小車避障設(shè)計說明書機(jī)械專業(yè)設(shè)計

1、機(jī)械專業(yè)設(shè)計設(shè)計說明書設(shè)計題目： 小車避障 1 / 35目錄緒論2一問題的提出與分析31.1問題的提出31.2問題的分析3二.拼裝小車32.1搭建車體32.2安裝電機(jī)42.3遇到的問題與解決方案4三.焊電路板53.1選擇電路板53.2焊接電路元器件5四.編程64.1編寫包含電機(jī)函數(shù)的頭文件64.2編寫包含電機(jī)函數(shù)的C文件64.3編寫包含電機(jī)函數(shù)的主程序104.4編寫避障判斷函數(shù)的頭文件134.5編寫傳感器判斷程序14五.調(diào)試程序165.1步驟165.2遇到的問題與解決方案16六.實(shí)驗(yàn)結(jié)果17七.總結(jié)（感想）18八.致 謝18緒論機(jī)器人是先進(jìn)制造技術(shù)和自動化裝備的典型代表，是人造機(jī)器的“終極”形

2、式。它涉及到機(jī)械、電子、自動控制、計算機(jī)、人工智能、傳感器、通訊與網(wǎng)絡(luò)等多個學(xué)科和領(lǐng)域，是多種高新技術(shù)發(fā)展成果的綜合集成，因此它的發(fā)展與眾多學(xué)科發(fā)展密切相關(guān)，代表了高科技發(fā)展的前沿。 隨著電子技術(shù)的不斷發(fā)展人們發(fā)明了各式各樣的具有感知，決策，行動和交互能力的機(jī)器人，自第一臺工業(yè)機(jī)器人誕生以來，機(jī)器人的發(fā)展已經(jīng)遍及機(jī)械、電子、冶金、交通、宇航、國防等多個領(lǐng)域。近年來機(jī)器人的智能水平不斷提高，并且迅速地改變著人們的生活方式，隨著它在人類生活領(lǐng)域中的應(yīng)用不斷擴(kuò)大，將會給人們的生產(chǎn)生活帶來了巨大的影響。 在國外機(jī)器人的發(fā)展有如下趨勢。一方面機(jī)器人在制造業(yè)應(yīng)用的范圍越來越廣闊，其標(biāo)準(zhǔn)化、模塊化、網(wǎng)絡(luò)化和

3、智能化的程度越來越高，功能也越來越強(qiáng)，并向著技術(shù)和裝備成套化的方向發(fā)展；另一方面，機(jī)器人向著非制造業(yè)應(yīng)用以及微小型方向發(fā)展，如表演型機(jī)器人，服務(wù)機(jī)型器人，機(jī)器人玩具等。國外研究機(jī)構(gòu)正試圖將機(jī)器人應(yīng)用于人類活動的各個領(lǐng)域。 在我國機(jī)器人主要應(yīng)用于工業(yè)制造領(lǐng)域，我國工業(yè)機(jī)器人現(xiàn)在的總裝機(jī)量約為120000臺，其中國產(chǎn)機(jī)器人占有量約為 1/3，即40000多臺。與世界機(jī)器人總裝機(jī)臺數(shù)7500萬臺 相比，中國總裝機(jī)量僅占萬分之十六1 。對中國這樣一個擁有13億人口的大國來說，僅在機(jī)器人數(shù)量上就和發(fā)達(dá)國家有著很明顯的差距。因此大力發(fā)展我國的機(jī)器人事業(yè)刻不容緩。 智能小車可以理解為機(jī)器人的一種特例，它是一

4、種能夠通過編程手段完成特定任務(wù)的小型化機(jī)器人。與普遍意義上的機(jī)器人相比智能小車制作成本低廉，電路結(jié)構(gòu)簡單，程序調(diào)試方便，具有很強(qiáng)的趣味性，為此其深受廣大機(jī)器人愛好者以及高校學(xué)生的喜愛。全國大學(xué)生電子設(shè)計競賽每年都設(shè)有智能小車類的題目，由此可見國家對高校機(jī)器人研究工作的重視程度。其實(shí)智能車，就是一個機(jī)器人，其可以分為三大結(jié)構(gòu)：傳感器檢測、機(jī)械執(zhí)行、中央處理器。智能車通過感知導(dǎo)引線和障礙物，可以實(shí)現(xiàn)避障等功能，且可以通過一套完整的控制策略，改善小車的行駛狀況，達(dá)到更加穩(wěn)定的狀態(tài)。要完成上述的功能設(shè)計，傳感檢測部分可以采用能夠感知清晰的圖像的攝像頭，或者選用人們常用的光電對管傳感器來感測路況。而智能

