割草机器人毕业设计

【篇一：割草机器人自动避障系统设计】

摘 要

自动避障系统是割草机器人关键模块之一，是割草机器人自主、安全行走前提。本文首先对国内外市场上现存的智能割草机器人进行了介绍和比较，指出了现在智能割草机器人研制过程中需要注意的关键技术，并结合以往的成功经验和现在的实际需求，选择易于实验的小车结构。stcc52单片机是宏晶科技推出的新一代高速/低功耗/超强抗干扰的单片机，指令代码完全兼容传统8051单片机，12时钟/机器周期和6时钟/机器周期可以任意选择。本课题以设计割草机器人自动避障为目的，采用stcc52单片机作为控制核心，采用超声波传感器来检查路面上的障碍，来控制执行机构的自动避障，从而使执行机构完成左转、右转和后退的动作。其中采用的技术主要有：（1）超声波传感器的有效应用，（2）显示器的使用，（3）通过编程来控制执行机构的运动。

关键词：stcc52单片机，超声波传感器，执行机构，显示器 abstract

automatic obstacle avoidance system is one of the key module robot mowers mowing robot, is independent, safe

walking premise. this paper firstly introduced and compared to the domestic and foreign existing in the market of intelligent robot mowers, points out the key technologies in the

development process of the intelligent robot mower now,

combined with the successful experiences and actual demand now, select the vehicle structure is easy to

experiment.stcc52scm is the macro crystal technology, the introduction of a new generation of high / low power / super anti-jamming mcu, the instruction code is fully compatible with traditional 8051 scm, 12 clock / machine cycle and 6 clock / machine cycle can be arbitrarily chosen. the design of

automatic obstacle avoidance for robot mower, using stcc52 micro-controller as control core, using ultrasonic sensors to check the road barriers, automatic obstacle avoidance control actuator, the actuator to complete the left, right and back action. the main technology:(1)the effective application of

ultrasonic sensor.(2) the use of the monitor. (3)programmed to control the car.

key words: stcc52microcontroller, ultrasonic sensor, actuator , display 目录 中文摘

要 .................................................................................................................. i

abstract .................................................................................................................... ii 第一章 绪

论 .......................................................................................................... 1

1.1选题背景及意

义 ....................................................................................................... 1

1.1.1自动割草机器人概

述 ..................................................................................... 1 1.1.2自动割草机器人优

点 ............................................................................. 1 1.2割草机器人的发展简史及其研究现

状 ............................................................... 2 1.2.1发展简

史 ........................................................................................................... 2

1.2.2国外的研究现

状 ..................................................................................... 2 1.2.3国内的研究现

状 .............................................................................................. 3 1.3割草机器人自动避障系

统 ..................................................................................... 3 第二章 总体方案设

计 ........................................................................................ 5 2.1主要研究内

容 ........................................................................................................... 5

2.2具体方案介

绍 ........................................................................................................... 5

第三章 超声波测

距 ............................................................................................ 7 3.1超声波测距设计思

路 .............................................................................................. 7 3.1.1超声波测距原

理 .............................................................................................. 7 3.1.2超声波测距方

法 .............................................................................................. 7 3.1.3超声波模块的选

择 .......................................................................................... 7 3.1.4显示器的选

择 .................................................................................................. 8 第四章 超声波模块的硬件结构设

计 ............................................................ 9 4.1超声波模块电路设

计 .............................................................................................. 9 4.1.1 超声波模块的特

点 ......................................................................................... 9 4.1.2 超声波模块的工作原

理 ................................................................................ 9 4.1.3模块参

数 ......................................................................................................... 10

4.1.4超声波时序

图 ................................................................................................ 10 4.1.5超声波发送与接

收 ....................................................................................... 11 4.2 stcc52单片机功能及特

点 ............................................................................. 12 4.2.1 stcc52单片机参

数 ................................................................................. 12 4.2.2 stcc52单片机特

性 ................................................................................. 13

4.3.1 1602液晶屏的优

点 ..................................................................................... 15 4.3.2 1602管脚定

义 .............................................................................................. 15 4.3.3 1602操作时

序 .............................................................................................. 16 第五章 超声波测距模块软件设

计 .............................................................. 18 5.1超声波测距算法设

计 ............................................................................................ 18 5.2主程序流

程 ............................................................................................................. 18

5.2.1系统初始化程

序 ............................................................................................ 18 5.2.2超声波启动程

序 ............................................................................................ 19 5.2.3超声波计时程

序 ............................................................................................ 19 5.2.4测距程

序 ......................................................................................................... 20

5.3实验结

果 .................................................................................................................. 20

第六章 实验用执行机构硬件设

计 .............................................................. 22 6.1执行机构底

盘 ......................................................................................................... 22

6.2执行机构驱动模

块 ................................................................................................ 22 6.2.1 l298n驱动模块说

明 ................................................................................... 22

6.2.2 l298n参

数 ..................................................................................................... 23

6.3 sg90舵

机 ............................................................................................................... 24

6.3.1什么是舵

机 ..................................................................................................... 24

6.3.2舵机工作原

理 ................................................................................................ 24 6.3.3利用单片机实现舵机转角控

制 .................................................................. 25 第七章 执行机构软件设

计 ............................................................................ 26 7.1执行机构行走程

序 ................................................................................................ 26 7.2舵机转动控制执行机构行走程

序 ...................................................................... 27 结

论 ......................................................................................................................... 30 致

谢 ......................................................................................................................... 31 参考文

