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1、天津理工大学 2017 届机械工程学院本科专业设计 机电一体化专业设计机电一体化专业设计 设计说明书设计说明书 设计题目：设计题目： 避障灭火小车避障灭火小车 设设 计计 者：者： 李睿李睿 赵喆赵喆 刘骏刘骏 学学 号：号： 2013004320130043 2013013220130132 2013008020130080 专业班级：专业班级：机机械械工程及自动化工程及自动化 2 2 班班 机机械械工程及自动化工程及自动化 4 4 班班 机械工程及自动化机械工程及自动化 3 3 班班 指导教师：指导教师： 陈炜陈炜 完成日期：完成日期： 2012016 6 年年 9 9 月月 2 25 5
2、 日日 天津理工大学机械工程学院天津理工大学机械工程学院 天津理工大学 2017 届机械工程学院本科专业设计 摘要摘要 智能小车是一种能够通过编程手段完成特定任务的小型化机器人， 它 具有制作成本低廉，电路结构简单，程序调试方便等优点。由于具有 很强的趣味性，智能小车深受广大机器人爱好者以及高校学生的喜 爱。 本论文介绍的是具有自动避障功能的智能小车的设计与制作， 论文对 智能小车的方案选择，设计思路，以及软硬件的功能和工作原理进行 了详细的分析和论述。 经实践验收测试， 该智能小车的电路结构简单， 调试方便，系统反映快速、灵活，设计方案正确、可行，各项指标稳 定、可靠 关键字： 智能小车 避
3、障 模型 Firefighting vehicle ABSTRACT The smart car is a kind of be able to complete the specific task by programming means the miniaturization of the robot, it has low production cost, circuit structure is simple and convenient program debugging. Due to the strong interest, the smart car was deeply lo
4、ved by the robot lovers as well as college students. This paper introduces the automatic obstacle avoidance function of the design and manufacture of the smart car, paper for smart car scheme selection, design idea, and the function and working principle of the hardware and software has carried on t
5、he detailed analysis and discussion. Acceptance testing by practice, the smart car circuit has simple structure, convenient debugging, the system reflects the fast, flexible, design scheme is correct and feasible, and the indicators is stable, reliable key words: intelligent obstacle avoidance car m
6、odel Key Words：Smart car Obstacle avoidance Model 天津理工大学机械学院 13 级专业设计 目 录 第一章第一章 绪论绪论 1 1.1 课题研究的意义 1 1.2 课题研究的背景 1 1.3 课题研究的主要内容 2 第二章第二章 问题的提出和简单分析问题的提出和简单分析 . 4 2.1 小车组建 4 2.2 Cpu 的选择 . 4 2.3 传感器的选择 5 第三章第三章 小车的制作小车的制作 . 6 3.1 搭建车体 6 3.2 小车的最后外形 8 第四章第四章 电路板的制作电路板的制作 . 9 4.1 安装电路元器件 9 4.2 焊接电路元器件
7、 10 4.2.1 焊接的概念 10 4.2.2 焊接工具 10 4.2.3 锡料 10 4.2.4 焊接流程 11 4.2.5 注意事项： 11 4.2.6 遇到的问题和解决方案 12 第五章第五章 编程编程 13 5.1 编写程序的应用软件 . 13 5.2 编写传感器程序 . 13 第六章第六章 调试程序和小车调试程序和小车 . 24 6.1 实验步骤： . 24 6.2 遇到的问题 . 25 6.3 问题分析和解决方案 . 25 天津理工大学机械学院 13 级专业设计 6.3.1 问题分析 . 25 第七章第七章 实验结果实验结果. 25 第八章第八章 致谢致谢 26 参参 考考 文文
8、 献献 附录一附录一 附录二附录二 附录三附录三 天津理工大学机械学院 13 级专业设计 1 第一章第一章 绪论绪论 1.1 课题研究的意义 自第一台工业机器人诞生以来，机器人的发展已经遍及机械、 电子、冶金、交通、宇航、国防等领域。近年来机器人的智能水平 不断提高，并且迅速地改变着人们的生活方式。人们在不断探讨、 改造、认识自然的过程中，制造能替代人劳动的机器一直是人类的 梦想。 避障小车可以通过自动感应并躲避障碍物，在工作中可以取代 人力运输，节省人力和成本。智能小车是一个及运用计算机、传 感、信息、通信、导航、人工智能以及自动控制等技术来实现环境 感知、规划决策和自动控制为一体的高新技术
