采用有源测距技术的自主移动机器人路径规划设计论文

. . . . 采用有源测距技术的自主移动机器人路径规划摘要随着科学技术的飞速猛进的的发展和人类生产生活的的需要，移动机器人已广泛应用于军事、工业、医学和人民的日常生活中。帮助人类完成一些危险高、难度大和工作环境特殊的任务。人类对移动机器人研究开始于上世纪中后期，它是人工智能、传感器技术、计算机工程、电子信息处理、自动化控制等多种高新技术结合的产物，也是机电一体化的最高成就。因此，移动机器人技术在近几年已成为科学研究的一个热点，得到世界各国特别重视。本设计基于红外线测距的自主移动机器人路径规划问题进行了较为深入的探讨和分析。首先，对国外智能移动机器人的研究现状，以与移动机器人在对环境的感知技术，多传感器信息融合技术以与群体机器人的路径规划技术的发展趋势进行了综述。然后介绍了红外线测距原理，讨论了红外线测距之于超声波测距的优势。重点探讨了基于红外线测距的自主移动机器人路径规划技术，以等高图法进行环境建模，以左手法则作为研究算法实现了一个可以自主完成路径规划和起点到终点最短路径规划的一个应用性例子“迷宫移动机器人”的设计。最后分析了本设计的一些不足，展望了机器人路径规划的未来发展趋势和研究方向。关键词：有源测距；自主移动机器人；路径规划；红外测距ABSTRACTWith the rapid science and technology Mengjin of development and human production.and lifes needs, the mobile robot has been widely used in military, industrial, medical, and peoples daily life. Help humans to dangerous, difficult and special working environment tasks. Human research on mobile robot began in the late last century, it is the product of the combination of artificial intelligence, sensor technology, computer engineering, electronic information processing, automation and control a variety of high-tech, mechanical and electrical integration of the highest achievement. Therefore, the mobile robot technology in recent years has become a hot topic of scientific research, special attention to countries in the world.Based on the design of the infrared ranging autonomous mobile robot path planning problem undertook relatively thorough discussion and analysis. First of all, on the domestic and international research status of intelligent mobile robot, and the robot in the environmental perception technique, the multi sensor information fusion technology and groups of robot path planning technology development trends were reviewed. Then introduced the infrared ranging principle, infrared ranging from the advantages of ultrasonic ranging. Focusing