车轮的安装与选择

1、西 南 交 通 大 学本科毕业设计（论文）基于行为设计的自主式小型移动机器人系统研究年 级: 2003级学 号: 20030718姓 名: 谢群专 业: 机电一体化指导老师: 周伦 2007年 6月 院 系 机械工程学院 专 业 机械电子工程 年 级 2003级 姓 名 谢群 题 目 基于行为设计的自主式小型移动机器人系统研究 指导教师评 语 指导教师 (签章)评 阅 人评 语 评 阅 人 (签章)成 绩 答辩委员会主任 (签章) 年 月 日毕业设计（论文）任务书班 级 2003级机械一班 学生姓名 谢群 学 号 20030718 发题日期： 2007年 月 日 完成日期： 2007年 月 日

2、题 目 基于行为设计的自主式小型移动机器人系统研究 1、本论文的目的、意义 本篇论文主要介绍了我独立设计并制作的基于行为设计的机器鼠，这个机器鼠的设计制作的主要目的是对基于行为的机器人算法的验证和试验。基于行为的方法在中智能家庭等商业领域受到了许多研究人员的青睐，IRobot公司成功地研制出Roomba家庭式自动地板吸尘除菌机器人，将基于行为的思想引入机器人的作业规划中，提高了规划的效率和对环境的适应度，具有良好的应用前景。在机器鼠设计过程中，依照基于行为的设计方法，对机器鼠的环境、行为和执行任务进行分析和重构，以此对传感器的布局，机械结构和程序流程进行了理论分析设计。在周伦老师的支持和指导下

3、，完成了实物制作（包括电路板设计制作和机械加工）。在机器鼠控制系统的基础上，提出了一种吸尘机器人机械底盘设计方案，结合控制系统初步可以完成室内吸尘任务的要求：能够按照预先设定的算法，自动按照一定的路径行驶，行驶过程中可以自动的识别并绕开障碍物，达到对房间进行无人自动吸尘的目的。目前国内外对吸尘机器人的研究，仅处于刚起步阶段，国内还没有此类产品推出，如果能够继续改进，会具有很大的市场潜力，并且具有一定的学术价值。通过对AT89S52单片机系统的设计调试，对如何组建单片机系统有了深刻的了解；通过对步进电机驱动电路的设计调试，熟悉了PCB的设计流程，增强了数字电路方面的知识。最重要的是，通过这次设计

4、并制作出实物，自己的实际动手能力得到了很大的增强。 2、学生应完成的任务 机器鼠的总体设计、路径设计及机器鼠的总调试 机器鼠的机械部分设计并加工组装 步进电动机驱动电路板的设计、调试 51单片机控制系统的硬件接线及软件程序设计、调试 51单片机控制流程图 步进电机驱动芯片电路图 一种自动吸尘机器人的机械底盘设计建模，运动学计算 AT89S52单片机外围硬件接线图 外文资料翻译 设计、计算说明书 3、论文各部分内容及时间分配：（共 12 周）第一部分 实习 (1周) 第二部分 收集资料、进行市场调查、完成总体设计 (3周) 第三部分 进行详细方案设计、完成控制系统、电路板的调试及机械零件的加工(

5、4周)第四部分 完成机器人的总装及功能调试 (2周) 第五部分 外文翻译以及设计说明书 (2周)评阅及答辩 ( 周)备 注 指导教师： 年 月 日审 批 人： 年 月 日摘 要移动机器人是近年来发展起来的一门综合学科，集中了机械、电子、计算机、自动控制以及人工智能等多学科最新研究成果，代表了机电一体化的最高成就。移动机器人在工业生产中常用来完成运输和上下料等任务，同时也被广泛用于农业、医疗等不同行业。在移动机器人相关技术研究中，路径规划技术是一个重要研究领域17。本文首先初步讨论总结了目前主要的路径规划技术。从基于事例、基于环境模型和基于行为三个方面全面而系统地综述了移动机器人路径规划技术的研

