小型机器人避障的设计与实现
第13卷第2期北华大学学报（自然科学版）Vol．13No．2 2012年4月JOURNAL OF BEIHUA UNIVERSITY（Natural Science）Apr．2012
文章编号：1009-4822（2012）02-0245-04
小型机器人避障的设计与实现
李菊叶
（陕西理工学院物理与电信工程学院，陕西汉中723003）
摘要：设计了一款基于MCS51单片机的智能机器人．该控制系统采用红外传感器来检测路面的预设障碍，使机
器人能在一定区域内准确避开障碍行走，并且能够完成特定的任务．试验表明：该控制系统能够按照预定的要求
实现对机器人前进、转弯、停止的精确控制，且系统避障迅速可靠．
关键词：智能机器车；避障；红外传感器
中图分类号：TP18文献标志码：A
Design and Implementation of Small Robot Obstacle Avoidance
LI Ju-ye
（School of Physics and Telecommunication Engineering，Shanxi University of Technology，Hanzhong723003，China）
Abstract：This paper introduces the design of a MCS51based on intelligent robot．The control system uses infrared sensors to detect pavement preset obstacles，the robot can avoid obstacle in certain areas within the accurate walking and the ability to accomplish a particular task．The laboratory test shows that according to the predetermined request，the robot can move forward，turn and stop，the precise control of avoiding obstacle ia rapid and reliable．
Key words：intelligent robot vehicle；obstacle avoidance；infrared sensor
随着认知领域的不断扩展及研究层次的不断深入，人类的作业环境也开始向着更为复杂的领域发展，例如核辐射场所、深海、太空、有毒或高温高压环境等，这些环境远远超过了人类所能承受的极限．随着电子技术的迅猛发展，尤其是以传感器为主的电子技术的发展，使智能机器人在这些领域得到了非常成功的应用．避障是机器人的一种简单行为，在机器人的运动中起着重要作用．本次设计，是在地面上放置障碍物形成迷宫，让机器人能够避开障碍物到达目的地，在这个过程中传感器起着重要的作用．传感器可以使机器人具有类似人类的听觉、视觉、嗅觉等，有了这些感觉，机器人就可以自动地做出相应的动作．研究机器人避障，可以使机器人完成许多人类不能够完成的工作，如果再给避障机器人加上寻迹和通讯的话，其应用领域将更加广阔．
1避障机器人算法的设计思想
避障是机器人的一种简单行为，可以保障机器人运动过程中的位置准确性．本研究的主要方法是在平整的地面上设定障碍，让机器人能够避开这些障碍，从而准确到达目的地．本研究主要完成算法、编写程
收稿日期：2012-01-05
作者简介：李菊叶（1979－），女，实验师，硕士，主要从事计算机应用研究．
序，让智能机器人听从“大脑”指挥，顺利完成任务，基本思路是在没有障碍的时候，让它直行，有障碍时先
向右转，再检测，直到顺利避开障碍［1］
．
2避障机器人的设计原理
在本系统的电路中采用了两个电机来控制后轮，而前轮则可自由转动．机器人的周围有传感器用来检测障碍，当检测到障碍时，机器人就根据指令做出避障动作，从而可以使机器人顺利避开障碍，到达目的地．控制系统软件负责信号的采集、解算和控制等工作
［2］
．单片机AT89C51和H-Briage 驱动电路
LN293D
图1机器人系统控制
Fig．1The control of robot system
用来控制方向和电机的速度［3］
．控制框图见图1．在编写软件时，采取模块化设计的原则，把功能相对独立
的程序做成子程序供其他程序调用．2．1系统模块设计2．1．1
控制器模块
本系统选择的是51系列单片机，
AT89C51是一种带4k 字节闪烁可编程可擦除只读存储器（Flash Programmable and Erasable Read Only Memory ，FPEROM ）的低电压、高性能的CMOS8位微处理器，俗称单片机．该器件采用ATMEL 高密度非易失存储器制造技术
制造，与工业标准的MCS-51指令集和输出管脚相兼容，它将多功能8位CPU 和闪烁存储器组合在单个芯片中．ATMEL 的AT89C51是一种高效微控制器，为很多嵌入式控制系统提供了一种灵活性高且价廉的方
案［4-5］．2．1．2
红外避障模块
采用红外线避障模块来实现机器人的自动避障．单个超声传感器发出的超声波，能量主要集中在波束
的中央部分，因此超声波具有一定方向性，只能探测到一定方向的障碍物［6］
．对空间信息检测的盲区大、存在幻影干扰等缺点，而且信号难处理、算法电路复杂、器件昂贵，而红外线避障模块的信号为电信号，容易处理且算法电路简单、器件廉价，所以选用红外线避障模块实现机器人的自动避障．红外传感器内部电路见图
2．
图2红外传感器内部电路Fig．2Infrared sensor circuit
2．1．3步进电机
可以用数字信号直接进行开环控制，整个系统简单廉价．位移与输入脉冲信号数相对应，步距误差不长期积累，既可以组成结构较为简单又具有一定精度的开环控制系统，也可要求更高精度组成闭环控制系统．无刷，电机本体部件少，可靠性高，易于启动，停止、正反转及速度响应性好．停止时可有自锁能力，步距
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角可在大范围内选择，在小步距情况下，通常可以在超低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］
．其电机驱动原理如图3所示
．图3电机驱动原理
Fig．3Motor driving principle
2．2
硬件系统的设计
本设计采用红外线避障模块来实现机器人的自
动避障．避障模块由红外发射和红外接收组成，判断障碍依靠红外发射管和接收器来完成．当有障碍物
的时候，端口输出低电平，没有障碍的时候，端口输出高电平．通过高、低电平的判断来识别是否有障碍物．避障模块的避障距离为10 30cm ，可以通过编写程序对障碍物的不同位置做出反应．机器人不停
地检测左方和前方是否有障碍物，
当检测到前方障碍物后，机器人便向左转，如果左面也有障碍物机器
