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1、【精品文档】如有侵权，请联系网站删除，仅供学习与交流机械工程设计智能车及多功能机器人系统的设计与制作.精品文档.燕山大学课 程 设 计 说 明 书 题目：智能车及多功能机器人系统的设计与制作 学院（系）：机械工程学院 年级专业： 10级机电3班 组 号： 01组 学生姓名：马玉栋 史成 张振 张磊磊 组内分工：张磊磊：机械臂制作、程序调试、轨迹规划 张振：机械臂制作、车体安装、说明书、电路图绘制 史成：机械臂制作 程序编写及调试 二维图绘制 马玉栋：机械臂制作 三维图绘制 PPT二维图绘制 指导教师：史艳国 李艳文 姚建涛 张庆玲 杨彦东陈子明 李富娟 史晓华 刘晓飞 丁乙日 期： 2013.
2、11 燕山大学课程设计（论文）任务书院（系）：机械工程学院 基层教学单位：机械电子工程系组号01学生姓名马玉栋 史成 张振 张磊磊设计题目智能车及多功能机器人系统的设计与制作设计要求在课程研究项目智能移动小车的基础上，自主设计一个机械臂和抓手，并装配或安装到原有的小车上，完成机器人的设计、制作，进行机器人运动控制规划，完成如下具体功能：（1） 按动开关，启动生产线； (2) 从地面的指定位置捡起直径为70-120mm的球；(3) 到涂胶工位完成涂胶；(4) 找到迷宫入口，进入迷宫实现穿越迷宫；(5)寻迹到采摘工位车体或机械臂旋转手爪张开实现对指定物体采摘控制机器人完成一系列复杂的动作，如智能循
3、迹和避障、手爪张合、车体回转、协同作业等任务。技术参数车体：（1）负载能力5 kg（2）重量5kg（3）外形尺寸参照抓持物体手爪：（1）负载能力（含执行器）0.5kg（2）重复定位精度0.5cm（3）外形尺寸能够完成采摘比赛并与车体大小协调（4）重量1.5kg以内（5） 手爪张合30-150度（6）机械臂最大展开半径0.4-0.5m功能参数：（1） 采摘果的高度：280-320mm （2）采摘果的大小：直径70-120mm （3）开关高度： 310mm(280-320mm) （4）开关大小：60x60mm （5）胶刷：球形，直径70-120mm工作量（1）资料分析:查阅相关文献资料，对资料进行
4、分析总结。（2）机器人总体设计: 确定机器人的具体任务要求，根据任务初步拟定机器人的技术参数、运动形式、驱动方案、传动方案、控制方案等。（3）机器人机械结构设计: 按任务及参数要求设计可行走智能车、机械臂、手部智能移动机器人，将机器人分解为车身结构、机械臂、手爪和传动结构等若干部分，分别对各个结构的关键部件进行详细设计并校核，绘制机器人总装图和关键零部件图。（4）运动控制方案设计:基于单片机完成机器人控制系统硬件和软件设计，结合工作空间内任意位姿控制的模型以及速度控制模型，控制机器人完成迷宫、寻迹、避障等功能。（5）根据比赛要求，编程实现规定的动作，最终完成比赛。（6）编制课程设计说明书。（7
5、）最终提交的文档：主要内容包括机械图纸一套，电气原理图一套，设计说明书一套。设计说明书必须包括方案论证、所用方案成本分析，必要的设计计算，市场前景分析与预测，设备的使用说明书，程序清单等。工作计划（1）资料查阅、设计准备，所需天数1天 （2）资料分析、总结，所需天数1天（3）总体方案设计，所需天数2天 （4）机械结构设计，所需天数2天（5）绘制总装图和关键零件图，所需天数3天（6）运动控制系统的设计，所需天数3天（7）绘制电路图所需天数2天 （8）设计制作所需天数3天（9）编制课程设计说明书所需天数2天 （10）答辩考核、演示所需天数1天参考资料通过校园网在我校订阅的电子资料库中可以搜索到大量