6、究现状，对于目前普遍采用的路径规划方法及其实际应用情况进行了较为详细介绍和分析。基于行为的方法是由MIT的Brooks在他著名的包容式结构42中建立，它是一门从生物系统得到启发而产生的用来设计自主机器人的技术，也是本文所重点研究的目标。它采用类似动物进化的自底向上的原理体系，尝试从简单的智能体来建立一个复杂的系统。将其用于解决移动机器人路径规划问题是一种新的发展趋势，它把导航问题分解为许多相对独立的行为单元，比如跟踪、避碰、目标制导等。这些行为单元是一些由传感器和执行器组成的完整的运动控制单元，具有相应的导航功能，各行为单元所采用的行为方式各不相同，这些单元通过相互协调工作来完成导航任务。基于

7、行为的机器人学反对抽象的定义, 因此采用场景化、具体化的解释更适合该领域的哲学思想。基于行为的机器人学的重要研究内容是系统结构而不是算法, 基于行为设计的机器人在非结构化动态环境中的性能非常优越，用基于符号的机器人学设计的类似的机器人无法达到如下性能:a. 高速度,高灵活性。在动态复杂环境中的移动速度很快。b. 高鲁棒性。 可以承受局部损坏。 c. 高效性。 软件代码可以是传统的几百分之一,硬件可以是传统的几十分之一。 d. 经济性。价格是传统的十几分之一。 e. 可扩展性。很少改变原有系统便可增加性能。f. 可靠性。分布式自组织并行工作,可靠性强。为进一步研究基于行为的规划方法，而引入一个真

8、实环境及任务模型，即IEEE每年举办的微型机器鼠比赛，通过设计基于行为的机器鼠模型论证该算法的可行性。此项比赛要求机器人能够自主在未知环境中完成迷宫穿越的任务。针对机器鼠比赛项目的环境模型未知或不确定，以及该机器人本身的某些限制, 采用基于行为的研究方法, 实现了自行设计的自主式小型移动机器人在未知、动态环境中的自动避障。通过对机器鼠所运行的环境建模，根据基于行为的方法对机器鼠的执行任务、沿墙行走、判断障碍旋转进行分解构建，以及对机器鼠传感器布置及机械平台设计进行理论分析。本文所研究的自主式微小型移动机器人个体是自行搭建的机器鼠实物平台, 它由两步进电机驱动, 其外形如图1所示。在机器鼠正向和

9、侧向共有3个漫反射式红外线光电传感器, 距离为10cm 20cm ,两个碰撞开关，传感器位置布置如图2所示，当传感器前方有障碍物时, 传感器的输出为1, 否则为0。 图1 机器鼠外形照片采用了ATMEL公司的AT89S52单片机控制，小型四相步进电机及专用的PMM8713步进电机驱动方案，红外接近开关作为主要传感器，差动式底盘结构，初步实现针对微型机器鼠竞赛的自主移动小车的设计。图2 机器鼠传感器布置行为的设计与机器人的能力密切相关，机器人的硬件限制了机器人的某些行为的能力，根据机器鼠的比赛任务，对机器鼠的行为中作如图3分解。图3 机器鼠的基本行为组件机器鼠的设计是对基于行为的规划方法的一种验

10、证设计，这种算法正广泛应用于家庭服务类机器人，最典型的实例是自主吸尘机器人。在机器鼠传感和控制系统的基础上，本文进一步针对自主吸尘机器人提出一种机械底盘设计方案，使机器鼠的实用意义得以提升。关键词：移动机器人；路径规划；单片机控制步进电机驱动；红外接近开关传感器；自主吸尘机器人AbstractThe Mobile Robert is a recently developing synthetic discipline which represents mechanical-electrical integration and centralizes the latest research of

11、 mechanics, electronics, computer, auto-control artificial intelligence, etc. In production industries the robot is used to transport and load-unload meanwhile it also widely used in others, like agriculture, medicine, and so on. In the relevant researches, the technology of it is a very important f

12、ield. Firstly this paper make a summary of current technologies of path planning preliminarily, and then from case-based environment model-based and behavior-based aspects, make a summary of the recent situation mobile robots path planning researches comprehensively and systematically. Finally intro

