机器人自动寻迹小车开题报告.doc

南 京 理 工 大 学毕业设计(论文)开题报告学 生 姓 名：陆建学 号： 0701500122专 业：机械工程及其自动化设计(论文)题目：机器人自动寻迹控制系统的设计指 导 教 师:张雯 2011年 3 月 9 日开题报告填写要求1开题报告（含“文献综述”）作为毕业设计（论文）答辩委员会对学生答辩资格审查的依据材料之一。此报告应在指导教师指导下，由学生在毕业设计（论文）工作前期内完成，经指导教师签署意见及所在专业审查后生效；2开题报告内容必须用黑墨水笔工整书写或按教务处统一设计的电子文档标准格式（可从教务处网页上下载）打印，禁止打印在其它纸上后剪贴，完成后应及时交给指导教师签署意见；3“文献综述”应按论文的格式成文，并直接书写（或打印）在本开题报告第一栏目内，学生写文献综述的参考文献应不少于15篇（不包括辞典、手册）；4有关年月日等日期的填写，应当按照国标GB/T 74082005数据元和交换格式、信息交换、日期和时间表示法规定的要求，一律用阿拉伯数字书写。如“2007年3月15日”或“2007-03-15”。 毕 业 设 计（论 文）开 题 报 告1结合毕业设计（论文）课题情况，根据所查阅的文献资料，每人撰写2000字左右的文献综述：文 献 综 述摘要 主要论述了自动寻迹控制系统机器人的分类与特点，介绍了自动寻迹控制系统机器人的组成及各部分的作用，以及该行业国内外发展的趋势。此外,还阐述了本课题的研究意义,研究手段以及进度计划等。关键词 寻迹检测 驱动系统 控制系统1 绪论1.1 自动寻迹控制系统伴随着科学技术日新月异的发展，人们对生活质量提高的要求也越来越大。机械电子设备的智能化发展需求越来越高。对自动寻迹控制系统的研究已经成为众多学者新的课题。自动寻迹控制系统是寻迹智能化的一种体现，国内外对其开展了多方面的研究工作1。该控制系统通过使用相应的检测元件及控制电路使元件具有自动寻迹功能，并按照规定的路径行进。其研究意义非常重要。1.2 国内外机器人自动寻迹控制系统的发展 人类社会的发展和进步体现在人脑的智能上，当然机电一体化的发展和进步也体现在其产品的智能上2。机器人自动寻迹控制系统技术是一种复合技术，是机械技术与微电子技术，信息技术互相渗透的产物，是机电工业发展的必然趋势。随着机器人技术的迅速发展和自动化程度的进一步提高，机器人研究已经成为高技术领域内具有代表性的战略目标，而轮式移动机器人由于容易控制移动速度和方向成为机器人研究领域内的一项重要内容3。早60年代，就已经开始了关于移动机器人的研究。关于移动机器人的研究涉及许多方面，首先，要考虑移动方式，可以是轮式的、履带式、腿式的，对于水下机器人，则是推进器。对移动机器人的研究，引起越来越多的专家学者和工程技术人员的兴趣，更由于它在军事侦察、扫雷排险、防核化污染等危险与恶劣环境以及民用中的物料搬运上具有广阔的应用前景，使得对它的研究在世界各国受到普遍关注4。从80年代开始，美国国防高级研究计划局(DARPA)专门立项，制定了地面天人作战平台的战略计划。从此，在全世界掀开了全面研究室外移动机器人的序幕，如DARPA的战略计算机计划中的自主地面车辆(ALV)计划(1983-1990)，能源部制订的为期1O年的机器人和智能系统计划(RIPS)(1986-95)，以及后来的空间机器人计划；日本通产省组织的极限环境下作业的机器人计划；欧洲尤里卡中的机器人计划等。我国也在这项领域取得了突破性进展，香港城市大学智能设计，自动化及制造研究中心研究出了自动导航车和服务机器人。中科院沈阳自动化研究所的AGV和防爆机器人，哈尔滨大学成功研制出的导游机器人等。1.3 课题研究背景随着社会的发展，自主移动服务机器人技术迅速成为服务机器人领域中的一个研究热点，具有广泛的应用和广阔的发展前景5。随着各国对自动寻迹机器人的不断深入研究，自动寻迹控制系统机器人的性价比不断提高，未来几年内将遍及人们生活的各个角落。自动寻迹机器人是继工业机器人之后的又一新的应用领域，在二十一世纪将会得到广泛应用，有着广泛的市场前景6。2 自动寻迹控制系统组成显示单片机处理数据采集电动机控制运动，位置改变 图1自动寻迹控制系统图 自动寻迹控制系统主要由电源管理模块，寻迹检测模块，电机驱动模块，主控制模块等模块组成。机器人的工作过程处于一个简单的闭环控制中，寻迹检测模块的传感器将采集到的数据经过单片机分析后，把得到的结果送到显示区显示，另外使用采集到的结果去控制电动机的运行7，本文所示的简易机器人寻迹框图如图1所示。2.1 系统电源供电管理模块由于系统CPU,小车电机，传感器以及其他部分均采用+5V电压供电，而且考虑小车功率以及摩擦等问题,电源采用小车自带干电池组。干电池属于化学电源中的原电池，是一种一次性电池8。2.2寻迹检测电路寻迹检测模块是自动寻迹控制系统的关键模块之一，检测系统主要实现光电检测，即利用各种传感器对电动车的蔽障，位置，行车状态进行测量9。 传感器是将感受到的外界信息，按照一定规律转换成所需的有用信息的装置。