【正文】 .............................. 19 避障單元的設(shè)計 ............................................................................................................ 19 尋光雷達(dá)及小車位姿控制 ............................................................................................ 19 4 調(diào)試過程及測試數(shù)據(jù)分析 ...................................................................................................... 20 調(diào)試儀器儀表 ................................................................................................................ 20 調(diào)試數(shù)據(jù)及分析 ............................................................................................................ 20 參考文獻 ........................................................................................................ 錯誤 !未定義書簽。 2 簡易智能電動車設(shè)計要求 一 、任務(wù) 設(shè)計并制作一個簡易智能電動車，其行駛路線示意圖如下： 二、要求 基本要求 （ 1）電動車從起跑線出發(fā)（車體不得超過起跑線），沿引導(dǎo)線到達(dá) B 點。電動車檢測到薄鐵片時需立即發(fā)出聲光指示信息，并實時存儲 、 顯示 在“直道區(qū)” 檢測到的薄鐵片數(shù)目。 C 點下埋有邊長為 15cm 的正方形薄鐵片 ， 要求電動車到達(dá) C點檢測到 薄鐵 片后 在 C 點 處 停車 5 秒， 停車期間 發(fā)出斷續(xù)的聲光信息。電動車必須在兩個障礙物之間通過且不得與其接觸。 發(fā)揮部分 （ 1） 電動車 在 “直道區(qū) ”行駛過程中 ， 存儲并顯示每個薄鐵片（中心線） 至 起跑線間的距離。 （ 3） 停車后， 能 準(zhǔn)確 顯示電動車全程行駛時間。 三、評分標(biāo)準(zhǔn) 項 目 滿 分 基本要求 設(shè)計與總結(jié)報告：方案比較、設(shè)計與論證，理論分析與計算，電路圖及有關(guān)設(shè)計文件，測試方法與儀器，測試數(shù)據(jù)及測試結(jié)果分析 50 實際完成情況 50 發(fā)揮部分 完成第（ 1）項 15 完成第（ 2）項 17 完成第（ 3）項 8 其它 10 四、說明 跑道上面鋪設(shè)白紙，薄鐵片 置于 紙下，鐵片厚度為 ～ 。 示意圖中的虛線和尺寸標(biāo)注線不要繪制在白紙上。 電動車允許用玩具車改裝，但不能 由 人工遙控，其外圍尺寸（含車體上附加裝置）的限制為：長度 ≤ 35cm，寬度 ≤ 15cm。 要求 在 電動 車頂部明顯標(biāo)出電動車 的 中心點位置 ， 即橫向與縱向兩 條中心線的交點。論文分析了小車本體、主控系統(tǒng)、信息感知單元、驅(qū)動 單元等模塊的理論論證、設(shè)計與調(diào)試過程，并結(jié)合實際調(diào)試過程的分析，詳細(xì)闡述了小車整個行駛過程中的運動參數(shù)的規(guī)劃與實現(xiàn)。 本設(shè)計的理論設(shè)計方案、調(diào)試方法、測試數(shù)據(jù)分析方法及設(shè)計中的特色與創(chuàng)新點等對自動運輸機器人、家用清潔機器人、滅火機器人等自主及半自主機器人的設(shè)計與實現(xiàn)有一定的參考意義。 我們把設(shè)計分為五個相對獨立的部分，這樣降低了設(shè)計的復(fù)雜度，使得 整體 條理更為清晰。 小車 本體 小車行走機構(gòu) 的方案分析與選擇： 方案一 履帶式行走機構(gòu)：運行平穩(wěn)、可靠，走直線效果很好；但結(jié)構(gòu)較復(fù)雜、移動速度較慢，轉(zhuǎn)彎 過程的控制 性能 較 差。 方案三 兩輪式行走機構(gòu)：結(jié)構(gòu)簡單、運動平穩(wěn)、移動速度快、轉(zhuǎn)彎性能好，且易于控制 ，適用于小功率的行走驅(qū)動 。 通過對比賽中小車要完成的任務(wù)的研究以及對四種方案的 對比 ，我們最終選擇了兩輪式行走機構(gòu)。 主控 單元 硬件 方案 近年來， 單片機 應(yīng)用技術(shù)發(fā)展迅速，為智能裝置的開發(fā)設(shè)計帶 來了很大的便利。 