13、duces and analyzes the commonly used methods and their applications.Because of the uncertain and dynamic the environment models and the limitation of the robotic mice, we choose the method of adopting behavior-based. The self-designed autonomous navigation of mobile robot avoiding obstacles automati

14、cally can be realized. Though modeling for the circulating-circumstance of robotic mice, its tasks performing, along wall walking and obstacle-rotating judging are analyzed and constructed according to the behavior-based method as well as the arrangement of robotic mices sensor and the design of mec

15、hanical platform.We have built the platform of practicality for the robotic mice. The AT89S52 single-chip controlling also miniature four phase stepper motor and circuit of step motor driving program are adopted, with infrared remote control switch controller as the major sensor and differential cha

16、ssis structure. Therefore, the design of autonomous navigation of mobile vehicle aimed at the miniature robotic mice contest will be achieved. Use limited funds to make a simple carriage, build an experimental electric circuit, draw and print the circuit board and accomplish the assembling and debug

17、ging work.The design of robotic mice is a validation for behavior-based method. The computational algorithm is widely used in household services robots and the typical form is autonomous cleaning robots. On the ground of robotic mice sensor and control system, the thesis further put forwards a mecha

18、nical chassis design, accomplish CAD modeling calculate and analyze in terms of autonomous cleaning robots. Key word: Mobile robot;Path planning;Singlechip-controlling drive circuit of step motor;Infrared remote control switch controller;Autonomous cleaning robots目 录第1章 绪论1第2章 移动机器人路径规划方法的分类及现状52.1

19、基于事例的学习规划方法52.2 基于环境模型的规划方法62.3 基于行为的结构7第3章 自主式小型移动机器人设计任务及方案分析103.1 微型鼠竞赛介绍103.2 设计任务分解113.3 机器鼠任务分析及基于行为设计123.3.1 巡视通道，沿墙行走行为133.3.2 判断通道，触发旋转行为193.3机械平台213.4.1 机器人移动机构方案选择213.4.2 车轮的安装与选择263.4.3 车轮的选择273.5 多传感器的配合使用283.5.1 传感器在机器人学科应用283.5.2 机器人红外传感器30机器鼠传感器设计方案34第4章 机器鼠四相步进电机及驱动电路设计384.1 步进电机控制概

20、况384.2 反应式步进电动机的结构及工作原理394.3 步进电机功率的确定434.4 驱动电源454.4.1 步进电动机的控制474.4.2 机器鼠所使用的步进电机驱动电路494.5 单片机控制534.6 单片机控制程序流程图64第5章 基于机器鼠控制系统的一种实用自主吸尘机器人机械部分设计695.1差动式车体运动学分析705.2 驱动轮机构组成745.3 随动轮机构组成79结 论81致 谢83参考文献85附录一： C语言单片机控制程序88附录二： PCB印刷图88附录三： 外文翻译88附录四： 实习报告88出为a,检测到有障碍a=1，无障碍保持a=0。如图3-12所示。图3-13 根据行为

21、对机器鼠的任务分解图3-13中所示的实现机器鼠行走行为的有限状态机大大简化前面所进行的常规系统分析。在图中，旋转启动和旋转方向被相互独立的利用两个FSM实现，每个FSM都只有两个状态：前端传感器检测障碍情况，和侧向传感器检测障碍情况。判断是否进入旋转状态，只需要前端传感器的变量d，旋转结束的标志d=0，这样可以避免使用弹道行为来设定旋转角度值，减少误差；旋转方向，利用侧向传感器检测信号，这里需要考虑在沿墙行走中，侧向传感器会出现检测无状态的情况，通过设定d可以避免沿墙行走时发生误判旋转，但是在拐角需要设定一定延时判断。3.3 机械平台3.4.1 机器人移动机构方案选择机器人移动机构按其结构可分

