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1、. . .基于微处理器的轮式自动定位抓捕器系统毕业论文目 录 第1章 绪 论11.1国外研究现状及生产需求状况11.1.1 移动机器人国外研究现状11.1.2 移动机器人生产需求现状21.2 移动机器人的研究意义21.3设计容31.4 章节安排4第2章 系统方案设计52.1总体设计方案52.2系统方案论证52.2.1 控制器模块比较与论证52.2.2 黑线检测传感器的选择62.2.3 电机模块62.2.4 电机驱动模块62.2.5 显示模块72.2.6 测距模块72.2.7 抓手模块72.2.8 电源模块82.2.9 车体的选择82.2.10 路线布局图82.3 本章小结8第3章 系统硬件设计
2、103.1最小系统模块设计103.2路面循迹电路设计103.3 电机驱动模块113.3.1 L9110H驱动模块113.3.2 L298N驱动模块123.4 12864液晶显示模块123.5 HC-SR04超声波测距模块设计133.6 提升架设计与制作153.7 货架的设计与制作163.8 本章小结16第4章 轮式自动抓捕器系统的软件设计174.1主程序的设计174.2 直流电机驱动模块软件设计184.2.1电机的工作原理184.2.2 L298N车轮驱动模块软件设计184.3红外循迹模块的软件设计224.4超声波测距模块的软件设计244.3.4 抓捕与提升模块的软件设计274.5 显示部分软
3、件设计314.3.1 LCD12864液晶显示的基础314.3.2介绍相关信息的显示324.3.3 系统状态实时显示334.6 本章小结34第5章 系统的调试及运行355.1软件调试355.1.1 Keil Vision4 软件的介绍355.1.2 Keil Vision4 软件的使用355.2硬件调试355.2.1 运动平台的硬件介绍355.2.2 调试过程375.3调试过程中的问题及解决方法385.4本章小结40第6章 结论与展望416.1 结论416.2展望41参考文献42致 谢44附录I 控制部分总电路图45附录II 实物图46附录III 源程序49.参考资料.第1章 绪 论当今社会，
4、现代化工商业迅猛发展，仓储业和物流业由于其作业量大，作业环境恶劣，时间紧及众多系统性不安全隐患，使得仓储机械化、自动化成为仓储业发展的必然趋势。轮式自动定位抓捕器属于移动机器人的一种，研究自动定位抓捕器，能够提高仓储作业效率，降低劳动成本同时减少人身伤害和货物损害，实现仓储现代化。本章从轮式自动定位抓捕器的设计与应用的角度出发，简要介绍了其在国外研究现状、生产需求现状及研究意义，并对本文的容进行了简要的说明。1.1国外研究现状及生产需求状况轮式自动定位抓捕器主要应用在自动化领域，是计算机等新型研究成果与现代汽车相结合的产物。通常情况下，具有自动识别道路、自动避障、自动变速等功能。下面，我们将对
5、移动机器人的国外研究现状和生产需求状况做一些简要的分析。1.1.1 移动机器人国外研究现状移动机器人是机器人学中的一个重要分支，出现于20世纪60年代。它运用传感、计算机、通信、信息、导航、自动控制及人工智能等技术，可以通过计算机编程来实现其对行驶方向、速度以及启停的控制，无需人工干预，是一个典型的高新技术综合体，集规划决策、自动行驶、环境感知等功能于一体，它具有道路障碍自动识别、自动保持安全距离、自动制动、自动报警、巡航控制和测速等功能。20世纪80年代初，美国国防高级研究计划局（DARPA）制定了地面无人作战平台战略计划，拉开智能移动机器人在全世界的发展序幕4。目前，移动机器人已经取得了令