6、的有关机电一体化以及电机和电力拖动的参考资料。同学们也可到学校的图书馆查找纸质期刊资料。机械学院的计算机中心上班时间免费对本院学生开放。指导教师签字基层教学单位主任签字燕山大学课程设计评审意见表指导教师评语：成绩： 指导教师： 年 月 日答辩小组评语：成绩： 评阅人： 年 月 日课程设计总成绩：答辩小组成员签字：年 月 日摘要5前沿7第一章项目任务81.1项目概述81.2任务流程图8第二章设计方法和设计方案92.1机械手臂设计方案选择92.1.1机械手臂完成的动作及其参数92.1.2机械臂设计92.1.3机械爪的设计102.1.4机械臂动力学分析112.2 电机选择192.3 电机驱动方案选择
7、192.4 电源选择192.5 传感器的选择202.5.1 循迹传感器的选择202.5.2避障传感器的选择21第三章硬件设计223.1 智能车总装模块展示223.2 直流电机驱动电路设计223.3 电源供电电路设计253.4 循迹传感器外围电路设计253.5小车整体电路图26第四章软件设计274.1流程图274.2程序编写27第五章使用说明285.1操作说明285.2 调试状况28第六章成本分析29第七章市场前景调查分析297.1社会需求297.2目标客户群327.2.1消费群体327.2.2消费习惯和方式327.3 产品优势33第八章项目心得34第九章参考文献34摘要摘要：本说明书中主要介绍
8、了智能车及其采摘机械人的主要技术参数、工作特点、设计方法及其思路、所选方案原理、程序驱动过程等等，同时根据智能车和采摘机器人的机构，绘制了三维立体图，各个元件的二维图，硬件电路原理图等，通过用这些软件对智能车和采摘机器人结构的体现，更能充分的表达了智能车的结构和运动方式，更直观的体现了智能车的设计原理和方法。本次专业综合训练是燕山大学机械工程学院CDIO教学改革中实践环节的一项重要环节，旨在通过学生实践，提高学生们的动手能力。在制作过程中，使理论和实践结合起来，让学的知识得以应用。在智能车设计的初级阶段，是对小车进行组装，组装的前提是必须了解电路图，及其构造的可行方案；在中级阶段，是对小车进行
9、编程实现壁障和循迹；在最终阶段，不仅要把机械臂、机械手结构图实物化，并且实现小车及其采摘机器人循迹、壁障、爬坡、画“S”线、苹果采摘等功能，这就是此次项目的最终目标，通过所学的知识及其团队的合作，使智能车和采摘机器人达到此目的！前沿对智能车的遥控控制是对智能小车功能的进一步开发。智能小车本是一个集环境感知、规划决策、自动驾驶等多种功能于一体的综合体统，实现遥控操作以后，又可以灵便的实现人对小车的指挥，使其功能更加多样化，可执行的任务范围也更扩大化。 智能车辆的研究在当代十分活跃，应用领域日益见广。“智能”作为现代社会的新产物，是未来的发展方向。它可以按照预先设定的模块在一个特定的环境里自动的运
10、行，可运用于科学勘探等用途，无需人为的管理，便可以完成预期所要达到的或更高的目标。智能机器人正在代替人们完成这些任务，凡不宜有人直接承担的任务，均可由智能机器人代替，可以适应不同环境，不受温度、湿度等条件的影响，完成危险地段，人类无法介入等特殊情况下的任务，智能小车就是其中的一个体现。实现对智能小车的遥控控制之后，在这些方面的应用将会变得更加了灵活。 如果将以上技术引用到现实生活中，可以使我们的生活变得更加智能，操作也会变得更加方便。例如:在工业生产中，它可以完成货物搬运，装卸；在军事上，它可以代替人完成排雷，侦查等任务；在航天领域中，可以完成外星球的矿藏勘探等科学任务。尤其是在地震，泥石流，
11、矿难等灾害面前，更急需高危险复杂环境下智能小车的应用。它可通过灵活智能的特性经过狭窄弯曲人无法到达的地方，探测生命迹象，运送药品食品等急救物资。 本次综合训练是我们扩展思路，进行锻炼的另一次机会。在其中我们得到的分析问题，解决问题，学科交叉的能力必将为以后拓展职业生涯奠定坚实基础。第一章 项目任务1.1 项目概述在课程研究项目智能移动小车的基础上，自主设计一个机械臂和抓手，并装配或安装到原有的小车上，完成机器人的设计、制作，进行机器人运动控制规划，完成如下具体功能：（1） 按动开关，启动生产线； (2) 从地面的指定位置捡起直径为70-120mm的球；(3) 到涂胶工位完成涂胶；(4) 找到迷
