反应式步进电动机的结构及工作原理_电子/电路_工程科技_专业资料。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: 学 号: 姓 名: 专 业: 指导老师: 2003 级 20030718 谢群 机电一体化

　　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: 学 号: 姓 名: 专 业: 指导老师: 2003 级 20030718 谢群 机电一体化 周伦 2007 年 6 月 西南交通大学本科毕业设计(论文) 第Ⅰ页 院 系 年 级 题 目 指导教师 评 语 机械工程学院 专 业 机械电子工程 2003 级 姓 名 谢群 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 阅 人 评 语 (签章) 评 阅 人 (签章) 成 绩 (签章) 答辩委员会主任 年 月 日 西南交通大学本科毕业设计(论文) 第Ⅲ页 毕业设计（论文）任务书 班 级 2003 级机械一班 2007 年 月 学生姓名 日 谢群 学 完成日期： 号 20030718 月 日 发题日期： 题 目 2007 年 基于行为设计的自主式小型移动机器人系统研究 本篇论文主要介绍了我独立设计并制作的基于行为设 1、本论文的目的、意义 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 成功地研制出 Roomba 家庭式自动地板吸尘机器人，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。步进电机 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，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。 重要的是，通过这次设计并制作出实物，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 西南交通大学本科毕业设计(论文) 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 部分 第二部分 第三部分 工 实习 收集资料、进行市场调查、完成总体设计 12 周） 第Ⅲ页 (1 周) (3 周) 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 (4 周) 完成机器人的总装及功能调试 外文翻译以及设计说明书 (2 周) (2 周) ( 周) 第四部分 第五部分 评阅及答辩 注 指导教师： 审 批 人： 年 年 月 月 日 日 西南交通大学本科毕业设计(论文) 第Ⅳ页 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研究成果，代表了机电一体化的成就。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. b. c. d. e. f. 高速度,高灵活性。在动态复杂环境中的移动速度很快。 高鲁棒性。 可以承受局部损坏。 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。 经济性。价格是传统的十几分之一。 可扩展性。很少改变原有系统便可增加性能。 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 西南交通大学本科毕业设计(论文) 第Ⅳ页 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 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。 西南交通大学本科毕业设计(论文) 第Ⅳ页 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证设计， 这种算法正广泛应用于 家庭服务类机器人，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 西南交通大学本科毕业设计(论文) 第Ⅴ页 Abstract The Mobile Robert is a recently developing synthetic discipline which represents mechanical-electrical integration and centralizes the latest research of 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 field. 