5、小車的機(jī)械部分，可以采用四輪車（帶有舵機(jī)）、或者三輪車（前輪為萬向輪），電機(jī)則只需使用直流電機(jī)即可。對于主控芯片CPU，我們選擇簡單易用的51單片機(jī)或高級復(fù)雜額ARM等芯片，通過配合軟件編程，可以很好的實(shí)現(xiàn)自動尋跡、避障的功能一問題的提出與分析1.1問題的提出 機(jī)器人避障是機(jī)器人智能控制的一個基本功能。機(jī)器人避障可以有不同的方法，這里只介紹一種基本的思路和方法。當(dāng)機(jī)器人前方安裝有三個傳感器而且探測距離不同時，在前進(jìn)過程中，遠(yuǎn)距離傳感器先探測到物體后，作出動作，改變運(yùn)動方向，如果改變方向沒有障礙物或運(yùn)動軌跡可以避開障礙物，則改變一次方向即可完成任務(wù)，但當(dāng)機(jī)器人調(diào)整角度較小，運(yùn)動軌跡中，半個身體不

6、能夠避開障礙物時，機(jī)器人近距離探測傳感器還可以控制機(jī)器人調(diào)整姿態(tài)，避開障礙物。1.2問題的分析避障小車是運(yùn)用AT89S52為核心芯片、以3個光電傳感器、以及2個電機(jī)為基本構(gòu)架。通過傳感器模塊精確測距離遠(yuǎn)近，將模擬電流信號轉(zhuǎn)化成數(shù)字信號，通過改變高低電平，向芯片傳送高電平1，表示前方無障礙。遇到障礙時，正前方傳感器由1變0，表示前方有障礙，通過芯片驅(qū)動電機(jī)，右輪正轉(zhuǎn)，左輪反轉(zhuǎn)，車子向右轉(zhuǎn)。當(dāng)左側(cè)遇到障礙，左側(cè)傳感器由1變0，左輪正轉(zhuǎn)，右輪反轉(zhuǎn)，車子向右轉(zhuǎn)。當(dāng)右側(cè)遇到障礙，右側(cè)傳感器由1變0，右輪正轉(zhuǎn)，左輪反轉(zhuǎn)，車子向左轉(zhuǎn)。當(dāng)三個方向都有障礙，傳感器同時從1變成0，兩輪停止轉(zhuǎn)動，小車停止。二.拼裝

7、小車圖 Error! Main Document Only.小車正面圖2.1搭建車體我們選擇搭建一個四輪車（后輪驅(qū)動），因?yàn)檫@種模型是我們在生活中最常見，也常使用的。我們選用了132x180的帶小孔的板子作為小車的底盤，然后用金屬條搭建小車框架，為了滿足設(shè)計要求，我們在板子上安裝了4個金屬條，目的是固定電池，又在電池外圍安裝4個金屬條和一個96x132板子作為小車頂棚，在車的前部搭建一個可以安裝的傳感器的橫杠，后來經(jīng)過多次試驗(yàn)，為了避免前方傳感器在轉(zhuǎn)彎時碰撞，所以改成如圖一所示的樣子，在完成的基本搭建后，然后我們開始確定光電傳感器位置，考慮到種種原因，我們選擇在車的兩側(cè)安裝2個傳感器，在車的前