12、宫入口，进入迷宫实现穿越迷宫；(5)寻迹到采摘工位车体或机械臂旋转手爪张开实现对指定物体采摘控制机器人完成一系列复杂的动作，如智能循迹和避障、手爪张合、车体回转、协同作业等任务。1.2 任务流程图图1.1任务流程图第二章 设计方法和设计方案2.1机械手臂设计方案选择2.1.1机械手臂完成的动作及其参数完成动作：1 按动开关，启动生产线； 2 从地面的指定位置捡起直径为70-120mm的球；3 到涂胶工位完成涂胶4寻迹到采摘工位车体或机械臂旋转手爪张开实现对指定物体采摘参数：采摘果的高度：280320mm采摘果的大小：直径70120mm开关高度：310mm(280320mm)开关大小：60x60
13、mm胶刷：球形，直径70120mm2.1.2机械臂设计机械臂的机械结构很多，但是为了实现其抓苹果一般应采用有3个连杆组成的机械臂。关节可采用移动关节，也可以采用转动关节。方案一：机械臂方案主要由前、后两臂组成。有两个转动副，使两个轴延水平方向旋转，构成2R机械手。图2.1 转动副机械臂方案二：机械臂方案为第一个为转动副、第二个为移动副。图2.2 移动副、转动副机械臂方案选择：方案一占地空间小，可达工作空间大方案二占地空间较大，工作空间狭小，移动副制作麻烦，所以选择方案一。2.1.3机械爪的设计由于项目过程中机械爪涉及的功能不复杂，只需要实现简单的抓取动作即可，所以我们采用如图4的结构形式，如下
14、图图2.3 机械爪结构2.1.4机械臂动力学分析图2.4机械臂坐标系的建立表2.1机械臂参数连杆参数iai-1()i-1(mm)di（mm）关节变量初值()100019020240020302000302.1.4.1运动学正解：syms a1 a2 a3 b1 b2 b3 c1 c2 c3 d1 d2 d3a1=90*pi/180a2=0*pi/180a3=0*pi/180b1=0*pi/180b2=0*pi/180b3=0*pi/180c1=0c2=240c3=200d1=0d2=0d3=0t10=cos(a1) -sin(a1) 0 c1;sin(a1)*cos(b1) cos(a1)*c
15、os(b1) -sin(b1) -d1*sin(b1); sin(a1)*sin(b1) cos(a1)*sin(b1) cos(b1) d1*cos(b1);0 0 0 1;t21=cos(a2) -sin(a2) 0 c2;sin(a2)*cos(b2) cos(a2)*cos(b2) -sin(b2) -d2*sin(b2); sin(a2)*sin(b2) cos(a2)*sin(b2) cos(b2) d2*cos(b2);0 0 0 1;t32=cos(a3) -sin(a3) 0 c3;sin(a3)*cos(b3) cos(a3)*cos(b3) -sin(b3) -d3*si
16、n(b3); sin(a3)*sin(b3) cos(a1)*sin(b3) cos(b3) d3*cos(b3);0 0 0 1;t30=t10*t21*t32初始位置正解t30 = 0.0000 -1.0000 0 0.0000 1.0000 0.0000 0 440.0000 0 0 1.0000 0 0 0 0 1.0000运动学反解syms a1 a2 a3 b1 b2 b3 c1 c2 c3 d1 d2 d3 x y a3=0*pi/180b1=0*pi/180b2=0*pi/180b3=0*pi/180c1=0c2=240c3=200d1=0d2=0d3=0x=300y=300t
17、10=cos(a1) -sin(a1) 0 c1;sin(a1)*cos(b1) cos(a1)*cos(b1) -sin(b1) -d1*sin(b1); sin(a1)*sin(b1) cos(a1)*sin(b1) cos(b1) d1*cos(b1);0 0 0 1;t21=cos(a2) -sin(a2) 0 c2;sin(a2)*cos(b2) cos(a2)*cos(b2) -sin(b2) -d2*sin(b2); sin(a2)*sin(b2) cos(a2)*sin(b2) cos(b2) d2*cos(b2);0 0 0 1;t32=cos(a3) -sin(a3) 0
