【正文】 理解技術(shù)還很落后，機(jī)器視覺(jué)需要通過(guò)大量的運(yùn)算也只能識(shí)別一些結(jié)構(gòu)化環(huán)境簡(jiǎn)單的目標(biāo)，所以在這些方面都很有研究的價(jià)值。它的運(yùn)用潛力將在不久的將來(lái)得到很好的驗(yàn)證。專(zhuān)家指出，未來(lái)的機(jī)器人在外形方面將大有改觀，如目前的機(jī)器人大都為方腦袋、四方身體以及不成比例的粗大四肢，行進(jìn)時(shí)要靠輪子或只作上下、前后左右的機(jī)械運(yùn)動(dòng)，而未來(lái)的機(jī)器人從相貌上來(lái)看與人無(wú)區(qū)別，它們將靠雙腿行走，其上下坡和上下樓梯的平衡能力也與人無(wú)異，有視覺(jué)、有嗅覺(jué)、有觸覺(jué)、有思維，能與人對(duì)話，能在核反應(yīng)堆工作，能滅火，能在所有危險(xiǎn)場(chǎng)合工作，甚至能為人治病，還可克隆自己和自我修復(fù)自己。目前，機(jī)器人正在進(jìn)入“類(lèi)人機(jī)器人”的高級(jí)發(fā)展階段，即無(wú)論從相貌到功能還是從思維能力和創(chuàng)造能力方面，都向人類(lèi)“進(jìn)化”，甚至在某些方面大大超過(guò)人類(lèi)，如計(jì)算能力和特異功能等。類(lèi)人型機(jī)器人研究是一門(mén)綜合性很強(qiáng)的學(xué)科，代表著一個(gè)國(guó)家的高科技發(fā)展水平。隨著現(xiàn)代科技的迅速發(fā)展，機(jī)器人正在經(jīng)歷著一個(gè)從初級(jí)到高級(jí)的飛躍，它正沿著達(dá)爾文的“進(jìn)化論”逐漸發(fā)展自己，壯大自己，完善自己。1954年，德沃爾又獲得可編程機(jī)械手專(zhuān)利，這種機(jī)械手臂按程序進(jìn)行工作，可以根據(jù)不同的工作需要編制不同的程序，因此具有通用性和靈活性，英格伯格和德沃爾都在研究機(jī)器人，認(rèn)為汽車(chē)工業(yè)最適于用機(jī)器人干活，因?yàn)槭怯弥匦蜋C(jī)器進(jìn)行工作，生產(chǎn)過(guò)程較為固定。英格伯格在大學(xué)攻讀伺服理論，這是一種研究運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)如何才能更好地跟蹤控制信號(hào)的理論。機(jī)器人的歷史并不算長(zhǎng)，1959年美國(guó)英格伯格和德沃爾制造出世界上第一臺(tái)工業(yè)機(jī)器人，機(jī)器人的歷史才真正開(kāi)始。隨著技術(shù)的不斷發(fā)展，人們的生活方式也慢慢的發(fā)生變化。 機(jī)器人的發(fā)展綜述隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，尤其計(jì)算機(jī)技術(shù)的突飛猛進(jìn)，帶動(dòng)了其他的技術(shù)的不斷的發(fā)展，機(jī)器人就是一個(gè)典型的例子。超聲波就像一位無(wú)聲的功臣，廣泛地應(yīng)用于工業(yè)、農(nóng)業(yè)、醫(yī)療和軍事等領(lǐng)域。蝙蝠用耳朵接受到這種“超聲波”，就能迅速做出判斷，靈巧的自由飛翔，捕捉食物。 　　??！蝙蝠在夜間飛行，捕捉食物，原來(lái)是靠聽(tīng)覺(jué)來(lái)辨別方向、確認(rèn)目標(biāo)的！ 　　斯帕拉捷的實(shí)驗(yàn)，揭開(kāi)了蝙蝠飛行的秘密，促使很多人進(jìn)一步思考：蝙蝠的耳朵又怎么能“穿透”黑夜，“聽(tīng)”到?jīng)]有聲音的物體呢？ 　　后來(lái)人們繼續(xù)研究，終于弄清了其中的奧秘。 　　最后，斯帕拉捷堵住蝙蝠的耳朵，把它們放到夜空中。“難道它薄膜似的翅膀，不僅能夠飛翔，而且能在夜間洞察一切嗎？”斯帕拉捷這樣猜想。然而事實(shí)完全出乎他的意料，斯帕拉捷很奇怪：不用眼睛，蝙蝠憑什么來(lái)辨別前方的物體，捕捉靈活的飛蛾呢？ 　　于是，他把蝙蝠的鼻子堵住。因?yàn)槟菐字或?，眼睛全被他蒙上了，都是“瞎子”呀。斯帕拉捷匆匆吃完飯，便走出街口，把籠子里的蝙蝠放了出去。他常常看到，很多蝙蝠靈活的在空中飛來(lái)飛去，卻從不會(huì)撞到樹(shù)上或者墻壁上。