【精品毕设】轮式机器人电机驱动系统设计
基于视觉导航的轮式移动机器人毕业设计[管理资料]
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基于视觉导航的轮式移动机器人设计摘要本设计的研究内容是视觉导航轮式移动机器人的底层控制，其核心内容是应用单片机控制步进电机实现机器人的左转弯、右转弯、前进和停止等动作。
论文内容包括四个部分：简要介绍了移动机器人研究现状、对所设计移动机器人系统进行了描述、视觉导航轮式移动机器人底层硬件设计和视觉轮式移动移动机器人的底层控制。
论文详细地介绍了移动机器人底层硬件系统元件的选型和原理电路图的设计。
我们选用PIC16F877单片机作为下位机接收上位机传来的命令和产生驱动信号。
步进电机的驱动电路采用两个步进电机驱动器-L298，驱动程序写入PIC16F877单片机，通过程序控制步进电机的转速和转向。
采用Propel设计了底层控制系统的原理图和PCB版图，采用Proteus进行程序和硬件系统的仿真。
仿真结果表明：步进电机运行稳定、可靠性高，实现了对步进电机的预期控制。
关键词：移动机器人，运动控制，底层控制，PIC16F877，步进电机VISION-GUIDED WHEELED MOBILE ROBOT（BOTTOM CONTROL）ABSTRACTThe final year project focus on the bottom control for the vision-guided wheeled mobile robot. The core content is to achieve such actions as turning left, turning right, running forward and stopping by using single-chip microcomputer to control stepper motors.The thesis includes four parts: a brief introduction of the-state-of-the-art on mobile robot researches, the framework of the mobile robot system designed in this project, the hardware design and bottom control of vision-guided wheeled mobile robot.Component selection and the principle of circuit design are described in detail for the underlying hardware system of the mobile robot. We choose the PIC16F877 MCU as the slave computer to receive the command from the host computer and to generate the control signals for stepper motors. Stepper motor drive circuits use two stepper motor drivers driver program is written into PIC16F877 microcontroller to control the rotating speed and direction of the stepper motor. Protel, software for circuit and PCB design, is used to design schematic diagram and PCB layout of the bottom control system, and Proteus is used to conduct the simulation experiments for programs and hardware systems testing. The simulation results show that stepper motor can run with stability, high reliability, and the expected motion controls of stepper motor are achieved.KEY WORDS: Mobile robot, motion control, bottom control, PIC16F877; stepper motor前言 (3)第一章移动机器人 (4)§移动机器人的研究历史 (4)§移动机器人的国际现状 (5)§移动机器人研究的国内现状 (7)第2章视觉导航的轮式移动机器人综述 (9)§视觉导航的轮式移动机器人 (9)§视觉导航系统构成及工作过程 (9)§视觉导航的图像预处理 (10)§视觉导航机器人的运动控制 (11)第3章视觉导航轮式移动机器人底层硬件设计 (13)§电子元件的选型 (13)§开关电压调节器 LM7805 (13)§步进电机驱动芯片 L298 (13)§单片机PIC16F877 (14)§步进电机 (16)§电路的设计 (17)§方案论证与比较 (17)§电路图的设计 (18)第4章视觉轮式移动移动机器人的底层控制 (23)§步进电机控制原理 (23)§移动机器人的运动模型 (24)§控制器的软件设计 (26)结论 (29)参考文献 (30)致谢 (32)附录 (33)单片机诞生于20世纪70年代末，经历了SCM、MCU、SoC三大阶段。
毕业设计(论文)-牵引机器人的驱动系统结构的研究[管理资料]
