基于51單片機類人機器人智能巡線的設(shè)計與實現(xiàn)

器人智能巡線的設(shè)計與實現(xiàn) 課 畢業(yè)設(shè)計指基于51單片機類人機器人智能巡線的設(shè)計與摘要：針對類人機器人如何在規(guī)定的賽道上實現(xiàn)智能巡線行走的問題，提出采用利用灰度傳感器識別賽道，并以51單片機為核心對機器人編程控制的方法，實現(xiàn)該類人機器人通過識別白色光敏帶賽道，遇到轉(zhuǎn)彎信號能及時反饋并準(zhǔn)確轉(zhuǎn)彎的功能。通過脫機運行、步態(tài)調(diào)試和現(xiàn)場模擬等實驗表明，基本實現(xiàn)類人機器人在規(guī)定賽道智能 巡線行走，但存在反應(yīng)調(diào)整時間長、速度較慢等問題還未有效解決。經(jīng)過適當(dāng)改造之后，該機器人既能克服傳統(tǒng)類人機器人結(jié)構(gòu)復(fù)雜行走不穩(wěn)的缺點，又可以在一定程度上模仿人類行走動作，實現(xiàn)在復(fù)雜外部環(huán)境地形內(nèi)探測行走的問題。DesignandImplementationofIntelligentRobotTrackingControlthenofwhitelightsensitivetrackinecrealizationofthehumanoidrobotintheprovisionsofthetrackintelligentpatrollineioninumanoid 第一章引言 1選題背景及意義機器人技術(shù)是一項有遠(yuǎn)大前景的技術(shù)，不僅在科學(xué)、軍事、工業(yè)、生活領(lǐng)域變得越來重要，而且智能教育機器人的研究也越來越普及。在全國機器人比賽中，主要包括器人比賽、足球機器人比賽和籃球機器人比賽，這些比賽進一步說明國家對機器人發(fā)展技術(shù)的重視。循跡機器人是機器人研究中最重要最基本的一個研究。本實驗就是從機器人循跡這一最基本的方面進行研究，不僅讓機器人實現(xiàn)循跡功能，同時讓其適應(yīng)環(huán)境的多變性。1.2國內(nèi)外研究現(xiàn)狀我國從20世紀(jì)80年代中期才開始研究類人機器人，但國內(nèi)類人機器人的研究在863計劃和自然科學(xué)基金的支持下也持續(xù)開展了多年。我國一些高等院校和研究機構(gòu)也在近幾年投入了相當(dāng)多的人力物力進行類人機器人的研制工作，如清華大學(xué)于美國的Hemami等人曾提出將雙足步行系統(tǒng)的穩(wěn)定性和控制的簡化模型看作是一個倒立振子，從而可以將雙足步行的前進運動解步行機器人的“降階模型”問題進行了研究。類人機器人的研究雖然取得了很多的研究成果，但目前類人機器人的雙足行走速應(yīng)能力仍不是十分理想。真正意義上的類人機器人不僅要做到形狀交互，甚至表達(dá)感情和某些生態(tài)上的能力。1.3本文主要研究內(nèi)容及章節(jié)安排 本文主要研究類人機器人的智能巡線，通過對智能機器人如何在比較復(fù)雜的道路上實現(xiàn)自主行走，設(shè)計出了一種利用灰度傳感器引導(dǎo)，以51單片機為核心的智能機器人系統(tǒng)。該系統(tǒng)的機器人利用51單片機和傳感器，價格低廉。主要包括系統(tǒng)設(shè)計、51單片機電路設(shè)計[1]、灰度傳感器使用、機器人穩(wěn)態(tài)及步態(tài)等的設(shè)計。第二章類人機器人的設(shè)計及控制2.1類人機器人的智能巡線系統(tǒng)設(shè)計機器人的機械結(jié)構(gòu)設(shè)計非常重要。由于本設(shè)計采用的是交叉足方式，所以采用了以下的結(jié)構(gòu)設(shè)計。本設(shè)計使用的交叉足是由兩個交叉的C型框組成，穩(wěn)定相比窄足來說要高出一個等級，每個寬度約為10厘米?？紤]到使用金屬制作的C型框表面非，對機器人的運動產(chǎn)生阻礙。最后，本方案選擇了生活中常用而且價格便宜的鼠標(biāo)墊作間的距離。不要小看兩腿之間的距離，這距離也會影響機器人整體運動的效果。