9、综合体。它在军事、 民用和截雪研究方面已经获得了一定的应用，对解决道路交通安全 提供了一种新的途径。随着汽车工业的迅速发展，关于汽车的研究 也就越来也多的受人关注。电子设计技术是国家高科技实例的一个 重要标准，可见其研究意义很大。 1.2 课题研究的背景 国外智能车辆的研究历史较长，始于上世纪 50 年代，它的发展 历程大致可分为三个阶段： 第一阶段：20 世纪 50 年代是智能车辆研究的初始阶段。早期 研制该系统的目的是为了提高仓库运输的自动化水平，应用领域仅 局限于仓库内的物品运输，但它却具有了智能车辆最基本的特征即 天津理工大学机械学院 13 级专业设计 2 无人驾驶。随着计算机的应用和
10、传感器技术的发展，智能车辆的研 究不断得到新的发展。 第二阶段：从 80 年代中后期，世界主要发达国家对智能车辆开 展了卓有成就的研究。进入 80 年代中期，设计和制造智能车辆的浪 潮席卷了全世界，一大批世界著名的公司开始研究智能车辆平台。 第三阶段：从 90 年代开始至今，智能车辆进入了深入、系统、 大规模的研究阶段。最为突出的是，美国卡内基梅隆大学机器人 研究所一共完成了 Navlab 系列的自主车的研究，取得了显著成就。 相比与国外，我国开展智能车技术方面的研究起步较晚，始于 20 世纪 80 年代，而且大多数研究尚处于针对某个单项技术研究的 阶段。 中国第一汽车集团和国防科技大学机电工
11、程与自动化学院 于 2003 年研制成功了我国第一辆自主驾驶轿车。 上海交通大学应用现代控制理论设计出了一种自动驾驶汽车模 型，该模型在汽车系统的动力学建模的基础之上，设计了自动驾驶 的专项系统，它能根据的弯曲变化程度实时的计算出车辆的转向盘 角度，控制车辆按照预设道路行驶。 智能车辆研究也是智能交通系统 ITS 的关键技术。目前，国能 许多高校和科研院所都在进行 ITS 关键技术、设备的研究，随着 ITS 研究的兴起，我国已经形成了一支 ITS 技术研究开发的专业技 术队伍。 1.3 课题研究的主要内容 天津理工大学机械学院 13 级专业设计 3 其实智能车，就是一个机器人，其可以分为三大结
12、构：传感器 检测、机械执行、中央处理器。智能车通过感知导引线和障碍物， 可以实现避障等功能，且可以通过一套完整的控制策略，改善小车 的行驶状况，达到更加稳定的状态。 要完成上述的功能设计，传感检测部分可以采用能够感知清晰 的图像的摄像头，或者选用人们常用的光电对管传感器来感测路 况。而智能小车的机械部分，可以采用四轮车（带有舵机） 、或者三 轮车（前轮为万向轮） ，电机则只需使用直流电机即可。对于主控芯 片 CPU，本组全组成员选择简单易用的 51 单片机或高级复杂额 ARM 等芯片，通过配合软件编程，可以很好的实现自动避障的功能 天津理工大学机械学院 13 级专业设计 4 第二章第二章 问题
13、的提出和简单分析问题的提出和简单分析 2.1 小车组建 小车的组建可以分为几大项，即四轮车（可分为二轮驱动，四轮 驱动） ，三轮车（三轮驱动，二轮驱动） ，履带车等 本组全组成员在看过设计要求和建造小车的材 料，以及简单的讨论之后，选择制作三轮车，因为 三轮车是最基础的稳定结构，而且二轮驱动便于控 制。 2.2 Cpu 的选择 启诚机器人电气模块主要有四种控制器， 分别是 MEGA48、 MEGA16、 MEGA128、89S52，每种控制器控制主板相同，基本输入输出点数相 同，但每种控制器的可扩展性各不相同。 本组全组成员在经过讨论后选择了 AT89S52 单片机， 因为 AT89S52 单
14、 片机可以满足本次实验设计所想要达到的功能和效果。 该单片机更加 高效和低能，并且适用于多种编程器，更利于本组全组成员后续的程 序设计。 AT89S52 是一种低功耗、 高性能 CMOS8 位微控制器， 具有 8K 在 系统可编程 Flash 存储器。使用 Atmel 公司高密度非易失性存储器技 术制造，与工业 80C51 产品指令和引脚完全兼容。片上 Flash 允许程 序存储器在系统可编程，亦适于常规编程器。在单芯片上，拥有灵巧 的 8 位 CPU 和在系统可编程 Flash， 使得 AT89S52 为众多嵌入式控制 应用系统提供高灵活、超有效的解决方案。 天津理工大学机械学院 13 级专
15、业设计 5 2.3 传感器的选择 本组全组成员初步的设计选择使用避障传感器，型号：TQD-GD002， 因为距启航机器人使用手册说明， 该传感器模块对环境光线适应能力 强， 并且 该传感器探测距离可以通过电位器调节， 而且具有干扰小、 便于装配、使用方便等特点。 天津理工大学机械学院 13 级专业设计 6 第三章第三章 小车的制作小车的制作 3.1 搭建车体 本组全组成员在经过了简单分析后选择使用三轮车， 通过控制器 分别控制后面两个轮子， 前面使用一个万向轮起支撑和保持平衡的作 用，万向轮没有动力，便于后两个轮子控制。如图 1 为了使电池和主板平稳置于小车上，本组全组成员在小车的底板上 方添
16、加了七个机体块。为了美观和后续制作，本组全组成员分别使用 了长短不同的两组，共四个机体块直立安装，并安装一个横向的短机 体块在短支架上， 并在底板的最后方安装两个很短的机体架。 如图2。 图 2 导向动力轮 万向轮 两个长机体块 三个短机体 块 尾端的短机体架 图 1 图 2 图 3 图 1 天津理工大学机械学院 13 级专业设计 7 在将电池和主板放在小车上后，为了更好的固定它们，本组全组 成员又在之前加的机体块（如图 2）上添加了一个横着的机体块。同 时为了更好的使传感器感应到前方的障碍物和火苗， 本组全组成员在 小车前端加了一个三角支架用于放前端的传感器。如图 3。 图 3 为了实现灭火功能，本组全组成员制作了小型的灭火装置，将灭 火传感器和触碰传感器共同置于前端的三角支架上。 风扇放在小车的 前端，三角支架的后方。然后本组全组成员将两个触碰传感器分别放 在小车的左右前端，用于发现障碍物。如图 4。 图 4 三角架 长机体块 电池和电路板 触碰传感器