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摘要本文是以水平井牵引机器人为研究对象展开工作的，主要是对牵引机器人的驱动系统结构进行设计。
水平井牵引机器人具有运输方便、操作简单、输送位置准确等优点，大大降低了井下作业成本水平井牵引机器人作为用于水平井服务最为经济的输送工具越来越受到重视，而且已应用于水平井测井、射孔、打捞等作业，因此它的研究和开发有着广阔的应用前景和良好的社会效益。
本文根据油田水平井的实际工作需要，从整体上对牵引机器人的驱动系统结构和动作组件的两大部分进行了分析，介绍了结构的设计和采取的一些措施，通过对不同方案的论证，进一步说明了这种系统结构的特点。
本文也有重点的介绍了驱动和动作的工作原理。
本文对整个牵引机器人的驱动系统做了具体的分析，并对一些部件进行了系统的设计，并对驱动部分进行了系统的分析，改善了机器人的机械性能。
关键词水平井牵引机器人驱动系统结构调节机构-Ⅰ-AbstractThis paper is horizontal traction robot for research object to start working, is mainly to the traction of the robot drive system structure design. Horizontaltraction robot has convenient transportation, the operation is simple, accurate location advantages of conveying, and greatly reduce the cost of underground work of horizontal traction robot as used in horizontal well service most economic conveying tools more and more attention, and has been used in the horizontal well logging, perforation, salvage etc homework, so its research and development have broad application prospects and good social benefits.According to the actual need of work of horizontal oilfield, from the whole of the traction robots on the drive system structure and action of the two most component was analyzed, and introduces the structure design and adopt some measures, according to the different schemes of argumentation, further illustrates the system structure characteristics. This article also introduced with emphasis driver and action principle of work.In this paper, the whole traction robot drive system made detailed analysis, and some parts of the system design, and to drive part systematically analyzed, improve the robot's mechanical properties.Keywords：horizontal traction robot drive system structure adjusting mechanism-Ⅱ-目录摘要 (Ⅰ)Abstract (Ⅱ)第1章绪论 (1)课题背景 (1)国内外水平井发展状况 (1)国内外水平井测试方法概述 (2)水平井电缆牵引器技术的发展 (3)本章小结 (7)第2章水平牵引机器人牵引机器人研制的意义及内容 (8)水平井测试运载系统研制的目的及意义 (8)设计内容 (9)机械系统的设计 (9)水平井牵引机器人工作流程 (10)本章小结 (12)第3章牵引机器人驱动结构的设计 (13)电机选取 (13)牵引机器人驱动单元的结构 (14)驱动结构设计 (14)爬行模块的常用组合形式 (15)模块化驱动单元的机构原理 (16)牵引力调节机构的力学特性 (16)调节机构的工作过程 (17)调节机构力学模型 (17)越障机构分析 (18)本章小结 (19)第四章牵引机器人动作单元的设计 (20)载重量计算 (20)动作单元工作过程 (20)动作部分 (20)电磁离合器部分 (21)支撑臂受力分析 (23)本章小结 (24)-Ⅲ-结论 (25)致谢 (26)参考文献 (27)附录1 (28)附录2 (30)第一章绪论课题背景随着人类社会的不断进步和科学技术的日益发展，人们对生活质量和工作环境的要求愈来愈高，1961年美国Unimation公司推出了第一台实用的工业机器人,自此，各种机器人或机械手被广泛应用于工业各部门以及服务、医疗、卫生、娱乐等许多领域，对人类的生活产生了深远的影响。
机械毕业设计1249全向轮机构及其控制设计
毕业设计（论文）报告题目全向轮机构及其控制设计——Mecanum轮的研究与研制机械工程院（系）机械设计制造及其自动化专业学号学生姓名指导教师起讫日期设计地点摘要随着机器人技术的高速发展，机器人已经在我们的生产生活中起了非常重要的作用。
