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1、 . . . 基于凌阳单片机旅游机器人的设计摘 要机器人是现代科学的产物。随着机械和电子技术的发展，用机器人进行操作已从幻想变成现实。本文主要介绍了一种基于凌阳SPCE061A的简易机器人系统的设计。机器人系统的控制部分以凌阳十六位单片机为核心，包括驱动、光电传感器、碰撞传感器。实现自动寻迹、碰撞检测和线路识别和灭火功能。要求机器人旅游系统能够识别地面的白线，到达给定地图中所有的景点，并且能够返回原点。要求灭火系统能够找到每个房间的火源并将其扑灭，并且能回到原点。传感器系统相当于机器人的眼睛，是机器人行动的前提，也是本次研究的重点。文中设计了寻迹传感器和碰撞检测传感器，这两个模块构成了机器人的
2、传感器系统，直接决定了机器人功能的好坏。经过调试，传感器基本达到设计要求。此外，也简要介绍了一些机器人的相关知识以及与这次设计相关的软硬件的基础知识和应用技巧。关 键 词：机器人 SPCE061A 旅游 传感器Design For Tourism Robot Based On Sunplus MCU AbstractRobot is the product of the modern science. As the development of the mechanism and the electronic technology, manipulation using robot has c
3、ome to truth from fancy. This paper introduces the design of a system for the simple multifunctional mobile robot based on Lingyang SPCE061A. The control part of the robot system is based on Lingyang 16-bit SCM which includes drive, photosensitive sensors and collision sensors so that the function o
4、f automatic tracks search, collision detection, recognition of paths and putting out a fire. The tourism robot can recognize the white lines on the ground, reach all the spots appointed and return to the original point.The fire fighting robot can find all fire in each room and put out them,then retu
5、rn to the original point.Sensor system is just like the eyes of the robot and the prerequisite of robot actions. It is also the focus of this paper in which we design the sensor for paths search and the other one for collision detection. These two modules constitute the robot sensor system and influ
6、ence the function of the robot directly. After the debugging, the sensors basically satisfy the requirement of the design. In addition, this paper briefly introduces some relevant knowledge of robots, the technique of hardware and software concerned and some skills.Key word: Robot; SPCE061A; Tourism
7、; Sensor目 录摘 要IAbstractII第一章 绪 论11.1 机器人技术基础11.2 旅游机器人的现状和发展前景41.3 毕业设计任务51.4 各章概要5第二章 机器人主板设计62.1 凌阳十六位单片机SPCE06162.2 PROTEL介绍112.3机器人主板分析132.3.1电源电路132.3.2红外发射接收电路142.3.3 电机驱动电路162.3.4 凌阳SPCE061主芯片电路172.4 机器人本体系统设计182.4.1机器人本体182.4.2电源19第三章 旅游系统设计203.1 旅游系统总体结构以及旅游线路图203.1.1 旅游系统总体结构图203.1.2 旅游景点线
8、路213.2 系统流程图223.3 寻迹模块233.3.1 光电传感器的选择233.3.2 比较器电路243.3.3 寻迹分析263.4 碰撞模块293.5 驱动系统30第四章 系统软件设计334.1 设计思路334.2 程序流程图33第五章 结束语355.1 设计总结355.2 系统的优化设计36参考文献37致 38附录1: 旅游机器人程序39附录2：机器人主板电路图及PCB图61 . . . . 第一章 绪 论机器人1是现代科学技术发展的必然产物，因为人们总是设法让机器来取代人工作，从而发明了各种各样的机器。机器的发展和其他事物的发展一样，遵循着由低到高的发展规律，机器发展的最高形式必然是