人便自动做出反应，向右转并避开障碍物．系统的硬件电路如图4所示
．
图4系统硬件电路
Fig．4
The system of hardware circuit
本方案提出的机器人避障，实际上就是要求机器人在不碰撞障碍的情况下用最短的时间走完全程．机器人通常有3个基本组成：大脑、身体和动作．要使机器人做动作，必须告诉机器人做什么，然后它才能执行．实现对机器人的控制，主要包括输入—
——该信息来自机器人的传感器；程序———你想让机器人遵循的一种指令；输出—
——机器人的运动．机器人感知外界主要依赖传感器．由于机器人本身所带的单片机以前没有使用过，因此本设计采用AT89C51作为控制器，利用P2口来控制电机驱动，
P1．1，P1．0，P3．2，P3．3分别为前后两个传感器的接收与发射接口，
其余用到的还有VCC 和GND ，以及自身的复位与晶振电路．7
42第2期李菊叶：小型机器人避障的设计与实现
3系统调试
避障模块的调试：测试避障传感器对障碍物感应的灵敏度．将传感器慢慢向障碍物移动，测量传感器
将信息发送到机器人接受并做出反应的最小距离和最大距离，若在一定距离内机器人不能躲避障碍物可通过调节电位器控制避障传感器的灵敏度，
以确保模块的正常准确运行．电机的调试：测试电机的正反转、停止、启动的精确控制．表1
避障时小车到障碍物的距离Tab．1
Sensitivity of avoiding module
/cm
测量次序光
强
强弱第1次511第2次712第3次610第4次89第5次711第6次412第7次510第8次69第9次47第10次
5
11
3．1
避障模块灵敏度测试
调节避障模块的灵敏度（把开关1，3打开），对避障的距离进行多次测量，结果见表1．由于光强对传感器有一定的影响，因此测量了不同光强下的两组数据．由表1可知：机器人在7 12cm 都可能躲避障碍物，但主要集中在10cm 左右．3．2系统总体测试
设计完成之后，对机器人进行了总体测试，结果显示基本上能完成以下要求：1）在机器人前进过程中，若前方有障碍物则左转；2）在机器人前进过程中，若前方和左方有障碍物则右转；3）机器人能够走很简单的迷宫．
4结语
避障模块中存在的问题及解决方法：在机器人正前方和左下方安置有避障模块，对于较窄的障碍物运行良好但对于较宽的障碍物躲避不是很稳定，将左下方的模块改到左上方可以解决此问题；遇到的第二个问题是正前方的避障模块对于较宽的障碍物出现躲避不完美的情况．此问题是由于传感器对于正前方的
障碍物反应灵敏而稍有偏差就很难做出动作造成的．开始期望通过增加传感器来解决此问题，
结果也很不错，但使用的器件过多成本增加，所以决定从软件上解决此问题．通过延长转弯时间，使机器人转90?后解
决了由于障碍物过宽而导致的机器人撞上障碍物边缘的问题．参考文献：
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M ］．北京：化学工业出版社，2004．［2］于秀丽，魏世民，廖启征．仿人机器人发展及其技术探索［J ］．机械工程学报，2009，45（3）：71-75．［3］华鑫鹏，张辉宜，张岚．多传感器数据融合技术及其研究进展［J ］．中国仪器仪表，2008（5）：40-43．［4］刘成军，李祖枢，薛方正．仿人机器人动态步行控制综述［
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J ］．机器人，2000，22（6）：470-473．［7］杨敏，陈洪，李明海．柔性阵列式压力传感器的发展现状简介［
J ］．航天器环境工程，2009，26（S1）：112-115．【责任编辑：郭伟】
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避障机器人设计报告
开放性实验报告 ——避障机器人设计 系别：智能科学与技术 姓名：唐继鹏 姚武浩 姜飞鹏 郑光旭 指导老师：袁立行、王曙光、亢红波时间：2011.9.16——2012.4.28
目录 1 系统功能介绍 (1) 2 设计任务与要求 (1) 3 系统硬件设计 (1) 3.1系统总体设计框图 (1) 3.2寻线模块(ST188) (2) 3.3电机控制模块 (3) 3.4单片机最小模块 (4) 3.5数码管显示模块 (6) 4 系统软件实现 (7) 4.1 设计思路 (7) 4.2 软件程序流程图 (8) 4.3程序代码见附录Ⅰ (8) 5 调试结果 (8) 6 实验总结 (9) 附录Ι (10) 附录Ⅱ (18) 附录Ⅲ (19)
1 系统功能介绍 本设计以单片机作为控制核心，电路分为最小系统模块，黑线检测模块，电机驱动模块，数码管显示模块。黑线检测模块采用反射式关电传感器st188，并且接相应的三级管来规划传感器的输出，当输出高电平为正常情况。电机为伺服电机，给定脉宽为1.5ms的信号电机保持不动，给定脉宽为1.7ms的信号电机正向转到给定脉宽为1.3ms的信号电机逆向转到。数码管动态显示机器人行进过程所用的时间。 2 设计任务与要求 ◆熟悉51系列单片机的原理及应用。 ◆掌握ST188设计电路和传感器的使用。 ◆掌握直流电机的驱动方法。 ◆掌握动态数码管显示的方法。 ◆设计机器人的硬件电路及软件程序。 ◆制作机器人的硬件电路，并调试软件，最后实现机器人的自动测量黑线。 3 系统硬件设计 3.1系统总体设计框图 该系统中51单片机作为主微控芯片，其外多个I/O口作为通用I/O口接受传感器的信号并输出相应的控制信号。 系统硬件总体设计框图如下图3.1-1所示。
小车自动避障与路径规划
第3章系统总体结构及工作原理 该系统主要以超声波测距为基本测距原理，并在相应的硬件和软件的支持下，达到机器人避障的效果。 3.1机器人总体硬件设计 3.1.1传感器的分布要求 为了全方位检测障物的分布状况，并及时为机器人系统提供全面的数据，可将所需的八个传感器均匀排列在机器人周围，相邻每对传感器互成45度角。为了避免相互干扰，八个传感器以程序运行周期为周期，进行循环测距。传感器排列示意图如下： 图3.1.1 传感器分布图
图3.1.2 硬件设计总体框架图 上图为支持机器人运行实用程序的硬件部分的总体设计框架图，由负责相关任务的同学提供。在超声波信号输入单片机以后，由存储在单片机中的主程序调用避障子程序，根据输入信号执行避障指令，并使相关数据返回主程序，转而提供给电机和LED显示器的驱动程序使用，最后，由电机执行转向指令，结果则显示在LED显示器上。
图3.1.3 软件总体框架图 由上图可知，本文作者负责的超声波避障程序为软件总体设计中的子程序部分。在主程序运行过程中，若调用超声波避障程序，机器人在自行轨迹规划后，将程序处理所得数据送给电机处理成立程序，控制电机动作。具体的避障程序设计将在第4章进行。 3.2超声波测距原理 测距原理：超声波是指频率高于20KHz的机械波。为了以超声波作为检测