on the infrared ranging based on autonomous mobile robot path planning technology, with high chart method for environment modeling, using the left hand rule as the algorithm can achieve a complete autonomy in path planning and the start point to the end point shortest path planning an applied example maze mobile robot design. Finally it analyzes the design problems of robot path planning, the future development trend and research direction.Key words: active ranging; autonomous mobile robot; path planning; ultrasonic ranging目 录第一章 绪论. . 1 1.1论文背景与意义.11.2 国外研究现状与发展趋势. .11.2.1 对环境的感知技术.21.2.2 多传感器信息融合技术. .21.2.3 群体机器人的路径规划技术. .21.3 本论文主要研究容与研究方法综述.21.3.1 论文主要研究容简介. 21.3.2论文主要研究方法介绍 .3第二章 超声波测距与红外测距原理. .4 2.1 超声波测距原理. 4 2.2 红外测距原理.4 2.3 本章小结.5第三章 采用红外测距实现移动机器人路径规划的介绍.6 3.1 “移动机器人”路径自动规划介绍.6 3.2 “移动机器人”实现路径规划所需必备功能.7 3.3本章小结.7第四章“移动机器人”系统设计方案. .84.1 软件整体设计框图.8 4.2 系统各个主要软件模块介绍.94.2.1 驱动电机软件设计.94.2.2 路径搜索法则软件设计. .94.2.3 路径搜索法则软件设计.104.3本章小结.10第五章“路径规划移动机器人”硬件电路设计.11 5.1 机器人的整体设计框图. 11 5.2 机器人的部件设计原理与框图.115.2.1 主控制器设计. .115.2.2 电源设计.125.2.3 驱动电机设计. .135.2.4 传感系统设计.14 5.3 本章小结. .14第六章 总结.15参考文献.16致.17附录A.18附录B.19第一章 绪论1.1论文的背景与意义几千年前人类就渴望制造 一种像人一样的机器，以便将人类从繁重的劳动中解脱出来。 如古希腊诗人Homeros的长篇叙事诗 伊利亚特中的冶炼之神瘸腿海倍斯特司 ，就用黄金铸造出一个美丽聪颖的侍女；希腊神话阿鲁哥探险船中的青铜巨人泰洛斯（Taloas)；犹太传说中的泥土巨人等等，这些美丽的神话时刻激励着人们一定要把美丽的神话变为现实，早在两千年前就开始出现了自动木人和一些简单的机械偶人。如诸亮发明的木牛流马。到了近代 ，机器人一词的出现和世界上第一台工业机器人问世之后，不同功能的机器人也相继出现并且活跃在不同的领域，从天上到地下，从工业拓广到 农业、林、牧、渔，甚至进入寻常百姓家。机器人的种类之多，应用之广，影响之深，是我们始料未与的。从机器人的用途来分，可以分为两大类：军用机器人和民用机器人。自主移动机器人的路径规划是近几年来机器人研究领域的一个重要研究对象，基于超声波或者红外线等有源测距的自主移动机器人路径规划正式机器人智能控制技术的不可忽视的研究课题。1.2国外研究现状与发展趋势目前影响智能移动机器人技术研究的因素主要有：导航与定位、通讯、传感技术和运动控制策略等。步入21世纪，随着电子技术的飞速发展，机器人用传感器的不断研制、计算机运算速度显著提高和机器人应用领域的进一步扩大，移动机器人技术将逐渐地得到完善和发展。移动机器人技术的研究与发展的趋势包括一下几点:导航与定位、仿生学和类人机器人机构与能源方面的研究 、多传感器信息的集成融合、网络机器人、多机器人系统、 特种机器人以与机器人体系结构、图像技术与图像工程、神经网络与模糊控制、多传感器信息融合和虚拟现实技术。