22、为轮式、履带式、步行方式或其他方式。轮式和履带式机器人适合于条件较好的路面，而步行机器人则适于条件较差的路面。轮式移动机构运动平稳，自动操纵简单，最适合平地行走，在无人工厂中，常用来搬运零部件或做其他工作，应用最广泛。图3-14 轮式移动机构布置7普通的轮式移动机构一般有三个轮、四个轮或六个轮，其转向装置的结构通常有两种方式: 1.铰轴转向式:转向轮装在转向铰轴上，转向电机通过减速器和机械连杆机构控制铰轴，从而控制转向轮的转向。2.差速转向式:在机器人的左、右轮上分别装上两个独立的驱动电机，通过控制左右轮的速度比实现车体的转向。在这种情况下，非驱动轮应为自由轮。据上所述，轮式移动机器人通常有以

23、下几种可选方案:1.三轮铰轴转向式:如图(a)所示，轮1为铰轴转向轮，它同时也可以作为驱动轮。如果1作为驱动轮，可将轮2或轮3之一作为驱动轮。2.三轮差动转向式:如图 (b)所示，轮1为随动轮，它可以自由转动，轮2和轮3都是驱动轮。3.四轮铰轴转向式:如图 (c)所示，轮1和轮2为转向轮，它们之间有同步轮转向连杆，轮3或轮4为驱动轮，转向通过转向电机来实现。4.四轮差动转向式:如图 (d)所示，轮1和轮2为自由轮，轮3和轮4分别由不同的电机来驱动，以实现差动转向。四轮的稳定性好，承载能力较大，但结构较复杂。三轮移动机构结构最简单，控制最方便。三点确定一个平面，三轮支撑理论上是稳定的。然而，这种

24、装置很容易在施加到轮1的左右两侧力F作用下翻倒，因此，对负载有一定限制。但对采用三轮移动机构的机器人来说，重心都比较低，载荷稳定且中心位置基本不发生变化，所以三轮移动机构能满足要求。铰轴转向式控制简单，但精度不是太高。差动转向式控制较复杂，但精度高。考虑到吸尘机器人在移动和避障时，其运动和转向的精度要求较高，所以本设计采用三轮差动转向式。采用标准差速驱动运动平台对于机器鼠已经满足其运动条件。由于机器鼠需要在靠近墙壁的附近区域工作，形状应设计为对称圆柱体，并且两个驱动轮的轴线应该同整个外壳的直径相重合。这种形状可以帮助机器鼠在窄小空间内转弯避让。差速驱动底盘通过控制两个驱动轮之间的运动差异来控制

25、机器人的整体运动。也就是说，无论另一个轮子的移动速度如何，每个轮子都可以按照自己特定的速度旋转。在构造过程中，为了维持平衡经常使用一个或者多个万向轮。图3-15 机器鼠所采用的底盘方案透过机器鼠的壳体向下俯视，可以看到如图所示的两个驱动轮和位于前端的球形万向脚轮。左右两个驱动轮L和R之间的相对速度决定了机器鼠的整体运动。当两个轮子同时向前旋转时，机器鼠就会前进；当两个轮子以相同速度向相反方向旋转时，机器鼠将会围绕位于两轮子中间的中心点进行原地旋转操作。尽管平移运动和旋转运动相互偶合在一起，然而可以通过两步操作将这两个运动分量进项有效的解耦。首先让机器人按照特定方向围绕某点进行原地旋转操作（两个

26、驱动轮的旋转速度大小相同，方向相反）；然后控制两个驱动轮朝向相同方向旋转，以执行纯粹的平移操作，直到达到期望位置为止。选择机器人上的任何一点作为局部坐标系统的原点。假设选择左轮同地面之间的接触点为坐标原点，如图3-16所示。此时机器人的平移速度v式左轮的驱动速度VL。底盘圆周半径为w，并且其旋转角速度为,位于该圆上的某点的线速度Vpoint=w。机器人的平移速度和旋转速度同轮子速度之间的关系可以表示为：V=VL=(VR-VL)/w也经常使用上述求解表达式的逆向计算过程：VL=VVR=w+V图3-16坐标系统F原点位于机器人的左轮在图3-17所示差速驱动机器人运动的某个特殊情况，当机器人围绕坐标