手段，必须产生超生波和接收超声波。完成这种功能的装置就是超声波传感器，习惯上称为超声波换能器或超声波探头。超声波传感器有发送器和接收器，但一个超声波传感器也可具有发送和接收声波的双重作用。超声波传感器是利用压电效应的原理将电能和超声波相互转化即在发射超声波的时候，将电能转换，发射超声波；而在收到回波的时候，则将超声振动转换成电信号。[8]超声波测距的原理一般采用渡越时间法TOF（time of flight）。首先测出超声波从发射到遇到障碍物返回所经历的时间，再乘以超声波的速度就得到二倍的声源与障碍物之间的距离，即：[8] D=ct/2 其中D为传感器与障碍物之间的距离，以m计，c为超声波速度，这里以340m/s计，t为超声波从发送到接收的总时间，以s计。据此原理可以用超声波传感器测得的距离为避障程序提供所需的数据。[8] 第4章轨迹规划算法的实现方案 4.1轨迹规划算法的层次化设计 根据上述材料分析，可以将机器人轨迹规划算法设计分为基础控制层、行为控制层和坐标计算层，三个层次进行。 4.1.1基础控制层设计 基础控制层可定义为基本行为层，这层算法的任务是寻找目标点，并确保机器人可以顺利到达指定目标位。在确定目的地位置的情况下，为了达到上述目的，计算机必须对机器人的方位进行时实计算。应用人工势场法原理，可以将目标点设为引力极，牵引机器人运动。对此动作建立相应的模型，可以使用建立平面坐标作为虚拟势场的方法来给机器人定义方位，将机器人关于目标点的时实偏角作为虚拟引力方向，以确定机器人下一步所需转过的角度，并时实检测，是否已到达目的地，若已到达，则可认为虚拟引力此刻为0，并发出信号控制程序终止运行总体程序。 由此，可确定基础控制层所需的各参数： (1)机器人的时实坐标x, y值，由专门的坐标计算层提供，为了提高精 确度，可以采用厘米为单位制。 (2)机器人的速度v，测量后设为定值使用。 (3)周期T，直接设置为定值使用。 (4)偏转角de，可通过机器人与横坐标之间的夹角pe，减去机器人到目 标点连线与横坐标的夹角E得到。
STEAM课例《避障机器人》教学反思
STEAM课例《避障机器人》教学反思 从兴趣入手，充分调动学生学习的主动性和积极性，在课堂学习中，学生的注意力高度集中，思维异常活跃，求知欲异常强烈，创造思维活动得以启动运行。《避障机器人》是让学生通过学习，能够正确地编写“机器人避障”的程序，能够为机器人设置障碍物环境，让机器人顺利地在此环境自由地行走。为了让学生对机器人编程学习有一个好的开始，花了不少心思对本课内容进行了阅读、理解、推敲，最后从以下几方面着手进行教学设计： 一、趣味导入，动静结合，激发学生的直接学习兴趣。 通过观察体验机器人避障功能，学生开始对“超声波传感器”（在学习之前学生还不知道这个部件就是红外）产生了求知欲，它到底能让机器人干什么？这个时候如果切入到机器人的学习，恐怕学生会大失所望。于是我用心地拍了一段视频，学生在观看视频中进一步明白了机器人也要装眼睛才可以看见物体，从而自然地引出课题，也调动学生的学习情绪。 二、启发思维，张扬个性，提高学生的创新意识和创新能力。 机器人避障的流程图编写是本节课的重点。学生通过自主学习基本上可以完成框架的搭建，甚至有些学生还可以正确地设置条件判断、电机的参数，但是我们要求学生学习程序编写真正目的不仅是会搭框架，还要理解每个模块的作用，整个流程图的设计思路，也就是
常言道“知其然，还知其所以然”，从而让学生的思维在这个过程中得到训练。 三、循循善诱，言简意赅，让学生的兴趣在思考中升华。 机器人从无眼睛到装上了眼睛，从四处撞墙到巧妙地避开自由行走，贯穿整个课堂。本节课的教学引导没有过多的教师语言，只是在环节衍接处适当地以视频方式展示情境，通过设置问题启发学生观察思考体验，每一个问题都与下一个学习紧密相联，学生的兴趣从开始被吸引，到最后升华。 但是在下载到机器人的时候，机器人中的超声波传感器的两个探测头的距离和位置是很难把握的，有时上传程序的时候就会失败，这就需要我们在不断的实验中把握尺度，总结规律，也需要让学生不断的进行调试，让他们能自己总结出规律，加深记忆。
(完整word版)智能避障机器人设计开题报告
课题名称智能避障机器人设计 课题来源教师拟定课题类型EX 指导教师XXX 学生姓名XXX 学号XXX 专业XXX 一、调研资料的准备 智能避障机器人设计不仅是对所学理论知识的综合运用，同时也是锻炼了实际操作能力和自学创新能力。本次设计包含了硬件电路设计和软件电路。在硬件电路设计中我首先在图书馆和网络上查阅了一些关于智能避障机器人设计的相关电路图以及原理知识，同时参考了童诗白老先生的模拟电子技术基础，阎石的数字电子技术基础中的存储器部分，徐科军主编的传感器与检测技术中的传感器部分；在软件设计中主要参考了张毅刚的单片机原理及应用；在电路仿真中参考了赵景波所编的Prote199SE应用与实例教程；在整体电路设计中参考了万方数据和中国知网。 二、设计目的 在科学探索和紧急抢险中经常会遇到对与一些危险或人类不能直接到达的地域的探测，这些就需要用机器人来完成。而在机器人在复杂地形中行进时自动避障是一项必不可少也是最基本的功能。因此，自动避障系统的研发就应运而生。我们的自动避障小车就是基于这一系统开发而成的。 随着生产自动化的发展需要，机器人的智能化与集成度越来越高，已经越来越广泛的应用到生产生活中。伴随的科技水平的提高，机器人的能够使用的传感器种类也越来越多，其中红外线传感器已经成为机器人自动行走和驾驶的重要部件。此系统是基于红外传感器的系统，即运用红外传感器实现对前方障碍物的检测。 红外传感器的典型应用领域为自主式智能导航系统，机器人要实现自动避障功能就必须要感知障碍物，对障碍物的感知相当于给机器人一个视觉功能。在现在生活中，例如在一些火宅或者一些自然灾害的现场，经常需要进入到对一些危险或人类不能直接到达的地方进行观察，采集数据，这些就需要用机器人来完成。而在机器人在上述等环境中行进时自动避障是一项必不可少也是最基本的功能。因此，自动避障系统的研发就应运而生。自动避障小车可以作为困难环境检测机器人和紧急抢险机器人的运动系统，让机器人在行进中自动避过障碍物，帮助人们完成相应的任务。
智能机器人设计报告
智能机器人设计报告 参赛者：庆东肖荣于腾飞 班级：级应用电子技术 指导老师：远明 日期：年月日 一、元器件清单： ，，，，，，，蜂鸣器，光敏电阻，光敏三极管，电阻、电容若干，超亮及普通发光管。二、主要功能： 本设计按要求制作了一个简易智能电动车，它能实现的功能是：从起跑线出发，沿引导线到达点。在此期间检测到铺设在白纸下的薄铁片，并实时存储、显示在“直道区”检测到的薄铁片数目。电动车到达点以后进入“弯道区”，沿圆弧引导线到达点继续行驶，在光源的引导下，利用轻触开关传来的电信号通过障碍区进入停车区并到达车库，完成上述任务后能够立即停车，全程行驶时间越少越好。 本寻迹小车是以有机玻璃为车架，单片机为控制核心，加以减速电机、光电传感器、光敏三极管、轻触开关和电源电路以及其他电路构成。系统由通过口控制小车的前进后退以及转向。寻迹由超亮发光二极管及光敏电阻完成，避障由轻触开关完成，寻光由光敏三极管完成。 并附加其他功能： ．声控启动 ．数码显示 ．声光报警 三、主体设计 车体设计 左右两轮分别驱动，后万向轮转向的方案。为了防止小车重心的偏移，后万向轮起支撑作用。对于车架材料的选择，我们经过比较选择了有机玻璃。用有机玻璃做的车架比塑料车架更加牢固，比铁制小车更轻便，美观。而且裁减比较方便！ 电机的固定采用的是铝薄片加螺丝固定，非常牢固，且比较美观。 轮子方案 在选定电机后，我们做了一个万向轮，万向轮的高度减去电机的半径就是驱动轮的半径。轮子用有机玻璃裁出来打磨光华的，上面在套上自行车里胎，以防止打滑。 万向轮 当小车前进时，左右两驱动轮与后万向轮形成了三点结构，这种结构使得小车在前进时比较平稳。
