《毕业论文--舵机转向方法在移动机器人中的应用研究》由会员分享，可在线阅读，更多相关《毕业论文--舵机转向方法在移动机器人中的应用研究（34页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、本科毕业设计题目舵机转向方法在移动机器人中的应用研究作 者： 专 业： 电气工程及其自动化(本一) 指导教师： 完成日期： 2015年 5月29 日 原 创 性 声 明本人声明：所呈交的论文是本人在导师指导下进行的研究成果。除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其他人已发表或撰写过的研究成果。参与同一工作的其他同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示了谢意。 签 名： 日 期： 本论文使用授权说明本人完全了解南通大学有关保留、使用学位论文的规定，即：学校有权保留论文及送交论文复印件，允许论文被查阅和借阅；学校可以公布论文的全部或部分内容。（保密的论文在解密后应遵守此
2、规定）学生签名： 指导教师签名： 日期： 南 通 大 学 毕 业 设 计（论文）题目： 舵机转向方法在移动机器人中的应用研究 姓 名： 指导教师： 专 业：电气工程及其自动化(本一) 南通大学电气工程学院 2015 年 5 月29日南通大学毕业设计（论文）摘 要移动机器人在现阶段发展迅速，转向功能是移动机器人能够工作的基础要求。本文从舵机转向进行研究，探究舵机实现移动机器人转向的可行性和意义。首先，介绍了移动机器人的重要意义和发展简史，对移动机器人的基本结构和组成部分作出简单介绍，简述了机器人的工作原理。其次，根据模型的转向模拟图，构建了数学模型，编写出运动方程，并且分析得到小车转角的最小角，
3、介绍了舵机的工作原理和舵机的转向原理。再次，根据研究课题的需求，制作了一辆智能小车，能够模拟实现移动机器人的转向，并且对智能小车的使用模块介绍，阐述其工作原理。最后，进行测试试验，发现智能小车的不足。 关键词：舵机，移动机器人，数学模型ABSTRACTNowadays, mobile robot develops rapidly. Steering device is basic requirement for mobile robot work. This paper will study the feasibility and significance of steering engine
4、 to mobile robots veer from the aspect of steering engine. Firstly, this paper introduces the significance and history of mobile robot, describing basic structure and components of mobile robot. And analyze the working principle of robots. Secondly, this thesis presents the structure and the working
5、 principle of steering engine.This paper constructs the mathematical model and writes the equation according to veer mimic diagram. And the minimum angle of model veer will be obtained. Thirdly, according to the requirement of subject reseach, an intelligent model car was made to simulate the veer o
6、f mobile robot. Then this paper introduces the use of intelligent model car and states its working principle. Lastly, the intelligent model car test the test and find the shortage of the car. Key words: Steering gear, mobile robot, mathematical model 目 录摘 要IABSTRACTII1.绪论11.1引言11.2研究背景和意义11.3移动机器人发展
7、史11.4机器人国内外发展现状31.5舵机在机器人中的实际应用32.舵机转向原理52.1舵机转向模型52.2舵机运动模型及转角控制62.3舵机的工作原理83.硬件平台分析103.1电源供电系统103.2电机驱动电路103.3 舵机模块分析133.4 脉冲脉宽控制模块介绍173.5超声波避障模块184.调试实验214.1硬件平台的调试214.2平台的整体工作流程224.3测试实验235.结论与展望25参考文献26致 谢27III第一章 绪论1.1引言移动机器人作为机器人学科的一个重要发展方向，在对周围环境的判断的基础上能够根据指示或前期目的自行做出反应，现在的移动机器人的行业的发展，相关的机器人