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 robot’s path planning researches comprehensively and systematically. Finally introduces 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 automatically 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 mice’s sensor and the design of mechanical 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 chassis 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 debugging 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 mechanical 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 西南交通大学本科毕业设计(论文) Ⅴ页 第 目 章 第2章 录 绪论 ...................................错误！未定义书签。 移动机器人路径规划方法的分类及现状 .....错误！未定义书签。 2.1 基于事例的学习规划方法 .............................................................. 错误！未定义书签。 2.2 基于环境模型的规划方法 .............................................................. 错误！未定义书签。 2.3 基于行为的结构 .............................................................................. 错误！未定义书签。 第 3 章 自主式小型移动机器人设计任务及方案分析 ..错误！未定义书签。 3.1 微型鼠竞赛介绍 .............................................................................. 错误！未定义书签。 3.2 设计任务分解 .................................................................................. 错误！未定义书签。 3.3 机器鼠任务分析及基于行为设计 .................................................. 错误！未定义书签。 3.3.1 巡视通道，沿墙行走行为 .......................................................... 错误！未定义书签。 3.3.2 判断通道，触发旋转行为 .......................................................... 错误！未定义书签。 3.3 机械平台...................................................................................... 错误！未定义书签。 3.4.1 机器人移动机构方案选择 .......................................................... 错误！未定义书签。 3.4.2 车轮的安装与选择 ...................................................................... 错误！未定义书签。 3.4.3 车轮的选择 .................................................................................. 错误！未定义书签。 3.5 多传感器的配合使用 ...................................................................... 错误！未定义书签。 3.5.1 传感器在机器人学科应用 .......................................................... 错误！未定义书签。 3.5.2 机器人红外传感器 ...................................................................... 错误！未定义书签。 3.5.3 机器鼠传感器设计方案 ............................................................................................... 41 第 4 章 机器鼠四相步进电机及驱动电路设计 ........................ 44 4.1 步进电机控制概况 .......................................................................................................... 44 4.2 反应式步进电动机的结构及工作原理 .......................................................................... 