避障小车设计实验报告
福州大学至诚学院 题目：避障小车设计实验报告 姓名： 学号： 210992044 同组者： 专业：电气工程及其自动化专业 年级： 09级 指导教师： 2011年04月24日
1、实验材料：MultiFLEX?2-A VR控制器；红外线接近传感器两个；红外线 测距传感器一个；碰撞传感器一个；轮子四个；舵机四个；结构 件若干。（“创意之星”机器人套件） 2、原理：碰撞传感器是由一个按钮开关和外围电路构成，其输出信号为 数字信号。当按钮按下时，信号输出端输出低电平；按钮被释放时， 信号输出高电平。可以充当开关使用。红外接近传感器是利用被检 测物对光束的遮挡或反射，由同步回路选通电路，从而检测物体有 无的。光电开关将输入电流在发射器上转换为光信号射出，接收器 再根据接收到的光线的强弱或有无对目标物体进行探测。当红外线 传感器遇到障碍时，信号输出端输出低电平，没有障碍时，信号输 出端输出高电平，从而实现小车的避障功能。红外线测距传感器 GP2D12主要是由红外发射器、PSD（位置敏感检测装置）及相关处 理电路构成，红外发射器发射一束红外光线，红外光线遇到障碍物 被反射回来，通过透镜投射到PSD上，投射点和PSD的中心位置存 在偏差值a，GP2D12根据下图所示的a、b、α三个值就可以计算出 H的值，并输出相应电平的模拟电压。利用此功能来实现小车判断 前方是否有坑的功能。
3、小车的功能介绍： （1）按下碰撞传感器按钮，小车停止运动，再次按，小车继续运动； （2）检测前方是否有障碍，有则避之； （3）检测前方是否有坑，有则避之； （4）在一个由两堵墙构成的死角，通过左右避障次数的累计绕出死角。 4、步骤：（1）熟悉机器人零件及其应用； （2）搭建小车，调试舵机及其编号； （3）编程——编译——下载程序； （4）检验程序结果，对小车进行调试，并对程序进一步改进。5、机器人逻辑判断流程：
《智能避障车》教学设计
《智能避障车》教学设计 一、教材分析 本节课是基于教科版《信息技术基础》第三章第二节《信息的编程加工》进行课程内容开发，以mbot教育机器人为载体，利用基于scratch的编程工具Mblock进行机器人编程教学。本节内容在学习程序设计中，加入机器人硬件，通过实现智能避障车的过程，介绍机器人程序设计的方法。 二、学情分析 高一的学生思维活跃，已经有了一定的逻辑思维能力和自主探究能力，具备了本节课学习的能力要求。虽然通过前一节课，学习了Mblock中的编程方法，但大多数学生还没形成程序设计思维，对于实际操作机器人和机器人编程来说，也还比较陌生。因此，课堂教学中要注意降低起点，逐步引导。 三、教学目标 1、知识与技能： 知道程序的三种基本结构，能在程序设计中熟练运用选择结构和循环结构。 2、过程与方法： 能够将解决实际问题的方法转化为程序设计的流程图，并在程序中加以实现。 3、情感态度与价值观： 提高科技素养，激发创新精神、探究精神和团结协作精神。 四、教学重难点 教学重点：选择结构和循环结构应用、机器人程序设计方法。 教学难点：机器人程序设计方法。 五、教学方法 本课的设计贯彻“任务驱动”的教学思想，把学习的主动权交给学生，让学生置身于自主探究、解决问题的氛围中。使用实物演示和启发式教学法引导学生分析并画出智能避障车流程图；使用小组竞赛的方法组织教学，以提高学生自主探究的积极性和效率；对学生探究过程中遇到的普遍性问题，通过讲授法统一指导。
六、教学媒体 1、mbot教育机器人 2、Mblock编程工具 3、知新网络教学评价系统 4、信息技术学习平台 5、多媒体机房 七、教学过程
6种让机器人实现避障的方法分享
6种让机器人实现避障的方法分享 在传感器避障领域，采用单一的传感器测量的效果并不理想，在实际应用中往往需要采用其他类型的传感器进行补偿，才能实现对周围环境的探测的最佳效果。当然，这就产生了多传感器信息的融合处理的问题，增大了信息处理的工作量和难度。 那么，除了这种传感器避障方法，还有很多的其他方法融合处理多种传感器信息，让全自主机器人实现完美避障，比如人工势场法避障控制法、模糊逻辑控制避障控制法、人工神经网络避障控制法、栅格法避障控制法以及声波避障控制法等。 人工势场避障控制法 人工势场避障控制法，是一种比较简单又新颖的做法，是另一种仿生学，仿照物理学中电势和电场力的概念，建立机器人工作空间中的虚拟势场，按照虚拟势场力方向，实现局部路径规划。 通过构造目标位姿引力场和障碍物周围斥力场共同作用的人工势场，来搜索势函数的下降方向，然后寻找无碰撞路径。 听起来很玄乎，但是早已经有应用产品了，Khatib曾应用于移动机器人的导航上。但是并没有得到大规模应用。 因为即使对于简单环境很有效，但是都是在静态的研究中得出的，而没有考虑障碍物的速度和加速度的影响，所以在动态避障控制中，人工势场法避障控制不是很理想。因为在复杂的多障碍环境中，不合理的势场数学方程容易产生局部极值点，导致机器人未到达目标就停止运动，或者产生振荡、摆动等现象。 另外，传统的人工势场法着眼于得到一条能够避障的可行路径，还没有研究出什么最优路径。 模糊逻辑控制避障法 模糊逻辑控制避障法出现得并不晚，1965年美国的一位教授就提出过模糊逻辑的概念。1974年，英国伦敦大学一位教授利用模糊控制语句组成的模糊控制器控制锅炉和气轮机的运行获得成功，开始将模糊数学应用于自动控制领域，包括机器人领域。 由于不必创建可分析的环境模型，目前模糊逻辑方法在解决机器人避开障碍物问题上己经有了大量的研究工作。另一个独特优点也让用专家知识调整规则成为可能，因为规则库的每条规则具有明确的物理意义。
可避障机器人设计报告
可避障机器人设计报告 姓名*** 班级机械设计制造及其自动化1班学号3011201*** 任课教师洪鹰 2014年12 月16 日
目录 一、概述??????????????????????????????????????????????3 二、方案设计?????????????????????????????????????????4 1、硬件设计?????????????????????????????????????4 1.1避障基本方法?????????????????????????????4 1.2主控芯片选择?????????????????????????????4 1.3电源设计??????????????????????????????????5 1.4电机选择?????????????????????????????????5 2、主程序设计??????????????????????????????????5 三、总结??????????????????????????????????????????????7
