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摘 要

机器人是一种复杂的机械结构，具有智能性，包含了电子、机械、传感器、计算机、仿生学、控制技术、人工智能等学科。目前世界各国都对其展开广泛研究，体现了一个国家工业化程度的高低。

智能移动机器人可以感受周围环境变化，做出判断与决策，并发送指令完成动作的执行，属于机器人的一个重要研究领域。

本文主要介绍了一种基于光电传感的移动搬运机器人的设计与实现。该机器人系统选用stm32f103zet6单片机作为微控制器，采用七路灰度传感器循迹，三路舵机控制的机械爪，一个红外光电开关测距，一个触碰开关，四个电机驱动机器人直线行驶，转弯。整个机器人系统涉及机器人结构设计，灰度传感器信号采集处理，机械爪的结构设计，循迹算法和策略优化等方面。经过多次调试，比较各种方案的优劣，不断改进和升级，确定了现在的方案。

现在该机器人系统能够完整完成自主导航及搬运的任务，达到了实验预期目的。

关键词：光电传感器 搬运机器人 自主导航 循迹

The design of photoelectric guided autonomous handling robot

ABSTRACT

Robot is a kind of complicated mechanical structure, with intelligent, includes electronic, mechanical, sensor, computer, bionics, control technology, artificial intelligence and other disciplines. Now all countries in the world for its extensive research, reflects the degree of a country industrialization of high and low.

Intelligent mobile robot can feel the environment change, make judgments and decisions, and send the instructions to complete the action of execution, belongs to an important research field of robot.

This paper describes the design and implementation of mobile robot based handling of photoelectric sensors. The robot system selected stm32f103zet6 microcontroller as microcontrollers, sensors tracking the use of seven road gray, three-way servo-controlled mechanical claw, an infrared photoelectric switches ranging, a touch switch, four motor-driven robot straight, turning . Entire robot system involving body structure design, gray sensor signal acquisition and processing, structural design of mechanical claw, control algorithms and strategies to optimize other aspects. After several rounds of testing, comparing the pros and cons of various options, continuous improvement and upgrading, determine the current program.

The robot system can now complete the task of autonomous navigation and transportation, to achieve the intended purpose of the experiment.

Keywords: Photoelectric sensors; Handling robot; Autonomous navigation; Tracking

目录

摘 要 I

ABSTRACT II

第一章 绪论 1

1.1 自主式搬运机器人概述 1

1.2 发展历史与研究现状 1

1.2.1 国外发展 1

1.2.2 国内发展 2

1.3 课题研究意义 2

1.4 课题研究内容 2

第二章 机器人总体设计 3

2.1 设计目标 3

2.2 导航方式 4

2.3 机械手 5

2.3.1 机械手功能 5

2.3.2 机械手驱动方式 5

2.4 小车驱动方式 7

2.5 电源选择 8

2.6 微控制器选择 9

2.7 测距抓取 9

2.8 机器人整体框图 9

第三章 硬件电路设计 11

3.1 微控制器 11

3.2 程序下载 11

3.3 电源模块 12

3.3.1 稳压芯片 12

3.3.2 稳压电路 12

3.4 驱动模块 13

3.4.1 电机驱动模块选择 13

3.4.2 电机驱动电路设计 13

3.5 灰度检测模块 15

3.6 舵机控制电路 16

3.7 碰撞开关 17

3.8 红外光电开关 17

第四章 软件设计 19

4.1 小车运动控制算法 19

4.2 机械臂控制算法 24

4.3 搬运机器人关键函数 25

4.4 软件开发平台 26

第五章 实地调试 28

5.1 基于红外传感器的循迹方案试验 28

5.2 基于高亮LED的循迹方案试验 28

5.3 车速及转弯调试 29

5.3.1 车速调试 29

5.3.2 转弯调试 29

第六章 总结与展望 31

6.1 创新与可取点 31

6.2 不足和改进 31

参考文献 33

致谢 36

第一章 绪论

1.1 自主式搬运机器人概述

移动机器人是能够感知环境做出相应行为控制并执行的系统^[1]。移动机器人能够适应不同环境，并具有一定人工智能，移动机器人被广泛应用于照顾病人，恶劣环境探测等领域。

第一台自主式移动机器人是斯坦福大学在二十世纪六十年代研制的机器人SHAKEY^[2]。70年代末，移动机器人配备了更多更先进的传感器，配合计算机技术使这一时期的发展提升了新的高度。特别是在80年代中期，为满足大学实验室和研究机构的需求，许多公司开始研制机器人平台用于研究，机器人研究发展出多个方向。90年代以来，随着传感器技术和信息技术的高速发展，移动机器人也能适应更多不同环境，移动机器人研究也进入新的阶段 ^[3]。

1.2 发展历史与研究现状

1.2.1 国外发展

20世纪60年代美国研制出第一台移动机器人。

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