18、c3;sin(a3)*cos(b3) cos(a3)*cos(b3) -sin(b3) -d3*sin(b3); sin(a3)*sin(b3) cos(a1)*sin(b3) cos(b3) d3*cos(b3);0 0 0 1;t30=t10*t21*t32f1=x-t30(1,4);f2=y-t30(2,4);a1 a2 =solve(f1, f2,a1,a2 );q1=vpa(a1*180/pi,6)q2=vpa(a2*180/pi,6)反解结果q1 = 58.9972 31.0028q2 = -30.87 30.872.1.4.2开关轨迹规划假设开关一个位置坐标为（300,300），
19、对关节进行轨迹规划，以较优的路径完成果实的采摘。关节2轨迹规划：图2.5 关节2的轨迹规划关节3轨迹规划：图2.6关节3的轨迹规划2.1.4.3按开关的详细程序程序一：syms a2 a3 tf t;tf=5af=(58.9972)*pi/180;a0=0*pi/180; a1=0;a2=(3/tf2)*(af-a0)a3=-(2/tf3)*(af-a0)f(tf)=a0+a1*t+a2*t2+a3*t3;v(tf)=a1+2*a2*t+3*a3*t2 tf=5t=0:0.01:tf;f3= 0.0676*t.2 - 0.0090*t.3 + 90*pi/180;subplot(2,2,1)p
20、lot(t,f3)gridxlabel(t/s);ylabel(2);title(位移时间曲线)v3 =2*0.0676*t - 3*0.0090*t.2;subplot(2,2,2)plot(t,v3)grid onxlabel(t/s);ylabel(v2/m/s);title(速度时间曲线)a3 =2*0.0676 - 6*0.0090*t;subplot(2,2,3)plot(t,a3)grid onxlabel(t/s);ylabel(a2/m2/s);title(加速度时间曲线)syms a2 a3 tf t;tf=5af=(-30.87)*pi/180;a0=0*pi/180;
21、a1=0;a2=(3/tf2)*(af-a0)a3=-(2/tf3)*(af-a0)f(tf)=a0+a1*t+a2*t2+a3*t3 ;v(tf)=a1+2*a2*t+3*a3*t2 ;tf=5t=0:0.01:tf;f3= -0.0212*t.3 + 0.1587*t.2 -135*pi/180;subplot(2,2,1)plot(t,f3)gridxlabel(t/s);ylabel(3);title(位移时间曲线)v3=-3*0.0212*t.2 +2*0.1587*t;subplot(2,2,2)plot(t,v3)grid onxlabel(t/s);ylabel(v3/m/s)
22、;title(速度时间曲线)a3=-6*0.0212*t +2* 0.1587;subplot(2,2,3)plot(t,a3)grid onxlabel(t/s);ylabel(a3/m2/s);title(加速度时间曲线)涂胶轨迹和摘果轨迹： 在小车匀速运动过程中，连杆2只要满足上下对称摆动即可实现S型轨迹，设S轨迹最高点（500,400），最低点为（800,300），把上点依次带入各点由上程序同理可得关节2和关节3的完整S型位移、速度、加速度图。 走出迷宫，假设果实坐标为（500,280），按上程序可得到摘果的位移速度加速度图。2.2 电机选择方案一：采用步进电机，步进电机的一个显著特点