8、部安裝1個傳感器，如上方圖一所示；2.2安裝電機(jī)然后如圖二的樣子連接后驅(qū)動輪，現(xiàn)在板子上面用螺絲固定一個金屬條，這樣就可以用金屬條上的螺紋連接后驅(qū)動輪模板；最后如圖三連接前面的萬向輪。圖 二 小車后輪驅(qū)動安裝圖 圖 三小車前輪安裝圖2.3遇到的問題與解決方案問題：在連接后驅(qū)動輪的時候，我們遇到了連接電機(jī)正負(fù)極的導(dǎo)線斷開，導(dǎo)致電機(jī)不能正常運(yùn)轉(zhuǎn)。解決方案：首先我們要用電焊把電機(jī)正負(fù)極的觸點(diǎn)上的塑料熔開，然后用鑷子把覆蓋在觸點(diǎn)上的塑料弄干凈，接著將觸點(diǎn)與一個小金屬絲焊接上，最后將小金屬絲與導(dǎo)線焊接上，完成電機(jī)導(dǎo)線的修復(fù)工作。三.焊電路板3.1選擇電路板啟誠機(jī)器人電氣模塊主要有四種控制器，分別是MEG

9、A48、MEGA16、MEGA128、89S52，每種控制器控制主板相同，基本輸入輸出點(diǎn)數(shù)相同，但每種控制器的可擴(kuò)展性各不相同。我們在經(jīng)過討論后選擇了AT89S52單片機(jī)，因?yàn)锳T89S52單片機(jī)可以滿足本次實(shí)驗(yàn)設(shè)計所想要達(dá)到的功能和效果。該單片機(jī)更加高效和低能，并且適用于多種編程器，更利于我們后續(xù)的程序設(shè)計。3.2焊接電路元器件（1） 首先我們按要求完成了對AT89S52核心板和主板元器件的安裝；（2） 完成對電器元件的焊接，如下圖六注意：焊接時要從低到高的順序，先焊小元器件再焊大元器件，特別是先焊接USB接口和電阻這類器件。圖 六電路板圖 四.編程4.1編寫包含電機(jī)函數(shù)的頭文件/*程序名稱

10、：DCmotor.h 程序描述：包含電機(jī)函數(shù)的頭文件/*/#ifndef _DCmotor_h_#define _DCmotor_h_#include<AT89X52.h>#define uchar unsigned char#define uint unsigned int#define ulong unsigned long#define f 'f' #define forward 'f' #define b 'b'#define backward 'b'void DC_Motor_Config(uchar m ,

11、uchar z,uint n );/直流電機(jī)配置函數(shù)void DC_Motor_Stop(uchar k);/電機(jī)停止函數(shù)void delay_ms(unsigned int x);/延時函數(shù)#endif4.2編寫包含電機(jī)函數(shù)的C文件/*程序名稱：DCmotor.c 程序描述：包含電機(jī)函數(shù)的C文件/*/#include "DCmotor.h"extern uint tim0;/PWM0輸出波形的計數(shù)控制extern uint tim1;/PWM1輸出波形的計數(shù)控制extern uint tim2;/PWM2輸出波形的計數(shù)控制extern uint tim3;/PWM3輸出波

12、形的計數(shù)控制sbit DIR0 = P10;sbit DIR1 = P13;sbit DIR2 = P24;sbit DIR3 = P26;/*【函數(shù)原形】； delay_ms(unsigned int x); 【函數(shù)描述】：延時函數(shù)（單位：100us）【修改時間】: dong.2014.04.16/*/void delay_ms(unsigned int x) unsigned int i,j; i=0; for(i = 0;i < x;i+) j=108; while(j-); /*=【函數(shù)原形】: void motor(unsigned char m ,unsigned char

13、z,unsigned char n ) 【參數(shù)說明】: m: 選擇電機(jī)用,可輸入1,2,3,4 1：左前電機(jī)，2：左后電機(jī)，3：右前電機(jī)，4：右后電機(jī) z: 選擇方向用,可輸入 f/forward(前進(jìn)) , b/backward(后退) n: 電機(jī)轉(zhuǎn)速, 范圍為1-100 【修改時間】: dong.2014.04.13 =*/void DC_Motor_Config(uchar m ,uchar z,uint n )/ unsigned int tmp = 0 ;switch (m) 判斷電機(jī)位置 case 1 :if(z = backward)|(z = b) DIR2 = 1 ;else

14、 if(z = forward)|(z = f) DIR2 = 0 ;tim2 = n ;break;case 2:if(z = backward)|(z = b) DIR1 = 1 ;else if(z = forward)|(z = f) DIR1 = 0 ;tim1 = n ;break;case 3: if(z = backward)|(z = b) DIR3 = 0 ;else if(z = forward)|(z = f) DIR3 = 1 ;tim3 = n ;break;case 4: if(z = backward)|(z = b) DIR0 = 0 ;else if(z =