随着社会发展和科学技术的进步, 机器人在当前生产生活中的应用得到了越来越广泛。以下几点是国外自主移动机器人路径规划技术的几大发展趋势：1.2.1对环境的感知技术机器人必须通过传感器感知环境的信息，处理器通过处理这些传感器信息后，进一步决策机器人的具体行为。如何正确地感知环境信息，关键在传感器，只有先进的传感器才能有效地采集环境信息，从而提高机器人动作的准确性。目前超声波、激光雷达、视觉等传感器在移动机器人中得到了实际应用，但是这些传感器都有一定的局限性，例如超声波传感器的检测围取决于其使用的波长和频率，视觉传感器所获得图像的清晰和细腻程度取决于分辨率，分辨率越高图像越清晰，但所需的存储空间就越大，图像分析和处理速度就越慢。所以对移动机器人的环境感知技术将是未来移动机器人研究的一个突出方面。1.2.2多传感器信息融合技术多传感器信息融合的目的是为了提高系统的鲁棒性和可靠性，在自主移动机器人路径规划中，传感器起了非常重要的作用，多传感器所采集到的信息具有互补性、协同性、冗余性，可对外部环境快速并行分析，有利于机器人迅速找到有效路径。但是多传感器信息融合技术还存在一系列难题，例如信息融合的错误率的问题、信息融合的实时性问题、建立有效的信息融合质量评价机制等一系列问题。1.2.3群体机器人的路径规划技术。群体机器人在相互协作工作时都希望能找到一条畅通无碰撞的、能一最快速度到达目的地的路径，群体机器人路径规划既要考虑机器人之间的相互协作又要考虑避障，在路径规划上难度笔其他一般的路径规划机器人的难度大，另外当目标点移动时还要考虑目标的速度信息和位置信息，要对目标进行实时的检测分析，增加了路径规划的难度，这也是今后路径规划机器人的重点。目前，对移动机器人的路径规划研究提出了很多方法，但没有形成一套完善的体系，还有许多关键问题例如、机器人导航控制器的优化和学习、机器人运动环境建模、实时运动规划、实时故障诊断与控制等技术问题亟待完善。1.3本论文研究方法与主要容综述1.3.1 本论文主要研究容简介自主移动机器人的路径是移动机器人导航的重要环节，也是必不可少的一部分。根据机器人对外部环境的不同要求，大致可分为两大类型。1.全局路径规划：对外部环境信息的要求较高2.局部路径规划：只需采集外部环境的部分信息，通过外部特定的传感器获取。传统的路径规划方法包括可视图法、Voronoi法、栅格法、2D*（dynamic A*法）、等高图法等等。本文主要就“路径规划移动机器人”为实际研究对象，以等高图作为研究算法设计一个可以自主完成路径规划和起点到终点最短路径规划的一套等高图系统算法。1.3.2本论文主要研究方法介绍 本文主要是设计一套能让“路径移动机器人”自动寻找路径的算法。移动机器人路径规划的算法一般采用左手法则，右手法则和中心法则三种思路。本设计采用左手法则。第2章 超声波测距与红外测距原理2.1 红外测距原理有源测距技术中红外测距传感器分为红外发射器和红外接收器两个部分。成为红外对管。首先通过红外发射器想前方发射一束红外，红外线在空气中传播的过程中遇到障碍物反射回来。当红外接收器接收到反射回来的红外信号后。系统记录下从发射到接收的时间。红外线是一种波长很大的不可件光，它的传播速率跟光一致。传播速率为3108m/s 。通过传播的时间计算出发射位置与障碍物的距离。即3108t/2.红外测距的传播速率快，受外界的干扰小，而且价格便宜，体积小。因此在众多领域，也得到了广泛应用。图2.1 红外测距原理图2.2红外传感器的分类常见红外传感器可分为热传感器和光子传感器。(1)热传感器热传感器是利用入射红外辐射引起传感器的温度变化，进而使有关物理参数发生相应的变化，通过测量有关物理参数的变化来确定红外传感器所吸收的红外辐射。热探测器的主要优点是相应波段宽，可以在室温下工作，使用简单。但是，热传感器相应时间较长，灵敏度较低，一般用于低频调制的场合。热传感器主要类型有：热敏传感器型，热电偶型，高莱气动型和热释放电型四种。(a)热敏电阻型传感器热敏电阻是由锰、镍、钴的氧化物混合后烧解而成的，热敏电阻一般制成薄片状，当红外辐射照射在热敏电阻上，其温度升高，电阻值减少。测量热敏电阻值变化的大小，即可得知入射的红外辐射的强弱，从而可以判断产生红外辐射物体的温 (b)热电偶型传感器 热电偶是由热电功率差别较大的两种材料构成。