45 4.3 步进电机功率的确定 ...................................................................... 错误！未定义书签。 4.4 驱动电源.......................................................................................... 错误！未定义书签。 4.4.1 步进电动机的控制 ...................................................................... 错误！未定义书签。 4.4.2 机器鼠所使用的步进电机驱动电路 .......................................... 错误！未定义书签。 4.5 单片机控制...................................................................................... 错误！未定义书签。 4.6 单片机控制程序流程图 .................................................................. 错误！未定义书签。 5.1 差动式车体运动学分析 ................................................................... 错误！未定义书签。 5.2 驱动轮机构组成 .............................................................................. 错误！未定义书签。步进电机 5.3 随动轮机构组成 .............................................................................. 错误！未定义书签。 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错误！未定义书签 结 论 .......................................................... 10 致 谢 .......................................................... 14 参考文献 ....................................................... 17 附录一： C 语言单片机控制程序................................... 24 附录二： PCB 印刷图............................................. 24 附录三： 外文翻译 .............................................. 24 附录四： 实习报告 .............................................. 24 西南交通大学本科毕业设计(论文) Ⅴ页 第 强法的测量原理是将发射信号经调制后送经红外发光管发射,光敏管接收调 制的红外信号[1],原理如图 3-20 所示。 图 3-22 红外发射接受原理 反射光强度的输出信号电压Vout 是反射面与传感器之间距离x 的函数,设 反射面物质为同种物质时,x 与Vout 的响应曲线 所示。 设 定输出电压达到某一阈值时作为目标,不同的目标距离阈值电压是不同的。 图3-23 光强度与电压相应曲线 红外传感器分类 红外传感器分类 1.漫反射式光电开关 漫反射光电开关是一 种集发射器和接收器于一 体的传感器，当有被检 测物体经过时，将光电开 关发射器发射的足够量的 光线反射到接收器，于是 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 局部较强漫反射时的光 机器人，不同的环境中未知及动 度分布 引起理想漫反射的光度 结 论 分布 西南交通大学本科毕业设计(论文) Ⅴ页 光电开关就产生了开关信 态因素要求算法具有较强的鲁棒 号。当被检测物体的表面 性和适应性。本文开始部分对已 光亮或其反光率极高时， 有移动机器人路径规划技术作以 漫反射式的光电开关是首 总结和比较，对基于行为结构的 选的检测模式。 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 第 西南交通大学本科毕业设计(论文) Ⅴ页 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。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。 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。 第 西南交通大学本科毕业设计(论文) Ⅴ页 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。 第 西南交通大学本科毕业设计(论文) Ⅴ页 第 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。 