6、世界瞩目的成果，2005年Boston Dynamics公司、大众特-米勒公司、喷气推进实验室以及哈福大学康德菲尔德研究站共同研发一款新的、名为“Spot”的机器狗，Spot采用四条液压机械腿来运动，在全身安装着各种各样的传感器，甚至在关节位置以及接触地面的脚掌上也有传感器。安装在其身上的计算机接收这些传感器的信号，处理后对机械狗进行导航以及平衡控制。“Spot”能够行走、小跑、上楼梯，并且可以负重180公斤跟随士兵在崎岖道路行军,甚至被踢之后还能恢复姿势。轮式自动抓捕机器人最典型的应用代表是美国Kiva Systems 公司的 Kiva 移动执行系统 （KivaMFS）“机器人”采用ADI公
7、司的基于Blackfin处理器的视觉系统，对信号和图像进行实时分析处理，从而实现对仓库地面的智能导航。国对移动智能机器人的研究则起于20世纪80年代，现仍处于对单项技术研究的阶段，与国外移动智能机器人在技术方面尚有一定差距，总体上落后于发达国家。但在国家“七五”、“八五”计划和“863”计划等支持下，发展极为迅速，某些领域取得突破性进展，逐步缩短与西方发达国家的技术差距。中国科学院自动化研究所的“CASIA-I”机器人，采用多DSP和CAN总线来控制和处理移动机器人各类传感器，能够在非结构环境下具有试听和语音交互功能3。市“智能汽车车自主导航系统”的一种样车，2000年7月19日通过市科委鉴定
8、，它标志着智能交通系统进入实质性实施阶段。飞思卡尔智能移动机器人竞赛以迅猛发展、前景广阔的汽车电子为背景，包含理论设计、实际制作、整车调试、现场比赛等环节，推动了移动机器人智能化的研究。2013年，扫地机器人集成摄像头等众多传感器已经步入千家万户，成为与人们生活最贴近的机器人。同年，无人驾驶月球车“玉兔”号作为中国首辆月球车成功登上月球，软着陆月球后与嫦娥三号着陆器完成精彩互拍，标志着中国成为继前苏联，美国之后第三个掌握月球软着陆，月面巡视探测技术的国家2。同时国有些企业异军突起，自主研发的智能移动机器并得到了广泛的应用。它们的典型案例有：广茂AS-RO、博创Up-Voyager、英集斯的MT
9、-OR等。1.1.2 移动机器人生产需求现状机器人的出现很大程度就是为了控制成本，这个成本包括人工成本，还包括质量成效率提高等等。使用机器人使得出错机会更少，机器人不会因为长时间的工作疲劳而导致速度和精度下降，工作质量得到了有效的保证，同时节约和减少检测环节，降低了企业的成本。当然一些特殊生产工艺以及生产现场，比如高温、高压、粉尘、噪声以及带有放射性和污染的场合不得不使用机器人。如2011年日本福岛核泄漏事件，救援与检修人员即使穿着防辐射服也不适宜长时间在辐射区进行工作，这给及时控制核泄漏带来了很大的阻力5。机器人的制造主要是用来为人类服务的，单凭这一点就注定它会有很大的存在价值。随着国经济的
10、迅猛发展，企业之间的竞争愈演愈烈，但劳动力成本的不断爬升令中国的制造工厂们感到无比苦恼。要想在行业里时刻占有一席之地，就必须在成本上保持优势。这便为轮式自动定位抓捕器提供了很大的生存空间。目前，各大型仓库搬运货物仍然使用的是传统的叉车，需要单人单机操作，效率低，作业强度大，机器与机器之间没有通信，容易造成仓储区域分配不合理现象，同时，由于仓库面积达太大，常常因为找不到货物存储区域等原因导致出货速度大大降低。但如果使用轮式自动抓捕机器人，并且对机器人之间进行联机通信，则可以成倍提高仓库的收发货效率，省时省力。相信不久以后，它将会像电脑一样普及到每一个家庭，每一个单位。在军事、工业生产等各领域对智