当红外辐射到这两种金属材料构成的闭合回路的接点上时，该接点温度升高。而另一个没有被红外辐射辐照的接点处于较低的温度，此时，在闭合回路中将产生温差电流。同时回路中产生温差电势，温差电势的大小，反映了接点吸收红外辐射的强弱。利用温差电势现象制成的红外传感器称为热电偶型红外传感器，因其时间常数较大，相应时间较长，动态特性较差，调制频率应限制在10HZ以下。(c)莱气动型传感器高莱气动型传感器是利用气体吸收红外辐射后，温度升高，体积增大的特性，来反映红外辐射的强弱。它有一个气室，以一个小管道与一块柔性薄片相连。薄片的背向管道一面是反射镜。气室的前面附有吸收模，它是低热容量的薄膜。红外辐射通过窗口入射到吸收模上，吸收模将吸收的热能传给气体，使气体温度升高，气压增大，从而使柔镜移动。在室的另一边，一束可见光通过栅状光栏聚焦在柔镜上，经柔镜反射回来的栅状图像又经过栅状光栏投射到光电管上。当柔镜因压力变化而移动时，栅状图像与栅状光栏发生相对位移，使落到光电管上的光量发生改变，光电管的输出信号也发生变化，这个变化量就反映出入射红外辐射的强弱。这种传感器的特点是灵敏度高，性能稳定。但响应时间性长，结构复杂，强度较差，只适合于实验室使用。(d)热释电型传感器热释电型传感器是一种具有极化现象的热晶体或称“铁电体”。铁电体的极化强度（单位面积上的电荷）与温度有关。当红外线辐射照射到已经极化的铁电体薄片表面上时，引起薄片温度升高，使其极化强度降低，表面电荷减少，这相当于释放一部分电荷，所以叫做热释电型传感器。如果将负载电阻与铁电体薄片相连，则负载电阻上便产生一个电信号输出。输出信号的大小，取决于薄片温度变化的快慢，从而反映入射的红外辐射的强弱。由此可见，热释电型红外传感器的电压响应率正比于入射辐射变化的速率。当恒定的红外辐射照射在热释电传感器上时，传感器没有电信号输出。只有铁电体温度处于变化过程中，才有电信号输出。所以，必须对红外辐射进行调制（或称斩光），使恒定的辐射变成交变辐射，不断的引起传感器的温度变化，才能导致热释电产生，并输出交变的信号。(2)光子传感器光子传感器是利用某些半导体材料在入射光的照射下，产生光子效应，使材料电学性质发生变化。通过测量电学性质的变化，可以知道红外辐射的强弱。利用光子效应所制成的红外传感器。统称光子传感器。光子传感器的主要特点灵敏度高，响应速度快，具有较高的响应频率。但其一般须在低温下工作，探测波段较窄。按照光子传感器的工作原理，一般可分为光电和外光电传感器两种，后者又分为光电导传感器、光生伏特传感器和光磁电传感器等三种。(a)外光电传感器（PE器件）当光辐射在某些材料的表面上时，若入射光的光子能量足够大时，就能使材料的电子逸出表面，这种现象叫外光电效应或光电子发射效应。光电二极管、光电倍增管等便属于这种类型的电子传感器。它的响应速度比较快，一般只需几个毫微秒。但电子逸出需要较大的光子能量，只适宜于近红外辐射或可见光围使用。(b)光电导传感器（PC器件）当红外辐射照射在某些半导体材料表面上时，半导体材料中有些电子和空穴可以从原来不导电的束缚状态变为能导电的自由状态，使半导体的导电率增加，这种现象叫光电导现象。利用光电导现象制成的传感器称为光导传感器，如硫化铅、硒化铅、锑化铟、碲隔汞等材料都可制光电导传感器。使用光电导传感器时，需要制冷和加一定的偏压，否则会使响应率降低，噪声大，响应波段窄，以致使红外线传感器损坏。(c)光生伏特传感器（PU器件）当红外辐射照射在某些半导体材料的PN结上时，在结电场的作用下，自由电子移向N区，如果PN结开路，则在PN结两端便产生一个附加电势，称为光生电动势。利用这个效应制成的传感器或PN结传感器。常用的材料为砷化铟、锑化铟、碲化汞、碲锡铅等几种。(d)光磁电传感器（PEM器件）当红外辐射照射在某些半导体材料表面上时，半导体材料中有些电子和空穴将向部扩散，在扩散中若受强磁场的作用，电子与空穴则各偏向一方，因而产生开路电压，这种现象称为光磁电效应。利用此效应制成的红外传感器，叫做光磁电传感器。光磁电传感器不需致冷，响应波段可达7M左右，时间常数小，响应速度快，不用加偏压，阻极低，噪声小，有良好的稳定性和可靠性。但其灵敏度低，低噪声前置放大器制作困难，因而影响了使用。2.3红外传感器的应用红外技术是最近几十年中发展起来的一门新兴技术。