由于C將兩腿之間的距離確中上面兩個舵機直立，下面兩個舵機平躺。在這種方式下，下面兩個舵機控制腳的上下 們將電池放置在支架之下，機器人的兩胳膊之間，利用粘布將其粘貼在支架之上，為了使粘貼更加牢固，我們又將其捆綁上膠帶加以固定舵機要求電壓為6V~7.4V，由于與電池標(biāo)稱電壓一致，在中介模塊上只需要設(shè)計一個轉(zhuǎn)接插針即可[3]。傳感器反饋模塊、單片機核心控制模塊需要5V的電壓供電，本設(shè)計從電池連接一個LM7805三端穩(wěn)壓器將電壓穩(wěn)定到5V左右，然后并聯(lián)一個電容，使電壓穩(wěn)壓，連接到多個排針，為以上兩個模塊供電。為了控制方便，本設(shè)計在電容和排針之間設(shè)置了一個開關(guān)。舵機運動模塊，是該機器人的功能實現(xiàn)模塊。通過PWM占空比實現(xiàn)舵機的轉(zhuǎn)動，進而實現(xiàn)機器人的前進和轉(zhuǎn)向，這是機器人運動傳感器反饋模塊，可以說是機器人的“眼睛”，灰度傳感器部分主要檢測邊界白線位置，為單片機核心控制模塊判斷是否調(diào)整機器人路線做出決定的依據(jù)。2.2系統(tǒng)的優(yōu)越性智能巡線機器人開始運動的時候，機器人將嚴(yán)格按照所指定的路線前進。由于舵達(dá)轉(zhuǎn)彎地點時，傳感器將自動將信號傳遞給單片機，單片機將做出修正機器人運動方的指令，最終實現(xiàn)機器人按照較為合理的路線實現(xiàn)直行和轉(zhuǎn)彎。的自由度數(shù)直接決定了雙足步態(tài)字交叉型；考慮到不同用途機器人對不同機器人結(jié)構(gòu)方案的開放性要求，運用模塊化機 器人的工作中將起到非常重要的作用。故我們設(shè)計采用基本的51單片機實現(xiàn)人機協(xié)調(diào)控制。我們的系統(tǒng)設(shè)計，結(jié)構(gòu)簡單，體積小，重量輕，穩(wěn)定性較強，成本低，方便拆卸、組裝、改進等。第三章硬件設(shè)計3.151單片機的電路設(shè)計利用89C51單片機的最小化應(yīng)用電路錯誤!未找到引用源。，對舵機的信號控制版和傳感器信號進行控制。鋰電池給舵機供電時，一定要降壓！舵機電壓范圍最好控制再5-7v之間！鋰電池接線示意圖是機器人設(shè)置好動作后，脫機運行時，一個電池同時給控制板和舵機供電的方法。在初期調(diào)試時，控制板芯片已經(jīng)通過usb進行供電，就不需要鋰電池再給控制板芯片供電了！3.2灰度傳感器的使用傳感器探測模塊采用灰度傳感器，可以利用不同顏色的檢測面對光的反射程度不同，光敏電阻對不同檢測面返回的光其阻值不同進行顏色探測，可分辨不同灰度顏色的線與地面。騎線控制法就是兩個灰度傳感器分別位于循跡線的兩側(cè)，當(dāng)左邊的灰度傳感器碰到循跡線，機器人左轉(zhuǎn)；當(dāng)右邊的灰度傳感器碰到循跡線，機器人右轉(zhuǎn)；否則機器人前進。壓線控制法就是兩個灰度傳感器分別位于循跡線的兩側(cè)，另一個灰度傳感器控制在循跡線上。C型足智能巡線走步機器人系統(tǒng),以解決現(xiàn)有技術(shù)中的類人機器人結(jié)構(gòu)復(fù)雜行走不穩(wěn)的缺點，實現(xiàn)在復(fù)雜外部環(huán)境地形內(nèi)可靠探測和穩(wěn)定行走。為了解決上述技術(shù)問題,采用了如下的技術(shù)方案：足模塊結(jié)構(gòu)為C型結(jié)構(gòu)，可以增大與地面的接觸面積，盡可能保證在行走過程中重心落在腳面的內(nèi)部，又能減少雙腳抬升高度便于交替著地，增加行走時的速度。特殊C型有效降低機器人系統(tǒng)重心，既能克服傳統(tǒng)類人機器人結(jié)構(gòu)復(fù)雜行走不穩(wěn)的缺點，又可以在一定程度上模仿人類行走動作，實現(xiàn)在復(fù)雜外部環(huán)境地形內(nèi)探測行走第四章總結(jié)目前,類人型機器人的研究是機器人研究中一個活躍而又重要的分支。其研究涉及仿生學(xué)錯誤!未找到引用源。、機械工程學(xué)、人體動力學(xué)和控制科學(xué)等多門學(xué)科。