27、系统的原点进行旋转操作时，由左轮所确定出的曲率半径为向量rl。随着旋转过程的进行，的值将从0增达到2，此时左右两个轮子的运动轨迹形成了两个同心圆，其周长分别为2rl和2（rl+w）。左轮沿内圈行驶的时间和右轮沿外圈行驶的时间是相同的，由此我们可以计算出rl的值。由于时间等于距离与速度的商值。2rl=2（rl+w）/VR由上式可以求出VR为：rl=VLw/(VR-VL)图3-17 轮速同机器人运动之间的关系该式描述了左右两个轮子的速度同机器人曲率半径之间的关系，对此可以做出非常合理的解释。当两个驱动轮的旋转速度完全相同时，半径rl的值将趋于无穷大。当左轮速度为0时，rl等于0，机器人围绕左轮进行

28、原地旋转；当两个轮子的速度幅值相同而符号相反时，机器人将会围绕中心位置进行原地旋转。（a）（b）图3-18 机器鼠机械底盘3.4.2 车轮的安装与选择1） 平衡当使用一对车轮驱动的时候,要让左、右车轮处于同一平面内,如图3-17(a)所示的那样。换句话说,图3-19(b)所示的左、右车轮高低不同是不可取的。图3-19 平衡7检查的方法很简单，将机器人放置在一个光滑的平面上，仔细观察所有驱动轮是否同时接触到平面，以及机器人是否倾斜，或者在每个驱动轮的正上方给一个正压力，观察机器人是否会晃动。如果发现确实存在机器人不平衡的问题,就要调整到平衡状态。如果这个问题不解决,会导致机器人直线行进时偏离行进

29、方向,朝略微偏向未接触地面的那个驱动轮的方向行驶。电机和驱动轮是通过一个支架与机器人底盘连接的，这时需要在支架与底盘之间塞人厚度合适的垫片调整有问题的驱动轮。如果机器人只是单轮驱动，而通过另外两个辅助车轮来支撑和转向，那么对非驱动车轮也要进行同样的检查和调整，以免机器人出现错误转向的问题。2） 对称对于双轮驱动系统, 还要注意确保两驱动轮的轴线处于同一前后位置上, 如图3-20 (a)所示。操作起来很容易, 只要在向驱动轮安装架钻孔时事先做好标记就可以了。图3-20 对称7对于单轮驱动,则要求驱动轮安装在两辅助轮轴线的中垂线上,即如图3-20(b)所示。3） 同轴当驱动轮与电机直接连接时,还要

30、注意驱动轮彼此是同轴的,也就是说,驱动轮都对准正前方。如果出现不正确的安装姿态,如果不靠某种软件来校正,机器人肯定不会沿着既定的路线行驶。如果电机不直接与驱动轮相连, 事先应当计划好在何处安装电机。电机的输出轴将经由链传动、齿形带、带轮等将运动传递到车轮, 一定要计算好链条或皮带的长度以及张紧力,确保传动时不会打滑。尽管一些挠性联轴器,比如聚乙烯管材、联轴器成品等,容许在一定程度的错轴条件下传动,但是仍然需要将这种变形限制在允许的范围内。3.4.3 车轮的选择选择车轮需要考虑多种因素,如机器人的尺寸、重量、地形状况、电机功率等等,当然,也需要考虑到美观。1）车轮重量与类型的关系一般来说,机器人

31、越重,要求车轮和履带的结构越坚固。小于2磅的轻型机器人,可以使用软性泡沫塑料车轮。由于机器人的重量轻,软性材料的变形还不至于太严重,而且能在摩擦力很小时工作良好。超过2磅的机器人,需要选用质地更为坚硬的材料做车轮,不充气的中空橡胶轮胎能够在610磅下工作。超过10磅,就要考虑实心橡胶轮胎或者充气轮胎。而类似割草机的车轮,不管是实心的还是充气的,在机器人的重量接近40磅的场合都可以成为选择的方案。机器人超过40磅时,可以考虑试用诸如小型机车轮、手推车轮,或者其他相似的高效率的充气轮胎15。以上是一般性的建议,在某些特殊工作场合会有例外,比如通过增加静摩擦或滚动摩擦来换取更好的牵引效果,而又不太在