23、就是具有快速启动能力，如果负荷不超过步进电机所能提供的动态转矩值，就能立即使步进电机启动或反转。另一显著特点是转换精度高，正转反转控制灵活。方案二: 采用普通直流电机。直流电动机具有优良的调速特性，调速平滑、方便，调整范围广；过载能力强，能受频繁的冲击负载，可实现频繁的无级快速启动、制动和反转；能满足各种不同的特殊运行要求。基于上述分析，拟选择方案二2.3 电机驱动方案选择方案一：采用电阻网络或数字电位器调整电动机的分压，从而达到调速的目的。但是电阻网络只能实现有级调速，而数字电阻的元器件价格比较昂贵，且可能存在干扰。更主要的问题在于一般电动机的电阻比较小，但电流大，分压不仅会降低效率，而且实
24、现很困难。方案二：采用继电器对电动机的开与关进行控制，通过控制开关的切换速度实现对小车的速度进行调整。这个电路的优点是电路较为简单，缺点是继电器的响应时间长，已损坏，寿命较短， 可靠性不高。方案三：采用采用四个大功率晶体管组成H桥电路，四个大功率晶体管分为两组，交替导通和截止，用单片机控制使之工作在开关状态，进而控制电动机的运行。该控制电路由于四个大功率晶体管只工作在饱和与截止状态下，效率非常高，并且大功率晶体管开关的速度很快，稳定性极强，是一种广泛采用的电路。基于上述分析，拟选择方案三2.4 电源选择方案一：采用两个电源供电。将电动机驱动电源与单片机以及其周电路电源完全隔离，利用光电耦合器传
25、输信号。这样可以使电动机驱动所造成的干扰彻底消除，提高了系统的稳定性，但是多一组电池，增加了车身重量，增大了小车惯性。方案二：采用单一电源供电。电源直接给电动机供电。因电动机启动瞬间电流较大，会造成电源电压波动，因而控制与检测部分电路通过集成稳压块供电，其供电电路比较简单。权衡两方案优缺点最终决定采用方案二，电路图如下图2.7供电电源线路图2.5 传感器的选择2.5.1 循迹传感器的选择探测路面黑线的基本原理：光线照射到路面并反射，由于黑线与白纸对光的反射系数不同，可根据接收到的反射光强弱来判断黑线，可实现的方案有一下几种：方案一：采用普通发光二极管及光敏电阻组成的发射接收方案，该方案在实际使
26、用时，容易受到外界光源的干扰，有时甚至检测不到。主要是因为可见光的反射效果跟地表的平坦程度、地表材料的反射情况均对检测效果产生直接影响。虽然可采用超高亮度发光二极管降低一定的干扰，但这又增加额外的功率消耗。 电路图如下图2.8 普通发光二极管及光敏电阻组成的发射接收方案方案二：脉冲调制的反射式红外发射接收器。由于采用该有交流分量的调制信号，则可大幅度减少外界干扰；另外红外发射接收管的最大工作电流取决于平均电流，如果采用占空间比小的调制信号，在平均电流不变的情况下，瞬时电流很大，50100mA，则大大提高了性噪比。并且其反应灵敏，外围电路也很简单。图2.9 脉冲调制的反射式红外发射接收器通过了解
27、方案一和方案二的特点，我们认为方案二比较适合。2.5.2避障传感器的选择方案一：脉冲调制的反射式红外发射接收器。由于采用该有交流分量的调制信号，则可大幅度减少外界干扰；另外红外发射接收管的最大工作电流取决于平均电流，如果采用占空比小的调制信号，在平均电流不变的情况下，瞬时电流很大，则大大提高了信噪比。并且其反应灵敏，外围电路也很简单。 方案二：采用超声波传感器，如果传感器接收到反射的超声波，则通知单片机前方有障碍物，否则通知单片机可以前行。基于上述考虑，拟采用方案一第三章 硬件设计3.1 智能车总装模块展示图3.1系统框图3.2 直流电机驱动电路设计考虑到电压，电流的等级及尺寸，外观等因素，可
28、选用集成电机驱动芯片L298.L298时双H高电压大电流集成电路，其输出脚（SENSEA和SENSEB）用来连接电流检测电阻。Vss接逻辑电路的电源，常用+5V。Vs为电机驱动电源。IN1-IN4输入引脚采用标准TTL逻辑电平信号。用来控制H桥的开和关，ENA,ENB引脚为使能控制端，功率集成电路采用了SGB公司特有的Multiwatt塑料封装，15个引脚，如下图所示图3.2 Multiwatt 15驱动电路控制如表4-1所示：表3-1 驱动电路控制表驱动电路电路图如图所示：图3.2 驱动电路电路图电机驱动模块的I/O口分配为：P2.5和P2.6为电机的使能端接口，当使能端为高电平时，才可对电