西南交通大学本科毕业设计(论文) Ⅴ页 第 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 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， 西南交通大学本科毕业设计(论文) Ⅴ页 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。 第 西南交通大学本科毕业设计(论文) Ⅴ页 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。 第 设计者：谢群 2007 年 6 月 参考文献 [1] 高国富，谢少荣等， 《机 西南交通大学本科毕业设计(论文) Ⅴ页 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， 《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 第 西南交通大学本科毕业设计(论文) Ⅴ页 Explorations Introduction A Hands-on to 第 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：人 民邮电出版社。2005 年。 [11] 何立民著， 《单片机高级 教程》 ，北京：北京航天航空 大学出版社，1999 年。 [12] 尹 勇 李宇编著， 《 Vision2 单片机应用程序 开发指南》 ，北京：科学出版 社，2005 年。 [13] 吴红星主编， 《电机驱动 与控制专用集成电路及应 用》 ， 北京： 中国电力出版社， 2006 年。 [14] 谭建成编， 《新编电机控 制专用集成电路与应用》 ，北 京：机械工业出版社， 2005 年。 [15] 胡宗武,徐履冰,石来德 主编 . 非标准机械设设计 手册 . 机械工业出版社 , 北 京, 2003 年 西南交通大学本科毕业设计(论文) Ⅴ页 [16] 张捍东等 . 移动机器人 路径规划 . 系统仿线] 孙立宁 , 黄博 . 地面移 动机器人系统的研究现状与 关 键 技 术 . 机 械 设 计.2006.Vol. 23 No. 7 第 [18] 吴建平, 殷战国. 红外 反射式传感器在自主式寻迹 小 车 导 航 中 的 应 用 .2004. Vol130 .No16 [19] 雷宾.机器人接近觉、 距 离觉传感器的研究现状与建 议.传感器技术.1993 [20] 邱铁, 叶希贵. 基于51 型单片机的自动巡线轮式机 器人控制系统设计. 国外电 子元器件.2006 年第3期 [21] 蔡自兴,周 翔,李枚毅. 基于功能／行为集成的自主 式移动机器人进化控制体系 结构.机器人.2000. [22] 程君实,李小海. 基于 行为的自主微小移动机器人 智能体系结构研究.交通 大学学报.2005 [23] 范红 ，蒋静坪.轮式移 动机器人个体在未知环境中 实时免碰路径规划. 机床与 西南交通大学本科毕业设计(论文) Ⅴ页 液压.2004.No.9 [24] 陆新华，张桂林. 室内 服务机器人导航方法研究.机 器人.2003. Vo l. 25,No. 1 [25] 武传宇，沈卫平. 未知 环境中移动机器人基于行为 的自主导航与环境构建. 机 电工程.2003.第20卷第5期 [26] 谢少荣，龚振邦. 一种 小型移动机器人的电机控制 系统设计.微特电机.2005 [27] 李国栋,刘春阳. 差动 驱动式移动机器人的运动规 划. 哈尔滨工业大学学 报.2003. Vol1.35 No19 [28] 朱世强,刘瑜,庞作伟, 金波. 自主吸尘机器人的研 究现状. 机器人.2004. Vol. 26 No. 6 [29] 谭定忠，王启明. 清洁 机器人研究发展现状.机械工 程师。2004.6 [30] 谭伟， 赵锡芳.机器人直 接驱动研究现状及发展。 机械 工程师.2000.4 [31] 周骥平,朱兴龙,颜景 平. 机器人机械结构参数的 相关性分析. 中国机械工 程.2003 第 西南交通大学本科毕业设计(论文) Ⅴ页 [32] 张硕生， 余达太.轮式移 动操作机器人的鲁棒跟踪控 制器设计.北京科技大学学 报。2003 [33] 朱向彬, 曹作良.移动 机器人动力学建模及运动控 制仿线] 恽为民. 基于行为的机 器人学. 华中科技大学学报 （自然科学版）.2004 [35] 陈宗海. 环境因素对多 自主移动机器人系统的影响 研究.中国科学技术大学学 报.2003 [36] 杨福广 , 周风余 , 侯 宏光. 全方位轮式移动机器 人控制器设计与实现. 系统 工程与电子技术. 2003.Vol125 ,No12 [37] 孙贤安,陈南,王金湘. 基于51单片机的小车避障电 路实现. 电气技术与自动 化.2001 [38] KEIL.