最新機器人課程設(shè)計報告資料

1、精品文檔智能機器人課程設(shè)計總結(jié)報告姓名：組員：指導(dǎo)老師:時間:精品文檔精品文檔一、課程設(shè)計設(shè)計目的了解機器人技術(shù)的基本知識以及有關(guān)電工電子學(xué)、單片機、機械設(shè)計、傳感器等相關(guān)技術(shù)。初步掌握機器人的運動學(xué)原理、基于智能機器人的控制理論，并應(yīng)用于實踐。通過學(xué)習(xí)，具體掌握智能機器人的控制技術(shù)，并使機器人能獨立執(zhí)行一定的任務(wù)?；疽螅阂笤O(shè)計一個能走迷宮(迷宮為立體迷宮)的機器人。要求設(shè)計機器人的行走機構(gòu)，控制系統(tǒng)、傳感器類型的選擇及排列布局。要有走迷宮的策略（軟件流程圖）對于走迷宮小車控制系統(tǒng)設(shè)計主要有幾個方面：控制電路設(shè)計，傳感器選擇以及安放位置設(shè)計，程序設(shè)計二、總體方案2.1機器人的尋路算法選擇

2、將迷宮看成一個m*n的網(wǎng)絡(luò)，機器人通過傳感器反饋的信息感知迷宮的形狀，并將各個節(jié)點的與周圍節(jié)點的聯(lián)通性信息存儲于存儲器中，再根據(jù)已經(jīng)構(gòu)建好的地圖搜索離開迷宮的路徑。這里可選擇回溯算法。對每個網(wǎng)格從左到右，每個網(wǎng)格具有4個方向，分別定義。并規(guī)定機器人行進過程中不停探測前方是否有障礙物，同時探測時按左側(cè)規(guī)則，進入新網(wǎng)格后優(yōu)先探測當(dāng)前方向的左側(cè)方向。探測過程中記錄每個網(wǎng)格的四個方向上的狀態(tài)：通路、不通或未知，探測得到不同狀態(tài)后記記錄，同時記錄當(dāng)前網(wǎng)格的四個方向是否已被探測過。若某網(wǎng)格四個方向全部探測過則利用標(biāo)志位表示該網(wǎng)格已訪問。為了尋找到從起點到終點的最佳路徑，記錄當(dāng)前網(wǎng)格在四個方向上的鄰接網(wǎng)格序

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

4、障礙是，向右旋轉(zhuǎn)180，其余情況保持前進。2.2傳感器的選擇精品文檔精品文檔由于需要檢測機器人左側(cè)和前方是否有通路，采用紅外傳感器對機器人行進方向和左側(cè)進行感知。紅外避障傳感器是依據(jù)紅外線的反射來工作的。當(dāng)遇到障礙物時，發(fā)出的紅外線被反射面反射回來，被傳感器接收到，信號輸出引腳就會給出低電平提示信號。本機器人系統(tǒng)的紅外避障信號采用直接檢測的方式進行，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調(diào)節(jié)傳感器上的變阻器來改變。行進過程中，機器人可能會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信息，當(dāng)碰觸傳感器碰到迷宮墻壁后，傳感器檢測到信號就可以判斷小車碰壁。經(jīng)過電路處

5、理后，信號輸出接口輸出數(shù)字信號送給控制器，從而讓控制器進行決策調(diào)整小車姿態(tài)。本機器人系統(tǒng)共使用了2個碰觸傳感器，分別安裝在小車的左前方和右前方，使得機器人在偏離航向撞擊迷宮側(cè)面后可以立即對航向進行修正。四個傳感器一共占用四個外部中斷。3.3總體結(jié)構(gòu)設(shè)計碰撞開關(guān)電源模塊stm32電機驅(qū)動模塊紅外避障傳感器直流電機三、具體實現(xiàn)3.1芯片選擇最小系統(tǒng)已經(jīng)設(shè)計好，本次課程設(shè)計采用的控制芯片為stm32f103rbt6精品文檔精品文檔它是32位的cortex-m3內(nèi)盒的控制芯片,主頻達到72mhz,擁有128kb閃存,20kbsram,鎖相環(huán),內(nèi)置8mhzand32khz時鐘電路，具有pwm模塊，方便電

6、機轉(zhuǎn)速的控制。3.2控制電路設(shè)計（1）電機驅(qū)動：電機驅(qū)動電路原理圖如圖所示，采用bts7960芯片驅(qū)動電機，以控制機器人的兩個驅(qū)動輪，利用pwm控制方法，通過改變pwm波的占空比，達到調(diào)節(jié)電機轉(zhuǎn)速的目的，實現(xiàn)機器人的前進，后退，轉(zhuǎn)向，剎車等功能。每個電機都由一個h橋電路驅(qū)動，由兩個輸入信號共同精品文檔精品文檔控制。兩個電機共由4路pwm波進行控制，結(jié)合上述的電機驅(qū)動原理，小車運動方式可以通過如下方式實現(xiàn)：四個控制信號均為低電平時，電機停轉(zhuǎn)，小車停止；機的左右輪電機同向等速運行時，可以實現(xiàn)前行或后退的動作；小車的左右轉(zhuǎn)向通過兩輪差速來實現(xiàn)。在本機器人的設(shè)計中，需要實現(xiàn)的90角度轉(zhuǎn)彎，是通過電機定

7、速運動和延時的配合完成的，通過不斷調(diào)試確定出最佳的旋轉(zhuǎn)時間。（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引腳對應(yīng)的外部中斷由機器人前向紅外傳感器觸發(fā)，pa4，pa5分別連接機器人前進方向的左側(cè)和右側(cè)的碰撞開關(guān)，pa4，pa5的上升沿信號代表機器人與迷宮的左，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，當(dāng)機器人左側(cè)出現(xiàn)缺口時，觸發(fā)中斷服務(wù)程序，機器人向左轉(zhuǎn)向進入缺口。精品文檔精品文檔3.3程序設(shè)計部分（1）機器人的移動：機器人靠兩個驅(qū)動輪，一個從動輪進行移動，

8、每個驅(qū)動輪由一個電機，兩個驅(qū)動芯片進行控制。驅(qū)動芯片輸出電平的高低決定電機的轉(zhuǎn)向，占空比決定了電機的轉(zhuǎn)速。首先應(yīng)配置芯片的pwm模塊，具體過程如下：#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時鐘，啟用pa6，pa7,pb0，pb1引腳的復(fù)用功能，并對計數(shù)器進行相應(yīng)設(shè)置（向下計數(shù)），使得芯片能在這四個引腳上輸出所需的pwm波。由于前進，后退，轉(zhuǎn)向，都是重復(fù)性的動作，直接對這些操作進行宏定義，需要的時候直接調(diào)用，能減輕程序編寫的負擔(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;/幾個機器人基本動作的宏定義由于采用向下計數(shù)的方式，ccr中的值代表相應(yīng)引腳高電平持續(xù)時間長度，響應(yīng)值越大，pwm占空比越大，驅(qū)動電機轉(zhuǎn)速越快。（2）機器人對外界的感知及相應(yīng)中斷服務(wù)程序的編寫：#includeexti.hvoidextix_init(void)rcc-apb2enr|=1crl&=0xff00fff0;gpioa-crl|=0x00880008;gpioa-crh&=0x0fffffff;gpioa-crh|=0