29、机进行控制；端口P2.1和P2.2控制小车的左轮，当P2.1置低位P2.2高位时左轮正转，反之左轮反转；端口P2.3和P2.4控制小车的右轮，当P2.3置高低位P2.4置高位时右轮正转，反之右轮反转。小车转弯的实现：小车转弯有两种方式，一种是一个轮停转，另一轮转动实现转弯；另一种是一个轮正转，另一个轮反转实现原地转弯。当只有一个避障感应器感应障碍时，小车按方式一进行转弯避障；当两个避障感应器均感应障碍时，小车则按方式二进行转弯避障。左转：P2.1与P2.2均置位使左轮停止，P2.3清零，P2.4置位，右轮正转。右转：P2.3与P2.4均置位右轮停止，P2.1清零，P2.2置位，左轮正转。原地左
30、转：P2.1置位，P2.2清零，左轮反转，P2.3清零，P2.4置位，右轮正转。3.3 电源供电电路设计电源的接口和开关电路图如图所示图3.3供电电源线路图3.4 循迹传感器外围电路设计路面黑线检测主要通过黑白线检测传感器实现，黑白线检测传感器有效检测距离达5cm，通过调节电位器，最远可以达到10cm（该距离下，检测黑白线的精度降低）。项目中所选择的黑白线传感器可见光干扰小，输出信号为开关量，信号处理简单，使用非常方便，还增加了探测距离调节器，改进了探测距离，加强了探测精度。电路图如下图3.4 黑白线检测接线图3.5小车整体电路图图3.6小车整体电路图第四章 软件设计4.1流程图4.1智能车及
31、采摘机械人程序流程图4.2程序编写见附录一第五章 使用说明5.1操作说明智能车及其采摘机器人的操作说明1、烧写程序到89S52，使小车置于初始位置及其状态；2、接通电源，打开开关，智能车开始运行，智能车检测路面黑白线及前面的障碍运行至开关位置，按动开关，启动生产线；3、运行至小球位置，从地面指定位置捡起直径为70120mm的小球；4、到涂胶位置完成涂胶操作；5、智能车检测路面黑白线及前面的障碍，找到迷宫入口，进入迷宫并穿越迷宫；6、寻迹找到采摘工位，车体或机械臂旋转、手爪张开，实现对指定物体采摘；注意事项：7、由于车体及机械臂刚度的原因要尽量保持车体处于稳定状态，所以使用前机械臂要处于初始姿态
32、。注意事项：1、路面要保持清洁黑白线要分明。2、上下坡和车毂间的摩擦力要足够大，以免原地滑动。 3、苹果要保持稳定，避免晃动带来的采摘不到等后果。5.2 调试状况项目的测试主要是对小车测试是否已达到所要求的功能。本次项目要求主要有红外避障走迷宫的测试、黑白循迹的测试、“S”轨迹涂胶功能、开关按动功能、采摘苹果功能。实验中遇到的问题及解决方案：问题一：黑白线传感器灯可以接收信号，但是无法控制车轮的停止或者倒转解决方法：经过细心的检查引脚接线，发现本该接到单片机p3.4、p3.5口的引脚，接到其他引脚上，导致错误的发生，经过修正，最终能够实现循迹行走。问题二：智能车在循迹时候，总是越过黑线，无法实
33、现循迹行走解决方法：原始是黑白线传感器之间的具体太小，导致信号一直未被接收，致使车轮一直运转，无法实现循迹，处理方法就是按黑线的宽度调节传感器之间的宽度，达到循迹的目的。问题三：避障时在转弯处小车容易打转然后往回走，还有可能会撞到障碍墙。解决方法：传感器的距离及其方向不对，调整传感器后方的螺钉并且调节两个传感器之间的夹角，然后并不停的测验，知道使检测距离适中为止。问题四：小车在进行“S”轨迹涂胶的过程中，无法准确的在“S”起点开始进行涂胶解决方法：编程的延时程序有问题，经过多次的实验、测试、调节，最终选择了一个合适的延时时间。通过我们反复不停的调试、测验，最终在调试的环节中，把小车及其智能机器
34、人的任务全部能够达到要求。通过我们反复不停的调试、测验，最终在调试的环节中，把小车及其智能机器人的任务全部能够达到要求。第六章 成本分析见附录二第七章 市场前景调查分析7.1社会需求随着生产自动化的发展，机器人已经越来越广泛地应用到生产自动化上，其中视觉传感器成为自动行走和驾驶的重要部件。伴随着“嫦娥一号”、“嫦娥二号”发射成功，我国的的月球探测拉开了序幕，而因故推迟到2011年发射的“萤火一号”也向世人宣告着我国火星探测的开始。因此对于我国来说，月球车和火星车之类的智能小车技术的研究也显得迫在眉睫。作为20世纪自动化领域的重大成就，机器人已经和人类社会的生产、生活密不可分。智能小车及其所代表