《Keil 第 Software –Cx51 编译器用 户手册》 （英文）.2005. [39] ATMEL(爱特梅尔)公 司. AT89S52使用手册（英 西南交通大学本科毕业设计(论文) Ⅴ页 文） .2005 [40] Karl Williams. Build 第 Your Own Biologically Inspired Robot. McGraw-Hill.1999 [41] Andreas Birk. Behavior-based Robotics, its scope and its prospects.IEEE.1992 [42] Rondey A.brooks .A Robust System Layered For A Control Mobile Robot.IEEE.1989. [43] 部分网络资料来自 机器人发烧友天地 机器人爱好者 电子制作实验室网站 中国电子网 - 电子工程 师的网站 单片机学习网 嵌入式系统研究所 西南交通大学本科毕业设计(论文) Ⅴ页 电子爱好者网 第 附录一： C 语言单片 机控制程序 附录二： PCB 印刷图 附录三： 外文翻译 附录四： 实习报告 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 西南交通大学本科毕业设计(论文) Ⅴ页 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 第 西南交通大学本科毕业设计(论文) Ⅴ页 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。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。 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。 第 西南交通大学本科毕业设计(论文) Ⅴ页 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。 第 西南交通大学本科毕业设计(论文) Ⅴ页 第 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。 西南交通大学本科毕业设计(论文) Ⅴ页 第 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 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， 西南交通大学本科毕业设计(论文) Ⅴ页 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。 第 西南交通大学本科毕业设计(论文) Ⅴ页 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。 第 设计者：谢群 2007 年 6 月 参考文献 [1] 高国富，谢少荣等， 《机 西南交通大学本科毕业设计(论文) Ⅴ页 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，步进电机李大寨等译， 《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， 《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 第 西南交通大学本科毕业设计(论文) Ⅴ页 Explorations Introduction A Hands-on to 第 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：人 民邮电出版社。2005 年。 [11] 何立民著， 《单片机高级 教程》 ，北京：北京航天航空 大学出版社，1999 年。 [12] 尹 勇 李宇编著， 《 Vision2 单片机应用程序 开发指南》 ，北京：科学出版 社，2005 年。 [13] 吴红星主编， 《电机驱动 与控制专用集成电路及应 用》 ， 北京： 中国电力出版社， 2006 年。 [14] 谭建成编， 《新编电机控 制专用集成电路与应用》 ，北 京：机械工业出版社， 2005 年。 [15] 胡宗武,徐履冰,石来德 主编 . 非标准机械设设计 手册 . 机械工业出版社 , 北 京, 2003 年 西南交通大学本科毕业设计(论文) Ⅴ页 [16] 张捍东等 . 移动机器人 路径规划 . 系统仿线] 孙立宁 , 黄博 . 地面移 动机器人系统的研究现状与 关 键 技 术 . 机 械 设 计.2006.Vol. 23 No. 7 第 [18] 吴建平, 殷战国. 红外 反射式传感器在自主式寻迹 小 车 导 航 中 的 应 用 .2004. Vol130 .No16 [19] 雷宾.机器人接近觉、 距 离觉传感器的研究现状与建 议.传感器技术.1993 [20] 邱铁, 叶希贵. 基于51 型单片机的自动巡线轮式机 器人控制系统设计. 国外电 子元器件.2006 年第3期 [21] 蔡自兴,周 翔,李枚毅. 基于功能／行为集成的自主 式移动机器人进化控制体系 结构.机器人.2000. [22] 程君实,李小海. 基于 行为的自主微小移动机器人 智能体系结构研究.交通 大学学报.2005 [23] 范红 ，蒋静坪.轮式移 动机器人个体在未知环境中 实时免碰路径规划. 机床与 西南交通大学本科毕业设计(论文) Ⅴ页 液压.2004.No.9 [24] 陆新华，张桂林. 室内 服务机器人导航方法研究.机 器人.2003. Vo l. 25,No. 1 [25] 武传宇，沈卫平. 未知 环境中移动机器人基于行为 的自主导航与环境构建. 机 电工程.2003.