履帶式移動(dòng)機(jī)器人控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)
履帶式移動(dòng)機(jī)器人控制系統(tǒng)設(shè)計(jì),班級學(xué)號: 學(xué)生姓名: 指導(dǎo)老師:,履帶式移動(dòng)機(jī)器人控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) 黃海亮,主要任務(wù)及成果: 履帶式輪式移動(dòng)機(jī)器人,是一種集環(huán)境感知、決策規(guī)劃、自動(dòng)行駛等功能于一體的綜合智能系統(tǒng),智能車集中地運(yùn)用了自動(dòng)控制、模式識別、傳感器技術(shù)、汽車電子、電氣、計(jì)算機(jī)、機(jī)械等多個(gè)學(xué)科的知識。 本課題所設(shè)計(jì)的機(jī)器人可以在白色的場地上,通過傳感器識別路徑,控制機(jī)器人的轉(zhuǎn)向角和車速,自動(dòng)地沿著一條任意給定的黑色帶狀引導(dǎo)線行駛。,系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì),系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì),系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì),總結(jié),系統(tǒng)的調(diào)試與分析,1,2,3,4,5,系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì),本論文最終設(shè)計(jì)出的履帶式移動(dòng)機(jī)器人系統(tǒng),在圖像信息采集方面采用的傳感器是線性CCD TSL1401,用來識別白色場地上的黑色引導(dǎo)線,并通過識別出的黑色引導(dǎo)線的位置和履帶式移動(dòng)機(jī)器人自身的中間線的比較,來判斷其偏離黑色引導(dǎo)線的偏差,然后對這個(gè)偏差進(jìn)行處理,使用模糊PID的控制方法來得出兩邊電機(jī)所需要的PWM波輸出值來控制兩邊履帶的轉(zhuǎn)速,實(shí)現(xiàn)所需要沿黑色引導(dǎo)線運(yùn)動(dòng)的轉(zhuǎn)速差,最終實(shí)現(xiàn)履帶式移動(dòng)機(jī)器人可以按照規(guī)定的路徑前進(jìn)拐彎等。,系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì),總體框圖,系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì),總體硬件方案圖,系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì),電源模塊: 5V穩(wěn)壓芯片選用LM2940,該芯片具有紋波小,電路簡單; 3.3V穩(wěn)壓芯片選用AMS1117-3.3,該芯片為低壓差電壓調(diào)節(jié)器系列芯片,電路設(shè)計(jì)簡單,供電穩(wěn)定,電源的利用率高。,系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì),單片機(jī)最小系統(tǒng):,系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì),線性CCD TSL1401模塊:,線性CCD傳感器TSL1401具有128個(gè)線性排列的光電二極管,每個(gè)二極管都有自己的積分電路,每個(gè)像素所采集的圖像灰度值與它所感知的光強(qiáng)和積分時(shí)間成正比,最終將采集的電壓傳送至單片機(jī)的AD端口進(jìn)行處理。參照芯片數(shù)據(jù)手冊,線性CCD傳感器驅(qū)動(dòng)程序比較簡單,只需要MCU控制CLK及SI兩個(gè)引腳按照特定的時(shí)序發(fā)出方波信號,AO引腳就會(huì)依次輸出 128 個(gè)像素點(diǎn)的模擬信號,經(jīng)過MCU的AD采集我們就可以得到圖像信息。,系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì),H全橋驅(qū)動(dòng)的基本原理:,系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì),BTN7971所搭建的H橋驅(qū)動(dòng)電路:,系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì),PCB制作:,系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì),軟件總體設(shè)計(jì):,系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì),人機(jī)交互模塊:,系統(tǒng)的調(diào)試與分析,總結(jié),本設(shè)計(jì)通過總體設(shè)計(jì)、硬件電路設(shè)計(jì)以及軟件設(shè)計(jì),使其可以按照預(yù)定的要求,利用飛思卡爾公司的32位MKL26Z256VLL4微處理器完成了履帶式移動(dòng)機(jī)器人的控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。該履帶式移動(dòng)機(jī)器人證實(shí)了本文的硬件方案以及軟件設(shè)計(jì)都是合理的,具有一定的顯示意義。 經(jīng)過多次實(shí)踐驗(yàn)證,當(dāng)前整個(gè)控制系統(tǒng)可以按照要求在白色場地上沿著黑色引導(dǎo)線完成智能循跡功能:通過線性CCD進(jìn)行圖像采集,濾波,黑色引導(dǎo)線的提取等一系列的圖像處理得到偏差經(jīng)過模糊PID的運(yùn)算最終來控制兩邊130電機(jī)的PWM波的輸出來完成履帶式移動(dòng)機(jī)器人的移動(dòng)控制。,成果視頻展示:,后期反思和擴(kuò)展,(1)對于履帶式移動(dòng)機(jī)器人的整體機(jī)械結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì),可以考慮到機(jī)器人的配重問題,保證整體的配重基本在機(jī)器人底盤的中心,這樣可以保證機(jī)器人運(yùn)行的穩(wěn)定性;其次對于履帶,根據(jù)設(shè)計(jì)要求本文采用的是單節(jié)履帶,但可以擴(kuò)展為多節(jié)履帶或者復(fù)合履帶使其的適應(yīng)范圍。 (2)對于履帶式移動(dòng)機(jī)器人的控制方式,現(xiàn)在是完全自主控制,開機(jī)參數(shù)調(diào)整完成確認(rèn)后就可以按照設(shè)定的程序自主運(yùn)行。但是在此基礎(chǔ)上可以加上2.4G無線通信模塊NRF2401,使其可以變成可自主控制和人為控制相互切換的控制方式。 (3)對于履帶式移動(dòng)機(jī)器人的圖像識別,現(xiàn)在是使用線性CCD識別的,可以選擇擴(kuò)展為攝像頭來識別圖像,這樣可以為后期添加更多的功能做準(zhǔn)備。,Thanks!,