35、的轮式机器人，再加上可控机械臂，可以在特定的程序下实现无人操作，最适合在那些人类无法工作的环境中工作。该技术可以应用于无人驾驶机动车，无人生产线，仓库，服务机器人，航空航天等领域。在产品检测方面，对零部件、线路板及其它类似产品的检测是机器人比较常见的应用。一般来说，检测系统中还集成有其他一些设备，他们是视觉系统，X射线装置、超声波探测仪或者其他类似的仪器。在瓦斯、地压检测方面，瓦斯和冲击地压是井下作业中的两个不安全的自然因素，一旦发生突然事故，是相当危险和严重的。但瓦斯和冲击地压在形成突然事故之前，都会表现出种种迹象，如岩石破裂等。采用带有专用新型传感器的移动式机器人，连续监视采矿状态，以便及
36、早发现事故突发的先兆，采取相应的预防措施。在智能轮椅领域，随着社会的发展和人类文明程度的提高，人们特别是残疾人愈来愈需要运用现代高新技术来改善他们的生活质量和生活自由度。智能轮椅主要有口令识别和语音合成、机器人自定位、动态随机避障、多传感器信息融合、实时自适应导航控制等功能。用于帮助残障人行走的机器人轮椅。在危险环境下，机器人非常适合在危险的环境中使用。在这些险恶的环境下工作，人类必须采取严密的保护措施。而机器人可以进入或穿过这些危险区域进行维护和探测工作，且不需要得到像对人一样的保护。在水下、太空及远程环境下，机器人也可以用于水下、太空以及远程的服务和探测。虽然尚没有人被送往火星，但已有许多
37、太空漫游车在火星登录并对火星进行探测。如美国的“勇气”号和“机遇”号的主要任务是在火星上探水，它们已分别在其着陆区域附近找到火星上曾有水的证据。在智能车辆领域，智能小车自动行驶功能的研究将有助于智能车辆的研究。智能车辆驾驶任务的自动完成将给人类社会的进步带来巨大的影响，例如能切实提高道路网络的利用率、降低车辆的燃油消耗量，尤其是在改进道路交通安全等方面提供了新的解决途径。视觉的典型应用领域为自主式智能导航系统，对于视觉的各种技术而言图像处理技术已相当发达，而基于图像的理解技术还很落后，机器视觉需要通过大量的运算也只能识别一些结构化环境简单的目标。视觉传感器的核心器件是摄像管或CCD，但其价格、
38、体积和使用方式上并不占优势，因此在不要求清晰图像只需要粗略感觉的系统中考虑使用接近觉传感器是一种实用有效的方法。因此为了使智能小车工作在最佳状态，进一步研究及完善其速度和方向的控制是非常有必要的。机器人要实现自动导引功能和避障功能就必须要感知导引线和障碍物，感知导引线相当给机器人一个视觉功能。智能循线和避障是基于智能导引小车系统，采用红外传感器实现小车障碍物的判断和检测。智能小车及灌篮机器人又称为轮式移动机器人，是一个集环境感知、规划决策、自动驾驶、自主操作等多种功能于一体的综合系统。可在恶劣的环境下工作，具有路径识别和智能驾驶功能，简单实用、能适应对硬件要求相对较低的特点，是一项具有现实应用
39、的可行性和广阔的应用前景的智能车技术。视觉的典型应用领域为自主式智能导航系统，对于视觉的各种技术而言图像处理技术已相当发达，而基于图像的理解技术还很落后，机器视觉需要通过大量的运算也只能识别一些结构化环境简单的目标。视觉传感器的核心器件是摄像管或CCD，但其价格、体积和使用方式上并不占优势，因此在不要求清晰图像只需要粗略感觉的系统中考虑使用接近感觉传感器是一种实用有效的方法。该小车采用红外传感器实现小车障碍物的判断和检测、寻迹传感器机器人要实现自动导引功能和避障功能就必须要感知导引线和障碍物，感知导引线相当给机器人一个视觉功能。智能循线和避障是基于智能导引小车系统，。再加上可驱动的机械臂，可以