11、能移动机器人都有很大的需求。尤其是随着电商促销节“双11”、“网络星期一”以及“黑色星期五”等的来临，像阿里巴巴和Amazon这样需要对数以百万计的产品进行日常管理和分配的公司，使用人力既费时又耗力，同时容易威胁人身安全。使用智能移动机器人来对仓库进行管理是势在必行的。因而轮式自动定位抓捕器将成为未来仓库以及工厂不可或缺的一份子。1.2 移动机器人的研究意义现代社会，伴随着工、商业的迅猛发展，劳动力成本的不断爬升，怎样降低生产、仓储成本、为了企业老板日益关心的焦点。智能化作为现代化的新产物，是将来各个领域的发展方向。轮式自动定位抓捕器在工业生产和仓储运输中将扮演着重要的角色，而对其智能化的研究
12、更加具有实际的意义。轮式自动定位抓捕器是一种高新技术密集的自动抓捕器，是在网络环境下利用信息技术、智能控制技术、自动控制、模式识别、传感器技术、汽车电子、电气、计算机和机械等多个学科的最新科技成果，使抓捕器具有自动识别行驶道路、自动驾驶等先进功能。近年来，轮式自动定位抓捕器在国外大型仓库中已经有了广泛运用，已成为人工智能领域研究和发展的热点。轮式自动定位抓捕器课题的研究，构建智能抓捕器系统，使得我将综合课堂上的知识，熟悉以单片机为核心控制芯片，设计小车的检测、驱动和显示等外围电路，采用智能算法实现小车的智能寻迹。此次设计使我了解单片机的发展与使用，加深巩固已学知识，培养设计并实现自动控制系统的
13、能力，培养锻炼自己的设计能力、发现分析并解决问题的能力、检索文献资料的能力以及团队合作的能力，达到理论与实践的统一，充分了解科学研究的过程，掌握收集、整理和利用材料的方法，通过指导老师的指导，减少一些失误，切身体会科学研究的全过程，系统地、全面地锻炼自己，对以后的工作、学习有很大的帮助。本次设计与实际相结合，以STC89C52为主控芯片模型车体为基础结构，包括电机驱动模块，12864数据显示模块，超声波测距模块，自主循迹模块，提升和抓捕模块等，设计出一个实时性好、可靠性高、价格低廉的轮式自动定位抓捕器，现实意义很强。1.3设计容本文介绍了轮式自动定位抓捕器的设计，主要设计轮式自动定位抓捕器方案
14、，控制轮式自动定位抓捕器的控制板，以及仓库货架的布局图，最终完成轮式自动定位抓捕器的制作轮式自动定位抓捕器可实现自动识别路线，选择正确的行进路线，并且随机械爪的上下、抓取运动进行控制，并完成论文的撰写。主要设计容如下：1. 以AT89C52RC为控制器控制直流电机进行各项动作。2. 通过4对红外对管进行路面检测，反馈回来的高低电平送给单片机，进而控制小车的运动方式，实现寻迹。3. 使用超声波模块进行测距定位。4. 使用L298N驱动车轮电机，从而带动小车运动。5. 使用L9110H控制提升电机，从而控制抓捕模块的升降。6. 通过舵机控制机械手开与闭合。7. 通过12864液晶实时显示系统当前状
15、态、货架距离。8. 制作小车的车身、提升架和货架。9. 绘制小车的行驶路径图。1.4 章节安排1.第一章为绪论，详细介绍了轮式自动定位抓捕器的国外研究现状、生产需求现状，以及研究意义，使读者对轮式自动定位抓捕器有一个初步的认识。2.第二章为系统总体方案设计，主要介绍各模块方案的对比，以选择最优方案。3.第三章为系统硬件电路设计，简要介绍硬件各模块电路的确定。4.第四章为系统的软件设计，详细介绍了小车寻迹模块、液晶显示模块、超声波测距模块，提升与抓捕模块的软件设计，包括流程图和程序代码分析。5.第五章为系统的调试及运行，将硬件与软件联合进行调试，介绍Keil软件的使用，并对系统出现的一些问题进行了分析。 6.第六章为结论与展望，简要介绍了本设计得出的最终结论，并作出展望，对可改进和添加的功能作了说明。.参考资料.第2章 系统方案设计本章主要介绍系统总体设计方案，经过分析比较确定电路元器件的型
