机械专业设计-小车避障毕业论文

机械专业设计设计说明书设计题目：小车避障设计者：指导教师：完成日期：目录绪论.2一问题的提出与分析.31.1问题的提出.31.2问题的分析.3二.拼装小车.32.1搭建车体.32.2安装电机.42.3遇到的问题与解决方案.4三.焊电路板.53.1选择电路板.53.2焊接电路元器件.5四.编程.64.1编写包含电机函数的头文件.64.2编写包含电机函数的C文件.64.3编写包含电机函数的主程序.104.4编写避障判断函数的头文件.134.5编写传感器判断程序.14五.调试程序.165.1步骤.165.2遇到的问题与解决方案.16天津理工大学13届本科专业设计说明书2六.实验结果.17七.总结（感想）.18八.致谢.18绪论机器人是先进制造技术和自动化装备的典型代表，是人造机器的“终极”形式。它涉及到机械、电子、自动控制、计算机、人工智能、传感器、通讯与网络等多个学科和领域，是多种高新技术发展成果的综合集成，因此它的发展与众多学科发展密切相关，代表了高科技发展的前沿。随着电子技术的不断发展人们发明了各式各样的具有感知，决策，行动和交互能力的机器人，自第一台工业机器人诞生以来，机器人的发展已经遍及机械、电子、冶金、交通、宇航、国防等多个领域。近年来机器人的智能水平不断提高，并且迅速地改变着人们的生活方式，随着它在人类生活领域中的应用不断扩大，将会给人们的生产生活带来了巨大的影响。在国外机器人的发展有如下趋势。一方面机器人在制造业应用的范围越来越广阔，其标准化、模块化、网络化和智能化的程度越来越高，功能也越来越强，并向着技术和装备成套化的方向发展；另一方面，机器人向着非制造业应用以及微小型方向发展，如表演型机器人，服务机型器人，机器人玩具等。国外研究机构正试图将机器人应用于人类活动的各个领域。在我国机器人主要应用于工业制造领域，我国工业机器人现在的总装机量约为120000台，其中国产机器人占有量约为1/3，即40000多台。与世界机器人总装机台数7500万台相比，中国总装机量仅占万分之十六1。对中国这样一个拥有13亿人口的大国来说，仅在机器人数量上就和发达国家有着很明显的差距。因此大力发展我国的机器人事业刻不容缓。智能小车可以理解为机器人的一种特例，它是一种能够通过编程手段完成特定任务的小型化机器人。与普遍意义上的机器人相比智能小车制作成本低廉，电路结构简单，程序调试方天津理工大学13届本科专业设计说明书3便，具有很强的趣味性，为此其深受广大机器人爱好者以及高校学生的喜爱。全国大学生电子设计竞赛每年都设有智能小车类的题目，由此可见国家对高校机器人研究工作的重视程度。其实智能车，就是一个机器人，其可以分为三大结构：传感器检测、机械执行、中央处理器。智能车通过感知导引线和障碍物，可以实现避障等功能，且可以通过一套完整的控制策略，改善小车的行驶状况，达到更加稳定的状态。要完成上述的功能设计，传感检测部分可以采用能够感知清晰的图像的摄像头，或者选用人们常用的光电对管传感器来感测路况。而智能小车的机械部分，可以采用四轮车（带有舵机）、或者三轮车（前轮为万向轮），电机则只需使用直流电机即可。对于主控芯片CPU，我们选择简单易用的51单片机或高级复杂额ARM等芯片，通过配合软件编程，可以很好的实现自动寻迹、避障的功能一问题的提出与分析1.1问题的提出机器人避障是机器人智能控制的一个基本功能。机器人避障可以有不同的方法，这里只介绍一种基本的思路和方法。当机器人前方安装有三个传感器而且探测距离不同时，在前进过程中，远距离传感器先探测到物体后，作出动作，改变运动方向，如果改变方向没有障碍物或运动轨迹可以避开障碍物，则改变一次方向即可完成任务，但当机器人调整角度较小，运动轨迹中，半个身体不能够避开障碍物时，机器人近距离探测传感器还可以控制机器人调整姿态，避开障碍物。1.2问题的分析避障小车是运用AT89S52为核心芯片、以3个光电传感器、以及2个电机为基本构架。通过传感器模块精确测距离远近，将模拟电流信号转化成数字信号，通过改变高低电平，向芯片传送高电平1，表示前方无障碍。遇到障碍时，正前方传感器由1变0，表示前方有障碍，通过芯片驱动电机，右轮正转，左轮反转，车子向右转。当左侧遇到障碍，左侧传感器由1变0，左轮正转，右轮反转，车子向右转。当右侧遇到障碍，右侧传感器由1变0，右轮正转，左轮反转，车子向左转。当三个方向都有障碍，传感器同时从1变成0，两轮停止转动，小车停止。二.拼装小车2.1搭建车体我们选择搭建一个四轮车（后轮驱动），因为这种模型是我们在生活中最常见，也常使用的。我们选用了132x180的带小孔的板子作为小车的底盘，然后用金属条搭建小车框架，为了满足设计要求，我们在板子上安装了4个金属条，目的是固定电池，又在电池外围安装4个金属条和一个96x132板子作为小车顶棚，在车的前部搭建一个可以安装的传感器的横杠，后来经过多次试验，为了避免前方传感器在图Error!MainDocumentOnly.