移动机器人中的全方位轮式移动机器人无需车体做出任何转动便可实现任意方向的移动，并且可以原地旋转任意角度，运动非常灵活。
在此，本文根据国际上流行的麦克纳姆（Mecanum）轮设计方法，对麦克纳姆进行参数设计并设计关键零件制作成可全方位移动的机器人，同时分析其运动学及动力学模型，并设计协调控制电路控制其运动。
实验表明麦克纳姆全向移动机构的运动及转位灵活且不受限于运动空间，应用前景非常广阔。
关键字：全方位轮；麦克纳姆轮；移动机器人；全方位移动机器人AbstractWith the development of robotics, robots have played an important part in our production area. The omnidirectional wheeled mobile mechanism of all can move in all direction without any rotation, and can rotate any angle at the original point flexibly. Based on the international design method for mecanum wheel, some parameters are discussed in the paper, and many key components are designed to make into an omnidirectional mobile robot. Also its kinematical and dynamical model is analyzed, and the control circuit is made out to correspond to the motion. Experiments indicated that mecanum the omnidirectional wheeled mobile mechanism moves and rotates smartly without limits to the space, so a widen application future can be expected.Keywords: omnidirectional wheel; mecanum wheel; mobile robot; omnidirectional mobile robot目录摘要 (I)Abstract (II)序言 (1)第一章全方位移动机构的介绍 (2)第二章麦克纳姆轮的原理及结构 (3)2.1单个轮体运动原理 (3)2.2全方位轮协调运动原理 (3)第三章麦克纳姆轮参数设计 (5)3.1辊子的几何参数的公式推导 (5)3.2辊子的几何参数的设计计算 (9)第四章三维造型与零件加工 (11)4.1辊子的设计加工 (11)4.2辊子的安装轮毂的设计加工 (11)4.3全向移动机器人的总体设计及装配 (12)第五章运动学模型分析 (13)5.1坐标系的建立 (13)5.2轮体的雅可比矩阵 (14)5.3复合方程 (16)5.4运动学逆问题的解 (16)5.5运动学正问题的解 (17)第六章动力学模型分析 (19)6.1复合系统在固定坐标系中的加速度 (19)6.2加速度能的计算 (21)6.3全方位移动机构的动力学方程 (22)第七章四轮协调的控制测试电路 (25)7.1 控制电路的方案选择 (25)7.2 控制电路的设计 (25)7.2.1遥控部分的设计 (25)7.2.2 电机调速设计 (26)7.2.3 驱动电路的设计 (27)第八章研究总结与前景展望 (29)鸣谢 (30)参考文献（References） (31)附录序言随着电子通信与机电控制等技术的高速发展，人们已经开始并不断的尝试将智能机器或机器人以及高效率的工具引入我们工业的各个领域。
轮式移动机器人电机驱动系统的研究与开发
轮式移动机器人电机驱动系统的研究与开发韩军;常瑞丽【摘要】以嵌入式运动控制体系为基础,以移动机器人为研究对象,结合三轮结构轮式移动机器人,对二轮差速驱动转向自主移动机器人运动学和动力学空间模型进行了分析和计算,研究和设计了自主移动机器人电机驱动系统,开发了一套二轮差速驱动转向移动机器人电机驱动系统,完成了系统各部件的整体装配和调试.试验结果表明,该设计方案可行、系统运行稳定可靠、成本低廉、所用元件易于购置,具有较好的实用的价值和应用前景.%Taking embedded control system as the foundation and mobile robot as the research ob-ject,the kinematics and dynamics space models of the autonomous mobile robot which is swerved by differ-ential driving for 2 driving wheels are analyzed and calculated, combining the wheeled mobile robot with three wheels.Then the motor driving system of mobile robot is researched and designed and a motor driving system for autonomous mobile robot which is swerved by the differential driving for the 2 driving wlveels is developed.Afterwards the whole assembly of all components and system debugging are accomplished.The results of experiments show that the design scheme is viable, and the system is stable and reliable at work with its lower cost and easy for component purchase, which is valuable in practice and in application.