《基于GPS的循迹机器人控制系统设计.doc》由会员分享，可在线阅读，更多相关《基于GPS的循迹机器人控制系统设计.doc（18页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、-范文最新推荐- 基于GPS的循迹机器人控制系统设计 毕业设计说明书（论文）中文摘要智能移动机器人可辅助或代替人类在不同场合不同环境条件下完成特定的工作任务 ，在工业、军事、科考等多个领域备受关注 。在智能移动机器人的各项技术中，导航定位的研究是重中之重。导航定位的精度和稳定性是移动机器人作业的基础 。 论文针对应用 GPS 导航定位的循迹机器人展开研究 ， 主要内容和研究成果如下：（ 1 ） 分析了多种 导航定位 系统的 原理 及优劣 ， 详述了 路径跟踪 PID 控制方法的原理 ，并提出系统规划路径装定方案。（ 2 ） 研究了一个完整的自主循迹机器人系统的各个组成部分，包括C8051F04
2、0 单片机控制模块 、 串口模块 、 GPS 模块 、 LCD 模块以及电机驱动模块 ，从硬件层面上搭建了一个自主循迹机器人系统。（ 3 ） 详细阐述了 GPS 导航系统的组成、定位原理、工作方式，分析了 GPS数据格式 ， 实现 GPS 与单片机的串口通讯和数据获取 ， 并通过液晶屏显示定位信6564息，实现循迹过程中的电机控制。关键词 移动机器人 循迹 GPS PID毕业设计说明书（论文）外文摘要Title Title Title Title Design of tracking robot based on GlobalPositioning SystemAbstract Abstrac
3、t Abstract AbstractIntelligent mobile robot can assist human beings of accomplishing specifictasks or even take the place of human on many different occasions.Itoccupies an irreplaceable position in a number of areas,such asindustrial,military,and scientific research.Among all the technology ofintel
4、ligent mobile robot,navigation and positioning is the most importantpart.The accuracy and stability of navigation and positioning is the basisof the operation of robot. Th is thesis is mainly about a GPS-based trackingrobot.The main contents and achievements are as follows:(1)Analyzed the pros and c
5、ons of a variety of navigation and positioning 4.2.4 电机驱动控制单元 . 334 .3 程序设计355 循迹机器人系统测试 . 365 .1 系统软硬件联调365 .2 循迹机器人系统实验37结 论 . 41致 谢 . 42参 考 文 献 . 43附 录 A 硬件系统电路图45附 录 B PCB 印制电路板46附 录 C 元器件清单47附 录 D 循迹机器人软件系统程序48本科毕业设计说明书 （ 论文 ） 第 1 页 共 67 页1 1 1 1 引言引言引言引言随着计算机技术 、 信息技术 、 人工智能技术以及自动化控制工程等多学科的迅猛发
6、展 ， 移动机器人在工业 、 农业 、 医疗 、 服务等各个行业中得到了广泛的应用 ， 并且在城市安全 、 国防和空间探测等军事领域扮演着越来越重要的角色 。 移动机器人技术已经得到世界各国的普遍关注 。 机器人自主导航定位的能力是机器人规范地完成作业的基础，是移动机器人研究的重点。论文设计基于 GPS 的循迹机器人系统，在完成导航任务的基础上，实现控制行走。自主导航定位 （ 即循迹 ） 是移动机器人有效工作的保证 ， 对于移动机器人意义重大 ， 是移动机器人研究的核心 。 具有自主导航定位能力的机器人 ， 可在山区 、 核辐射环境等复杂环境或对人类具有伤害性的环境中代替人类工作。为了让移动机
7、器人能够顺利 、 可靠 、 高效 地完成工作任务 ， 就必须拥有较高精度的定位导航系统 。 GPS 导航系统可以 让移动机器人 实时地 掌握工作环境 ， 使 移动机器人在比较全面获得有 效 的环境信息基础上 ， 自然地适应工作情况的变化 ， 顺利完成任 动化控制工程以及人工智能技术等多交叉学科的融合与应用 ， 是现今科技研究的重要发展方向 。 移动机器人作为机器人领域的重要分支 ， 其研究始于二十世纪六十年代末 。移动机器人的研究最早是在 1966 年至 1972 年，由斯坦福研究院 (StanfordResearch Institute ， SRI) 的 N.J. Nilsson 等人研究出