常用的传感器包括电阻应变式传感器，电容式传感器，电感式传感器，温度传感器，光电传感器，红外传感器等等。传感器是信息采集系统的关键元件，是实现现代测量和自动控制（包括遥感，遥测，运控）的主要环节，是现代信息产业的源头，又是信息社会赖以存在和发展的技术基础10。2.3 驱动电路 机器人学是一门综合了力学，机械学，电子学，生物学，控制论，计算机技术，传感技术，人工智能，系统工程等多种学科领域的知识的综合性学科11。而驱动电路的设 技是十分重要的。从单片机输出的信号功率很弱，即使在没有其他外在负载时也无法带动电机正常运转，引入电机驱动电路就可以提高电机输入功率，使电机正常运转12。常用的电机有直流电机，可逆电机，步进电机直线电机等等。所设计的驱动电路应具备如下功能:（1）电机能正反转；（2）设备调速功能；（3）速度反馈控制；（4）定位的准确性13 15。3 控制系统机器人的控制系统由主控制电路模块，存储器模块，光电检测模块，电机及舵驱动模块等组成。主控制器都选用单片机，单片机体积小，价格低，可靠性高，其非凡的嵌入式应用形态对于满足嵌入式应用需求具有独特的优势16 。选用单片机之前需要了解各种单片机的机构和各种功能，要考虑电源供给，存储容量大小，执行一条指令所需要的时间以及初始化设计等。另外还需要对单片机进行可靠性分析，还要掌握一定的编程语言。4 结束语 本文提出了机器人自动寻迹控制系统的设计的总体方案，以电源管理模块，寻迹检测模块，电机驱动模块，主控制模块为核心的自动寻迹控制机器人已经引起越来越多的专家学者和工程技术人员的兴趣。它是一个集环境感知，动态决策与规划，行为控制与执行等多种功能于一体的综合系统。具有广阔的应用前景。 设计研究了机器人迹控制系统的原理与结构，通过本设计我将更深刻的了解机电一体化产品，为我以后在这项领域的发展打下坚实的基础。参 考 文 献1 王伟，陈慧.基于光电导航无人驾驶电动汽车自动寻迹控制系统研究J.汽车工程，2008, 30（2）: 137-138.2 耶晓东.简易机器人寻迹的设计J.微计算机信息，2008, 24（11-2）:240-2413 罗丹.干电池的轮回J.新知客，2009,（3）: 74-75.4 王文华.基于80C51单片机的智能小车设计J.山西电子技术，2010,（4）:8-10.5 何勇，王生泽.光电传感器及其应用M.北京市：化学工业出版社，2004.2-6.6 钟约先，林亨.机械系统计算机控制M.北京市：机械工业出版社，2001.408-409.7 宁慧慧，余红英.基于单片机控制的简易自动寻迹小车设计J.电子测试，2009，（9）: 36-52.8 郑笑红，唐道武.工业机器人技术及应用M.北京市：煤炭工业出版社，2004.69-83.9 （美）萨福得，李德明.高级机器人手册M.上海市：上海翻译出版公司，1987.36-47.10 熊有伦等.机器人学M.北京市：机械工业出版社，1993.1-9.11 杨居义.单片机原理与工程应用M.北京市：清华大学出版社，2009.2-6.12 杨明，路琴.机电一体化的研究现状与发展趋势J.农机化研究，2006，（8）: 38-40.13 石晓燕，祝龙记.基于多传感器的自动寻迹论事机器人设计J.科技信息，2009，（15）: 708-709.14 徐国华，谭民.移动机器人的发展现状及其趋势J.机器人技术与应用，2001，（3）: 6-10.15 余运昌，李绣峰，邓锦炽.自主移动服务机器人现状与关键技术研究综述J.机电产品开发与创新，2007,20（6）: 41-47.16 王炎，周大威.移动式服务机器人的发展状况及我们的研究J.电气传动，2000，（4）: 7-10. 毕 业 设 计（论 文）开 题 报 告本课题要研究或解决的问题和拟采用的研究手段（途径）： 本课题主要研究利用单片机开发出一个自动控制系统，该系统可使小机器人有自动寻迹功能，能够控制小机器人的行经路线，以及定位控制，选取合适的传感器并设计出控制算法和控制电路，设计控制程序流程图，并编写相应的控制程序。 本次设计的主要内容包括基于单片机的主控制系统的设计，电动机驱动电路设计以及寻迹检测电路设计。研究手段:（1） 独立思考，继承与创新，设计过程中，我讲参阅大量文献资料，借鉴前人的优秀成果，但不盲目全盘抄袭，根据具体的设计要求独立思考，大胆进行改进与创新，努力做出高质量的设计成果。（2） 全面了解自动寻迹的控制算法以及相关知识，搭建车身时应注意结构性和满足刚度要求，尽量采用成本低而又能保证使用效果的材料。（3） 先设计好电路图，充分了解市场上的单片机和传感器的属性和特点，以及接线情况，选择合适的电动机。最后焊接电路，搭建车身。（4） 定好计划，定好每个阶段的任务，按时按量完成。遇到疑问，先独立耐心思考。 （5）设计时，尽量使用标准规范，保持严谨踏实的工作作风。 毕 业 设 计（论 文）开 题 报 告指导教师意见：1对“文献综述”的评语： 文献综述首先介绍了自动寻迹控制系统机器人的分类与特点、自动寻迹