【期刊名称】《机械设计与制造》【年(卷),期】2011(000)009【总页数】3页(P115-117)【关键词】轮式移动机器人;电机驱动;动力学【作者】韩军;常瑞丽【作者单位】内蒙古科技大学机械工程学院,包头014010;内蒙古科技大学信息工程学院,包头014010【正文语种】中文【中图分类】TH16;TP2421 引言轮式机器人作为移动机器的一个代表，在很多领域得到了广泛地应用。
小型轮式机器人设计
南京理工大学电力系统自动装置论文学院(系):自动化学院题目: 小型轮式移动机器人控制系统设计李胜指导老师：摘要由于传统单任务顺序执行机制不能满足智能轮式移动机器人对控制系统实时性的要求，而且对于复杂系统来说可靠性不高。
所以本项目重点设计一套适用于小型轮式移动机器人的控制系统，要求其实时性好，可靠性高，具有灵活的可扩展性和可重构性，以提高它各项功能的响应速度（包括制动、加速、减速、爬坡等）。
本文设计的控制电路实现的传感器功能包括红外传感器、光敏传感器、碰撞传感器等。
控制电路实现对两个直流电机的驱动控制。
机器人采用这样的控制电路可以完成诸如自主避障、自主循迹等实验。
使得轮式移动机器人的实时性好，可靠性高，且因为外部接口具有同用性，故具有灵活的可扩展性和可重构性。
最后对电路进行了调试，证明其满足要求关键词轮式机器人控制系统调试目录1 绪言------------------------------------------------------------------031.1 机器人简单知识的介绍-----------------------------------------------03 1.2课题背景-------------------------------------------------------------------------------------------------031.3课题来源及目的---------------------------------------------------------------------------------------041.4 论文主要内容------------------------------------------------------042 小型轮式移动机器人控制电路的总体设计----------------------------------04 2． 1 需求分析-----------------------------------------------------------------------------------------------------------042．2 机器人功能的总体结构----------------------------------------------05 3 具体设计-------------------------------------------------------------053.1Protel电路设计软件简介----------------------------------------------053.2 控制电路的总体设计------------------------------------------------063.3各模块具体介绍------------------------------------------------------073.4 实验用移动机器人控制电路的PCB图----------------------------------184 机器人控制电路的调试-------------------------------------------------194．1 直流电机功能调试结果----------------------------------------------194．2 红外传感器电路调试结果--------------------------------------------224．3 光敏传感器调试结果------------------------------------------------224.4 碰撞传感器调试结果-------------------------------------------------23结论 ------------------------------------------------------------------24感谢 ------------------------------------------------------------------24附录控制电路实物图------------------------------------------------------25参考文献--------------------------------------------------------------261绪言1.1 机器人简单知识的介绍移动机器人的结构由几个主要部分组成[1]，如图1.1。
轮式驱动
方案一：四轮驱动，如图2.6所示：图2.6驱动方案一示意图优点：具有很好的走直线功能，能够提供更大的驱动力。
缺点：由于制造安装等原因，四个轮子很难同时着地，易出现打滑等问题，同时起转弯性能不好。