小车正面图天津理工大学13届本科专业设计说明书2转弯时碰撞，所以改成如图一所示的样子，在完成的基本搭建后，然后我们开始确定光电传感器位置，考虑到种种原因，我们选择在车的两侧安装2个传感器，在车的前部安装1个传感器，如上方图一所示；2.2安装电机然后如图二的样子连接后驱动轮，现在板子上面用螺丝固定一个金属条，这样就可以用金属条上的螺纹连接后驱动轮模板；最后如图三连接前面的万向轮。图小车后轮驱动安装图图小车前轮安装图2.3遇到的问题与解决方案问题：在连接后驱动轮的时候，我们遇到了连接电机正负极的导线断开，导致电机不能正常运转。解决方案：天津理工大学13届本科专业设计说明书3首先我们要用电焊把电机正负极的触点上的塑料熔开，然后用镊子把覆盖在触点上的塑料弄干净，接着将触点与一个小金属丝焊接上，最后将小金属丝与导线焊接上，完成电机导线的修复工作。三.焊电路板3.1选择电路板启诚机器人电气模块主要有四种控制器，分别是MEGA48、MEGA16、MEGA128、89S52，每种控制器控制主板相同，基本输入输出点数相同，但每种控制器的可扩展性各不相同。我们在经过讨论后选择了AT89S52单片机，因为AT89S52单片机可以满足本次实验设计所想要达到的功能和效果。该单片机更加高效和低能，并且适用于多种编程器，更利于我们后续的程序设计。3.2焊接电路元器件（1）首先我们按要求完成了对AT89S52核心板和主板元器件的安装；（2）完成对电器元件的焊接，如下图六注意：焊接时要从低到高的顺序，先焊小元器件再焊大元器件，特别是先焊接USB接口和电阻这类器件。图六电路板图天津理工大学13届本科专业设计说明书4四.编程4.1编写包含电机函数的头文件/*程序名称：DCmotor.h程序描述：包含电机函数的头文件/*/#ifndef_DCmotor_h_#define_DCmotor_h_#include#defineucharunsignedchar#defineuintunsignedint#defineulongunsignedlong#defineff天津理工大学13届本科专业设计说明书5#defineforwardf#definebb#definebackwardbvoidDC_Motor_Config(ucharm,ucharz,uintn);/直流电机配置函数voidDC_Motor_Stop(uchark);/电机停止函数voiddelay_ms(unsignedintx);/延时函数#endif4.2编写包含电机函数的C文件/*程序名称：DCmotor.c程序描述：包含电机函数的C文件/*/#includeDCmotor.hexternuinttim0;/PWM0输出波形的计数控制externuinttim1;/PWM1输出波形的计数控制externuinttim2;/PWM2输出波形的计数控制externuinttim3;/PWM3输出波形的计数控制sbitDIR0=P10;sbitDIR1=P13;天津理工大学13届本科专业设计说明书6sbitDIR2=P24;sbitDIR3=P26;/*【函数原形】；delay_ms(unsignedintx);【函数描述】：延时函数（单位：100us）【修改时间】:dong.2014.04.16/*/voiddelay_ms(unsignedintx)unsignedinti,j;i=0;for(i=0;i#includeDCmotor.h#includeBiZhang.hsbitPWM0=P12;sbitPWM1=P14;sbitPWM2=P25;sbitPWM3=P27;sbitBeep=P11;/Beep=0,蜂鸣器响inttimer=0;/波形周期intcount0=0;/PWM0输出波形的计数控制intcount1=0;/PWM1输出波形的计数控制intcount2=0;/PWM2输出波形的计数控制intcount3=0;/PWM3输出波形的计数控制uinttim0;/PWM0输出波形的计数控制uinttim1;/PWM1输出波形的计数控制uinttim2;/PWM2输出波形的计数控制天津理工大学13届本科专业设计说明书12uinttim3;/PWM3输出波形的计数控制/*【函数原型】:Tim2_Init()【函数描述】：初始化时钟T2和中断【修改时间】:dong.2016.09.22/*/voidTim2_Init()T2MOD=0x00;TH2=(65535-500)/256;/定时500us为周期TL2=(65535-500)%256;RCAP2H=(65535-500)/256;/定时500us为周期RCAP2寄存器中存放要放入T2的初值RCAP2L=(65535-500)%256;ET2=1;/允许T2的中断TR2=1;/启动T2EA=1;/开中断天津理工大学13届本科专业设计说明书13/*【函数原型】:voidmain();【函数描述】：在蜂鸣器响一声后进行时钟T2的初始化(Tim2_Init(),设定左后和右后两个电机的状态，之后利用while循环检测是否遇到障碍【修改时间】:dong.2016.09.22/*/voidmain()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