第20卷第5期 [26] 谢少荣，龚振邦. 一种 小型移动机器人的电机控制 系统设计.微特电机.2005 [27] 李国栋,刘春阳. 差动 驱动式移动机器人的运动规 划. 哈尔滨工业大学学 报.2003. Vol1.35 No19 [28] 朱世强,刘瑜,庞作伟, 金波. 自主吸尘机器人的研 究现状. 机器人.2004. Vol. 26 No. 6 [29] 谭定忠，王启明. 清洁 机器人研究发展现状.机械工 程师。2004.6 [30] 谭伟， 赵锡芳.机器人直 接驱动研究现状及发展。 机械 工程师.2000.4 [31] 周骥平,朱兴龙,颜景 平. 机器人机械结构参数的 相关性分析. 中国机械工 程.2003 第 西南交通大学本科毕业设计(论文) Ⅴ页 [32] 张硕生， 余达太.轮式移 动操作机器人的鲁棒跟踪控 制器设计.北京科技大学学 报。2003 [33] 朱向彬, 曹作良.移动 机器人动力学建模及运动控 制仿线] 恽为民. 基于行为的机 器人学. 华中科技大学学报 （自然科学版）.2004 [35] 陈宗海. 环境因素对多 自主移动机器人系统的影响 研究.中国科学技术大学学 报.2003 [36] 杨福广 , 周风余 , 侯 宏光. 全方位轮式移动机器 人控制器设计与实现. 系统 工程与电子技术. 2003.Vol125 ,No12 [37] 孙贤安,陈南,王金湘. 基于51单片机的小车避障电 路实现. 电气技术与自动 化.2001 [38] KEIL.《Keil 第 Software –Cx51 编译器用 户手册》 （英文）.2005. [39] ATMEL(爱特梅尔)公 司. AT89S52使用手册（英 西南交通大学本科毕业设计(论文) Ⅴ页 文） .2005 [40] Karl Williams. Build 第 Your Own Biologically Inspired Robot. McGraw-Hill.1999 [41] Andreas Birk. Behavior-based Robotics, its scope and its prospects.IEEE.1992 [42] Rondey A.brooks .A Robust System Layered For A Control Mobile Robot.IEEE.1989. [43] 部分网络资料来自 机器人发烧友天地 机器人爱好者 电子制作实验室网站 中国电子网 - 电子工程 师的网站 单片机学习网 嵌入式系统研究所 西南交通大学本科毕业设计(论文) Ⅴ页 电子爱好者网 第 附录一： C 语言单片 机控制程序 附录二： PCB 印刷图 附录三： 外文翻译 附录四： 实习报告 西南交通大学本科毕业设计(论文) Ⅴ页 2.镜反射式光电开关 镜反射式光电开关亦 是集发射器与接收器于一 体，光电开关发射器发出 的光线经过反射镜，反射 回接收器，当被检测物体 经过且完全阻断光线时， 光电开关就产生了检测开 关信号。 3.对射式光电开关 对射式光电开关包含 在结构上相互分离且光轴 相对放置的发射器和接收 器，发射器发出的光线直 接进入接收器。当被检测 物体经过发射器和接收器 之间且阻断光线时，光电 开关就产生了开关信号。 当检测物体是不透明时， 对射式光电开关是可靠 的检测模式。 4.槽式光电开关 槽式光电开关通常是 标准的U字型结构， 其发射 器和接收器分别位于 U 型 槽的两边， 并形成一光轴， 当被检测物体经过 U 型槽 且阻断光轴时，光电开关 就产生了检测到的开关量 第 西南交通大学本科毕业设计(论文) Ⅴ页 信号。槽式光电开关比较 安全可靠的适合检测高速 变化，分辨透明与半透明 物体。 5.光纤式光电开关 光纤式光电开关采用 塑料或玻璃光纤传感器来 引导光线，以实现被检测 物体不在相近区域的检 测。通常光纤传感器分为 对射式和漫反射式。 实物产品：漫反射型光电开关（NPN 三极管驱动输出） 检测距离：100 毫米 被检测物小直径：5 毫米 指向角度：小于 5 度 工作电压：10～36V 直流 工作电流：小于 10 毫安 输出驱动电流：300 毫安 温度范围：－25～70 度 第 图 3-24 红外光电传感器实物 西南交通大学本科毕业设计(论文) Ⅴ页 第 图 3-25 红外光电传感器原理电路 这是一种应用为广泛的光电开关，它的直径为 18 毫米，固定时只要在设 外壳上打一个 18 毫米的圆孔就能轻松固定，长度约 75 毫米，背后有工作指示 灯，当检测到物体时红色 LED 点亮，平时处于熄灭状态，非常直观，引线 机器鼠传感器设计方案 经上述分析， 拟采用以红外漫反射光电传感器为主，辅以微动开关组成的碰 撞传感器和由软件控制的静止检测传感器的方案。 其中碰撞传感器是利用同机器人移动为相关的机器人与环境之间的交互 作用力。 当机器人同环境中的某个物体发生碰撞时，这种交互作用力就会变为非 零值。 这种碰撞力士在机器人驱动轮输出传动力矩的作用下产生的。这种传感器 由微动开关组成，当机器鼠与墙壁相碰撞，由于场地与轮子间摩擦力足够大，则 可以触动微动开关， 给控制单元信号。这样处理主要是针对当红外传感器漏报或 失效时，机器鼠与墙壁间发生碰撞，而不能正确判断，使电机保持堵转消耗更多 能量。 图 3-26 微动开关实物 静止传感器用来检测机器人是否仍在运动。这种传感器的实现方式有很多， 使用虚拟和物理方式都能实现静止传感器。 