AVR 單片機采用 RISC 結(jié)構(gòu)，具有 1MIPS/MHz 的高速運行處理能力；同時采用低功率，非揮發(fā)的 CMOSE 工藝制造，內(nèi)部分別集成 Flash, EEPROM 和 SRAM 三種不同性能和用途的存儲器 。 在 AVR 家族中， ATmega16 芯片內(nèi)部集成了較大容量的存儲器和豐富強大的硬件接口電路，具備 AVR 高檔單片機 Mega 系列的全部優(yōu)點， 其價格 于低檔單片機相當(dāng)，具有很高的性價比，較 AVR 的 AT90 系列相比，其 6 通道的 A/D 轉(zhuǎn)換是 AT90 系列所不具備的 。 軟件 單元 匯編語言 作為傳統(tǒng)的嵌入式系統(tǒng)的編程語言，具有執(zhí)行效率高 的 優(yōu)點，但其 本身是低 6 級 語言，編程效率 較 低，可移植性和可讀性差，維護極不方便 。 AVR 的 RISC 結(jié)構(gòu)與 ICC AVR 開發(fā)平臺保證了較高的編譯 效率， 且有 易 于 上手的 特 點，使我們能順利的用 C 語言開發(fā) AVR 系統(tǒng) 。但這兩個方案都有受環(huán)境光影響較大的缺陷。 鐵片檢測單元 方案 一 ： 利用鐵片的 導(dǎo) 磁 作用即可檢測位于 磁 塊與 霍爾式傳感器 之間的鐵片。 方 案 二 ： 電感式 金屬接近傳感器 。 根據(jù)需要， 同時考慮題目的設(shè)計時間與開發(fā)工作量， 我們采用成品的電感式金屬接近傳感器。 方案二：在小車上安裝掃射角度大于 300 度的指向的光敏檢測單元，利用其輸出信號隨掃射角的變化關(guān)系，及尋光單元與小車之間的位置關(guān)系即可確定小車位姿與光源之間的相對關(guān)系 。 光強檢測 光強檢測 為 了使小車可靠停于車庫，設(shè)計中增設(shè)了 用 A/D 轉(zhuǎn)換檢測 光敏電阻 輸出信號的光強檢測單元 。常用的檢測手段有主動式和被動式。被動式檢測直接分析接受到的外部環(huán)境信號，要求系統(tǒng)自身信號處理能力較高。 常用的檢測信號有超聲波、激光、紅外線。由于采 7 用調(diào)制光技術(shù) 及機遇統(tǒng)計分析的處理方式， 所以在抗干擾性和穩(wěn) 定性方面有較高的技術(shù)指標(biāo)。 所以這里只需討論對行走距離的檢測方案 。 方案二：用增量式光電編碼盤檢測 電機的轉(zhuǎn)動 角度 ，利用安裝位置與輸出信號之間的對應(yīng)關(guān)系檢測電機的正反轉(zhuǎn) 。 驅(qū)動單元 電機的選擇，驅(qū)動電 路，電池的選擇 小車采用 雙 電機分離驅(qū)動方式。 電機 型 選擇時 在體積，功率和轉(zhuǎn)速基本條件滿足的前提下 主要 還 考慮 伺服性能； 綜上幾點要求我們選用了 151 型微型直流電機。 本系統(tǒng)驅(qū)動單元選用的是電機驅(qū)動專用 H橋驅(qū)動 芯片 L298。 調(diào)速及正反 轉(zhuǎn)控制方案 直流調(diào)速可以選用電 壓 調(diào)速 ， 脈頻調(diào)速 (PFM)， 脈寬調(diào)速 (PWM). 電 壓 調(diào)速一般調(diào)試比較復(fù)雜， 功 率 損失大， 故不用此方案。 而脈寬調(diào)速(PWM)簡單 可靠。 由于要達(dá)到比較高的控制要求，我們采用 比例控制的 閉環(huán)反饋電機調(diào)速。 的選擇 題目對小車的任務(wù)要求雖然比較簡單，但還是有多種策略可以選擇。 根據(jù)題目的示意圖及要求，我們可以將小車的運動分成 4 個階段，每個階段都可以 8 選定不同的策略。這樣，既能保證小車可靠到達(dá)C 點 ，又能使小車到達(dá) C 點后的方向能大致指向引導(dǎo)光源 ； 第三階段： 自由避障 ，采用 控制方式。 策略一： 行程如圖 。在彎道區(qū)，沿引導(dǎo)線到達(dá) C 點后，檢測金屬塊，發(fā)出聲光信號，并停留五秒鐘。 前進到 D, 順時針轉(zhuǎn) 90 度 行程 CD= 前進到 E, 順時針轉(zhuǎn) 90 度 行程 DE= 前進到 F, 逆時針轉(zhuǎn) 90 度 行程 EF= 前進到 D, 順時針轉(zhuǎn) 90 度 行程 CD= 圖 策略一示意圖 圖 2 策略二示意圖 策略二： 如圖 ， 小車在直道區(qū)及 C 點狀況與策略一同。在圓心處搜索光源，然后調(diào)整車前進方向，沿圓心與光源直線方向前進，直達(dá)車庫。 前進到 1D , 順時針轉(zhuǎn) ?110 ， 行 程 1CD = m 前進到 1F , 順時針轉(zhuǎn) ?11 ，行程 11FD = m 前進到 G, 停下，行程 GF1 = 策略比較：采用策略一時，通道寬，安全性好，因此在方案中采用。 9 2 理論設(shè)計 小車本體設(shè)計 二輪式行走機構(gòu)的設(shè)計 采用兩個具有兩個自由度的傳統(tǒng)型車輪作為主動輪，并且采用雙電機分別通過減速機構(gòu)驅(qū)動左右輪，為保持車體平衡，在車的前后各有一個支撐輪。 根據(jù)行駛路線以及場地的特點，兩輪小車必須要解決如下的幾個問題： 1． 啟動、制動和轉(zhuǎn)動速度盡量快 。 3． 良好的一致性