();天津理工大学13届本科专业设计说明书14/*【函数原型】:PWM_Cyle2()【函数描述】：利用T2计时中断产生PWM波，【修改时间】:dong.2016.09.22/*/voidPWM_Cyle2()interrupt5timer+;/控制PWM波周期count0+;/PWM0计数count1+;/PWM1计数count2+;/PWM2计数count3+;/PWM3计数if(count0=tim0)PWM0=0;count0=0;if(count1=tim1)天津理工大学13届本科专业设计说明书15PWM1=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;天津理工大学13届本科专业设计说明书16count1=0;count2=0;count3=0;4.4编写避障判断函数的头文件/*程序名称：BiZhang.h程序描述：包含三个光电传感器完成循迹的判断函数的头文件/*/#ifndef_BiZhang_h_#define_BiZhang_h_#include#includeDcmotor.hvoidBi_Sensor();/声明循迹传感器判断函数#endif天津理工大学13届本科专业设计说明书174.5编写传感器判断程序/*程序名称：BiZhang.c程序描述：包含三个光电传感器判断的函数主体/*/#includeDcmotor.h#includeBiZhang.hsbitl_sensor=P00;/左侧传感器sbitr_sensor=P01;/右侧传感器sbitf_sensor=P02;/前方传感器sbity_sensor=P03;/下方传感器/*=【函数原形】:voidBi_Sensor()【函数描述】:三个光电传感器判断完成循迹功能【修改时间】：dong.2014.04.16=*/天津理工大学13届本科专业设计说明书18voidBi_Sensor()if(l_sensor=0)|(f_sensor=0)&(l_sensor=0)/如果左边或是前面和左面同时有障碍有障碍，DC_Motor_Config(4,b,20);/右转DC_Motor_Config(2,f,20);if(r_sensor=0)|(f_sensor=0)&(r_sensor=0)/如果右边或是前面和右面同时有障碍有障碍，DC_Motor_Config(2,b,50);/左转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碍DC_Motor_Config(2,f,1);DC_Motor_Stop(4);if(f_sensor=0)&(l_sensor!=0)&(r_sensor!=0)/如果只是前面有障碍天津理工大学13届本科专业设计说明书19DC_Motor_Config(4,b,50);/右转DC_Motor_Config(2,f,50);delay_ms(10);if(y_sensor!=0)如果下面没有障碍（悬崖）DC_Motor_Config(2,b,50);右后方向后退DC_Motor_Config(4,b,10);delay_ms(25);elseDC_Motor_Config(4,f,14);/自行DC_Motor_Config(2,f,20);天津理工大学13届本科专业设计说明书20五.调试程序5.1步骤实验设备：台式计算机、可编程下载线缆、宝贝车机器人、障碍物实验步骤：第一步，准备好启诚机器人控制器主板和MEGA128、AT89S52主板，将AT89S52插入控制器主板，连接好下载电缆；第二步，打开GCC软件，建立相应工程文件和编写实验程序；第三步，将必须的三个头文件拷贝到工程文件和源程序文件夹内；第四步，编译实验程序；第五步，打开主板电源，使用SLISP下载程序后关闭电源，取下电缆，将宝贝车机器人放置在开阔场地上；第六步，按启动键，在机器人前方放置障碍物观察实验结果；第七步，关闭控制器电源，取下MEGA128控制器主板，按方向插入AT89S52控制器主板，连接好下载电缆；第八步，打开KeilC软件，建立相应工程文件和编写实验程序；第九步，将必须的两个头文件拷贝到工程文件和源程序文件夹内；第十步，编译实验程序；重复第五、六步，观察实验结果；实验结果：机器人远距离传感器看见障碍物后向左调整姿态继续前进，如果右侧传感器运动过程中还能看到障碍物，应进行二次调整，不能撞在障碍物上。天津理工大学13届本科专业设计说明书215.2遇到的问题与解决方案（1）在录入程序的时候，由于晶振和核心板出现虚焊导致程序不能录入，我们当时不知道为什么会出现这种情况，在尝试多次无果的情况下，找到老师。在老师的帮助下，我们找到了问题的所在，并解决了虚焊的问题。（2）在调试程序的时候，小车不能走直线，通过多次修改程序和多次试验，小车走了直线。（3）在三个光电传感器同时输出低电平的时候，小车并不能停止运行，表现为小车抽搐运动，在多次调试程序无果的情况下，找到了老师，并解决了这个问题。（4）在实验的时候，由于光电传感器受到干扰太大，导致总