摘 要

移动机器人能够通过内、外传感器的反馈信息来感知环境以及自身状态, 在有障碍物的环境中实现自主运动, 从而完成一定功能或任务，是一个完整的机器人系统。其中轮式机器人结构简单，容易实现，具有移动速度快、转向性能好、行走效率高等特点。本次毕业设计完成轮式机器人基本机械结构及其控制系统，以AT89C51为核心，用L298N驱动直流电机，通过循迹模块里的光电传感器来检测白色路径，将产生的电平信号再返回到单片机，单片机根据程序设计的要求做出相应的判断送给电机驱动模块，让机器人来实现前进、左转、右转、停车等基本功能，并完成对目标物体的抓取工作。最后，针对论文现有设计，给出了进一步的改善优化建议，并对所设计的轮式机器人行走机构的发展前景进行了展望。

关键词：移动机器人；AT89C51单片机；L298N；红外对管；超声波传感器

All-wheel-drive wheeled mobile robot and its control system design

ABSTRACT

As a kind of robot system, mobile robot can realize autonomous movement in environment with obstacles. It can accomplish a certain function or task by using internal and external sensor that transmits environment information and their own state. The wheeled robot has some characters, such as simple structure, easy to implement, with mobile speed, good steering performance, walking with high efficiency, etc. This graduate design will finish wheeled robot basic mechanical structure and control system, the design takes AT89C51 as the core, with L298N drive dc motor, by tracing module in the photoelectric sensor is to detect the white path, will produce the level signal by L298N, and return to the single chip microcomputer, microcomputer according to the requirements of the program design makes the corresponding judgment to the motor drive module, lets the car forward, turn left, turn right, the basic function such as parking, and completes the fetching work on the target object. Finally, in view of the existing design paper, gives a further improve optimization suggestions, and the development of the wheeled robot mechanism designed foreground is prospected.

Key words: Mobile robot; AT89C51 MCU；L298N；Infrared Emitting Diode; Ultrasonic sensor

目 录

目 录 4

1 绪 论 - 1 -

1.1研究背景和发展现状 - 1 -

1.2研究的目的及意义 - 3 -

1.3研究内容 - 3 -

2 系统总体方案设计与论证 - 5 -

2.1 总体方案设计 - 5 -

2.2 机械结构 - 5 -

2.3 电机驱动模块 - 6 -

2.3.1 电机选择 - 6 -

2.3.2直流电机驱动器的选择 - 8 -

2.4 循迹模块 - 11 -

2.5 避障模块 - 12 -

2.6 电源模块 - 14 -

3 硬件设计 - 15 -

3.1 总体设计方案 - 15 -

3.2 单片机控制电路 - 16 -

3.3 电机驱动电路 - 19 -

3.3.1 PWM调速原理 - 19 -

3.4 循迹检测电路 - 20 -

3.5 避障电路 - 21 -

4 软件设计 - 22 -

4.1 系统控制流程图 - 22 -

4.2 循迹模块程序设计 - 22 -

4.3 避障模块程序设计 - 23 -

4.4 机械手抓取物体设计 - 24 -

4.5 程序清单 - 26 -

PWM调速程序 - 31 -

5 调试 - 32 -

结 论 - 33 -

致 谢 - 34 -

参考文献 - 35 -

1 绪 论

1.1研究背景和发展现状

轮式移动机器人的发展目前处于快速成长的阶段。凭着自身具有较强的活动能力，超强的稳定性等特点，在国防，农业，工业等各个领域得到了越来越广泛的应用，如在仓储搬运、办公机器人、医疗保健、危险物处理、军事所用以及特种机器人等领域的都有普遍应用前景，目前，对轮式移动机器人的研究，很多国内外专家学者都进行了系统深入的探讨。随着移动机器入应用范围和领域的不断扩展，机器人技术面临的新问题和新需求也越来越具有挑战性。移动机器人视觉导航系统具有获取信息完整，探测信号范围宽等优势，是移动机器人未来发展的一个主要方向，与此同时，它也存在背景和目标难以区分的瓶颈。因此，为了将背景和障碍物区分开，所需要的图像计算量非常大，致使系统的实时性较差。目前，很多移动机器人采用双目视觉系统，根据CCD像机对周围环境实时探测所获得的信息，机器人能够规划出所需路径，并沿着该路径在无人干预的情况下，行走到预定目标，这种基于视觉导航的方式己取得了较好的应用，如在自动化仓库，柔性生产线，交通运输的运料机器人等方面^[1]。

机器人是一个集动态决策与规划，集环境感知，行为控制与执行等诸多功能于一体的综合性系统，它集中了机械工程，传感器技术，计算机工程，电子工程，人工智能和自动化控制工程等多学科的科研成果，是机电一体化最高的成就，是当今科学技术发展最有活力的领域之一。由于机器人性能不断地完善，移动机器人的应用范围也大大地扩展，不但在国防，农业，工业，服务，医疗等行业中获得到广泛的应用，而且在有害与危险场合得到很好的应用，如搜捕，排雷，救援，辐射和空间领域等。由此，机器人技术的研究和发展也受到了更多的重视。移动机器人不仅能够执行预先给定的任务指令，而且能够根据行走过程中感知到的周围局部环境信息，自主地做出有效决策，智能避开障碍物，引导自身安全地行驶到目标位置，是一个对外界环境高度开放的智能系统。这在解决工业上危险地区的故障处理和标本采集等问题有着起了很大的作用。除此之外，移动机器人受到世界各方关注的还有其控制技术，也是当今自动化领域技术发展的热点之一。各个行业对自动化程度要求的提高以及社会经济的飞速发展，都在很大程度上推动了机器人技术的发展。机器人的控制是机器人的关键技术，为了更好地控制各种机器人的动作，国内外的专家学者已经研究了多种控制算法。

20世纪60年代以来,世界各国开始争先恐后地都对移动机器人进行了深入的研究，也取得了大量令人欣慰的研究成果。移动机器人家族最早出现和最普遍存在的一位成员就是轮式移动机器人，在1968~1972年中，美国Stanford研究院的Nils Nilssen和Charles Rosen等人，研发出了自主轮式移动机器人Shakey其目的是研究应用人工智能技术，在复杂环境下机器人系统的自主推理、规划和控制^[2]。