32、意磨损的应用场合。如果轻型机器人驱动电机的功率较小,便可以使用硬橡胶轮胎以减少滚动摩擦。还有另一种例外,就是有意让轮子和标准铅垂面之间形成一个角度,这个措施能削弱机器人由于电机未被妥善紧固而造成的偏离行进方向的倾向。为此轮胎的质地需要更为坚硬,因为此时只是借助轮胎的某个侧面来运动,而非整个底面。机器人运动时,需要考虑轮胎材料以及轮胎受到的压力和拉力。2） 地形条件与车轮材料首先观察一下在不同路面上移动时汽车和自行车的车轮。路面平整时常使用充气轮胎,这时轮胎不会发生严重变形。而驾车外出或在山路上骑车时应减少轮胎的充气量。一般来说,在光滑表面使用坚硬的或充气很足的轮胎,在崎岖路面使用扁平的软性轮胎

33、以便获得在不确定路面下良好的牵引效果。对机器人来说选用轮胎的方法与此类似,可以概括为高摩擦表面使用低摩擦性能的轮胎,低摩擦表面使用高摩擦性能的轮胎。在崎岖的路面,车轮需要更具有附着力的轮胎面,它更能适应地形增加摩擦力。路面光滑时,使用光滑的胎面以增加车轮与路面间的接触面积。但如果在光滑的路面上有碎屑和尘土,就需要在轮胎上做出一些特殊的纹路,以增加对运动表面的压力,降低尘土对车轮的影响。路面潮湿时也要求轮胎上有凹槽,这样既有利于排水又可以增加摩擦力,或者说对地面的附着力。有些材料在不同路面上使用时性能的差别很大,一定要仔细选择。往往需要进行试验,以找到能满足路面条件要求的最合适的材料。在同样的路

34、面使用不同的轮胎也会表现出不一样的性能。例如沙地,接触面狭窄时,牵引力很小;接触面积很大时它却能获得高的牵引力。因此在沙地上运动时,应该使用宽轮胎,因为窄轮胎会陷进去。但是宽轮胎摩擦系数更高,需要更多能量来驱动它。为了在这对矛盾中寻求最优解就需要进行试验,以获得轮胎宽度的合适范围。3.5 多传感器的配合使用3.5.1 传感器在机器人学科应用为了检测作业对象及环境或机器人与它们的关系，在机器人上安装了触觉传感器、视觉传感器、力觉传感器、接近觉传感器、超声波传感器和听觉传感器，大大改善了机器人工作状况，使其能够更充分地完成复杂的工作。由于外部传感器为集多种学科于一身的产品，有些方面还在探索之中，随

35、着外部传感器的进一步完善，机器人的功能越来越强大，将在许多领域为人类做出更大贡献。机器人传感器可分为内部传感器和外部传感器两大类。内部传感器是以机器人本身的坐标轴来确定其位置，安装在机器人自身中，用来感知机器人自己的状态，以调整和控制机器人的行动。内部传感器通常由位置、加速度、速度及压力传感器等组成。外部的传感器用于机器人对周围的环境、目标物的状态特征获取信息，使机器人和环境发生相互作用，从而使机器人对环境有自校正和自适应能力。外部传感器通常包括触觉、接近觉、视觉、听觉和味觉等传感器，机器人使用外部传感器分类如表3-1：表3-1 机器人传感器分类1传感器检测内容检测器件应用触觉接触把握力荷重分

36、布压力多元力力矩滑动限制开关应变计、半导体感、压元件弹簧变位测量器导电橡胶、感压高分子材料应变计、半导体感压元件压阻元件、马达电流计光学旋转检测器、光纤动作顺序控制把握力控制张力控制指压控制姿势形状判别装配力控制协调控制滑动判定 接近觉接近间隔倾斜光电开关、LED、 红外、激光光电晶体管、光电二极管电磁线圈、超声波传感器动作顺序控制障碍物躲避轨迹移动控制视觉平面位置距离形状缺陷ITV摄像机、位置传感器测距仪线图象传感器面图像传感器位置决定控制移动控制物体识别、判别检查、异常检测听觉声音超声波麦克风超声波传感器语言控制（人机接口）导航嗅觉气体成分气体传感器、射线传感器化学成分测探味觉味道离子敏感