它已在科技、国防和工农业生产等领域获得广泛的应用。红外传感器的应用主要体现在以下几个方面：(1)红外辐射计：用于辐射和光谱辐射测量(2)搜索和跟踪系统：用于搜索和跟踪红外目标，确定其空间位置并对其运动进行跟踪。(3)热成像系统：能形成整个目标的红外辐射分布图像。(4)红外测距系统：实现物体间距离的测量。(5)通讯系统：红外线通信作为无线通信的一种方式。(6)混合系统：是指以上各类系统中的两个或多个的组合。 2.4 本章小结本设计采用红外线作为移动机器人路径规划的传感器。而没有采用超声波传感器的原因有： 1) 采用红外线发光二极管，结构简单，易于小型化，且成本底。2) 红外线调制简单，依靠调制信号编码可实现多路控制。3) 红外线不能通过阻挡物，不会产生信号串扰等误动作。4) 功率消耗小，反映速度快。5) 抗干扰能力强，工作可靠。第三章 采用红外测距实现移动机器人路径规划的介绍3.1移动机器人路径自动规划介绍目前“电脑鼠走迷宫竞赛”轰迷全球，我国也与2007年将这项比赛从国外引入国。该项比赛主要比较“迷宫移动机器人”在寻找出迷宫的最短路径的最优算法。在过 去三年的竞赛中，通过各个区域赛和全国总决赛的选拔，从比赛的结果来看最佳成绩主要出现在、国外选手中。陆由于缺乏经验未能出现优秀的选手。本设计主要是通过“路径规划移动机器人”这一硬件平台来设计出一套合适路径规划算法。并设计出一套硬件调试平台完成设计要求。本设计主要是采用绘制等高图法来完成设计规划。“路径规划移动机器人”完成一次路径规划任务大至可分为下面几大步骤1） 数据采集本设计设计的“路径规划移动机器人”是采用的有源的红外采集技术。由于外界的环境障碍物对红外线反射，所以可以通过红外传感器检测移动机器人的相对位置。2） 路径搜索本设计中，“路径规划移动机器人”在完成一次路径规划时，首先需要完成一次路径搜索的任务，一般的迷宫式由规则的256个宫格组成。机器人将完成所有的宫格的搜索并记录有效的宫格信息并压入为控制的堆栈中。为下一步的算法运算准备数据。图3.1 机器人路径搜索模拟图3） 算法运算机器人在完成一次搜索任务后，将回到起点将采集的有效的信息从堆栈中取出，并完成有效的最短路径的运算任务，是这个过程中核心过程。能否成功运算直接关系到整个系统的设计意义。4） 最优路径运行机器人在起点完成运算后将，从起点以最短的规划的路径完成一次运行，并回至起点。图3.2 最优路径选择模拟图1图3.3 最优路径选择模拟图2图3.4 最优路径选择模拟图3图3.5 最优路径选择模拟图43.2 “移动机器人”实现路径规划所需必备功能迷宫机器人实现路径规划需具备以下几大功能1） 机器人对障碍物信息的检测机器人之所以是智能的，就是因为机器能通过各类传感器实时采集环境信息然后通过人为算法完成正确的判断，最终达到人为期望的目的。所以传感器在机器人中起着至关重要的作用。是这个机器人的五官。2） 机器人的运行姿势自动校正。机器人在运行过程中由于控制的误差是机器人和障碍物相碰。所以设计中需要设计一个通过传感器采集的有效的数据对机器人当前的运行状态与位置进行分析，然后对误差进行合理的调整3） 最短路径的算法最短路径的算法运算是这个设计中的核心，能付成功的运算出最优的路径是机器人最终价值的体现。3.3本章小结本设计的移动机器人的路径规划主要是通过多组红外对管。通过对外部环境实行全方位的检测，计算出机器人正前方，左前方，右前方与周围环境障碍物的相对位置。然后控制移动机器正转反转的角度避免与周围的障碍物发生碰撞。并且通过算法实现移动机器人的路径规划和从起点到终点最短路径的选择。第四章 “移动机器人”系统设计方案4.1 软件设计整体框图图4.1 软件设计整体框图设计整体框图如图1所示有本设计提出的要现的功能软件系统设计，首先ARM处理器完成所有的初始化工作，初始化包括了系统时钟的初始化、系统的中断系统的初始、系统的堆栈状态初始、各个传感器的状态的初始化工作。系统完成了初始化工作后，系统将进入主循环。首先启动的是迷宫的搜索，机器人将根据给定的搜索法则完成整个迷宫的搜索，在搜索途中，系统将实时将有效的坐标信息压入ARM存储器的堆栈中一遍最短路径运算任务的完成。完成系统搜索后，机器人将回到起点位置，并从堆栈中取出有效的坐标数据，并完成运算任务，最终机器人将以最短的规划路径完成一次运行。整个程序停止结束。