40、在特定的程序下实现一定操作。通过对小车进行转向角度和车速控制实验证明：小车能平稳地按照任意给定的黑色引导线行驶，循迹效果良好，速度控制响应快，动态性能良好，稳态误差较小。小车可以顺利通过迷宫，壁障功能优秀。运行性能良好，可靠性高，系统的稳定性和抗干扰能力不错。小车上的机械臂可以配合寻迹和壁障传感器检测到预定位置，实现了小球的抓取，多次试验，表现稳定。总体来说，该智能小车可以胜任一定的工作，并且为后续进一步的研究工作提供了一定的基础。7.2目标客户群7.2.1消费群体(1)可应用于生产生活中。由于工业现场中大多数恶劣环境和危险环境中仍采用的人工的操作方式，这促使了我们对智能车研究和开发。在我们的
41、小车及机器人的基础上再做一些进一步修改就可以完成工业上的任务。智能车是一个集环境感知、规划决策等功能可以代替人类完成恶劣环境下的货物搬运、设备检测、焊接、喷漆等任务；在军事上，可以在危险地带代替人类完成侦查、排雷等任务；民用上，可以作为导盲车为盲人提供帮助；在科学研究方面，可以代替人类完成外星球勘探或者矿藏勘探等。(2)也可用来教学。因其不用专用适配器，可以直接烧写程序，方便易用。可作为大学生学习嵌入式控制的强有力的应用实例。(3)还可作为高级智能玩具。7.2.2消费习惯和方式一次性付款是主要手段。因其价格并不高，初步定位在200400/辆 之间。用于教学或者研究的消费者大多一次性购买数件，属
42、于中小批量购买。这种消费方式在可预见的时期内不会发生改变。7.3 产品优势智能小车及灌篮机器人又称为轮式移动机器人，是一个集环境感知、规划决策、自动驾驶、自主操作等多种功能于一体的综合系统。可在恶劣的环境下工作，具有路径识别和智能驾驶功能，简单实用、能适应对硬件要求相对较低的特点，是一项具有现实应用的可行性和广阔的应用前景的智能车技术。视觉的典型应用领域为自主式智能导航系统，对于视觉的各种技术而言图像处理技术已相当发达，而基于图像的理解技术还很落后，机器视觉需要通过大量的运算也只能识别一些结构化环境简单的目标。视觉传感器的核心器件是摄像管或CCD，但其价格、体积和使用方式上并不占优势，因此在不
43、要求清晰图像只需要粗略感觉的系统中考虑使用接近感觉传感器是一种实用有效的方法。该小车采用红外传感器实现小车障碍物的判断和检测、寻迹传感器机器人要实现自动导引功能和避障功能就必须要感知导引线和障碍物，感知导引线相当给机器人一个视觉功能。智能循线和避障是基于智能导引小车系统，。再加上可驱动的机械臂，可以在特定的程序下实现一定操作。通过对小车进行转向角度和车速控制实验证明：小车能平稳地按照任意给定的黑色引导线行驶，循迹效果良好，速度控制响应快，动态性能良好，稳态误差较小。小车可以顺利通过迷宫，壁障功能优秀。运行性能良好，可靠性高，系统的稳定性和抗干扰能力不错。小车上的机械臂可以配合寻迹和壁障传感器检
44、测到预定位置，实现了小球的抓取、运输、以及投放。多次试验，表现稳定。总体来说，该智能小车可以胜任一定的工作，并且为后续进一步的研究工作提供了一定的基础。第八章 项目心得这次项目我们充分发挥了团队合作精神，在组长的带领下，我们分工明确，积极，努力认真的完成了此次项目。有苦有累也有欢笑。通过这次课程设计，我们学到了很多东西，也加强锻炼了动手能力 。我们体会到了学以致用是一个过程，这需要不断地探讨、实践、总结。在整个过程中，我们遇到了许多困难，有些问题很难查出原因，但是我们坚持了下来，很好的锻炼了我们的耐心和毅力。在设计中，考虑问题越全面、分析问题越细，所做出来的产品的层次才会越高。这次课程设计也使我们对机械本体和电子、电气控制的软硬件的设计过程有了较全面的了解，使我们掌握机电工程设计的基本方法，提高了分析问题和解决实际工程问题的能力，加强了工程观念，将整个课程内容有机而系统地结合起来。同时，这促进我们的交流与合作，使我们提高了团队协作能力，让我们学到了很多知识，使我们得到了较全面的发展。在项目的完成过程中，我们遇到了许多问题，经过老师的帮助、各组之间的探究以及同组成员的讨论，我们克服了这些困难，最终完成项目任务。项目充分运用了我们所学的各项知识，从机械原理，机械设计到本学期所学的各科知识，是对我们综合素质的一次考验，也是一