一、概述 机器人是一类能够自动完成某项功能的机械系统，机器人通过传感器和执行机构与外界进行信息物理和交互，处理器负责处理传感器采集来的信息并将相应的控制命令送给执行机构执行。机器人因其对环境的强适应性，使得他在很多领域取代了人的劳动，将人从繁重、危险的环境中解放出来。机器人广泛应用于工业生产、科学研究、危险品处理乃至国防领域。而我这次设计的应该是最基础的一种机器人——自动避障机器人，它能通过传感器感知外部环境，实现避障。
智能避障机器人设计外文翻译
INTELLIGENT VEHICLE Our society is awash in “machine intelligence” of various kinds.Over the last century, we have witnessed more and more of the “drudgery” of daily living being replaced by devices such as washing machines. One remaining area of both drudgery and danger, however, is the daily act ofdriving automobiles 1.2 million people were killed in traffic crashes in 2002, which was 2.1% of all globaldeaths and the 11th ranked cause of death . If this trend continues, an estimated 8.5 million people will be dying every year in road crashes by 2020. In fact, the U.S. Department of Transportation has estimated the overall societal cost of road crashes annually in the United States at greater than $230 billion. When hundreds or thousands of vehicles are sharing the same roads at the same time, leading to the all too familiar experience of congested traffic. Traffic congestion undermines our quality of life in the same way air pollution undermines public health.Around 1990, road transportation professionals began to apply them to traffic and road management. Thus was born the intelligent transportation system(ITS). Starting in the late 1990s, ITS systems were developed and deployed. In developed countries, travelers today have access to signifi-cant amounts of information about travel conditions, whether they are driving their own vehicle or riding on public transit systems. As the world energy crisis, and the war and the energy consumption of oil -- and are full of energy, in one day, someday it will disappear without a trace. Oil is not in resources. So in oil consumption must be clean before finding a replacement. With the development of science and technology the progress of the society, people invented the electric car. Electric cars will become the most ideal of transportation. In the development of world each aspect is fruitful, especially with the automobile electronic technology and computer and rapid development of the information age. The electronic control technology in the car on a wide range of
智能避障机器人设计与研究(硬件)毕业设计论文
智能避障机器人设计与研究（硬件） 摘要 在科学探索和紧急抢险中经常会遇到对一些危险或人类不能直接到达的地域的探测，这些就需要用机器人来完成。而机器人在复杂地形中行进时自动避障是一项必不可少也是最基本的功能。因此，自动避障系统的研发就应运而生。自动避障机器人就是基于这一系统开发而成的。随着科技的发展，对于未知空间和人类所不能直接到达的地域的探索逐步成为热门，这就使机器人的自动避障有了重大的意义。自动避障机器人可以作为地域探索机器人和紧急抢险机器人的运动系统，让机器人在行进中自动避过障碍物。 本文提出了一种经济实用的智能避障机器人系统设计方法，采用了小车底盘作为载体、直流电机作为执行元件、红外传感器作为检测元件、STC89C52单片机作为主控芯片、L298N作为驱动芯片和稳压电源芯片完成了检测电路设计、主控电路设计、电机驱动电路设计、稳压电路设计等硬件设计和制作，并对系统进行了仿真和综合调试，解决了一系列的难题，成功实现了自动避障功能。 关键词：智能避障机器人，红外传感器，单片机，L298N，PWM调速