4.2 系统各个主要的软件模块介绍 系统软件设计是运用编程的模块化编程思想，这个庞大的系统主要是又各个子模块的细分，分别对子模块的软件进行设计并完成功能调试最后完成这个系统的组合完成。下面将介绍系统主要的几个重要的软件模块的介绍。4.2.1 传感器软件设计 （1）传感器驱动原理。本设计中采用是一对红外发射、红外接收管完成障碍物的判断工作。红外的发射需要系统提供38KHz的脉冲，当接收管接收到一样频率的信号时则表明有障碍物存在表示命题为真。（2）程序设计框图图4.2 程序设计框图传感器程序设计，主要分为两个两个任务。一是，为传感器提供震荡频率；二是，实时读取传感器的状态，并对所有位置传感器的状态进行编码并返回状态编码。首先，系统完成了定时器中断和PWM发生器的初始化工作。随后，将等待定时器中断的到来。当中断到来时，系统将跳入中断服务函数，完成5个通道上的状态扫描任务，并完成编码值的返回。4.2.2 驱动电机软件设计（1）电机驱动原理本设计采用步进电机，步进电机的驱动不同于直流电机只要通过一个脉冲频率控制一个开关管就可以实现对直流电机的启动与调速工作。而步进电机的驱动需要一定时序来完成精准的转动角度控制，并在时序上添加一定频率可实现步进电机的速度调整。 （2）步进电机驱动程序软件设计框图图4.3 电机驱动软件设计框图由于，直流电机的转动速度不易被采集和反馈，并且直流电机转动速度较快，所以本系统设计采用的是步进电机。步进电机的软件设计流程图如图 3所示。首先系统完成定时器2的初始工作，并开始等待中断的到来，当中断到莱斯，系统将完成规定的步进任务，并对步进的步数数据进行采集与反馈进入主系统4.2.3 路径搜索法则软件设计搜索方法和搜索原理介绍本系统设计了三种搜索方法，中心法则、右手法则和左手法则。本设计采用的是左手法则。这三种路径搜索法则是三种经典是路径搜索法则。采用那种搜索法则只是与程序的编写有关，并不是那种采用那种法则会更好。（1） 中心法则：当机器人遇到连你高挑或者两条以上的支路后，优先走离目的地最近的支路。（2） 右手法则：当机器人遇到连你高挑或者两条以上的支路后，优先走靠右边的那条支路。（3） 左手法则：当机器人遇到连你高挑或者两条以上的支路后，优先走靠左边的那条支路。4.3本章小结本设计的移动机器人的难点在于通过算法实现路径规划，所以本章重点介绍了该设计移动机器人实现自主移动软件实现方案，即本章4.21讲述的驱动电机的软件实现方案。以与移动机器人实现路径规划时的整体软件实现方案。第五章“迷宫移动机器人”硬件电路设计5.1 机器人的整体设计框图路径规划的的整体电路设计主要由电源供电，模块模块、主控制器模块、传感器模块和电机驱动模块组成。整体设计框图如图3.1所示：电源供电模块主控制器模块传感器模块电机驱动模块图5.1 工作流程框图5.2 机器人的部件设计原理与框图该设计的自主移动机器人的组成部件由电源供电部分、主控制器部分、传感器部分和电机驱动部分组成。具体容见下面的细分。图5.2 移动机器人硬件结构图5.2.1 主控制器设计本设计采用ARM3(LM3S615)作为整个机器人的主控器，ARM3是32位处理器，相对于传统的单片机具有处理速度快，储存空间的特点。ARM3的最小系统电路包括复位电路，与震荡电路。图5.3 LM3S615最小系统原理图5.2.2 电源设计本设计需要3.3V和5V两种电源。LM3S615控制器需要3.3V供电，电路图如5.4所示，由CON2接头输入外接电源，二极管管是为了防止正负接反的保护电路，经过C36、C2滤波，然后通过SPX1117M-3.3稳压芯片得到稳定的3.3V供电。SPX1117M-3.3的特点是输出电流大，输出电压精度高，稳定性好。其电压输出围在4.7到12V，输出电流可达800mA。在其输出端的C3、C4用来瞬态响应和稳定性。POW是 电源指示灯，当系统上电后，指示灯被点亮。R9和R15组成一个分压电路，网络标号ADC0连接到LM3S615上的ADC0端口，可以用来检测电池电量。图5.4 3.3V电源原理图本设计使用的红外传感器的工作电压是5V，在一般情况下可以把电池输出的电压经过稳压芯片稳定在5V。但若电池电压较低或被瞬间拉低，系统就不能为传感器提供稳定的电源，这将影响传感器的灵敏度。进而影响机器人搜索路径。