方案二：两轮驱动，驱动轮在中间，前后各一个万向轮，如图2.7所示：图2.7 驱动方案二示意图优点：转弯半径为零，适用于重心靠中的机器人缺点：由于机器人底盘偏小，前后万向轮距离中间驱动轮太近，机器人启动和停止时晃动较大。
方案三：两轮驱动，驱动轮在前端，万向轮在后端，如图2.8所示：图2.8 驱动方案三示意图优点：转动中心靠前，前端的抓取积木的机构调整的幅度更小，更容易对准积木，夹持积木。
整车稳定性也比方案二好。
缺点：由于制作精度的问题，理论上四个轮在不可能同时着地，因此会有电机出现打滑，使车子走直性能欠缺，从而为控制系统的设计带来麻烦。
另外，电机启动时由于惯性整车容易后仰，驱动轮上的正压力减小，地面提供的摩擦力也减小，所以启动时很容易打滑，启动加速度减小，从而拖延时间。
另外，由于电机等安装配件的重量在整车中占有相当比例，使整车的重心前移，抓取积木后，机器人更容易向前倾倒。
方案四：两轮驱动，驱动轮在后端，万向轮在前端，如图2.9所示：图2.9 驱动方案四示意图优点：能够很好的解决方案三中启动加速度不够的问题，同时重心后移，很好的缓解前倾。
转弯性能较好。
缺点：整车转动中心靠后，前段抓取积木机构的转动半径加长，所以机器人左右微调的幅度扩大，不利于调整对准积木，抓取积木。
同时，四个轮子依然很难保证同时着地，所以仍会出现打滑的现象，对控制带来不便。
方案五：四轮式全方位轮底盘用四个垂直分布的全方位轮作为底盘的驱动。
如图2.10所示优点：在控制上实现前后移动和左右移动都比较容易缺点：一个底盘不容易做到四轮同时着地，若有某一个轮子不着地，控制参数便失去了意义。
如当后轮子不着地的情况下，控制左右移动的输出就可能会成为转动。
图2.10 驱动方案五示意图方案六：三轮式全方位轮底盘以3个呈120度分布的全方位轮做底盘驱动，如图2.11所示优点：比起方案五，能确保底盘的轮子都着地。
毕业设计(论文)--机器人链式(行星)越障轮组机构设计
毕业设计〔论文〕--机器人链式(行星)越障轮组机构设计机器人链式行星越障轮组机构设计摘要全方位越障车轮组由动力装置、转向装置和驱动轮系组成。
框架上安装了中心轴，中心轴上设有驱动离合器、转向离合器、转臂和中心链轮。
每组车轮组的３个车轮轴线呈等角分布。
当驱动离合器闭合、制动器制动，转向离合器脱开时，且路面对车轮作用力变化的情况下，驱动轮系亦相应转化构成定轴轮系或行星轮系，实现车轮的驱动或越障。
而当制动器脱开，转向离合器闭合时，动力通过啮合齿轮副、转向链轮副和锥齿轮副，使框架相对于车体转动。
关键词：Robot Chain Structure Design Of ClimbingObatacle With Planetary WheelABSTRACTFor determination of perpendicular climbing obstacle capability oflunar rover with planetary wheel , based on simplified mechanics mobelof rover the paper gives the relations between rover parameters and perpendicular climbing obstacleheight under three conditions: simultaneously climbing obstacle by two front wheels, simultaneously climbing obstacle by two rear wheels and climbing obstacle by single wheel. Then imum perpendicular climbing obstacle height of this rover is calculated. Simulation analysis to above three conditions is done. The simulation analysis gives conclusion that theoy inference result is reliable.The design is made on the basis of the demand of the progect .Ourtask is the designing of crucial part of the planetary reducer ,calculating the value of special parameters .Especially , the parameters of sun gear,planetary gear and ring gear,such as gear ratio, module, facewidth, modification coefficient,center distance,and physical dimension, strength and safety factor.are designed.KEY WORDS：planetary 目录前言 1第一章越障机器人概述 2§1.1 越障机器人开展状况 2§1.2 本设计的实施方案 3第二章越障机构的结构形式及传动方案确实定 6 § 6§要参数 6§.传动比分配7§电动机选择7§2.3 齿轮设计7§2.4 齿轮几何尺寸计算10§小齿轮尺寸计算10§大齿轮尺寸计算11第三章越障轮组主要构件设计计算12§3.1 中心轴12§的参数12§.轴的结构设计13§轴的校核15第四章车轮组局部零件设计计算18§4.1车轮轴的设计. 18§的设计图18§4.2 锥齿轮设计 19§装配图. 19§设计计算19§受力分析20§4.3 车轮组的结构形式21§4.4 越障轮组机体结构22第五章轴承计算23§5.1轴承参数23§5.2主传动轴轴承23§球轴承. 24§.深沟球轴承24总结25参考文献26致谢27前言本设计是一种越障车轮组。