THE DESIGN AND STUDY OF INTELLIGENT OBSTACLE AVOIDANCE ROBOT(HARDWARE) ABSTRACT In scientific exploration and emergency rescue often encounter some danger or human can not directly reach the area of detection, these will need to use the robot to complete. The robot's automatic obstacle avoidance movement in complex terrain is an essential and most basic function. Therefore, the automatic obstacle avoidance system development is made. Automatic obstacle avoidance robot development based on this system is made of. With the development of technology for the unknown space and mankind can not be directly accessible to gradually become a hot area of exploration, which makes the automatic obstacle avoidance robot has great significance. Automatic obstacle avoidance robot can serve as a regional exploration and emergency rescue robot system that allows robots to automatically avoid obstacles in the road. This paper presents an economical and practical design of intelligent obstacle avoidance robot system, using the car chassis as the carrier, the DC motor as the actuator, infrared sensors as detection devices, STC89C52 microcontroller as the main chip, L298N as the driver chip and regulated power supply chip to complete the detection circuit design, master control circuit design, motor driver circuit design, voltage regulator circuit design of hardware design and production. A lot of simulation and integrated debugging have been done to the system and a series of problems have been solved.
移动机器人常用传感器及相关避障技术介绍
移动机器人常用传感器及相关避障技术介绍 移动机器人是机器人的重要研究领域，人们很早就开始移动机器人的研究。世界上第一台真正意义上的移动机器人是斯坦福研究院（SRI）的人工智能中心于1966年到1972年研制的，名叫Shakey，它装备了电视摄像机、三角测距仪、碰撞传感器、驱动电机以及编码器，并通过无线通讯系统由二台计算机控制，可以进行简单的自主导航。Shakey的研制过程中还诞生了两种经典的导航算法：A*算法（the A* search algorithm）和可视图法（the visibility graph method）。虽然Shakey只能解决简单的感知、运动规划和控制问题，但它却是当时将AI应用于机器人的最为成功的研究平台，它证实了许多通常属于人工智能（AriTIficial Intelligence，AI）领域的严肃的科学结论。从20世纪70年代末开始，随着计算机的应用和传感技术的发展，以及新的机器人导航算法的不断推出，移动机器人研究开始进入快车道。 移动机器人智能的一个重要标志就是自主导航，而实现机器人自主导航有个基本要求避障。下面让我们来了解一下移动机器人的避障，避障是指移动机器人根据采集的障碍物的状态信息，在行走过程中通过传感器感知到妨碍其通行的静态和动态物体时，按照一定的方法进行有效地避障，最后达到目标点。 实现避障与导航的必要条件是环境感知，在未知或者是部分未知的环境下避障需要通过传感器获取周围环境信息，包括障碍物的尺寸、形状和位置等信息，因此传感器技术在移动机器人避障中起着十分重要的作用。避障使用的传感器主要有超声传感器、视觉传感器、红外传感器、激光传感器等。 移动机器人避障常用的传感器 1、激光传感器 激光测距传感器利用激光来测量到被测物体的距离或者被测物体的位移等参数。比较常用的测距方法是由脉冲激光器发出持续时间极短的脉冲激光，经过待测距离后射到被测目标，回波返回，由光电探测器接收。根据主波信号和回波信号之间的间隔，即激光脉冲从
人工智能教案
第一课、认识机器人（2课时） 教学目标 知识目标：了解机器人的概念、产生、发展、种类与应用。 技能目标：熟练利用网络查找信息和处理信息。 情感目标：培养学生对机器人的兴趣，培养学生关心科技、热爱科学、勇于探索的精神。 重点难点 教学重点：机器人的概念及应用 难点分析：机器人的概念 教学过程： 1、新课导入 21世纪被信息技术专家誉为智能机器人的时代，机器人在各行各业将得到更加广泛的应用，机器人技术综合机械工程、电子工程、传感器应用、信息技术、数学、物理、等多种学科，它代表着一个国家的高科技发展水平，例如我国首例远程遥控机器人手术就是由北京的医生通过电脑遥控着沈阳机器人“黎元”进行脑外科手术。 那究竟什么是机器人？我们要学习使用的机器人是什么样子？机器人能够做些什么？我们如何控制机器人？今天开始我一起走进机器人世界去寻找上述问题答案。 观看有关机器人的视频片段 2、教学内容 机器人的概念
各国科学家对机器人的定义有所不同，而且随着时代的变化，机器人的定义也在不断发生变化。 中国的科学家们把机器人定义为一种自动化的机器，具备一些与人或生物相似的能力，如感知能力、规划能力、动作能力、协同能力等，是一种具有高度灵活性的自动化机器，它的外形不一定象人。 判断一个机器人是否是智能机器人我们可以根据下面三个基本特点：（1）具有感知功能，即获取信息的功能。机器人通过“感知”系统可以获取外界环境信息，如声音、光线、物体温度等。 （2）具有思考功能，即加工处理信息的功能。机器人通过“大脑”系统进行思考，它的思考过程就是对各种信息进行加工、处理、决策的过程。 （3）具有行动功能，即输出信息的功能。机器人通过“执行”系统（执行器）来完成工作，如行走、发声等。 机器人的产生、发展、种类与应用 对这些内容请大家以小组合作的形式通过互联网、光盘等媒体检索信息，并设计一个关于机器人的有关知识的演示文稿。 1）成立小组，分工合作，制定活动计划。 小组成员 （2）确定“机器人世界探索”活动的探索主题，构建问题框架。（3）评价要求 （1）展示 在小组内展示“机器人世界探秘”项目。
