最新機(jī)器人課程設(shè)計(jì)報(bào)告資料

1、精品文檔智能機(jī)器人課程設(shè)計(jì)總結(jié)報(bào)告姓名：組員：指導(dǎo)老師:時(shí)間:精品文檔精品文檔一、課程設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)目的了解機(jī)器人技術(shù)的基本知識(shí)以及有關(guān)電工電子學(xué)、單片機(jī)、機(jī)械設(shè)計(jì)、傳感器等相關(guān)技術(shù)。初步掌握機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)學(xué)原理、基于智能機(jī)器人的控制理論，并應(yīng)用于實(shí)踐。通過(guò)學(xué)習(xí)，具體掌握智能機(jī)器人的控制技術(shù)，并使機(jī)器人能獨(dú)立執(zhí)行一定的任務(wù)?；疽螅阂笤O(shè)計(jì)一個(gè)能走迷宮(迷宮為立體迷宮)的機(jī)器人。要求設(shè)計(jì)機(jī)器人的行走機(jī)構(gòu)，控制系統(tǒng)、傳感器類(lèi)型的選擇及排列布局。要有走迷宮的策略（軟件流程圖）對(duì)于走迷宮小車(chē)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)主要有幾個(gè)方面：控制電路設(shè)計(jì)，傳感器選擇以及安放位置設(shè)計(jì)，程序設(shè)計(jì)二、總體方案2.1機(jī)器人的尋路算法選擇

2、將迷宮看成一個(gè)m*n的網(wǎng)絡(luò)，機(jī)器人通過(guò)傳感器反饋的信息感知迷宮的形狀，并將各個(gè)節(jié)點(diǎn)的與周?chē)?jié)點(diǎn)的聯(lián)通性信息存儲(chǔ)于存儲(chǔ)器中，再根據(jù)已經(jīng)構(gòu)建好的地圖搜索離開(kāi)迷宮的路徑。這里可選擇回溯算法。對(duì)每個(gè)網(wǎng)格從左到右，每個(gè)網(wǎng)格具有4個(gè)方向，分別定義。并規(guī)定機(jī)器人行進(jìn)過(guò)程中不停探測(cè)前方是否有障礙物，同時(shí)探測(cè)時(shí)按左側(cè)規(guī)則，進(jìn)入新網(wǎng)格后優(yōu)先探測(cè)當(dāng)前方向的左側(cè)方向。探測(cè)過(guò)程中記錄每個(gè)網(wǎng)格的四個(gè)方向上的狀態(tài)：通路、不通或未知，探測(cè)得到不同狀態(tài)后記記錄，同時(shí)記錄當(dāng)前網(wǎng)格的四個(gè)方向是否已被探測(cè)過(guò)。若某網(wǎng)格四個(gè)方向全部探測(cè)過(guò)則利用標(biāo)志位表示該網(wǎng)格已訪(fǎng)問(wèn)。為了尋找到從起點(diǎn)到終點(diǎn)的最佳路徑，記錄當(dāng)前網(wǎng)格在四個(gè)方向上的鄰接網(wǎng)格序

3、號(hào)，由此最后可在機(jī)器人已探測(cè)過(guò)的網(wǎng)格中利用dijkstra算法找到最佳路徑。并為計(jì)算方便，記錄網(wǎng)格所在迷宮中行號(hào)、列號(hào)。并機(jī)此器人探索過(guò)程中設(shè)置一個(gè)回溯網(wǎng)格棧記錄機(jī)器人經(jīng)過(guò)的迷宮網(wǎng)格序號(hào)及方向，方向是從一個(gè)迷宮網(wǎng)格到下一個(gè)迷宮網(wǎng)格經(jīng)過(guò)的方向。設(shè)置一個(gè)方向隊(duì)列記錄機(jī)器人在某網(wǎng)格內(nèi)探測(cè)方向的順序。設(shè)置一個(gè)回溯路徑數(shù)組記錄需要回溯時(shí)從回溯起點(diǎn)到回溯終點(diǎn)的迷宮網(wǎng)格序號(hào)及方向?？紤]到迷宮比較簡(jiǎn)單，且主要為縱橫方向的直線(xiàn)，可采用讓小車(chē)在路口始終左轉(zhuǎn)或者始終右轉(zhuǎn)的方法走迷宮，也就是讓小車(chē)沿迷宮的邊沿走。這樣最終也能走出迷宮。本次課程設(shè)計(jì)采用此方法。即控制策略為機(jī)器人左側(cè)有缺口時(shí)，向左進(jìn)入缺口，當(dāng)機(jī)器人前方有