在實際應(yīng)用中,類人型機器人可用于放射性、危險和其它對人體有害環(huán)境中取代人類勞動。類人機器人是一個多自由度機構(gòu)，尤其是腿部的自由度數(shù)直接決定了雙足步態(tài)的靈活性。但為了結(jié)構(gòu)上擬人以及控制的簡便，應(yīng)將多個自由度的旋轉(zhuǎn)軸線設(shè)計為十字交叉型；考慮到不同用途機器人對不同機器人結(jié)構(gòu)方案的開放性要求，運用模塊化設(shè)計思想，對機器人結(jié)構(gòu)進行模塊化設(shè)計。類人型機器人最大的特點便是步行,而步行的穩(wěn)定性則是至關(guān)重要的。在步行過程中,擺動腿落地時對地面產(chǎn)生沖擊,造成關(guān)節(jié)的劇烈振動,影響了機器人行走的穩(wěn)定性。要提高機器人的步行速度,就必須設(shè)法減少沖擊振動。 基于此，本系統(tǒng)提出一種C型足智能巡線走步類人機器人，采用改變腳面形狀的方式實現(xiàn)在復(fù)雜外部環(huán)境地形內(nèi)可靠探測和穩(wěn)定行走。1、足模塊結(jié)構(gòu)為C型結(jié)構(gòu)，可以增大與地面的接觸面積，盡可能保證在行走過程中重心落在腳面的內(nèi)部，又能減少雙腳抬升高度便于交替著地，增加行走時的速度。2、傳感器探測模塊采用灰度傳感器，可以利用不同顏色的檢測面對光的反射程度不同，光敏電阻對不同檢測面返回的光其阻值不同進行顏色探測，可分辨不同灰度顏色與地面。所述的一種CPU模塊，采用單片機及其最小系統(tǒng)控制電路。3、兩只二自由度手臂功能拓展模塊，可根據(jù)實際應(yīng)用添加不同功能的實用手臂，或4、二自由度腿部行走模塊，可以有效降低重心更好的保持系統(tǒng)的穩(wěn)定性，便于調(diào)整步態(tài)。類人機器人CPU控制模塊封裝在一起并與身體主干支架上端相連接，二自由度手臂拓展模塊連接在身體主干支架兩側(cè)，二自由度腿部行走模塊連接在身體主干支架下方，足模塊與二自由度腿部行走模塊相連接，在足模塊同一面上安裝有灰度傳感器發(fā)生反射，光敏電阻檢測反射光線并將其轉(zhuǎn)換為單片機可識別的高低電平輸入單片機，單片機根據(jù)檢測信號控制機器人行走步態(tài)，實現(xiàn)巡線行走。隨著社會的進步和科技的發(fā)展，人類對于科技產(chǎn)品的依賴性日益殷切。在科技尖會不可或缺的生活伙伴。因為類人型機器人擁有與人類相仿的外表讓人更易親近，同 時類人型的移動對于地形起伏或狹窄空間的通過都有較好的適應(yīng)能力，因此類人型機器人相較之下又更勝于一般輪型或多足機器人0。設(shè)計體積小和重量輕機器人關(guān)，必須使設(shè)計的機器人關(guān)節(jié)像人一樣體積小、重量輕，這樣真正能實現(xiàn)機器人類人的外形。目前研制的類人機器人還不能擺脫人的控制而獨立工作，因此，良好的人機協(xié)調(diào)系統(tǒng)在機器人的工作中將起到非常重要的作用。故我們設(shè)計采用基本的51單片機實現(xiàn)人機協(xié)調(diào)控制。我們的系統(tǒng)設(shè)計，結(jié)構(gòu)簡單，體積小，重量輕，穩(wěn)定性較強，成本低，方便拆卸、組裝、改進等。但是由于步態(tài)和機器人結(jié)構(gòu)影響，目前還存在行動緩決這些問題。參考文獻[1]俞萍,劉苗生.單片機的C語言分析[J].中國科技信息,2013,(18):86+97.[2]王琰,郭燕.基于C51單片機的智能循跡小車設(shè)計與實現(xiàn)[J].機電一體[3]耶曉東.簡易機器人尋跡的設(shè)計[J].微計算機信息,2008,(32):240-242.[4]DuskoKatic,MiomirVukobratovic.SurveyofIntelligentControlTechniquesfor[5]謝濤,徐建峰,張永學(xué),強文義.仿人機器人的研究歷史、現(xiàn)狀及展望[J].機器 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