小学六年级信息技术上册 第5课 自动避障机器人名师教案 粤教版
自动避障机器人 课题自动避障机器人单元 5 学科信息技术年级 学习目标1.认识红外避障传感器 2.编写避障机器人程序 3.模拟仿真机器人避障 4.搭建与调试避障机器人 重点编写避障机器人程序 难点搭建与调试避障机器人 教学过程 教学环节教师活动学生活动设计意图 导入新课要让机器人避开障碍物，首先要给机器人装上“眼睛”，使它具有能感知障碍物的“器官”；然 后设计避障程序，让机器人根据检测到的情况选择 前进或者转弯。 女：给机器装上“眼睛”—红外线传感器，机器人检测到障碍物的时候，就可以想办法避开了。 男：哇！你是怎么做到的呢? 认真听讲，仔 细思考，交流 分享自己的看 法。 激发学生兴趣， 导入课题。 讲授新课一、认识红外避障传感器 红外避障传感器相当于机器人的“眼镜”，它是由一个红外线发射管和一个红外线接受管组成 的，如下图所示，它的主要功能是检测红外线发射 管的前方是否有物体存在。 介绍了红外避障传感器的组成：红外线接受管、红外线发射管、可调电阻、传感器的连接线。 同学们，为了然机器人避开前进过程中的障碍物，你们知道红外避障传感器应该安装在哪个地方 吗？ 长见识： 当红外线发射管发射出去的红外光遇到物体时会反射给接收管，接收管会把这个信息传输给机 器人的微电脑。认真听讲、仔 细思考，动手 操作程序，总 结经验。 提高学生的动手 能力，让学生了 解红外避障传感 器的原理，激发 学生对编程机器 人的兴趣。
二、编写避障机器人程序 男：我给机器人装上了红爱避障传感器，为什么它还是不会避开障碍物呢？ 女：因为机器人只是装上了红外避障传感器，却没有把它激活。我们要通过程序，让机器人使用红外避障传感器检测障碍物并告诉他遇到障碍物时应该怎样避开。 思考：同学们，你们在走路的时候，是一直睁着眼睛看周围的环境，还是一会儿后，闭着眼睛行走呢？当遇到障碍物的时候，你是怎么做的？ 给机器人装上红外避障机器人以后，还要让机器人会使用它来检测障碍物。这需要为机器人设计一个检测障碍物的程序，让机器人不停地使用红外避障传感器检测障碍物。这个程序中除了用到“红外避障传感器”模块以外，还要用到“永久循环”模块。 讲解：永久循环地作用类似于将循环次数设定为无限次地循环，永久循环体内的操作会被不停地重复直行。 编写检测障碍物程序，让机器人不停地通过红外避障传感器检测前方是否有障碍物，我们一起来看吧！ 1. 参考下图地操作，将“永久循环模块添加到程序中”。 2. 打开“数字传感器”模块库，参考下图，将“红外避障传感器”模块添加程序中，并作相关设置，让机器人使用它检测前方是否有障碍物。“选择变量”中的红外避障变量1、2、3、4分别用来储存机器人前、左右、后四个方向的红外避障传感器信号。若检测到有障碍物，则红外避障变量中储存“1”，否则储存“0”.“选择端口”中的6个
避障机器人技术报告
避障机器人 技术报告 学校：江苏城市职业学院班级：09应用电子（2）班姓名：刘超 学号：092106350317 I
目录 摘要............................................................................................................................... I 第一章引言 (1) 1.1避障机器人制作背景介绍 (1) 1.2本文章节安排及文献综述 (1) 第二章主控制系统 (5) 2.1 主控系统 (5) 2.1.1 硬件系统 (5) 2.1.2 软件系统 (5) 2.2 机器人传感器系统 (5) 2.2.1 模拟量传感器系统 (6) 2.2.2 数字量传感器系统 (6) 2.3显示电路 ............................................................................... 错误！未定义书签。第三章主要结构介绍. (17) 3.1 主要结构分析 (17) 3.1.1 编程软件 (17) 3.1.2 C8051F360微处理器 (17) 3.1.3 CIP-51TM 微控制器核 (19) 3.2片内存储器 (19) 3.3片内调试电路 (23) 3.4可编程数字I/O 和交叉开关 (19) 3.5串行端口 (20) 3.6可编程计数器阵列 (21) 3.7比较器 (22) 3.810位电流输出DAC (23) 第四章硬件系统设计与实现 (21) 4.1 电源模块 (24) 4.2 单片机最小系统 (23) 4.3升压稳压电路设计 ................................................................. 错误！未定义书签。 4.4 电机驱动模块 ....................................................................... 错误！未定义书签。 4.5蔽障部分 ............................................................................... 错误！未定义书签。第五章软件设计 ............................................................................... 错误！未定义书签。 5.1 主程序设计........................................................................... 错误！未定义书签。 5.2 电机调节子程序设计 (31) 5.3 屏障子程序设计.................................................................... 错误！未定义书签。 5.4 显示子程序设计 (32) 5.5 中断子程序 (33) 第六章调试过程及分析 (59)
小学六年级《信息技术》 10《扫地机器人》教学设计