8、的使用方向有了更大范围的扩充，将更多的学科综合使用到移动机器人当中。从最初的军事国防行业，到后来的普通工业的使用，以及现今的家庭日常生活中的简易机器人的大范围使用，已经让全世界都意识到了机器人这一行业在各行各业和日常是不可或缺的。不止是作为机器人和智能化的基础，基本的转向的实现也就是一项基础的要求1。现阶段对移动机器人的普遍采用的转向方式也就是差速和舵机的方法。本文研究的就是通过舵机的控制方法实现转向。1.2研究背景和意义当今时代的发展带动了城市的繁荣，城市也在日益的扩大规模，与此同时的交通，环境，安全等等都出现了很多严重的问题。工业和经济的全面发展保证了社会的全面发展，保障了人民的基础需要，
9、但是科技实力的进步意味着生产的规模化和产业链化，工人们在生产过程中由手工业者向设备操作者的变化是必然的发展趋势。周围的交通安全问题和生产工作的安全问题都是提出了对车辆和机器人等生产生活工具智能化的要求，对于个人和生产者而言智能化是必然的。现在的移动机器人按运动方式进行区分的话可以分成轮式，腿式和混合式三种2。而按照现在实际生活中的需求，从稳定性和效率方面进行比较的话，轮式机器人更能满足日常的生产生活需要，同样也能在智能车上有更多的实际应用。1.3移动机器人发展史最开始的移动机器人是在上个世纪六十年代被美苏两个超级大国用于月球的勘测工作，首先是美国的探月机器人被宇宙飞船发送到月球之后再由地球上的
10、指挥中心发出指令后在月球上工作，完成了地表勘测并回传相关数据；再有苏联的探月机器人在无人宇宙飞船的传送下到达月球，将月球表面的部分岩石采集之后顺利的装回到回收舱内运回到地球，为之后的月球表层成分研究提供了基础。 国外的许多国家在移动机器人方面走在了世界 的前列，他们已经取得了令人称赞的成果3。不只是在航天事业上的应用与开发，从上世纪六十年代开始由斯坦福大学研究成功的Shakey（如图1-1）和同时期的步行机器人General Electric Quadruped引领了移动机器人的诞生，开始了移动机器人的发展之途。七十年代时期，机器人主要应用于军事领域，早稻田大学顺利的开发出了类人型机器人，能够
11、模仿人类动作并且有行走功能，不只是陆上使用，特殊环境下的机器人使用范围更加的广泛，水下机器人和 其他能够适应特殊环境的机器人也应运而生。在七十年代后，电路集成化程度越来越高，促进计算机技术的发展，伴随着计算机技术的突飞猛进，移动机器人技术也随之产生质的飞跃，特别是美国，日本，欧洲这些国家和地区的一系列在机器人上的投入带动了整个产业的发展4。不止各国政府在机器人研究上花费了大量人力物力，众多的世界大型公司也纷纷投掷重金于机器人产业，开发了诸多出色的机器人模型和控制系统，并且将部分机器人投入到生产，开发出具有不可估量的商业价值。图1-1 最初的机器人Shakey由于机器人的使用方向越来越大，为了机
12、器人能够适应不同的需要，差别化的设计也就是必然趋势。虽然机器人出现了差异化，但是在传感器，控制等方面依然是相同的技术发展要求，例如在传感器方面是每个机器人不可或缺的一项基本功能要求，如若缺少了传感器机器人根本不能认知周围的现实环境从而根据实际做出相应的动作。移动机器人在被设计的时候会根据使用环境采用合适的移动方式，轮式被更多运用在平整的路面上，而腿式用在了山地和不平整的地带。移动机器人的控制也从最初的遥控器手动遥控到后来的半自动监控方式，直到现今的高度自动化能够自动应对周围环境，现在从多个学科共同研究更高自动化程度的移动机器人。1.4机器人国内外发展现状国外从上世纪80年代中期就在日常的生产和
13、生活当中大规模的使用机器人，减免人类的工作量，提高生产效率和生活质量，尤其现在特定行业的专业化区分使用格外醒目。我国在机器人领域进入的时间较晚一些，但是我们在这上面投入还是较大的，较为早期的863发展规划里就是将机器人作为发展的重点，发展到现今的阶段拥有了大量的实力不容小觑的专业素质人才，为我国未来的机器人事业奠定了基础5。邻国的日本因为目前人口负增长很早之前就发现了机器人对于未来的影响，国家和大型企业都相继投入大量人力物力在机器人事业当中，在普通民众当中也形成了对于机器人的重视观念：机器人是未来必不可少的。美国发明机器人之后曾经有过理论重于实际的阶段，但是其技术基础远远优于他国，机器人技术仍
14、然使其他国家望其项背。韩国的机器人产业起步也较晚，在近些年同样投入大量人力进行机器人行业的发展，将机器人产业作为本国的未来重要产业，并且宣称，其机器人技术发展迅速有望在十年内赶超美欧国家。机器人还在不断的发展当中，各行各业的特殊要求为机器人行业注入了动力，同时也为开发增加了不小的挑战。1.5舵机在机器人中的实际应用机器人的一项基本功能就是能够精准转向，舵机现在被大量的使用在智能小车的控制上面，如在飞思卡尔的智能车比赛当中，舵机成为很多选手和队伍的选择，主要的就是应用了舵机在移动机器人的转向功能，能够充分满足智能小车的精准转向要求；除了智能小车之外，能够模拟动物关节的类人机器人当中必不可少的就是舵机的使用，可以用来灵活控制关节，能够做到180的转向，代替人类从事极限或特殊情况下的工作，减轻工人的工作难度。 舵机的广阔适用范围已经让人无法忽视舵机的重要作用。如下图所示的类人机器人，能够模拟人体的各个关节。图1-2 类人机器人第二章 舵机转向原理首先对移动机器人使用舵机方法转向的转向系统进行简单分析和数学建模，再从舵机原理方面阐述舵机的具体工作方法。2.1舵机转向模型首先建立如下图所示的四轮轮式移动机器人的简易的舵