15、 forward)|(z = f) DIR0 = 1 ;tim0 = n ;break;default: break; /*=【函數(shù)原形】: void DC_Motor_Stop(uchar k) 【參數(shù)說明】: k: 選擇電機(jī)用,可輸入1,2,3,4，1：左前電機(jī)，2：左后電機(jī)，3：右前電機(jī)，4：右后電機(jī) 【修改時間】: dong.2014.04.16 =*/void DC_Motor_Stop(uchar k)DC_Motor_Config(k ,b ,5 );delay_ms(12); 延時12毫秒DC_Motor_Config(k ,f ,1 );4.3編寫包含電機(jī)函數(shù)的主程序/*程序

16、名稱：避障 程序描述：測試小車避障1. 左右兩個傳感器的測量距離約為16cm，前面的傳感器約為27cm2. LED的P0端為1時不亮3. 傳感器遇到障礙物時輸出低電平4. 無將P0口設(shè)為0xff；【修改時間】: dong.2016.09.22/*/#include<AT89X52.h>#include"DCmotor.h"#include"BiZhang.h"sbit PWM0 = P12;sbit PWM1 = P14;sbit PWM2 = P25;sbit PWM3 = P27;sbit Beep = P11; /Beep=0,蜂鳴器響

17、inttimer = 0;/波形周期int count0 = 0;/PWM0輸出波形的計數(shù)控制int count1 = 0;/PWM1輸出波形的計數(shù)控制int count2 = 0;/PWM2輸出波形的計數(shù)控制int count3 = 0;/PWM3輸出波形的計數(shù)控制uint tim0;/PWM0輸出波形的計數(shù)控制uint tim1;/PWM1輸出波形的計數(shù)控制uint tim2;/PWM2輸出波形的計數(shù)控制uint tim3;/PWM3輸出波形的計數(shù)控制/*【函數(shù)原型】: Tim2_Init() 【函數(shù)描述】：初始化時鐘T2和中斷【修改時間】: dong. 2016.09.22/*/void

18、 Tim2_Init()T2MOD = 0x00;TH2 = (65535-500)/256;/定時500us為周期TL2 = (65535-500)%256;RCAP2H = (65535-500)/256;/定時500us為周期 RCAP2寄存器中存放要放入T2的初值RCAP2L = (65535-500)%256;ET2 = 1;/允許T2的中斷TR2 = 1;/啟動T2EA = 1;/開中斷/*【函數(shù)原型】:void main();【函數(shù)描述】：在蜂鳴器響一聲后進(jìn)行時鐘T2的初始化(Tim2_Init(), 設(shè)定左后和右后兩個電機(jī)的狀態(tài)，之后利用while循環(huán)檢測是否遇到障礙【修改時間

19、】: dong. 2016.09.22/*/void main()Beep = 0;delay_ms(100);Beep = 1;Tim2_Init();DC_Motor_Config(4 ,f ,50 );DC_Motor_Config(2 ,f ,50 );while(1)Bi_Sensor();/*【函數(shù)原型】: PWM_Cyle2() 【函數(shù)描述】：利用T2計時中斷產(chǎn)生PWM波，【修改時間】: dong. 2016.09.22/*/void PWM_Cyle2() interrupt 5timer +;/控制PWM波周期count0 +;/PWM0計數(shù)count1 +;/PWM1計數(shù)c

20、ount2 +;/PWM2計數(shù)count3 +;/PWM3計數(shù)if(count0 = tim0)PWM0 = 0;count0 = 0;if(count1 = tim1)PWM1 = 0;count1 = 0;if(count2 = tim2)PWM2 = 0;count2 = 0;if(count3 = tim3)PWM3 = 0;count3 = 0;if(timer = 100)PWM0 = 1;PWM1 = 1;PWM2 = 1;PWM3 = 1;timer = 0;count0 = 0;count1 = 0;count2 = 0;count3 = 0;4.4編寫避障判斷函數(shù)的頭文件/

