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摘要

本設計基于計算機控制技術、單片機技術、傳感器技術、智能控制技術、機電一體化技術及機器人學研制了一個能自動尋線、識別并測量鐵片、避障、自主規劃路徑的智能電動小車。論文分析了小車本體、主控系統、信息感知單元、驅動單元等模塊的理論論證、設計與調試過程，并結合實際調試過程的分析，詳細闡述了小車整個行駛過程中的運動參數的規劃與實現。本設計在特色部分論文分析了以Mega8芯片為主基于概率分析的避障單元的設計與實現，串行掃描方式實現的人機接口，尋光雷達，小車位姿控制等內容。

本設計的理論設計方案、調試方法、測試數據分析方法及設計中的特色與創新點等對自動運輸機器人、家用清潔機器人、滅火機器人等自主及半自主機器人的設計與實現有一定的參考意義。

關鍵詞：兩輪小車光電尋線PWM調速尋光雷達路徑規劃自適應位姿控制

Abstract

Basedonthecomputercontroltheory,MPUtechnology,sensingtechnology,intelligentcontroltheory,mechatronicsandRobotics,wehavedesignedalittleintelligentelectro-drivecarwhichcantraceblacklinesautomatically,identifyironandthenmeasureitssize.Thislittlecaralsohavetheabilityofobstacleavoidance,routeplanning,distancemeasuringetc.

Inourthesis,wegivethedetailsofthetheoreticformulating,designing,debuggingofourcar''''smainbody,it''''smaincontrolsystem,it''''sinformationperceivingunit,drivingunitandit''''smotionstrategy.Withtheanalysisofourdebuggingprocess,wegivetheplanningofthecar''''smotionparameterswhichmustbeconsideredduringthecar''''swholetask.

InPart3,weshowourinnovativepoints:Probabilityanalysisbasedobstacleavoidanceunit,human-machineinterfacebasedonserialscanningmethod,light-seekingradar,andself-adaptivepositioncontrol.

Finally,wethinkourworkcouldhaveaprofoundinfluenceonthedesignandimplementationoffully-autonomyorsemi-autonomyrobotsuchasautonomictransportrobot,fire-fightingrobot,homeclearingrobot,etc.

Keywords:2-wheelvehicle,PWM,lightseekingradar,routeplanning,self-adaptive

1方案設計與論證

根據題目的設計要求，小車要能自動尋線、檢測金屬物、避障、尋光、測距離以及在不同的區域控制自己的速度與行駛角度。我們把設計分為五個相對獨立的部分，這樣降低了設計的復雜度，使得整體條理更為清晰。這五個部分是：小車本體、主控單元、信息感知單元、驅動單元。

1.1小車本體

小車行走機構的方案分析與選擇：

方案一履帶式行走機構：運行平穩、可靠，走直線效果很好；但結構較復雜、移動速度較慢，轉彎過程的控制性能較差。

方案二腿式行走機構：可以走出多種復雜的路線，但結構復雜、運動中的平衡性和穩定性差、移動速度較慢。

方案三兩輪式行走機構：結構簡單、運動平穩、移動速度快、轉彎性能好，且易于控制，適用于小功率的行走驅動。

方案四四輪式行走機構：結構簡單、運動平穩、移動速度快、易于控制，但原地轉彎性能不夠好。

通過對比賽中小車要完成的任務的研究以及對四種方案的對比，我們最終選擇了兩輪式行走機構。

車體框架，基于設計要，我們以對稱結構為基礎設計。

基本要求

（1）電動車從起跑線出發（車體不得超過起跑線），沿引導線到達B點。在"直道區"鋪設的白紙下沿引導線埋有1~3塊寬度為15cm、長度不等的薄鐵片。電動車檢測到薄鐵片時需立即發出聲光指示信息，并實時存儲、顯示在"直道區"檢測到的薄鐵片數目。

（2）電動車到達B點以后進入"彎道區"，沿圓弧引導線到達C點（也可脫離圓弧引導線到達C點）。C點下埋有邊長為15cm的正方形薄鐵片，要求電動車到達C點檢測到薄鐵片后在C點處停車5秒，停車期間發出斷續的聲光信息。

（3）電動車在光源的引導下，通過障礙區進入停車區并到達車庫。電動車必須在兩個障礙物之間通過且不得與其接觸。

（4）電動車完成上述任務后應立即停車，但全程行駛時間不能大于90秒，行駛時間達到90秒時必須立即自動停車。

2、發揮部分

（1）電動車在"直道區"行駛過程中，存儲并顯示每個薄鐵片（中心線）至起跑線間的距離。

（2）電動車進入停車區域后，能進一步準確駛入車庫中，要求電動車的車身完全進入車庫。

（3）停車后，能準確顯示電動車全程行駛時間。

（4）其它。

目錄2

簡易智能電動車設計要求3

一、任務3

二、要求3

三、評分標準4

四、說明4

簡易智能電動車設計論文5

摘要5

Abstract5

1方案設計與論證6

1.1小車本體6

1.2主控單元6

1.3信息感知單元7

1.4驅動單元8

1.5人機接口單元8

1.6策略的選擇8

2理論設計10

2.1小車本體設計10

2.2小車主控系統設計11

2.3信息感知單元的設計13

2.4電機驅動單元19

3特色與創新20

3.1串行掃描實現的人機接口20

3.2避障單元的設計20

3.3尋光雷達及小車位姿控制20

4調試過程及測試數據分析21

4.1調試儀器儀表21

4.2調試數據及分析21

參考文獻23