为了使传感器得到较稳定的5V电压，本设计采用系统中已稳定的3.3V电压升压到5V。升压新品采用Exar公司的的静态电流，搞效率的升压芯片SP6641A，升压电路如图5.4所示。图5.5 5V电源原理图5.2.3 驱动电机设计电机驱动的电路如图5.6所示。其中BA6845FS是步进电机驱动芯片，每个芯片的有两个H桥，它的最大驱动电流为1A，而且在逻辑的主控芯片的控制下有正转、反转与停止三种输出模式。表5.1 BA6845FS真值表IN11/21IN12/22OUT11/21OUT12/22模式LHHL正转HHLH反转LL开路开路停止HL开路开路停止图5.6电机驱动电路原理图5.2.4 传感系统设计该设计的传感器电路由5组红外检测电路组成。分别用于左方、左前方、前方、右前方和右方障碍物的检测。在机器人的前方组成一个全方位的检测系统。每个方位的电路都是一样的，图5.7是一个方位的检测电路的原理图。图5.7 红外检测电路5.25 按键电路本设计上有一个按键，其电路图如5.8所示，电容C24是用来消抖的，消抖有软件消抖和硬件消抖两种。软件消抖不需要设计硬件电路，直接通过程序来实现，但是用于消抖的延时难以控制。为了影响系统的运行，本设计采用硬件消抖。图5.8 按键电路5.3 本章小结本章主要介绍移动机器人的各个模块硬件电路的设计。包括主控制器模块、电源模块、电机驱动模块、传感器模块和按键模块。其中主控制器采用LM3S615芯片，电源模块采用SPX1117和SP6641A-5V分为得到5V和3.3V电压。电机驱动采用BA6845电机驱动芯片。第六章 总 结 本文的主要阐述采用有源测距技术的自主移动机器人路径规划的一个实际应用性例子“迷宫移动机器人”的设计以与红外线技术在测距的应用。通过以上对红外线测距原理与优势的介绍，再了解已经在风靡全球的“电脑鼠走迷宫竞赛”运用多种测距方法的运用，再选择用等高图测距进行环境建模，再以左手法则作为研究算法实现了一个可以自主完成路径规划和起点到终点最短路径规划的一个应用性例子“迷宫移动机器人”的设计。当然设计的硬件与软件部分也着重进行了说明和描述。当然，本次设计也存在一此弊端，那就是机器人必须完成这个迷宫的搜索任务才能运算出最佳的运行路径。这个可能是跟机器人搜索方式和加权方式有关系。参考文献1 磊, 叶涛. 移动机器人技术研究现状与未来J .机器人,2002 ,24 (5)：475 480.2 房小翠.单片微型计算机与机电接口技术.：国防工业，2002.3 剑英，贾青.微型计算机控制技术.：国防工业，2001.4 负图.现代传感器集成电路.：人民邮电，2000.5 守忠，夏勇.传感器技术与其应用.：中国科学技术大学，1997.6 卢韶芳，大维.自主式移动机器人导航研究现状与其相关技术J .农业报，2002 ，33(2)：112 116.7 徐爱钧.单片机高级语言C51Windows环境编程与应用.:电子工业，2001.8 传友，晓斌等. 测控系统原理与设计. ：航空航天大学，2002.9 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Conf. on Robotics and Automation, Washington D.C., May 2002.14 Boley D L ， Sutherland K T.A rapidly converging recursivemethod formobile robot localizationJ .International Jour2nal of Robot Research， 1998， 17 (10) : 1 027 1 03915 Ohya A ， Ko saka A ， Kak.Vision2based navigation by a mobile robot with obstacle using single2camera vision andult rasonicsensingJ .IEEE Transact ions on Robo- tics and Automation， 1998，14 (6) : 969 978致本文进行到这里，回顾这几个月来的日子，有为设计难题彻夜难眠的无奈，有老师悉心提点后的心喜悦。最后看到设计的完成，心五味杂，因为毕业设计的结束也意味我们离开母校，离开老师，离开相守四年的同学的日子不远了。