4、障礙是，向右旋轉(zhuǎn)180，其余情況保持前進(jìn)。2.2傳感器的選擇精品文檔精品文檔由于需要檢測(cè)機(jī)器人左側(cè)和前方是否有通路，采用紅外傳感器對(duì)機(jī)器人行進(jìn)方向和左側(cè)進(jìn)行感知。紅外避障傳感器是依據(jù)紅外線(xiàn)的反射來(lái)工作的。當(dāng)遇到障礙物時(shí)，發(fā)出的紅外線(xiàn)被反射面反射回來(lái)，被傳感器接收到，信號(hào)輸出引腳就會(huì)給出低電平提示信號(hào)。本機(jī)器人系統(tǒng)的紅外避障信號(hào)采用直接檢測(cè)的方式進(jìn)行，直接讀取引腳電平。傳感器感應(yīng)障礙物的距離閾值可以通過(guò)調(diào)節(jié)傳感器上的變阻器來(lái)改變。行進(jìn)過(guò)程中，機(jī)器人可能會(huì)偏綠迷宮的橫軸或縱軸的方向。碰觸傳感器利用外力的作用傳遞給單片機(jī)信息，當(dāng)碰觸傳感器碰到迷宮墻壁后，傳感器檢測(cè)到信號(hào)就可以判斷小車(chē)碰壁。經(jīng)過(guò)電路處

5、理后，信號(hào)輸出接口輸出數(shù)字信號(hào)送給控制器，從而讓控制器進(jìn)行決策調(diào)整小車(chē)姿態(tài)。本機(jī)器人系統(tǒng)共使用了2個(gè)碰觸傳感器，分別安裝在小車(chē)的左前方和右前方，使得機(jī)器人在偏離航向撞擊迷宮側(cè)面后可以立即對(duì)航向進(jìn)行修正。四個(gè)傳感器一共占用四個(gè)外部中斷。3.3總體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)碰撞開(kāi)關(guān)電源模塊stm32電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊紅外避障傳感器直流電機(jī)三、具體實(shí)現(xiàn)3.1芯片選擇最小系統(tǒng)已經(jīng)設(shè)計(jì)好，本次課程設(shè)計(jì)采用的控制芯片為stm32f103rbt6精品文檔精品文檔它是32位的cortex-m3內(nèi)盒的控制芯片,主頻達(dá)到72mhz,擁有128kb閃存,20kbsram,鎖相環(huán),內(nèi)置8mhzand32khz時(shí)鐘電路，具有pwm模塊，方便電

6、機(jī)轉(zhuǎn)速的控制。3.2控制電路設(shè)計(jì)（1）電機(jī)驅(qū)動(dòng)：電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路原理圖如圖所示，采用bts7960芯片驅(qū)動(dòng)電機(jī)，以控制機(jī)器人的兩個(gè)驅(qū)動(dòng)輪，利用pwm控制方法，通過(guò)改變pwm波的占空比，達(dá)到調(diào)節(jié)電機(jī)轉(zhuǎn)速的目的，實(shí)現(xiàn)機(jī)器人的前進(jìn)，后退，轉(zhuǎn)向，剎車(chē)等功能。每個(gè)電機(jī)都由一個(gè)h橋電路驅(qū)動(dòng)，由兩個(gè)輸入信號(hào)共同精品文檔精品文檔控制。兩個(gè)電機(jī)共由4路pwm波進(jìn)行控制，結(jié)合上述的電機(jī)驅(qū)動(dòng)原理，小車(chē)運(yùn)動(dòng)方式可以通過(guò)如下方式實(shí)現(xiàn)：四個(gè)控制信號(hào)均為低電平時(shí)，電機(jī)停轉(zhuǎn)，小車(chē)停止；機(jī)的左右輪電機(jī)同向等速運(yùn)行時(shí)，可以實(shí)現(xiàn)前行或后退的動(dòng)作；小車(chē)的左右轉(zhuǎn)向通過(guò)兩輪差速來(lái)實(shí)現(xiàn)。在本機(jī)器人的設(shè)計(jì)中，需要實(shí)現(xiàn)的90角度轉(zhuǎn)彎，是通過(guò)電機(jī)定