毕业论文设计--自循迹轮式移动机器人的控制系统设计论文
摘要随着社会发展和科技进步，机器人在当前生产生活中得到了越来越广泛的应用。
尤其是一种具有道路记忆功能、使用灵活方便、应用范围较广的轮式移动机器人。
本研究是一种基于瑞萨 H8单片机的自循迹轮式智能车的设计与实现，研究具有人类认知机理的环境感知、信息融合、规划与决策、智能控制等理论与方法，本文所述的智能车控制系统可以分为两个大的子控制系统，它们分别是方向控制系统和速度控制系统。
其核心控制单元为瑞萨公司 H8 系列 8位单片机 H8/3048F-ONE，系统采用反射式红外传感器检测赛道白线，在运行过程中能够识别赛道的不同情况，并能够根据信息反馈即时控制智能车的方向和速度，在预定的路径上进行快速移动。
智能车的设计要达到竞速和巡线的目的，竞速环节主要包括动力提供，速度控制两部分；巡线环节包括路面信息，转向控制两部分。
通过对智能车运动模型的建立与分析，本文详细阐述了方向控制系统与速度控制系统等重要控制系统的实现方法，使智能车能够完整通过直道、弯道、坡道和换道的过程，快速稳定的寻白线行驶。
关键词： H8单片机自循迹运动模型控制系统AbstractWith the social development and scientific and technological progress, Robot in the current production and life has been more widely used. In particular, the wheeled mobile robotis with memory function, used of flexible, wide range of application.This study is based on RenesasH8 MCU wheeled self-tracking design and realization of intelligent vehicle, Research of the theories and methods about environmental perception, information fusion, planning and decision-making and intelligent control which like Mechanism of human cognition. This intelligent vehicle control system described can be divided into two major sub-control system, They are the direction and speed control system. The core control unit for the Renesas H8 series of 8-bit microcontroller H8/3048F-ONE. System uses infrared sensors to detect track reflective white lines, during operation to identify the different circumstances circuit. And according to the feedback control the direction and speed of smart cars real-time. Fast moving on the predetermined path. Intelligent vehicle design to achieve the purpose of racing and the transmission line. Racing links include power provided and Speed control; Transmission line links including road information and steering control. Through the movement modeling and analysis on smart vehicle. This paper describes the direction and speed control system and other important realization. So the intelligent vehicle can through the straight, curved, ramp and lane changing process. Fast and stable searching the white lane.Key words：H8MCU self-tracking motion model control system目录摘要 (I)Abstract (II)绪论 (1)1课题要求及总体设计方案 (2)1.1课题要求 (2)1.2课题主要内容及设计方案 (2)1.2.1课题主要内容 (2)1.2.2总体设计方案 (2)2系统硬件设计及实现 (4)2.1硬件组成及各部分作用 (4)2.2舵机的工作原理及驱动 (5)2.2.1舵机的工作原理 (5)2.2.2舵机的驱动 (6)2.2.3舵机的标定和修正 (7)2.3传感器的工作原理及控制 (8)2.3.1传感器的工作原理 (8)2.3.2传感器的采集及处理 (8)2.4电机的工作原理及驱动 (9)2.4.1电机的选择 (9)2.4.2电机的工作原理 (10)2.4.3电机驱动 (10)2.5车体结构 (11)2.5.1硬件电路板的功能需求分析 (11)2.5.2结构需求分析 (12)2.5.3赛道基本要求 (14)3系统软件设计 (15)3.1智能车的数学模型及其控制算法的实现目标 (16)3.2方向计算算法 (16)3.2.1弯道处理 (16)3.2.2换道处理 (17)3.2.3坡道处理 (17)3.2.4过渡处理部分 (17)3.3方向控制算法 (18)3.4速度控制算法 (20)3.4.1赛道分析 (20)3.4.2行驶策略 (20)3.4.3速度给定算法 (21)3.4.4速度闭环 (21)4智能车调试与注意事项 (22)4.1智能车的硬件调试 (22)4.2系统的软件调试 (22)4.2.1单元调试 (22)4.2.2系统的组装调试 (22)4.2.3系统调试 (22)4.3注意事项 (23)结论 (24)致谢 (25)参考文献 (26)附录 (27)绪论智能机器人具有识别、推理、规划和学习等智能机制，它可以把感知和行动智能化结合起来，因此能在非特定的环境下作业。
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本科毕业论文（设计、创作）题目：轮式机器人电机驱动系统设计学生姓名：学号： ********* 所在院系：专业：电气工程及其自动化入学时间： 2010 年 9 导师姓名：职称/学位：副教授/硕士导师所在单位：完成时间： 2014 年 5 月安徽三联学院教务处制轮式机器人驱动系统设计摘要：随着社会的发展，机器人逐渐受到了人们的重视，可移动轮式机器人的研究具有极其重要的意义。
其关键的问题就是要解决机器人在复杂环境下系统的正常运行和控制，因此轮式机器人的驱动系统显得尤为重要。
本文设计了一款智能轮式机器人的驱动系统，此系统的核心是STC89C52单片机，通过系统产生的宽带调制信号，加上L298N驱动芯片控制直流电机的运行参数，可实现机器人的基本动作：前进、后退、左右转向、速度控制以及避障循迹功能。
此次系统研究为机器人驱动系统的发展与创新积累了经验，对机器人控制系统的研究发展具有理论与实践价值。
关键词：驱动； PMW；单片机；速度控制；方向控制Wheeled Robot Drive System Design Abstract: With the development of the society, robot has gradually become more popular. It is more important to research the removable wheeled robot .The key problem is that how to operate and control the robot in complicated situation, so the drive system of it plays an important role. This dissertation is dedicated to showing a new design of intelligent removable wheeled robot whose kernel lies at the STC89C52 Single Chip Micyoco. The signal of PMW produced by that system and also the operating parameter of direct-current machine controlled by L298N drive chip could realize the basic movement of the robot ,such as advance, back ,turn, speed control, and the function of avoiding obstacles and following previous track. This research gathers experience for the development and creation of robot drive system , and it also has a high theoretical and practical value of the development of the robot control system.Key words:drive; PMW; Single Chip Micyoco; speed control; direction control目录1 绪论 (1)1.1引言 (1)1.2研究背景和意义 (1)1.3研究内容 (2)2 驱动系统方案设计 (3)2.1主控系统 (3)2.2电机驱动模块 (3)2.3机械系统 (4)2.4电源模块 (4)3主要零部件及技术分析 (5)3.1单片机的介绍 (5)3.1.1时钟电路 (6)3.1.2复位 (6)3.1.3STC89C52主要功能 (6)3.2驱动模块方案的分析 (7)3.2.1H型桥式驱动电路 (7)3.2.2L298N驱动模块组成及各部分功能 (9)3.3PWM控制 (12)3.3.1PWM调速简介 (12)3.3.2PWM控制电机的特点 (12)3.3.3 PWM输出波形和计算 (13)3.4直流电动机特性简介 (13)4机器人运动控制介绍 (16)4.1总体设计概括 (16)4.2外围电路拓展 (16)4.2.1避障模块 (16)4.3控制流程图......................................................................... 错误!未定义书签。
5总结.. (20)致谢 (21)参考文献 (22)1 绪论1.1 引言当今社会发展迅速，人民生活水平提高，自动化设备充实了我们的生活，方便了我们的生活，提高了人们的生活和工作质量。