第10课扫地机器人 一、教材分析 基于传感器的教育机器人的学习和应用是随着信息技术应运而生的教学内容，本课就从生活出发，将清洁机器人作为教学内容进行设计，综合应用传感器和舵机完成能实现避障和清扫操作的清洁机器人。教学内容主要分为任务分析、模块搭建和程序编写与运行，教师在教学时可以先让学生观察清扫机器人，引导学生分析清扫机器人的任务，再展开教学。扫地机器人的学习是在超声波传感器实践应用的基础上展开的，主要要求学生学习拼搭舵机，再结合已学的避障程序进行舵机程序的添加，因此建议通过迁移应用实践于课堂中。 二、学情分析 根据皮亚杰的认知发展规律可知，本课的学习对象六年级的学生已经具备了一定的逻辑思维能力，能通过任务的铺垫分析清洁机器人的工作任务。学生在本课之前的学习中，已经接触了实体机器人的应用，搭建实现清洁机器人的脚本在学生的实践能力范围内。但本课加入了舵机的拼搭和使用，对学生的操作能力又提高了要求，可以结合学生的实践探究和教师的搭建分享展开学习。 三、教学目标与要求 理解“如果那么否则”语句的含义，学会拼搭清洁机器人，理解超声波测距传感器的应用原理，完成避障程序搭建。通过分析清洁机器人的任务，体验思维和分析的过程，初步掌握问题分析的基本方法。通过清洁机器人，感受机器人的可实践性，感受信息技术发展的变化，形成乐学的学习态度，实现技术发展的愿望。 四、教学重点与难点
1. 重点：理解“如果那么否则”语句。 2. 难点：理解避障程序和清扫程序的顺序关系。 五、教学方法与手段 本课采用任务驱动法，让学生在有引导的教学环境中围绕任务分解任务，在小组讨论的过程中迁移运用已有知识，不断优化各分解任务，最终整合实现清洁机器人的任务效果。 六、课时安排 安排1课时。 七、教学准备 教学课件、教师用演示文稿和学生用演示文稿。 八、教学过程 （一）情境导入 教师：同学们，今天老师到家看到了这样的场景！（出示图片）怎么办？工作一天已经很累了，我想休息一下，能有个机器人帮帮我吗？ 学生提出机器人来清洁。 教师：对呀！有清洁机器人，商场里看到过很多呢！其实清洁机器人我们也能自己做，今天跟着老师一起来做一做清洁机器人！（板书：清洁机器人）【设计意图】通过提出生活实践中的问题，学生初步形成解决问题的意识，并揭示主题“清洁机器人”的搭建。 （二）实践探究 1. 项目分析
智能避障小车毕业设计论文
智能避障小车毕业设计 论文 Document number：WTWYT-WYWY-BTGTT-YTTYU-2018GT
智能避障机器人设计与研究（硬件） 摘要 在科学探索和紧急抢险中经常会遇到对一些危险或人类不能直接到达的地域的探测，这些就需要用机器人来完成。而机器人在复杂地形中行进时自动避障是一项必不可少也是最基本的功能。因此，自动避障系统的研发就应运而生。自动避障机器人就是基于这一系统开发而成的。随着科技的发展，对于未知空间和人类所不能直接到达的地域的探索逐步成为热门，这就使机器人的自动避障有了重大的意义。自动避障机器人可以作为地域探索机器人和紧急抢险机器人的运动系统，让机器人在行进中自动避过障碍物。 本文提出了一种经济实用的智能避障机器人系统设计方法，采用了小车底盘作为载体、直流电机作为执行元件、红外传感器作为检测元件、STC89C52单片机作为主控芯片、L298N作为驱动芯片和稳压电源芯片完成了检测电路设计、主控电路设计、电机驱动电路设计、稳压电路设计等硬件设计和制作，并对系统进行了仿真和综合调试，解决了一系列的难题，成功实现了自动避障功能。 关键词：智能避障机器人，红外传感器，单片机，L298N，PWM调速
THE DESIGN AND STUDY OF INTELLIGENT OBSTACLE AVOIDANCE ROBOT(HARDWARE) ABSTRACT In scientific exploration and emergency rescue often encounter some danger or human can not directly reach the area of detection, these will need to use the robot to complete. The robot's automatic obstacle avoidance movement in complex terrain is an essential and most basic function. Therefore, the automatic obstacle avoidance system development is made. Automatic obstacle avoidance robot development based on this system is made of. With the development of technology for the unknown space and mankind can not be directly accessible to gradually become a hot area of exploration, which makes the automatic obstacle avoidance robot has great significance. Auto matic obstacle avoidance robot can serve as a regional exploration and emergency rescue robot system that allows robots to automatically avoid obstacles in the road. This paper presents an economical and p ractical design of intelligent obstacle avoidance robot system, using the car chassis as the carrier, the DC motor as the actuator, infrared sensors as detection devices, STC89C52 microcontroller as the main chip, L298N as the driver chip and regulated power supply chip to complete the detection circuit design, master control circuit design, motor driver circuit design, voltage regulator circuit design of hardware design and production. A lot of simulation and integrated debugging have been done to the system and a series of problems have been solved. Finally, the automatic obstacle avoidance function is accomplished successfully. KEY WORDS：Intelligent obstacle avoidance robot, infrared sensor, MCU, L298N, PWMspeedadjusting