7、速運(yùn)動(dòng)和延時(shí)的配合完成的，通過(guò)不斷調(diào)試確定出最佳的旋轉(zhuǎn)時(shí)間。（2）電源模塊：采用電池供電，可行的供電方案原理圖如下（3）引腳（外部中斷）分配：pa0,pa4,pa5,pa15為中斷輸入引腳。pa0引腳對(duì)應(yīng)的外部中斷由機(jī)器人前向紅外傳感器觸發(fā)，pa4，pa5分別連接機(jī)器人前進(jìn)方向的左側(cè)和右側(cè)的碰撞開(kāi)關(guān)，pa4，pa5的上升沿信號(hào)代表機(jī)器人與迷宮的左，右側(cè)發(fā)生碰撞，觸發(fā)相應(yīng)地終端服務(wù)程序，調(diào)整航向。pa15接收左側(cè)紅外傳感器產(chǎn)生的觸發(fā)信號(hào)，當(dāng)機(jī)器人左側(cè)出現(xiàn)缺口時(shí)，觸發(fā)中斷服務(wù)程序，機(jī)器人向左轉(zhuǎn)向進(jìn)入缺口。精品文檔精品文檔3.3程序設(shè)計(jì)部分（1）機(jī)器人的移動(dòng)：機(jī)器人靠?jī)蓚€(gè)驅(qū)動(dòng)輪，一個(gè)從動(dòng)輪進(jìn)行移動(dòng)，

8、每個(gè)驅(qū)動(dòng)輪由一個(gè)電機(jī)，兩個(gè)驅(qū)動(dòng)芯片進(jìn)行控制。驅(qū)動(dòng)芯片輸出電平的高低決定電機(jī)的轉(zhuǎn)向，占空比決定了電機(jī)的轉(zhuǎn)速。首先應(yīng)配置芯片的pwm模塊，具體過(guò)程如下：#includepwm.hfloatmo1,mo2,mo3,mo4;voidpwm_init(u16arr,u16psc)rcc-apb1enr|=1crl&=0x00ffffff;gpioa-crl|=0xbb000000;gpioa-odr|=16|1crl&=0xffffff00;gpiob-crl|=0x000000bb;gpiob-odr|=10|1arr=arr;tim3-psc=psc;tim3-ccer|=11|15|19|1ccm

9、r1|=712|7ccmr1|=111|1ccmr2|=712|7ccmr2|=111|1ccer|=112|18|14|1cr1=0x0080;/arpetim3-cr1|=1egr|=1cr1|=0x01;本段代碼使能tim3時(shí)鐘，啟用pa6，pa7,pb0，pb1引腳的復(fù)用功能，并對(duì)計(jì)數(shù)器進(jìn)行相應(yīng)設(shè)置（向下計(jì)數(shù)），使得芯片能在這四個(gè)引腳上輸出所需的pwm波。由于前進(jìn)，后退，轉(zhuǎn)向，都是重復(fù)性的動(dòng)作，直接對(duì)這些操作進(jìn)行宏定義，需要的時(shí)候直接調(diào)用，能減輕程序編寫(xiě)的負(fù)擔(dān)：#definemoto_pwmmax899/#defineleft_motor_ftim3-ccr1精品文檔精品文檔#defi

10、neleft_motor_btim3-ccr2#defineright_motor_btim3-ccr3#defineright_motor_ftim3-ccr4注：tim3產(chǎn)生pwm波相應(yīng)寄存器的宏定義如下#definego_forwardleft_motor_f=3500;left_motor_b=0;right_motor_f=3500;right_motor_b=0;#definego_backleft_motor_f=0;left_motor_b=3500;right_motor_f=0;right_motor_b=3500;#defineturn_leftleft_motor_f=

11、0;left_motor_b=0;right_motor_f=4000;right_motor_b=0;#defineturn_left_90left_motor_f=0;left_motor_b=0;right_motor_f=4000;right_motor_b=0;delay_ms(800);delay_ms(800);delay_ms(600);right_motor_f=0;#defineturn_rightleft_motor_f=4000;left_motor_b=0;right_motor_f=0;right_motor_b=0;delay_ms(200);#definetur

12、n_back_righleft_motor_f=4000;left_motor_b=0;精品文檔精品文檔right_motor_f=0;right_motor_b=4000;delay_ms(800);delay_ms(800);delay_ms(400);left_motor_f=0;right_motor_b=0;#defineturn_back_leftleft_motor_f=0;left_motor_b=4000;right_motor_f=4000;right_motor_b=0;delay_ms(800);delay_ms(800);delay_ms(400);left_moto

13、r_b=0;right_motor_f=0;#definestopleft_motor_f=0;left_motor_b=0;right_motor_f=0;right_motor_b=0;/幾個(gè)機(jī)器人基本動(dòng)作的宏定義由于采用向下計(jì)數(shù)的方式，ccr中的值代表相應(yīng)引腳高電平持續(xù)時(shí)間長(zhǎng)度，響應(yīng)值越大，pwm占空比越大，驅(qū)動(dòng)電機(jī)轉(zhuǎn)速越快。（2）機(jī)器人對(duì)外界的感知及相應(yīng)中斷服務(wù)程序的編寫(xiě)：#includeexti.hvoidextix_init(void)rcc-apb2enr|=1crl&=0xff00fff0;gpioa-crl|=0x00880008;gpioa-crh&=0x0fffffff;gpioa-crh|=0