【正文】 m 的高度檢測效果最佳。當(dāng)機(jī)器人偏離白線時(shí)，根據(jù)在白線上光電管的分布情況來調(diào)整機(jī)器人的 行進(jìn)姿態(tài)。這里選用了直接由直流電源驅(qū)動(dòng)的蜂鳴器做聲音輸出，發(fā)光二極管做光信號輸出。 其具體電路如圖 。 A V R 單片機(jī) 6B 59 5 74 H C5 9 5 數(shù)碼管 段選 位選 鍵盤 圖 2. 4 人機(jī)接口 單元 框圖 12 人機(jī)接口單元主要由數(shù)碼管顯示單元、鍵盤掃描單元和聲音提示單元組成。 圖 小車控制 系統(tǒng)的電路原理圖 顯示及按鍵單元 采用了鍵盤掃描和數(shù)碼管顯示單元作為人機(jī)接口。 L ED ，蜂鳴器，數(shù)碼管屏 控制器 檢測信號 傳感器 驅(qū)動(dòng)電路 電動(dòng)機(jī) 行駛距離及往返時(shí)間顯示 圖 2. 2 小車 控制 系統(tǒng)的功能框 圖 小車控制系統(tǒng)的電路 原理框圖如 圖 。其好處在于：齒輪傳動(dòng)精度較高、傳動(dòng)效率高、噪音小、結(jié)構(gòu)簡單、可靠性高，以及受外界干擾小等。 主 動(dòng)輪采用的軟質(zhì)橡膠輪，使輪與紙面的摩擦增大，防止的小車的打滑 ，以避免速度與距離測量的誤差 。 由上面的分析可知，控制小車左右兩驅(qū)動(dòng)輪的速度，可使兩輪的中心跟蹤任何給定的軌跡。設(shè)左右輪的速度分別為： RL VV、 ，則小車的運(yùn)動(dòng)速度為： 2 RL VVV ?? （ 1） 圖 兩輪車在轉(zhuǎn)向時(shí)的運(yùn)動(dòng)如圖 小車的回轉(zhuǎn)角速度為： BVV RL ??? （ 2） 其中， B 為小 車的輪距。 二輪式行走機(jī)構(gòu)包括：主動(dòng)輪（驅(qū)動(dòng) 輪）、支撐輪、減速器、車體框架、電動(dòng)機(jī)等。 2． 能以很小的半徑進(jìn)行旋轉(zhuǎn)。這樣布置小車可以實(shí)現(xiàn)零半徑旋轉(zhuǎn)、前后兩個(gè)方向都可以運(yùn)動(dòng)、具有良好的啟動(dòng)和制動(dòng)性能、使小車具有高度的靈活性。而策略二的通道窄，危險(xiǎn)，如車體方位精確，可選用，一般不用此策略。途中若遇障礙物，則首先避開障礙物，然后再搜索光源，從新確定前進(jìn)方向，直到達(dá)到車庫。停留五秒鐘后，小車調(diào)整前進(jìn)方向，使之沿圓弧直徑前進(jìn)到 D1 心處。調(diào)整前進(jìn)方向，使之沿圓弧直徑前進(jìn)到 D,逆時(shí)針轉(zhuǎn) 90 度，沿平行 AB 邊前行到無障區(qū)的 E點(diǎn)，調(diào)整方向進(jìn)入車庫。電動(dòng)車出發(fā)后，在直道區(qū)沿引導(dǎo)線前進(jìn)，邊尋線，邊檢測金屬塊。 第四階段： 進(jìn)入車庫 ，采用 控制方式。 第一階段：從起跑 點(diǎn) 到 B 點(diǎn)， 用尋線行走控制的方案，行進(jìn)速度為 米 /秒，以 便于對鐵片長度的準(zhǔn)確測量； 第二階段：從 B 點(diǎn)到 C 點(diǎn)， 用尋線行走控制的方案 。不同的策略將導(dǎo)致不同的 控制 特性。 人機(jī)接口單元 在人機(jī)接口單元我們選用了基于帶鎖存的移位寄存器的串行掃描方式的人機(jī)接口電路方案，較好地解決了口線占用，電路復(fù)雜度，使用功耗等問題。 PWM 輸出脈沖信號經(jīng)雙 H 橋功率驅(qū)動(dòng)電路 L298 后接至左右輪電機(jī)，控制小車運(yùn)動(dòng)。脈頻調(diào)速 (PFM)一般用于大電機(jī) 。 選用 國產(chǎn) 鎳氫 電池，每節(jié) 容量為 600mAh,5 節(jié)串接而成， 額定電壓 6V，完全能夠滿足系統(tǒng)的需要。 小車尋線過程中要求被控電機(jī)能夠調(diào) 速 和 正反轉(zhuǎn) 控制 ， 一般可以采用繼電器和 H橋式驅(qū)動(dòng)電路。永磁體直流電動(dòng)機(jī) 體積小，效率高，出力大，起動(dòng)轉(zhuǎn)矩大，過載能力強(qiáng)，動(dòng)態(tài)特性好，控制方便。 我們 利用 鼠標(biāo)光電編碼盤和光電對管 改裝成了轉(zhuǎn)速檢測單元 。 方案一：用 測速 發(fā)電 機(jī)檢測電機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)角度 ， 該方案對 玩具電機(jī) 這樣的小驅(qū)動(dòng)功率不適用 。 小車 行駛 速度、 距離 及鐵片長度 檢測 利用對行走過程的脈沖進(jìn)行計(jì)數(shù)即可測量小車速度、行駛距離，再配合鐵片檢測信號即可測量鐵片長度。從抗干擾性、檢測精度、價(jià)格、使用性能等方面綜合考慮，我們選用了紅外線發(fā)射二極管和一體化接收頭配對檢測的方案。由于后者對檢測對象的針對性不強(qiáng)，我們選用主動(dòng)式的檢測方式。前者主動(dòng)發(fā)射信號，再對的反射回的信號進(jìn)行分析處理。 障礙檢測 檢測障礙物，必須充分收集周圍環(huán)境信息， 對其 分析，最后確定障礙物的位置信息。 上述方案有快速性好，動(dòng)態(tài)過程平穩(wěn)的優(yōu)點(diǎn) ，被選用。 