虚拟静止传感器的一种简单实现方式 西南交通大学本科毕业设计(论文) Ⅴ页 第 是设计某个行为， 该行为的主要任务实时检测某个或多个物理传感器的信息值是 否发生变化。如果机器鼠在运动，碰撞传感器、红外传感器都有可能改变它们的 输出信息值。而机器鼠一旦停止运行，所有传感器的输出值都将保持不变。当在 拐角等地方， 碰撞传感器未能接触时起检测作用。可以和碰撞传感器配合来避免 因为红外传感器的失效，造成的行为混乱。 图 3-27 机器鼠传感器布局设计 图 3-28 机器鼠传感器安装示意图 当各种行为由于系统某种资源缺乏而存在相互竞争的关系时， 就需要利用仲 裁机制来妥善处理这种关系。 资源缺乏是指机器人的资源供不应求。例如机器鼠 的驱动电机就是一个典型的缺乏性资源。在机器鼠运行过程中，执行沿墙行走行 为和执行转向行为，而执行机构只有步进电机。因此需要考虑仲裁机制。使用仲 裁器对相比较抽象的“资源”进行管理。各种行为都可能竞相使用机器人的某种 西南交通大学本科毕业设计(论文) Ⅴ页 功能[5]。 第 在通常情况下， 行为在执行过程中只需要传感器的信息。对于系统其他各个 环节的状态和情况无需得知。然而，有时当某些行为试图控制机器人的电机时， 需要知道自己的命令是否被通过。当转向行为被触发时，该行为试图控制机器人 旋转一定角度，以避开前方障碍。那么，在行为开始时，首先应该知道自己所发 布的命令是否已经起作用。 为满足行为的这种控制信息需要，常将仲裁器设计为 带有一定的输出，用以表示仲裁过程的获胜。在机器鼠中，行为可以采用同处理 其他感知输入信息完全相同的方式使用这些来自仲裁器的输出信息。 为了维持一个易于修改、 扩展和调试的系统，所有行为都不允许修改其他行 为的内部状态。 这点很重要。 尽管某个行为所创建和拥有的局部信息可以作为变 量参与另一个行为的计算过程， 这样的做法是错误的，采用这样方法完全违背了 基于行为的经典思想，更类似于自组织结构程序。 图 3-29 机器鼠的基本行为组件 西南交通大学本科毕业设计(论文) Ⅴ页 第 第 4 章 机器鼠四相步进电机及驱动电路设计 4.1 步进电机控制概况 图 4-1 单路步进电机控制的试验电路 图 4-2 单片机控制电路板实物 步进电机是将电脉冲信号转变为角位移或线位移的开环控制元件。 在非超载 的情况下，电机的转速、停止的位置只取决于脉冲信号的频率和脉冲数，而不受 负载变化的影响，即给电机加一个脉冲信号，电机则转过一个步距角。这一线性 关系的存在， 加上步进电机只有周期性的误差而无累积误差等特点。 使得在速度、 位置等控制领域用步进电机来控制变的非常的简单。 西南交通大学本科毕业设计(论文) Ⅴ页 第 图 4-3 步进电机分解图 步进电机有如下特点[13]： 1）可以用数字信号直接进行开环控制,整个系统简单廉价。 2）位移与输入脉冲信号数相对应,步距误差不长期积累,可以组成结构较为 简单又具有一定精度的开环控制系统 , 也可在要求更高精度的组成闭环控制系 统。 3）无刷,电动机本体部件少,可靠性高。 4）易于起动,停止,正反转及速度响应性好。 5）停止时可有自锁能力。 6）步距角可在大范围内选择,在小步距情况下,通常可以在超低转速下高转 矩稳定运行,通常可以不经减速器直接驱动负载。 7） 速度可在相当宽范围内平滑调节,同时用一台控制器控制几台步进电动机 可使它们完全同步运行。 8）步进电动机带惯性负载能力较差。 9） 由于存在失步和共振,步进电机的加减速方法根据利用状态的不同而复杂 化。 10）需要专用的伺服控制器控制,不能直接使用普通的交直流电源驱动。 4.2 反应式步进电动机的结构及工作原理 反应式步进电动机的结构形式很多， 按定转子铁芯的段数分为单段式和多段 式两种。 西南交通大学本科毕业设计(论文) Ⅴ页 ? 单段式步进电机 第 单段式步进电机是定转子为一段铁芯。 由于各相绕组沿圆周方向均匀排列所 以又称为径向分相式。它是步进电动机中使用多的一种结构形式。如图4-4为 三相反应式步进电动机的径向截面图。定转子铁芯由硅钢片叠压而成，定子磁极 为凸极式，磁极的极面上开有小齿。定子上有三套控制绕组，每一套有两个串联 的集中控制绕组分别绕在径向相对的两个磁极上。每套绕组叫一相，三相绕组接 成星形，所以定子磁极数通常为相数的两倍，即2p=2m（ p为极对数m 为相数） 转子上没有绕组， 沿圆周也有均匀的小齿，其齿距和定子磁极上小齿的齿距必须 相等,而且转子的齿数有一定的限制。这种结构形式的优点是制造简便，精度易 于保证，步距角可以做得较小。容易得到较高的启动和运行频率。其缺点是在电 机的直径较小而相数又较多时，沿径向分相较为困难，消耗功率大，断电时无定 位转矩[43]。 图4-4 三相反应式步进电动机的结构 ? 多段式步进电机 多段式步进电机是定转子铁芯沿电机轴向按相数分成m 段。 由于各相绕组沿 着轴向分布，所以又称为轴向分相式。按其磁路的结构特点有两种，一种是主磁 路仍为径向，另一种是主磁路包含有轴向部分。 ? 机器鼠所使用步进电机 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 西南交通大学本科毕业设计(论文) Ⅴ页 第 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。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。 