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履帶式移動機器人控制系統設計,班級學號： 學生姓名： 指導老師：,履帶式移動機器人控制系統設計 黃海亮,主要任務及成果： 履帶式輪式移動機器人，是一種集環(huán)境感知、決策規(guī)劃、自動行駛等功能于一體的綜合智能系統，智能車集中地運用了自動控制、模式識別、傳感器技術、汽車電子、電氣、計算機、機械等多個學科的知識。 本課題所設計的機器人可以在白色的場地上，通過傳感器識別路徑，控制機器人的轉向角和車速，自動地沿著一條任意給定的黑色帶狀引導線行駛。,系統的總體設計,系統的硬件設計,系統的軟件設計,總結,系統的調試與分析,1,2,3,4,5,系統的總體設計,,本論文最終設計出的履帶式移動機器人系統，在圖像信息采集方面采用的傳感器是線性CCD TSL1401，用來識別白色場地上的黑色引導線，并通過識別出的黑色引導線的位置和履帶式移動機器人自身的中間線的比較，來判斷其偏離黑色引導線的偏差，然后對這個偏差進行處理，使用模糊PID的控制方法來得出兩邊電機所需要的PWM波輸出值來控制兩邊履帶的轉速，實現所需要沿黑色引導線運動的轉速差，最終實現履帶式移動機器人可以按照規(guī)定的路徑前進拐彎等。,系統的總體設計,,總體框圖,,系統的硬件設計,,總體硬件方案圖,,系統的硬件設計,,電源模塊： 5V穩(wěn)壓芯片選用LM2940，該芯片具有紋波小，電路簡單; 3.3V穩(wěn)壓芯片選用AMS1117-3.3，該芯片為低壓差電壓調節(jié)器系列芯片，電路設計簡單，供電穩(wěn)定，電源的利用率高。,,,系統的硬件設計,,單片機最小系統：,系統的硬件設計,,線性CCD TSL1401模塊：,線性CCD傳感器TSL1401具有128個線性排列的光電二極管，每個二極管都有自己的積分電路，每個像素所采集的圖像灰度值與它所感知的光強和積分時間成正比，最終將采集的電壓傳送至單片機的AD端口進行處理。參照芯片數據手冊，線性CCD傳感器驅動程序比較簡單，只需要MCU控制CLK及SI兩個引腳按照特定的時序發(fā)出方波信號，AO引腳就會依次輸出 128 個像素點的模擬信號，經過MCU的AD采集我們就可以得到圖像信息。,系統的硬件設計,,H全橋驅動的基本原理：,,系統的硬件設計,,BTN7971所搭建的H橋驅動電路：,,系統的硬件設計,,PCB制作：,系統的軟件設計,,,軟件總體設計：,系統的軟件設計,,,人機交互模塊：,系統的調試與分析,,總結,,本設計通過總體設計、硬件電路設計以及軟件設計，使其可以按照預定的要求，利用飛思卡爾公司的32位MKL26Z256VLL4微處理器完成了履帶式移動機器人的控制系統的設計。該履帶式移動機器人證實了本文的硬件方案以及軟件設計都是合理的，具有一定的顯示意義。 經過多次實踐驗證，當前整個控制系統可以按照要求在白色場地上沿著黑色引導線完成智能循跡功能：通過線性CCD進行圖像采集，濾波，黑色引導線的提取等一系列的圖像處理得到偏差經過模糊PID的運算最終來控制兩邊130電機的PWM波的輸出來完成履帶式移動機器人的移動控制。,成果視頻展示：,,后期反思和擴展,,（1）對于履帶式移動機器人的整體機械結構的設計，可以考慮到機器人的配重問題，保證整體的配重基本在機器人底盤的中心，這樣可以保證機器人運行的穩(wěn)定性；其次對于履帶，根據設計要求本文采用的是單節(jié)履帶，但可以擴展為多節(jié)履帶或者復合履帶使其的適應范圍。 （2）對于履帶式移動機器人的控制方式，現在是完全自主控制，開機參數調整完成確認后就可以按照設定的程序自主運行。但是在此基礎上可以加上2.4G無線通信模塊NRF2401，使其可以變成可自主控制和人為控制相互切換的控制方式。 （3）對于履帶式移動機器人的圖像識別，現在是使用線性CCD識別的，可以選擇擴展為攝像頭來識別圖像，這樣可以為后期添加更多的功能做準備。,Thanks!,