超聲波因其頻率下限大約等于人的聽(tīng)覺(jué)上限而得名。更不用說(shuō)自動(dòng)控制領(lǐng)域的機(jī)器人超聲波是頻率高于20KHz的聲波，它方向性好，穿透能力強(qiáng)，易于獲得較集中的聲能，在水中傳播距離遠(yuǎn)，可用于測(cè)距，測(cè)速，清洗，焊接，碎石、殺菌消毒等。本研究提出了基于超聲波測(cè)距的機(jī)器人模糊避障研究，從而獲得了有效的實(shí)驗(yàn)結(jié)果。移動(dòng)機(jī)器人的避障運(yùn)動(dòng)一直是一個(gè)重要課題，實(shí)現(xiàn)避障的方法主要有超聲波避障、視覺(jué)避障、紅外傳感器、激光避障、微波雷達(dá)等。移動(dòng)機(jī)器人是一個(gè)集環(huán)境感知、動(dòng)態(tài)決策與規(guī)劃、行為控制與執(zhí)行等多種功能于一體的綜合系統(tǒng)。通過(guò)實(shí)踐得出模糊避障控制機(jī)理和策略易于接受和理解，便于應(yīng)用開(kāi)發(fā)，模糊避障算法對(duì)環(huán)境有很大的適應(yīng)性，機(jī)器人能在不同的環(huán)境條件下實(shí)現(xiàn)了避障。目錄摘要 31 引言 4 4 機(jī)器人的發(fā)展綜述 52 超聲波測(cè)距 6 超聲波概論 6 兩種常用的超聲波測(cè)距方案 6 基于單片機(jī)的超聲波測(cè)距系統(tǒng) 6 基于CPLD 的超聲波測(cè)距系統(tǒng) 7 83 機(jī)器人的模糊避障系統(tǒng) 9 移動(dòng)機(jī)器人的避障傳感器 9 激光傳感器 9 視覺(jué)避障 9 超聲傳感器 9 避障系統(tǒng)設(shè)計(jì)思想 10 10 模糊避障算法設(shè)計(jì) 114 硬件系統(tǒng)設(shè)計(jì) 13 13 單片機(jī)的內(nèi)部結(jié)構(gòu) 14 14 超聲波發(fā)射系統(tǒng)電路 15 16 顯示模塊的設(shè)計(jì) 17 185 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì) 196 結(jié)論與總結(jié) 22致謝 23參考文獻(xiàn) 24附錄1 25附錄2 26基于超聲波測(cè)距的機(jī)器人模糊避障研究 電子信息工程 ***指導(dǎo)老師 ***摘要：移動(dòng)機(jī)器人在工作的時(shí)候不可避免地受到障礙物的干擾，障礙物會(huì)嚴(yán)重影響機(jī)器人的工作效率，碰撞時(shí)更會(huì)使機(jī)器人損壞，所以實(shí)現(xiàn)機(jī)器人的自動(dòng)避障非常重要。本論文在分析了智能移動(dòng)機(jī)器人避障常用傳感器的基礎(chǔ)上，提出了基于超聲波傳感器測(cè)距的移動(dòng)機(jī)器人的模糊避障系統(tǒng)，詳細(xì)介紹了超聲波傳感器的原理和特性，采用單片機(jī)AT89C52為核心，用超聲波測(cè)距的方法檢測(cè)障礙物，通過(guò)單片機(jī)對(duì)信號(hào)的處理，驅(qū)動(dòng)電機(jī)的轉(zhuǎn)向，左右前進(jìn)與后退，從而達(dá)到自動(dòng)避障的功能。關(guān)鍵詞： AT89C52單片機(jī)；移動(dòng)機(jī)器人；超聲波傳感器；超聲波測(cè)距1 引言隨著機(jī)器人技術(shù)的發(fā)展，自主移動(dòng)機(jī)器人以其靈活和智能等特點(diǎn)，在人們的生產(chǎn)、生活中的應(yīng)用越來(lái)越廣泛。隨著計(jì)算機(jī)科學(xué)的發(fā)展可以通過(guò)單片機(jī)控制來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)其行駛方向、啟動(dòng)、停止以及速度的控制，無(wú)需人工干預(yù)，操作人員可以通過(guò)修改移動(dòng)機(jī)器人的控制程序來(lái)改變它的行駛方式。目前超聲波避障實(shí)現(xiàn)方便，計(jì)算簡(jiǎn)單，易于做到實(shí)時(shí)控制，并且在測(cè)量精度方面能達(dá)到實(shí)用的要求，因此成為常用的避障方法。 