尋光 檢測 傳感器 引導(dǎo)光源 的方向的檢測有如下方案： 方案一：在小車上固定的有指向的光敏檢測單元，利用其輸出信號的變化與小車的轉(zhuǎn)角之間的關(guān)系來確定小車的方向。 當(dāng)外界的金屬性導(dǎo)電物體到達(dá)感應(yīng)區(qū)時(shí)，金屬物體內(nèi)產(chǎn)生渦流效應(yīng)， 導(dǎo)致 LC 震蕩電路震蕩減弱，振幅變小，這一震蕩的變化，被后置電路放大處理并轉(zhuǎn)換為一確定的輸出信號 達(dá)到檢測的目的 。 霍爾式傳感器結(jié)構(gòu)簡單，頻率響應(yīng)寬， 選用開關(guān)輸出方式集成 霍爾式 器件可直接輸出高低電平 。 在本設(shè)計(jì)中我們確定了基于 A/D 轉(zhuǎn)換的反射式紅外線 感知單元 ，以 檢測黑線 和 跑道邊線 的位置 。 信息感知單元 黑白區(qū)域檢測單元 要 識別黑白區(qū)域可采用，光敏電阻、光敏二極管等對可見光敏感的器件，也可選用紅外器件結(jié)合比較器輸出高低電壓的處理單元。而 C 語言以其結(jié)構(gòu)化，容易維護(hù)，容易移植的優(yōu)勢滿足開發(fā)的需要 。同時(shí)， Mega 系列的高可靠性完全保證了在小車系統(tǒng)中無需光電隔離的直接輸出方式， 故在小車的主控系統(tǒng) 選 用 ATmega16 單片機(jī)。 特別地， 除了可以通過 SPI 口和一般的編程器對 AVR 單片機(jī)的 Flash 程序存儲器和 EEPROM 數(shù)據(jù)存儲器進(jìn)行編程外，還具有在線編程的特點(diǎn)， 這給調(diào)試和使用帶來了極大的方便。但68HC 與 51 系列等 傳統(tǒng)的基于累加器結(jié)構(gòu)的單片機(jī)，需要大量的程序代碼，以實(shí)現(xiàn)累加器之間的數(shù)據(jù)傳送 ，給匯編的程序開發(fā)增加了困難，也使高級語言開發(fā)中的編譯效率難以提高 。 車體框架， 基于設(shè)計(jì)要， 我們 以 對稱結(jié)構(gòu) 為基礎(chǔ)設(shè)計(jì)。 方案四 四輪式行走機(jī)構(gòu)：結(jié)構(gòu)簡單、運(yùn)動(dòng)平穩(wěn)、移動(dòng)速度快、易于控制，但原地轉(zhuǎn)彎性能不 夠 好。 方案二 腿式行走機(jī)構(gòu)：可以走出多種復(fù)雜的路線，但結(jié)構(gòu)復(fù) 雜、運(yùn)動(dòng) 中的 平衡性和穩(wěn)定性差、移動(dòng)速度 較 慢。這五個(gè)部分是：小車本體、主控 單元 、信息感知單元、驅(qū)動(dòng)單元。 關(guān)鍵詞 ：兩輪小車 光電尋線 PWM 調(diào)速 尋光雷達(dá) 路徑規(guī)劃 自適應(yīng) 位姿控制 Abstract Based on the puter control theory, MPU technology, sensing technology, intelligent control theory, mechatronics and Robotics, we have designed a little intelligent electrodrive car which can trace black lines automatically, identify iron and then measure its size. This little car also have the ability of obstacle avoidance, route planning, distance measuring etc . In our thesis, we give the details of the theoretic formulating, designing, debugging of our car’s main body, it’s main control system, it’s information perceiving unit, driving unit and it’s motion strategy. With the analysis of our debugging process, we give the planning of the car’s motion parameters which must be considered during the car’s whole task. In Part 3, we show our innovative points: Probability analysis based obstacle avoidance unit, humanmachine interface based on serial scanning method, lightseeking radar, and selfadaptive position control. Finally, we think our work could have a profound influence on the design and implementation of fullyautonomy or semiautonomy robot such as autonomic transport robot, firefighting robot, home clearing robot, etc. Keywor