【正文】 e avoidance robot is very important, because relatively large size fruit robot needs to detect the distance of the barrier, so design is important In this thesis, 80C51 microcontroller core, with T/R4012 ultrasonic range finder to detect obstacles, the signal processing through the MCU to drive the motor turning, forward and backward, so as to achieve automatic obstacle avoidance function. Obtained through the practice of ultrasonic range error within 5% of the design of stable, orchard spraying robot can bypass the obstacles to achieving the purpose fruit spray. Keywords 80C51 microcontroller, orchard spray robot, ultrasonic sensors，ultrasonic ranging 目錄1緒論 1 激光傳感器 1 視覺避障 1 超聲傳感器 1 22系統(tǒng)設(shè)計 3 3 3 43 超聲波測距設(shè)計 5 5 5 9 10 114總結(jié) 12致謝 13參考文獻 14附錄 151緒論移動機器人是機器人的重要研究領(lǐng)域，人們很早就開始移動機器人的研究。畢 業(yè) 論 文（設(shè) 計）題目：果園噴霧機器人自動避障設(shè)計 摘 要果園噴霧機器人在工作的時候不可避免地受到障礙物的干擾，障礙物會嚴(yán)重影響機器人的工作效率，嚴(yán)重會使機器人損壞，機器人還會對身邊工作人員造成安全威脅，所以實現(xiàn)機器人的自動避障非常重要，由于果園機器人體型比較大，需要檢測到遠(yuǎn)距離的障礙物，因此設(shè)計方法非常重要，本論文采用單片機80C51為核心，用T/R4012型超聲波測距的方法檢測障礙物，通過單片機對信號的處理，驅(qū)動電機的轉(zhuǎn)向，前進與后退，從而達到自動避障的功能。通過實踐得出超聲波的測距誤差在5%之內(nèi)，該設(shè)計的性能穩(wěn)定，果園噴霧機器人能夠繞開障礙物去實現(xiàn)對果樹噴霧的目的。斯坦福研究院(SRI)的Nils Nilssen 和CharlesRosen 等人[1]，在1996 年至1972 年中研制了Shakey 的自主移動機器人[2]，目的是應(yīng)用人工智能技術(shù)研究機器人在復(fù)雜環(huán)境下的自主推理、規(guī)劃和控制。20 世紀(jì)90 年代以來，以研制高水平的環(huán)境信息傳感器和信息處理技術(shù)，高適應(yīng)性的移動機器人控制技術(shù)，真實環(huán)境下的規(guī)劃技術(shù)為標(biāo)準(zhǔn)，開展了移動機器人更高層次的研究。避障使用的傳感器主要有超聲傳感器、視覺傳感器、紅外傳感器、激光傳感器、接近覺傳感器等傳感器 激光傳感器激光測距傳感器的方向性特別好，對一般應(yīng)用可以認(rèn)為是理想的直線。激光測距的精確度很高，但是激光測距的技術(shù)復(fù)雜，實現(xiàn)難度較大，而且一些激光傳感器發(fā)射的激光，對人的眼睛有傷害[3]。實際應(yīng)用中使用多個攝像機，或是利用一個攝像機的序列圖像來計算目標(biāo)的距離和速度，還可采用SSD算法，根據(jù)一個攝像機的運動圖像來計算機器人與目標(biāo)的相對位移，并用自適應(yīng)濾波對測量數(shù)據(jù)進行處理，以減小因環(huán)境不穩(wěn)定性造成的測量誤差。視覺測距法檢測不能檢測到玻璃等透明障礙物的存在，另外受視場光線強弱、煙霧的影響很大[5]。