21、*程序名稱：BiZhang.h 程序描述：包含三個光電傳感器完成循跡的判斷函數(shù)的頭文件/*/#ifndef _BiZhang_h_#define _BiZhang_h_#include<AT89X52.h>#include"Dcmotor.h"void Bi_Sensor();/聲明循跡傳感器判斷函數(shù)#endif4.5編寫傳感器判斷程序/*程序名稱：BiZhang.c 程序描述：包含三個光電傳感器判斷的函數(shù)主體/*/#include "Dcmotor.h"#include "BiZhang.h"sbit l_sensor

22、= P00;/左側(cè)傳感器sbit r_sensor = P01;/右側(cè)傳感器sbit f_sensor = P02;/前方傳感器sbit y_sensor = P03; /下方傳感器/*=【函數(shù)原形】: void Bi_Sensor() 【函數(shù)描述】: 三個光電傳感器判斷完成循跡功能 【修改時間】：dong.2014.04.16 =*/void Bi_Sensor()if(l_sensor = 0)|(f_sensor = 0)&&(l_sensor = 0)/如果左邊或是前面和左面同時有障礙有障礙，DC_Motor_Config(4 ,b ,20 );/右轉(zhuǎn)DC_Motor_

23、Config(2 ,f ,20 );if(r_sensor = 0)|(f_sensor = 0)&&(r_sensor = 0)/如果右邊或是前面和右面同時有障礙有障礙，DC_Motor_Config(2 ,b ,50 );/左轉(zhuǎn)DC_Motor_Config(4 ,f ,50 );if(f_sensor = 0)&&(l_sensor = 0)&&(r_sensor = 0)/如果前面左右均有障礙DC_Motor_Config(2 ,f ,1);DC_Motor_Stop(4);if(f_sensor = 0)&&(l_sen

24、sor != 0)&&(r_sensor != 0)/如果只是前面有障礙 DC_Motor_Config(4, b ,50 );/右轉(zhuǎn)DC_Motor_Config(2 ,f ,50 );delay_ms(10); if(y_sensor != 0) 如果下面沒有障礙（懸崖） DC_Motor_Config(2 ,b ,50 ); 右后方向后退 DC_Motor_Config(4 ,b ,10 );delay_ms(25);else DC_Motor_Config(4 ,f ,14 );/自行DC_Motor_Config(2 ,f ,20 );五.調(diào)試程序5.1步驟實(shí)驗(yàn)設(shè)備：

25、臺式計算機(jī)、可編程下載線纜、寶貝車機(jī)器人、障礙物實(shí)驗(yàn)步驟：第一步，準(zhǔn)備好啟誠機(jī)器人控制器主板和 MEGA128、AT89S52 主板，將 AT89S52 插入控制器主板，連接好下載電纜；第二步，打開 GCC 軟件，建立相應(yīng)工程文件和編寫實(shí)驗(yàn)程序；第三步，將必須的三個頭文件拷貝到工程文件和源程序文件夾內(nèi)；第四步，編譯實(shí)驗(yàn)程序；第五步，打開主板電源，使用 SLISP 下載程序后關(guān)閉電源，取下電纜，將寶貝車機(jī)器人放置在開闊場地上；第六步，按啟動鍵，在機(jī)器人前方放置障礙物觀察實(shí)驗(yàn)結(jié)果；第七步，關(guān)閉控制器電源，取下 MEGA128 控制器主板，按方向插入 AT89S52 控制器主板，連接好下載電纜；第八步，打開 Keil C 軟件，建立相應(yīng)工程文件和編寫實(shí)驗(yàn)程序； 第九步，將必須的兩個頭文件拷貝到工程文件和源程序文件夾內(nèi)；第十步，編譯實(shí)驗(yàn)程序；重復(fù)第五、六步，觀察實(shí)驗(yàn)結(jié)果；實(shí)驗(yàn)結(jié)果：機(jī)器人遠(yuǎn)距離傳感器看見障礙物后向左調(diào)整姿態(tài)繼續(xù)前進(jìn)，如果右側(cè)傳感器運(yùn)動過程中還能看到障礙物，應(yīng)進(jìn)行二次調(diào)整，不能撞在障礙物上。5.2遇到的問題與解決方案（1） 在錄入程序的時候，由于晶振和核心板出現(xiàn)虛焊導(dǎo)致程序不能錄入，我們當(dāng)時不知道為什么會出現(xiàn)這種情況，在嘗試多次無果的情況下，找到老師。在老師的幫助下，我們找到了問題