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 西南交通大学本科毕业设计(论文) Ⅴ页 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。 第 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 西南交通大学本科毕业设计(论文) Ⅴ页 第 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 西南交通大学本科毕业设计(论文) Ⅴ页 第 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 西南交通大学本科毕业设计(论文) Ⅴ页 第 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， 《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：人民邮电出版社。 2005 年。 [11] 何立民著， 《单片机高级教程》 ，北京：北京航天航空大学出版社，1999 年。 [12] 尹勇 李宇编著， 《Vision2 单片机应用程序开发指南》 ，北京：科学出 版社，2005 年。 [13] 吴红星主编， 《电机驱动与控制专用集成电路及应用》 ，北京：中国电 力出版社，2006 年。 西南交通大学本科毕业设计(论文) Ⅴ页 第 [14] 谭建成编， 《新编电机控制专用集成电路与应用》 ，北京：机械工业出 版社，2005 年。 [15] 胡宗武,徐履冰,石来德主编. 非标准机械设设计手册. 机械工业出 版社,北京, 2003 年 [16] 张捍东等.移动机器人路径规划.系统仿线] 孙立宁 , 黄博 . 地面移动机器人系统的研究现状与关键技术 . 机械设 计.2006.Vol. 23 No. 7 [18] 吴建平 , 殷战国 . 红外反射式传感器在自主式寻迹小车导航中的应 用.2004. Vol130 .No16 [19] 雷宾 . 机器人接近觉、距离觉传感器的研究现状与建议 . 传感器技 术.1993 [20] 邱铁, 叶希贵. 基于51 型单片机的自动巡线轮式机器人控制系统设 计. 国外电子元器件.2006 年第3期 [21] 蔡自兴,周 翔,李枚毅.基于功能／行为集成的自主式移动机器人进化 控制体系结构.机器人.2000. [22] 程君实,李小海. 基于行为的自主微小移动机器人智能体系结构研究. 交通大学学报.2005 [23] 范红 ，蒋静坪.轮式移动机器人个体在未知环境中实时免碰路径规划. 机床与液压.2004.No.9 [24] 陆新华，张桂林. 室内服务机器人导航方法研究.机器人.2003. Vo l. 25,No. 1 [25] 武传宇，沈卫平. 未知环境中移动机器人基于行为的自主导航与环境 构建. 机电工程.2003.第20卷第5期 [26] 谢少荣，龚振邦. 一种小型移动机器人的电机控制系统设计.微特电 机.2005 [27] 李国栋,刘春阳. 差动驱动式移动机器人的运动规划. 哈尔滨工业大 学学报.2003. Vol1.35 No19 [28] 朱世强,刘瑜,庞作伟,金波. 自主吸尘机器人的研究现状. 机器 人.2004. Vol. 26 No. 6 西南交通大学本科毕业设计(论文) Ⅴ页 [29] 谭定忠，王启明. 清洁机器人研究发展现状.机械工程师。2004.6 第 [30] 谭伟，赵锡芳.机器人直接驱动研究现状及发展。机械工程师.2000.4 [31] 周骥平,朱兴龙,颜景平. 机器人机械结构参数的相关性分析. 中国机 械工程.2003 [32] 张硕生，余达太.轮式移动操作机器人的鲁棒跟踪控制器设计.北京科 技大学学报。2003 [33] 朱向彬, 曹作良.移动机器人动力学建模及运动控制仿线] 恽为民. 基于行为的机器人学. 华中科技大学学报（自然科学 版）.2004 [35] 陈宗海. 环境因素对多自主移动机器人系统的影响研究.中国科学技 术大学学报.2003 [36] 杨福广 , 周风余 , 侯宏光. 全方位轮式移动机器人控制器设计与实 现. 系统工程与电子技术. 2003.Vol125 ,No12 [37] 孙贤安,陈南,王金湘. 基于51单片机的小车避障电路实现. 电气技术 与自动化.2001 [38] [39] [40] KEIL.《Keil Software –Cx51 编译器用户手册》 （英文）.2005. ATMEL(爱特梅尔). AT89S52使用手册（英文） .2005 Karl Williams. Build Your Own Biologically Inspired Robot. McGraw-Hill.1999 [41] Andreas Birk. Behavior-based Robotics, its scope and its prospects.IEEE.1992 [42]附录一： C 语言单片机控制程序 西南交通大学本科毕业设计(论文) Ⅴ页 第 附录二： PCB 印刷图 附录三： 外文翻译 附录四： 实习报告
以上信息由无锡惠斯通电机科技有限公司整理编辑，了解更多步进电机,两相步进电机,混合式步进电机信息请访问http://www.huistong.com