATmega16 單片機(jī) ， 超聲波傳感器 ， L298N 電機(jī)驅(qū)動 東北大學(xué)秦皇島分校畢業(yè)設(shè)計（論文） 第 III 頁 Design and Implementation of Smart Car Obstacle Avoidance Based on SingleChip Microputer Author ： Chenyandong Tutor ： Weiyongtao Abstract Smart car obstacle avoidance, which is called wheeled robot obstacle avoidance, is one kind of mobile robot. Based on the framework of a fourwheel mobile robot, and the core of 8bit AVR micro controller with programmable flash in 16 KB system, the thesis has developed a module of obstacle avoidance which is used in the smart car. The module mainly consists of the control part, detection part, power part and motor part. The thesis makes use of ultrasonic sensors to detect the environment around the smart car. In the ultrasonic ranging, it has effectively prevented the echo signal interference by the way of cyclic launch. And with a launcher and two neighboring receivers, it is provided with much information about distance in the same direction. The method also gives more ways to represent the distance. The thesis also uses AVR SingleChip Microputer to process the obstacle information discovered by ultrasonic sensors, such as distance and angle. Then the thesis pletes the obstacle pattern recognition through a new control algorithm, and achieved autonomous obstacle avoidance with PWM controlling L298N motor driver. Finally, the thesis makes the conclusion that it acplishes the design and implementation of the obstacle avoidance car based on SingleChip Microputer is achieved through coding, debugging and repeatedly verification. Key words: Obstacle Avoidance， ATmega16 SingleChip Microputer， Ultrasonic Sensors， L298N Motor Driver