机器人的发展也及其迅速，从以前的国家高端军事航空领域渗透到我们生活中的每个角落。
小至楼宇办公、餐医疗，大到航空航天、军事武器、重工业生产，大量的各种各样的机器人充实着我们的生活，其环境适应能力强，能够完成人类不能完成的任务。
随着现代化的逼近，人们都机器人的需求越来越高，机器人的种类需求越来越大，机器人所肩负的使命越来越重要，使机器人的控制变得越来越复杂。
现在整体机器人研究方向朝三个目标发展：一是机器人的高智能化。
二是让机器人更像人。
三是让机器人更小，能够胜任更精细的工作。
因此需要在机器人的驱动控制系统以及算法上深入研究。
1.2研究背景和意义进入21世纪，经济全球化及多元化快速发展，人类进入智能化信息化时代。
人们对信息的获取量、信息的传递周期、人们的生活水平、工作质量提出了更高的要求。
更多信息，更舒适的生活环境，更方便快捷的工作方式是现代每个人所共同期望的。
机器人在各个领域发展极为迅速，在各个技术难题上都有了很大的突破。
生活类的机器人走进了普通家庭，如安保、教育、清洁、服务、娱乐、康复、治疗等智能机器人获得了极高的评价和社会实用价值，为广大人们所欢迎。
机器人技术是众多学科知识交叉融汇的结晶，对人工智能、模式识别、自动控制、电子电气、机械设计电子电路等多个学科提出了很高的要求，复杂条件下运动控制系统是机器人完成智能化多功能化中最基础的研究内容，它涉及自动控制，电子电气，电子电路等多个领域；机器人运动控制系统的研究是机器人智能化进程中的关键所在，对自动控制、电子电气相关领域的发展意义重大。
现代工业、军事装备、航空航天以及民用领域无处不依赖机器人，其对我国现代化建设提高人民工作生活质量意义重大。
机器人可归结为三个大类，第一种是一代机器人，亦可称作示教再现型机器人，是通过一台计算机来控制一个可自由调整工作角度的机械，将程序和信息存储进入示教，机器运行时随时调取数据信息发出指令。
如此便可重复的根据实时示教结果，再现出种动作，例如点焊机器人，它只要首次完成点焊示教，以后便重复这种工作，但是其不能感知外界环境，所以此种机器人不能独自判断用力大小工件是否存在以及焊点的好坏，因此第一代机器人存在很多缺陷。
自20世纪70年代末期，第二代机器人的研究相继开始，称作带感觉的机器人，这种带感觉的机器人能模仿人类的某些感觉，如力度的大小、触碰、滑落、视觉成像、听力和人进行相类比，有了这些基础感知能力，当机器人抓一个物体的时候，它实时用力大小就能感觉出来，亦能够通过视觉成像，去感受和识别它的形状、大小、颜色。
拿一只鸡蛋，其能通过特种触觉实时测算力矩和滑动的情况。
第三代机器人，是现代对机器人研究中所要攀登的最高阶段，称为智能机器人，此种机器人可人工声控，只需下达命令机器人就能以特种方式完成任务，也就是其能自主思考将要如何完成任务。
能像人一样去思考一件事情该怎么去做，该不该做，此种概念型机器人还局限在某些领域内能够达到这种智能水平，完全具备像人脑这样的思维境界的机器人还不存在，但是我们相信科技的发展进步，更多智能概念的丰富，将会向着这种概念型机器人无限趋近。
1.3研究内容对于工业机器人的设计可分为三部分：执行部件、驱动系统和控制系统。
控制系统包括决策、策略构思和执行机构。
决策层可实时识别环境，构建模型概念，将将要执行的任务分割成最基础动作序列；策略层将基本动作转变为关节坐标协调变化的规律，分配给各关节的伺服系统；执行机构将某种特定序列及坐标变化规律分配给不同的关节伺服系统。
一般对机器人的研究有对机器人在运动中平稳性的研究；有在复杂环境下自主运行及自我诊断的研究；有对机器人在不同环境下的通讯能力的研究；还有对机器人小型化甚至微型化的研究。
本设计的是一种基于单片机最小系统的轮式移动机器人的驱动系统。
此系统选用STC89C52单片机为核心，通过其产生的PWM信号控制驱动芯片；系统连接完成，实现对电机的起停调速控制。
因此我们需要研究驱动电路的控制原理以及实现方法，了解何为PWM及其产生方法、工作原理，单片机对机器人的控制原理，控制算法，讨论使用何种电源。
了解机器人的电源分配、稳压、电路保护方法，选择合适的电机种类为其动力装置，保障机器人的灵活性。
2 驱动系统方案设计及论证2.1主控系统依据设计内容的要求可知此系统输入变量多，系统控制复杂，因此可草拟两种设计构思进行整体比较论证，论点如下：方案一：选用一片CPLD（如EPM7128LC84-15）作为系统的核心部件，实现控制与处理的功能。
CPLD运算速度快、编程较为简单、可用资源颇为丰富、开发实现周期短等优点，编程可用VHDL语言。
但CPLD在控制上不如单片机，其运算速度极快，机器人的运转速度不需要很高，所以其整个系统不需要过高的信息处理能力，按照此种要求，MCU就足能完成处理任务。
所以此种方案会给控制问题带来很多不必要的麻烦，不优先考虑此种构思。
方案二：以单片机为系统核心，实现对运行中的机器人实时数据采集处理，达到需要的性能指标。
实际上此系统关键是要对机器人运动控制实现，重点放在这上面的话，不难发现单片机具有很大的优势，控制简单快捷，这样一来，资源极其丰富、控制能力极强以及可位寻址的优点显露无疑。
因此此种构思较为理想此设计内容具有如下特点：开关量输入量多，系统控制较为复杂，因此不宜使用精简版的点数极少的单片机。
为此可选用STC89C52单片机作为系统的核心，因为其具有很强的位操作功能，输入输出口也可四线位寻址，此系列单片机拥有8K可用资源，足以满足系统要求，其次51单片机低廉的价格也是其不可掩埋的优势。
两种方案对比中选择51系列单片机更适合此系统，故决定采用STC89C52为此设计的核心处理器。
2.2电机驱动模块方案一：用继电器控制电机的运行和停止,利用开关档的切换控制小车的速度，这样设计出来的电路极为简单易懂容易实现,但是长时间的高频率的开关降低了继电器的使用寿命，而且继电器响应时间慢可靠性不高。