8、命名为 Shakey 的自主移动机器人（ (Autonomous Mobile Robot ， AMR ） 1。它配有摄像头，激光测距传感器和触觉传感器，可自主推理规划行走路径，开创了自主移动机器人的典型，为后来有关 AM R的研究奠定了基础。80 年代中期 ， 许多世界著名的公司开始研制移动机器人平台 ， 这些移动机器人主要作为各大学实验室和各研究机构的移动机器人实验平台 ， 这一阶段 促进了移动机器人学多种研究方向的发展 4。空间探测机器人代表了移动机器人技术发展的最高水平。 1971 年美国航天局在Apollo 15 项目中所发射的月球车、 2004 年发射的 Spirit 号 以及 o
9、pportunity 号火星探测车等都在星球探索任务中 起到了关键性的作用 。 “ 勇气号 ” 火星车配备一台每秒能执行约 2000 万条指令的高性能计算机，车体上安装有可做 360 ° 水平扫描的全景摄像机，可做 180 ° 上下扫描的摄像机云台，以摄取火星表面和空间的全景图，此外火星车上还配备有用于实施探测的科学仪器 。 利用移动机器人进行空间探测和开发 ， 已成为 21 世纪世界各主要科技发达国家开展空间资源竞争的 重要 手段之一 3。我国机器人研究起步于上个世纪 70 年代初期，通过 “ 七五 ” 、 “ 八五
10、 ” 科技攻关及国家高技术研究发展计划 (863 计划 ) 的支持，获得了很大发展。我国研制成功 的 第一 了试飞 。 进入 20 世纪 90 年代 ， 国外各大公司竞相开展 GPS 姿态系统的研制和试验 ，取得了 极大 的进展。目前已商业化的产品有 Ashtech3DF 系统、 Beeline 和 Trimble 的TANSVECTOR 、 MS860 系统 ，均达到一定的 姿态测量精度 6 。我国卫星导航产业的 开 端开始于 20 世纪 90 年 代 ，经过 20 年的发展，应用市场逐渐成熟 ， 但缺失核心技术 —— GPS 系统 仍 处于建设中 ， 卫
11、星定位核心技术和自主专用芯片技术缺失 ， 终端产品缺乏创新 ， 技术服务单一 。 并且还未建立统一的行业标准 。目前应用于市场中的主流导航仪，产品合格率不超过百分之三十。因而应用 GPS 导航系统的产品具有极大的研发空间。课题的研究内容和章节安排 课题的研究内容和章节安排 课题的研究内容和章节安排 课题的研究内容和章节安排论文全文共由 五 章组成，具体的章节安排和各章的主要内容如下 ：第一章 引言，概述了移动机器人的研究背景和课题的研究意义，介绍了国内外移动机器人技术的研究发展现状，同时给出了课题的主要研究内容和论文的章节安排。第二章 系统总体设计 ， 基于 GPS 导航系统原理和 PID 控
12、制方法原理 ， 描述 了课题研究的循迹机器人的具体设计方案和路径规划的数据来源 ， 提出了具有 GPS 导航 、可视化定位窗口、可自主循迹及人工控制轮式行走，并能与 PC 机进行数据通讯的 循迹机器人 系统。本科毕业设计说明书 （ 论文 ） 第 4 页 共 67 页第三章 系统硬件设计，针对第二章提出的 循迹机器人 系统设计方案，对应用系统的硬件部分进行设计。描述了硬件系统的总体设计方案，并从单片机最小系统 、 航迹装定 模块、 GPS 模块、 LCD 模块、电机驱动模块、电源模块等多个模块展开，设 统、 GPS 导航系统、视觉导航系统以及基于传感器数据导航系统等 7 应用较为广泛 。现对几种
13、不同导航方式的 优点和缺陷 进行分析 ： 航迹推算导航系统 ， 是通过积分增量的方式测量 ， 得到 机器人相对初始位置的距离和方向 ， 确定机器人的位置 。 它具有不依赖外部信息 ， 具备完全的自主性的 特 点 ，但是 随着时间的延续， 其增量积分所产生的误差会不断积累， 因而 机器人航线 越 长 ，测量误差 越 大 8 。 无线传感网络 系统 ， 是由大量密布在监控区域 内 、 具有通信与计算能力的微小传感节点 组成 。 他们 以无线方式连接 ， 构成自治测控网络系统 。 它可以在不能或不宜进行卫星导航的场合，作为卫星导航系统有益的补充。 视觉导航系统 ， 是将 摄像机拍摄 的 周围场景 图
14、像 ， 经 各种图像处理方法 处理后 ，提取导航 、 路径规划 、 蔽障等参数 ， 来 实现机器人局部路径规划 。 视觉导航 的 定位精度 高 ，但计算复杂 ，且受 场景范围局限。 基于传感器数据导航系统。很多机器人都装配有用于导航的非视觉传感器 ， 如常见的超声波传感器 、 红外线传感 、 触觉传感和雷达系统等 ， 这些传感 器 在机器人局部导航和蔽障处理中显现出较大优势 ， 且计算量较小 、 实时性较高 。 但其也有导航信息单一、简单等弱点。一般情况下，常结合其他导航方式实现综合导航 9 。 GPS 导航系统 。 24 颗卫星的分布使得在全球任何地方 、 任何时间都可观测到 4颗以上的卫星 ， 并能保持 提供 良好定位解算精度的几何图像 。 GPS 导航系统 以其高精 正常 ， 则可以工作 。 低分贝值说明卫星下降到地平线 ， 也可以由阴影或多重反射造成 。因而 ， 在一段时间内获得稳定的 、 从相同卫星发出信号的能力 ， 是卫星可用性的关键 。然而，即使卫星信号在一段时间内保持在 45dB 以上，也有可能突然消失 1 2 。 差分 GPS