目前單片機(jī)滲透到我們生活的各個(gè)領(lǐng)域，導(dǎo)彈的導(dǎo)航裝置，飛機(jī)上各種儀表的控制，計(jì)算機(jī)的網(wǎng)絡(luò)通訊與數(shù)據(jù)傳輸，工業(yè)自動(dòng)化過(guò)程的實(shí)時(shí)控制和數(shù)據(jù)處理，廣泛使用的各種智能IC卡，民用豪華轎車(chē)的安全保障系統(tǒng)，錄像機(jī)、攝像機(jī)、全自動(dòng)洗衣機(jī)的控制，以及程控玩具、電子寵物等等，這些都離不開(kāi)單片機(jī)。在醫(yī)學(xué)、軍事、工業(yè)、農(nóng)業(yè)上有很多的應(yīng)用。一般認(rèn)為超聲波的發(fā)現(xiàn)是意大利科學(xué)家斯帕拉捷，他習(xí)慣晚飯后到附近的街道上散步。這個(gè)現(xiàn)象引起了他的好奇：蝙蝠憑什么特殊本領(lǐng)在夜空中自由自在的飛行呢？ 　　1793年夏天，一個(gè)晴朗的夜晚，喧騰熱鬧的城市漸漸平靜下來(lái)。當(dāng)他看到放出去的幾只蝙蝠輕盈敏捷地來(lái)回飛翔時(shí)，不由得驚叫起來(lái)。 　　斯帕拉捷為什么要把蝙蝠的眼睛蒙起來(lái)呢？原來(lái)，每當(dāng)他看到蝙蝠在夜晚輕巧自如的飛翔時(shí)，總認(rèn)為這些小精靈一定長(zhǎng)著一雙特別敏銳的眼睛，假如他們的眼睛瞎了，就不可能在黑夜中靈巧的多過(guò)各種障礙物，并且敏捷的捕捉飛蛾了。結(jié)果，蝙蝠在空中還是飛的那么敏捷、輕松。他又捉來(lái)幾只蝙蝠，用油漆涂滿(mǎn)它們的全身，然而還是沒(méi)有影響到它們飛行。這次，蝙蝠可沒(méi)有了先前的神氣，它們像無(wú)頭蒼蠅一樣在空中東碰西撞，很快就跌落在地。原來(lái)，蝙蝠靠喉嚨發(fā)出人耳聽(tīng)不見(jiàn)的“超聲波”，這種聲音沿著直線傳播，一碰到物體就像光照到鏡子上那樣反射回來(lái)。 　　現(xiàn)在，人們利用超聲波來(lái)為飛機(jī)、輪船導(dǎo)航，尋找地下的寶藏。斯帕拉捷怎么也不會(huì)想到，自己的實(shí)驗(yàn)，會(huì)給人類(lèi)帶來(lái)如此巨大的恩惠。機(jī)器人的發(fā)展已經(jīng)遍及機(jī)械、電子、冶金、交通、宇航、國(guó)防等領(lǐng)域。人們?cè)趯?duì)自然的不斷探討、改造、認(rèn)識(shí)自然的過(guò)程中，制造能替代人勞動(dòng)的機(jī)器一直是人類(lèi)的夢(mèng)想。德沃爾曾于1946年發(fā)明了一種系統(tǒng)，可以“重演”所記錄的機(jī)器的運(yùn)動(dòng)。1959年，英格伯格和德沃爾聯(lián)手制造出第一臺(tái)工業(yè)機(jī)器人。研制具有人類(lèi)外觀特征，可以模擬人類(lèi)行走與基本操作功能的類(lèi)人型機(jī)器人，一直是人類(lèi)機(jī)器人研究的夢(mèng)想之一。1997年，日本本田公司率先研制出第一臺(tái)類(lèi)人型步行機(jī)器人樣機(jī)。類(lèi)人型機(jī)器人技術(shù)，集自動(dòng)控制、體系結(jié)構(gòu)、人工智能、視覺(jué)計(jì)算、程序設(shè)計(jì)、組合導(dǎo)航、信息融合等眾多技術(shù)于一體?？傊鼈兡茉诟鞣N非常艱難危險(xiǎn)的工作中，代替人甚至超過(guò)人類(lèi)去從事各種工作。而自動(dòng)尋跡也是機(jī)器人領(lǐng)域研究的一個(gè)熱點(diǎn)，機(jī)器人的感覺(jué)傳感器種類(lèi)越來(lái)越多，其中視覺(jué)傳感器成為自動(dòng)行走和駕駛的重要部件。2 超聲波測(cè)距 超聲波概論超聲波是一種在彈性介質(zhì)中的機(jī)械振蕩，它是由與介質(zhì)相接觸的振蕩源所引起的，其頻率在20 kHz以上。超聲波在介質(zhì)中傳播時(shí)在不同介面上具有反射的特性，由于它有指向性強(qiáng)、方向性好、傳播能量大、傳播距離較遠(yuǎn)等特點(diǎn)，常用于測(cè)量物體的距離、厚度、液位等。