機器人是利用超聲測距來探測障礙的位置，超聲波測距采用時間差測距法，即超聲波發(fā)射器向某一方向發(fā)射超聲波，在發(fā)射時刻的同時開始計時，超聲波在空氣中傳播，途中碰到障礙物就立即返回來，超聲波接收器收到反射波就立即停止計時，根據(jù)超聲波在空氣中的傳播速度和計時器記錄的時間[6]，就可以計算出發(fā)射點距障礙物的距離。因為單超聲傳感器避障存在由于超聲波的方向性不好造成對障礙物的定位不精確，存在探測盲區(qū)等缺點。環(huán)境信息的獲得移動機器人的避障行走, 首先是解決靜態(tài)障礙物的避障, 此時環(huán)境信息主要是距離信息[7]。本系統(tǒng)采用超聲波測距方法, 為果園噴霧機器人識別其運動的前方環(huán)境提供一個準(zhǔn)確的運動距離信息。在啟動發(fā)射電路的同時啟動單片機內(nèi)的定時器T0利用定時器的計數(shù)功能記錄超聲波發(fā)射的時間和收到反射波的時間。單片機對所獲得的距離信息經(jīng)過避障算法運算, 轉(zhuǎn)換出的控制信息經(jīng)D/A輸出。移動機器人運行過程中, 實時采集每個方向上超聲波傳感器中心到障礙物的邊界距離, 進行比較劃分找到其中最短的距離及方位作為車體到障礙物的最短距離和方位。否則繼續(xù)前進。利用超聲波作為定位技術(shù)是蝙蝠等一些無目視能力的生物作為防御及捕捉獵物生存的手段, 也就是由引言生物體發(fā)射不被人們聽到的超聲波以上的機械波〕, 借助空氣媒質(zhì)傳播, 由被待捕捉的獵物或障隨著機器人技術(shù)的發(fā)展, 自主移動機器人以其靈礙物反射回來的時間間隔長短與被反射的超聲波的強活性和智能性等特點, 在人們的生產(chǎn)、生活中的應(yīng)用越弱判斷獵物性質(zhì)或障礙物位置的方法。自主移動機器人通過各種傳感器系統(tǒng)感知速度相對于光速要小得多, 超聲波與光波不同, 它是一外界環(huán)境和自身狀態(tài), 在復(fù)雜的已知或者未知環(huán)境中種彈性機械波, 可以在氣體、液體和固體中傳播。而在多種探測手段知道, 電磁波的傳播速度為“ , 而超聲波在空中, 超聲波傳感器系統(tǒng)由于具有成本低, 安裝方便, 不氣中的傳播速度為, 其速度相對電磁波是非常易受電磁、光線、被測對象顏色、煙霧等影響, 時間信息慢的。機械波, 它是借助于傳播介質(zhì)的分子運動而傳播的, 其傳播時間就比較容易檢測, 并且易于定向發(fā)射, 方向性超聲波工作原理好, 強度好控制, 因而人類采用仿真技能利用超聲波測距, 它是一種利用聲波特性、電子計數(shù)、光電開關(guān)相結(jié)[15]。然后單片機不停的檢測INT0引腳，當(dāng)INT0引腳的電平由高電平變?yōu)榈碗娖綍r就認(rèn)為超聲波已經(jīng)返回。本設(shè)計包括超聲波接收電路、超聲波發(fā)送電路、距離顯示電路組成[16]， 超聲波發(fā)送電路圖 超聲波接收電路部分： 使用CX20106A集成電路對接收探頭受到的信號進行放大、濾波。表1是CX20106A的主要引腳注釋[17]。增大電阻R1或減小C1,將使負(fù)反饋量增大，放大倍數(shù)下降，反之則放大倍數(shù)增大。例如，取R=200kΩR=200kΩ時，f0≈42kHz，若取R=220kΩ，則中心頻率f0≈38kHz6該腳與地之間接一個積分電容，標(biāo)準(zhǔn)值為330pF，如果該電容取得太大，會使探測距離變短7遙控命令輸出端，它是集電極開路輸出方式，因此該引腳必須接上一個上拉電阻到電源端，推薦阻值為22kΩ，沒有接受信號是該端輸出為高電平，有信號時則產(chǎn)生下降測距顯示電路： 單片機采用89S51或其兼容系列。利用外中斷0口檢測超聲波接受電路輸出的返回信號。單片機系統(tǒng)及顯示電路[18]. 超聲波在空氣中傳播速度為每秒鐘340米（15℃時）[19]。超聲波發(fā)出到遇到返射物返回的距離， 算法演示圖系統(tǒng)開始由超聲波發(fā)送電路發(fā)出超聲波，當(dāng)超聲波接收電路接收到回波時，單片機根據(jù)算法算出障礙物距離，顯示在數(shù)碼管上面。