基于单片机的轮式机器人设计

摘要

随着计算机技术的不断发展,人工智能研究的不断深入,智能机器人的研究工作越来越受到人们的重视。基于传感器的移动机器人路径规划更是研究的热点,轮式机器人是移动机器人的一个分支,迷宫问题更是人们研究机器智能的重点,所以,通过研究轮式机器人穿越迷宫来研究机器人的设计和机器智能有着非常深远的意义。
　　 本文在对机器人的发展、设计与制作、迷宫算法进行深入研究的基础上,实现了基于单片机的轮式机器人的硬件设计和软件设计。
　　 设计中,采用了基于51内核、功能强大的ATMEL公司的AT89S52单片机为核心,通过四路反射式红外传感器感知迷宫环境信息,两路对射式红外传感器检测左右电机的转速,以桥式集成驱动芯片L293D驱动左右两个直流电机,并用PWM技术对电机的速度进行调节和控制,通过MAX7219驱动六位LED数码管显示器显示系统运行过程中的各种信息,使用红外遥控方式对轮式机器人实施无线控制,采用汇编语言编程实现了轮式机器人探索迷宫路径、快速返回及快速穿越迷宫的算法。
　　 详细描述了微控制器AT89S52的性能参数及系统资源,并详细地介绍了在本设计中有关资源的分配和使用情况。分析了反射式红外传感器测距的原理和电路设计及电机速度的检测与控制的原理和电路设计。给出了A/D转换器TLCl543和LED驱动器MAX7219的工作原理和编程方法。软件方面,详细描述了运动控制、距离检测、速度检测与控制、探索迷宫、快速返回、快速穿越、信息显示、遥控信号接收与处理等模块的设计方法,并给出了部分模块的流程图。
　　 另外,本文还对机器人路径规划算法进行了介绍,分析并总结了目前较流行的全局路径规划方法和局部路径规划方法。
　　 最后,对本系统所做的主要工作和取得的成果进行了总结,找出了存在的问题和不足,并给出了对本系统的改进建议。

目录

文摘

英文文摘

第一章 绪论

1.1 研究背景

1.2 研究意义

1.3 研究现状、分类及发展趋势

1.3.1 国内外研究现状

1.3.2 移动机器人的分类

1.3.3 发展趋势

1.4 论文的主要研究内容

第二章 轮式机器人路径规划

2.1 全局路径规划方法

2.1.1 栅格法

2.1.2 可视图法

2.1.3 拓朴法

2.1.4 自由空间法

2.2 局部路径规划方法

2.2.1 人工势场法

2.2.2 遗传算法

2.2.3 模糊逻辑算法

2.3 本章小结

第三章 轮式机器人硬件设计

3.1 系统总体结构

3.1.1 轮式机器人车体结构

3.1.2 轮式机器人硬件框图

3.2 微控制器AT89S52

3.2.1 微控制器AT89S52简介

3.2.2 AT89S52在系统设计中的资源分配及使用情况介绍

3.2.3 距离检测模块

3.3 速度检测模块

3.4 A/D转换模块

3.5 电机驱动模块

3.6 信息显示模块

3.7 本章小结

第四章 轮式机器人软件设计

4.1 迷宫搜索算法概述

4.1.1 深度优先搜索算法

4.1.2 广度优先搜索算法

4.1.3 改进的深度优先搜索算法

4.1.4 迷宫搜索算法的比较

4.2 改进的深度优先迷宫搜索算法的实现

4.2.1 迷宫的组成及节点类型

4.2.2 转弯规则

4.2.3 探索迷宫时机器人在节点处的行为及节点信息的动态变化

4.2.4 迷宫探索过程

4.2.5 快速穿越迷宫

4.3 软件模块划分

4.4 软件模块设计

4.4.1 初始化模块设计

4.4.2 运动控制模块设计

4.4.3 距离检测模块设计

4.4.4 速度检测与控制模块设计

4.4.5 迷宫模块设计

4.4.6 显示模块设计

4.4.7 遥控模块设计

4.5 本章小结

第五章 系统调试

5.1 调试方案

5.2 显示模块调试

5.3 外线传感器模块调试

5.4 码盘检测模块调试

5.5 红外遥控模块和运动控制模块的调试

5.6 避障转弯调试

5.7 迷宫探索模块调试

5.8 集成调试

5.9 本章小结

第六章 结论与展望

6.1 本论文研究总结

6.2 前景展望

致谢

参考文献

作者攻硕期间取得的研究成果