我想告别的不单单是人，是大学，更是一段永不再来的青春。在这里我首先要感我的指导师桥老师在毕业设计中对我给予的悉心指导和严格要求。才使我的毕业论文顺利的完成。在这里，向老师表示由衷的感激。剩下的日子，希望早上还能在五教的篮球场上和你打次篮球，为了能拥有与你除了教学外更多的交集，更为了那些陪伴我们一直走来的篮球。还有我要感我的可爱的同学们。在毕业设计的期间，给了我很多帮助以与给我提出了很多宝贵意见，在此也真诚的你们。同时，我还要感我身边的朋友，在我毕业设计期间一直在默默的支持我，鼓励我。感大学学习期间所有电子信息工程专业的老师，你们传授我的专业知识使我受益终生，也是我完成本论文的基础，能得到你们的教诲是我最大的福分。爱，感恩，分享，帮助，森立天下，马致千里。附录A图附1 系统硬件原理图附录B/* 包含头文件*/#include hw_memmap.h#include hw_ints.h#include hw_types.h#include interrupt.h#include gpio.h#include sysctl.h#include Systick.h#include Timer.h#include adc.h#include Pwm.h#include Type.h#include Zlg7289.h/* PB端口定义*/#define IRSEND_BEVEL GPIO_PIN_0 /* 驱动斜角红外的调制信号 */#define LEFTSIDE GPIO_PIN_1 /* 左方传感器输出的信号 */#define FRONTSIDE_L GPIO_PIN_2 /* 左前方传感器输出的信号 */#define FRONTSIDE GPIO_PIN_3 /* 前方传感器输出的信号 */#define FRONTSIDE_R GPIO_PIN_4 /* 右前方传感器输出的信号 */#define RIGHTSIDE GPIO_PIN_5 /* 右方传感器输出的信号 */* PC端口定义*/#define KEY GPIO_PIN_ /* 按键连接的端口 */* PD端口定义*/#define PHRA1 GPIO_PIN_0 /* 右侧步进电机的A1相 */#define PHRA2 GPIO_PIN_1 /* 右侧步进电机的A2相 */#define PHRB1 GPIO_PIN_2 /* 右侧步进电机的B1相 */#define PHRB2 GPIO_PIN_3 /* 右侧步进电机的B2相 */#define PHLA1 GPIO_PIN_4 /* 左侧步进电机的A1相 */#define PHLA2 GPIO_PIN_5 /* 左侧步进电机的A2相 */#define PHLB1 GPIO_PIN_6 /* 左侧步进电机的B1相 */#define PHLB2 GPIO_PIN_7 /* 左侧步进电机的B2相 */* PE端口定义*/#define IRSEND_SIDE GPIO_PIN_0 /* 驱动左前右正向红外发射 */* 常量宏定义 */#define MAZETYPE 8 /* 常量宏定义-前进一个迷宫格步进电机需要走的步数*/#define ONEBLOCK 125/* 常量宏定义*/#define STOP 0 /* 停止 */#define GOAHEAD 1 /* 前进 */#define TURNLEFT 3 /* 向左转 */#define TURNRIGHT 4 /* 向右转 */#define TURNBACK 5 /* 向后转 */* 常量宏定义-传感器*/#define LEFT 0 /* 左方传感器 */#define FRONTL 1 /* 左前方传感器 */#define FRONT 2 /* 前方传感器 */#define FRONTR 3 /* 右前方传感器 */#define RIGHT 4 /* 右方传感器 */* 常量宏定义-电机状态*/#define MOTORSTOP 0 /* 电机停止 */#define WAITONESTEP 1 /* 电机暂停一步 */#define MOTORRUN 2 /* 电机运行 */* 常量宏定义-电机运行方向*/#define MOTORGOAHEAD