超聲波在相同媒體里傳播速度相同，即在相當(dāng)大的頻率范圍內(nèi)聲速不隨頻率變化，波動(dòng)的傳播方向與振動(dòng)方向一致，是縱向振動(dòng)的彈性機(jī)械波，它是借助于傳播介質(zhì)的分子運(yùn)動(dòng)而傳播的，波動(dòng)方程描述方法和電磁波是類(lèi)似的。cos(ωt+kx) () A(x)=A0衰減系數(shù)與聲波所在介質(zhì)及頻率的關(guān)系為： α=a在空氣中，a=210 ，當(dāng)振動(dòng)的聲波頻率f=，可得 3。 若f=30kHz，則1/α=56m，它的物理意義是：在(1/α)的長(zhǎng)度上，平面聲波的振幅衰減為原來(lái)的e分之一，由此可以看出，頻率越高衰減的越厲害，傳播的距離越短?？紤]實(shí)際工程測(cè)量要求，選用頻率f=40kHz的超聲波。 2） 超聲波可傳遞很強(qiáng)的能量。4） 超聲波在液體介質(zhì)中傳播時(shí)，可在界面上產(chǎn)生強(qiáng)烈的沖擊和空化現(xiàn)象。超聲波經(jīng)反射物反射回來(lái)后，由傳感器接收端接收，再經(jīng)接收電路放大、整形，控制單片機(jī)中斷口。圖1 基于單片機(jī)的超聲波測(cè)距系統(tǒng)框圖這種以單片機(jī)為核心的超聲波測(cè)距系統(tǒng)通過(guò)單片機(jī)記錄超聲波發(fā)射的時(shí)間和收到反射波的時(shí)間。利用單片機(jī)準(zhǔn)確計(jì)時(shí)，測(cè)距精度高，而且單片機(jī)控制方便，計(jì)算簡(jiǎn)單。 基于CPLD 的超聲波測(cè)距系統(tǒng)這種測(cè)距系統(tǒng)采用CPLD(Complex Programmable Logic Device)器件，運(yùn)用VHDL(Very High Speed Integrated Circuit Hardware Description Language)編寫(xiě)程序，使用MAX+plusII 軟件進(jìn)行軟硬件設(shè)計(jì)的仿真和調(diào)試，最終實(shí)現(xiàn)測(cè)距功能。它的這種特性非常適用于本系統(tǒng)，可將本系統(tǒng)所需要的分頻功能、計(jì)數(shù)功能、振蕩器、七段碼顯示全部由MAX 來(lái)實(shí)現(xiàn)，而只需在外部配上適當(dāng)?shù)某暡▊鞲衅鳌⒔邮蘸桶l(fā)送電路，即可組成一個(gè)測(cè)量精度高、性能穩(wěn)定、響應(yīng)速度快且具有顯示功能的超聲波測(cè)距儀。配合使用MAX+plusII 開(kāi)發(fā)軟件，可集設(shè)計(jì)輸入、設(shè)計(jì)處理、設(shè)計(jì)校驗(yàn)和器件編程于一體，集成度高，開(kāi)發(fā)周期短。圖2 基于CPLD 的超聲波測(cè)距系統(tǒng)框圖超聲波發(fā)射器向某一方向發(fā)射40kHz 的超聲波，在發(fā)射超聲波的同時(shí)，MAX7128S 內(nèi)的計(jì)數(shù)器開(kāi)始計(jì)數(shù)。超聲波接收器收到反射波后就將回波信號(hào)送到CPLD，CPLD 立即停止計(jì)數(shù)。超聲波在空氣中的傳播速度如設(shè)定為332m/s，根據(jù)計(jì)數(shù)器記錄的時(shí)間t，就可以計(jì)算出發(fā)射點(diǎn)距障礙物的距離s，即：s=332t/2。通過(guò)以上介紹我們知道，以單片機(jī)為核心的超聲波測(cè)距系統(tǒng)設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單、方便，而且測(cè)精度能達(dá)到工業(yè)要求。通過(guò)超聲波發(fā)射器向某一方向發(fā)射超聲波，單片機(jī)在發(fā)射時(shí)刻同時(shí)開(kāi)始計(jì)時(shí)，超聲波在空氣中傳播，途中碰到障礙物就立即反射回來(lái)，超聲波接收器收到反射波就立即停止計(jì)時(shí)。t/2。相位檢測(cè)法雖然精度高，但檢測(cè)范圍有限；聲波幅值檢測(cè)法易受反射波的影響。這樣只要計(jì)算出從發(fā)出超聲波信號(hào)到接收到返回信號(hào)所用的時(shí)間，就可算出超聲波發(fā)生器與反射物體的距離。t/2。超聲