9、机器人。虽然现在机器人的能力还是非常有限的，但是它正处在迅速发展过程中，并开始对整个工业生产，太空和海洋探索以及人类生活的各个方面产生越来越大的影响。这次的课题是与其它两个同学组成一个团队，合作完成旅游，灭火机器人主板的设计与制作以及旅游系统设计与制作。 机器人的控制部分以凌阳十六位单片机2为核心，包括驱动、速度检测、撞击检测等环节，实现自动转弯、避让等功能。我的课题是旅游，灭火主板的设计，旅游系统的设计。旅游机器人作为机器人比赛的一个项目曾被列入全国和省机器人大赛中，它的目的是在尽量短的时间走遍旅游地图中所有的景点，要求机器人小车可以自己识别线路。我们设计中重点要现的功能是寻迹和碰撞检测，机
10、器人要能沿着地面的白线行走，到达所有指定的地点，并且被碰撞传感器检测到。整个设计分为驱动部分，电源部分，线路识别系统，碰撞检测系统。我们采用凌阳公司的SPCE061A单片机。机器人的研究和应用体现了广泛的学科交叉，涉及众多课题，如机器人的体系结构、机构、控制、智能、视觉、触觉、听觉、机器人装配以及机器人语言等。1.1 机器人技术基础机器人是一种用于移动各种材料，零件，工具和专用装置，通过程序驱动来执行任务，并具有编程能力的多功能操作机。机器人是一种自动的，位置可控的，具有变成能力的多功能操作机，具有几个轴，能够借助可编程操作来处理各种材料，零件，工具和和专用装置，以执行各种任务。根据上述定义，
11、我们可以理解机器人有以下特征：机器人是模仿人或动物肢体动作的机器，能象人那样使用工具和机械机器人具有智力或感觉与识别能力直接对外界工作机器人集中了机械工程，电子技术，计算机技术，自动控制理论以及人工智能等多学科的最新研究成果，代表了机电一体化的最高成就，是当代科学技术发展最活跃的领域之一。 机器人的主要特征概括起来就是通用性和适应性。机器人的通用性取决于其几何特性和机械能力，指的是某种执行不同的功能和完成多样的简单任务的实际能力，也就是说，机器人具有可变的几何结构，即根据生产工作需要进行变更的几何结构；或者说，在机械结构上允许机器人执行不同的任务或以不同的方式完成同一工作。现有的大多数机器人都
12、具有不同程度的通用性，包括机械手的机动性和控制系统的灵活性。机器人的适应性是指其对环境的自适应能力，即所设计的机器人能够自我执行未经完全指定的任务，而不管任务执行过程中所发生的没有预计到的环境变化。这一能力要求机器人认识其环境，具有运用传感器感测环境的能力，分析任务空间和执行操作规划的能力以及具有自动指令模式。在这方面，机器人使用它的下述能力：（1）运用传感器感测环境的能力（2）分析任务空间和执行操作规划的能力（3）自动指令模式 机器人系统是由机器人和作业对象及环境共同构成的。机器人由机器人本体、控制器和软件三大部分构成。同时，为了获取作业对象及环境信息还需要传感器系统。机器人的本体由机械手和
13、移动机构两部分组成，单独存在的机械手或移动机构也称为机器人。机器人系统有四大部件组成，包括：机械手、传感器、控制器和功率变换器。如图1-1所示关节式机械系统变速机构执行装置内 传 感 器机器人模型环境模型工作任务控制算法控制器(计算机)环 境外传感器任 务控制内传感器信息外传感器信息计算机语言交互作用任务环境执行机构控制器外传感器信息外传感器信息(a)(b)图1-1 机器人系统的基本结构关于机器人如何分类，一般的分类方式有：（1）操作型机器人。能自动控制，可重复编程，多功能，有几个自由度，可固定或运动，用于相关自动化系统中。（2）程控型机器人。按预先要求的顺序及条件，依次控制机器人的机械动作。
14、（3）示教再现型机器人。通过引导或其它方式，先教会机器人动作，输入工作程序，机器人则自动重复进行作业。（4）数控型机器人。不必使机器人动作，通过数值、语言等对机器人进行示教，机器人根据示教后的信息进行作业。（5）感觉控制型机器人。利用传感器获取的信息控制机器人的动作。（6）适应控制型机器人。机器人能适应环境的变化，控制其自身的行动。（7）学习控制型机器人。机器人能“体会”工作的经验，具有一定的学习功能，并将所“学”的经验用于工作中。（8）智能机器人5。以人工智能决定其行动的机器人。从20世纪60年代初期到70年代初期，机器人技术的发展较为缓慢。进入20世纪70年代之后，人工智能学界开始对机器人
15、产生浓厚兴趣。他们发现，机器人的出现与发展为人工智能的发展带来了新的生机。随着自动控制理论、电子计算机和航天技术的迅速发展，到了70年代中期，机器人技术进入了一个新的发展阶段。到70年代末期，工业机器人有了更大的发展。进入80年代后，机器人生产继续保持70年代后期的发展势头。到80年代中期机器人制造业成为发展最快和最好的经济部门之一。进入20世纪90年代以来，由于具有一般功能的传统工业机器人的应用趋向饱和，而许多高级生产和特种应用则需要具有各种智能的机器人参与，因而促使智能机器人获得较为迅速的发展7。无论从国际或国的角度来看，复和继续发展机器人产业的一条重要途径就是开发各种智能机器人，以求提高机器人的性能，扩大其功能和应用领域。今天的智能机器人，有的能够模拟人类用两条腿走路，可在凹凸不平的地面上行走移动，有的具有视觉和触觉功能