37、器、PH计化学成分测探传感器汇集类型有多种，通常采用的以下两种例子。1）竞争性的：在传感器检测同一环境或同一物体的同一性质时，传感器提供的数据可能是一致的，也可能是矛盾的。若有矛盾，就需要系统裁决。裁决的方法有多种，如加权平均法、决策法等。在一个导航系统中，车辆位置的确定可以通过计算法定位系统（利用速度、方向等记录数据进行计算）或陆标（如交叉路口、人行道等参照物）观测确定。若陆标观测成功，则用陆标观测的结果，并对计算法的值进行修正，否则利用计算法所得的结果。2）互补性的：传感器提供不同形式的数据。例如，识别三维物体的任务就说明这种类型的融合。利用彩色摄像机和激光测距仪确定一段阶梯道路，彩色摄像

38、机提供图像（如颜色、特征），而激光测距仪提供距离信息，两者融合即可获得三维信息。3.5.2 机器人红外传感器图3-21 红外反射光电传感器原理红外反射式光电传感器特性与工作原理：反射式光电传感器的光源有多种,常用的有红外发光二极管,普通发光二极管,以及激光二极管,前两种光源容易受到外界光源的干扰,而激光二极管发出的光的频率较集中,传感器只接收很窄的频率范围信号,不容易被干扰但价格较贵。理论上光电传感器只要位于被测区域反射表面可受到光源照射同时又能被接收管接收到的范围就能进行检测,然而这是一种理想的结果。因为光的反射受到多种因素的影响,如反射表面的形状、颜色、光洁度,日光、日光灯照射等不确定因素

39、。如果直接用发射和接收管进行测量将因为干扰产生错误信号,采用对反射光强进行测量的方法可以提高系统的可靠性和准确性。红外反射光结 论路径规划技术是移动机器人研究中的一项重要领域，从火星探路者机器人到家庭使用的服务机器人，不同的环境中未知及动态因素要求算法具有较强的鲁棒性和适应性。本文开始部分对已有移动机器人路径规划技术作以总结和比较，对基于行为结构的规划方法进行重点介绍分析，得出该种路径规划可以使面向家庭及社会服务环境的机器人的每个行为的功能比较简单，因而通过简单的传感器及其快速信息处理过程获得比较好的运行效果。进一步可以降低服务机器人的成本，使机器人快速进入需求巨大的服务市场。为进一步研究基于

40、行为的规划方法，而引入一个真实环境及任务的模型，即微型机器鼠比赛，通过设计基于行为的机器鼠模型论证该算法的可行性。此项比赛要求机器人能够自主在未知环境中完成迷宫穿越的任务。通过对机器鼠运行环境进行简化、比赛任务分解、行为构建和方案选择设计，完成机器鼠的理论设计。论文详细介绍机器鼠实物平台的组成部件和搭建调试。根据理论分析的设计方案采用AT89S52单片机作为控制中心，差动式底盘设计，侧向和前向红外光电传感器布置方案实现微型鼠比赛任务功能。其中还包括PMM8713步进电机驱动芯片驱动步进电机方案设计，红外光电传感器电路设计等部分。最终方案通过实地试验通过，从而论证基于行为的路径规划方法的实用性。

41、由于基于行为的路径规划法是面向服务机器人，在论文的中基于机器鼠的控制方案，提出了一种自主吸尘机器人的底盘设计方案，使机器鼠的研究结论接近于实际的生产生活，有一定的实用价值。限于能力和客观条件，在研究工作中仍然存在很多不足，还有如下诸多问题需要解决：1.由于传感器和主控制系统的选择的层次比较低，不适合做基于视觉等更高层次的导航方法。2.在机器人室内定位和导航方面还需要进行更深入的研究进行优化和改进，机器鼠采用“左手算法”，因而不需要进行路径追踪，但移植于自主吸尘机器人平台上就需要，考虑定位和导航，无规律的行走访时会大大降低吸尘机器人的使用效率。3.整个系统推进机构设计还需要通过更深入的研究进行优

42、化和改进，比如采用非传统机构推进，使用新材料。4.要实现吸尘机器人长时间作业，需要对能源问题进行更深入的研究。 随着机构学、材料学、传感技术和控制技术的不断融合和发展，面向家庭及社会公共场所的服务机器人将会逐步走向实用化，服务于人类社会。致 谢三个月毕业设计时间很快就过去了，时至此时，毕业设计基本完成了，回首所奋斗过的日日夜夜，心中充满的是欣慰和感激。创新的重要性是人所共知的，对于我们大学生来说，正值人生创造性的高峰期，其实生活中创意经常在我们的脑海里一闪而过，只是我们很轻易的就把它给忘记了，主要是由于我们没有条件去进行创新。要把一个机器人加工出来，需要资金支持、实验条件支持以及老师的指导。周

43、伦老师为我提供了无私的帮助，自始至终为我提供技术上的指导。我的小实验室我一个人独立制作出这个机器人，从某种角度讲不是很实际，但却很有挑战性。从收集资料，市场调查，到总体设计，具体设计，加工零件，跑市场购买元件，到机器人的组装，调试，以及最后论文的撰写，通过这些过程，感觉收获很多。在对设计方法的了解上，使我懂得了设计并不是孤立进行的，在进行了整体设计后，具体的设计要结合实际，与制作同步进行，因为实际的情况远远比理论上复杂的多，很多问题是不实践难以发现的，设计是一个与实践反复交叉的过程。另一点就是，并不是所有的设计都要自己从头设计，要从市场的角度去考虑问题，如果一样部件通过市场很容易得到，并且价格

44、合适，可以考虑进行购买，然后按自己的需要改进。在思维方式上，以前自己所面临的问题都是有可参照物的，有经验可循的。而我们所设计制作的机器人，很多东西都是要自己从头考虑得，是没有可参照物的，并且调试的过程中随时会出现一些问题，而我们有必须将其解决，就增强了我们解决实际问题的能力。通过这次设计，自己的动手能力、与人交流的能力、以及学习新知识、应用旧知识的能力都得到了增强，另外，作为一名机械电子专业的学生，“电”的方面一直是自己的弱项，而这次设计要牵涉很多“电”方面的知识，经过这次设计，自己在“电”方面的能力大大增强了。所有的这一切，都是缘于周伦老师对我的帮助，在这里，再次向他表示感谢！通往科学的道路

45、是崎岖的，也是充满风险的，既然我们选择了它，就应当义无反顾地走下去。天道酬勤是永远不变的真理！由于本人知识水平、能力有限，设计中存在错误在所难免。其中还有些具体问题未能进行彻底的分析讨论，这是本设计还有待进一步完善和改进的地方，恳请各位专家学者以及老师同学不吝赐教！ 感谢老师，感谢团队，感谢母校。 设计者：谢群 2007年6月 参考文献1 高国富，谢少荣等，机器人传感器及其应用，北京：化学工业出版社，2005年。2 （美）David Cook著，毕树生，李大寨等译，机器人制作提高篇Intermediate Robot Building,北京：北京航空航天大学出版社，2005年。3 张厚生编著，

46、信息检索（第4版），南京：东南大学出版社，2002年。4 张福学，机器人学智能机器人传感技术，北京：电子工业出版社，1996年5（美）Joseph L Jones著，原魁 邹伟等译，机器人编程技术基于行为的机器人实战指南，北京：机械工业出版社，2006年。6 胡汉才编著，单片机原理及其接口技术，北京：清华大学出版社，1995年7 宗光华等编著，机器人的创意与实践，北京：北京航空航天大学出版社，2004年。8 （美）Fred G. Martin著，刘荣等译，机器人探索工程实践指南 Robotic Explorations A Hands-on Introduction to Engineering,北京：电子工业出版社，2004年。9 杨宁等编著，单片机与控制技术，北京：北京航空航天大学出版社，2005年。10 赵文博编著，单片机语言C51程序设计，北京：