献 ............................................................................................................... 32 附录1超声波避障舵机转动编

程 ................................................................. 33 附录2 电路原理图 ........................................................................................... 40

【篇二：机器人毕业设计】

课程设计任务书 （级）

厦门工程技术 学院（学校）应用电子技术 专业 设计题目跳舞机器人

学 生 姓 名 连胜伟 学号 1299151024 指 导 教 师李天恩 教 研 室主任 谢玉妹

系主任 谢玉妹

起 迄 日 期 2014年9月3号到20115年1月13号 目录

摘要------------------------------------------------------4 引言------------------------------------------------------5 任务书-----------------------------------------------------6 第一章

我国机器人技术的发展概况------------------------------------7 第二章 机器人的总体设计解剖

1.1资料的收集与阐述-----------------------------------------7 1.2机器人工作原理简介

1.总体设计剖------------------------------------------------8 2.伺服电机的剖析--------------------------------------------9

第三章 机器人总体设计综述 ---------------------------------12 1、1设计课题的阐述-----------------------------------------12 1、2单片机的选择-------------------------------------------12 1、3主控板部分简介-----------------------------------------12 第四章 机器人的总体设计方案与部分简介

1、1设计方案-----------------------------------------------13

1、2各部分功能及原理简介-----------------------------------13 第五章 机器人的原理图设计、仿真及电路板制作

1、1机器人的原理图设计-------------------------------------15 1、2电源部分-----------------------------------------------16 1、3稳压电源部分-------------------------------------------16 1、5接口电路部分-------------------------------------------17

1、6单片机最小系统和isp在线编程---------------------------181、9电路板制作---------------------------------------------18 第六章 机器人电路板的调试与结论

1、1数据的采集电路和处理方法-------------------------------21 1、2机器人测脉宽程序---------------------------------------23 1.2送数据程序----------------------------------------------27 1、3调试结论-----------------------------------------------31 第七章 心得体会--------------------------------------------31 附录：

1元器件清单------------------------------------------------32

2 参考文献--------------------------------------------------32 [摘要]

设计题目跳舞机器人 关键词：

stc15w4k60s4； 伺服电机， 单片机； 机器人。 [abstract]

30 years ago, bill gate resolutely abandoned school, founded microsoft, became a leading figure in the popularization of the personal computer revolution;30 years later, he predicted,

robot is about to be repeated personal computer rising road. lit robot popularization fuse, this revolution will and personal computer, completely change the way of life of this era. one of the greatest invention robot as human beings in twentieth century, happened to change rapidly changes in decades. in recent years, robot has become a strategic goal of high

technology in the field of representative. the appearance and development of robot technology, not only the traditional industrial production has undergone a fundamental change, and will have a profound impact on human society. with the rapid development of social production and technology, the application of robotics has been extended. exploration from the automatic production line to the marine resources, and the space operation field, robots can be seen everywhere. current machine has entered peoples life and work, the robot has been in many areas to replace human labor, plays a more and more important role, more and more people have cannot do without the help of robot. robot engineering is a complex subject, it sets the engineering mechanics, mechanical manufacturing, electronic technology, science and technology, automatic control for the whole. at present the research of robots has been showing a professional and systematic, advanced technology and some information science, electronics are increasingly used in the field of robot. at present the

development of robot industry and 30 years ago is very similar to the computer industry. today in the line of robot car

assembly line busy, was the large computer version. but the robot industry is also a wide variety of niche products, such as mechanical arm, assisted the doctor in performing the surgery operation in iraq and afghanistan, in charge of reconnaissance

robot out roadside bombs and household robot for cleaning floors, there are a lot of reference person, dog, dinosaur like manufacturing robot toy. keywords:

stc15w4k60s4; servo motor, single chip microcomputer; robot.

【篇三：割草机器人机械结构设计与仿真工作综述】

一、背景介绍

随着我国社会经济的快速发展，城市绿化程度越来越高，大量的公园草坪、

足球场草坪、高尔夫球场草坪等公共绿地均需要进行维护。修剪草坪是项繁重而

又枯燥的劳动，需要消耗大量的人力和物力。传统做法是人工操作割草机器进行

修剪，目前的割草机器主要有两种形式（如图1.1所示），一种是手推式的，另

一种是人工携带式的。但是，这两种割草机器有很大的缺点：劳动强度大；重复

性强，工作枯燥；浪费人力、物力和财力。 图1.1 传统割草机

为了改变这一现状，降低草坪维护作业的劳动强度及维护成本，一种自动割

草机器人应运而生。

割草机器人是集环境感知、路径动态规划和行为控制等多种功能于一体的综

合机器人系统。与传统的草坪修剪机械相比，割草机器人具有很大的优点：

1）割草机器人可自主工作；

2）割草机器人具有较高的安全性； 3）割草机器人更利于环境保护。 1.1国外研究现状

“智能割草机器人”概念的提出是在1997年的opei年会上，从那时至今，

国外已进行了十几年的研究，并取得一定的成果，相关产品已投入市场，但尚处

于中等智能水平。下面是两款已经投入市场的，比较成熟的割草机器人（分别是

friendly machines公司的robomow和瑞典electrolux公司的husquava auto mower）： 图1.2 国外的割草机器人

此外，friendly machines公司又开发出了带有太阳能电池板的割草机器人，佛罗里达大学正在研究第三代lawn nibbler割草机器人，主要的研究领域是实现具有自主学习能力的智能割草机器人，比如通过学习自动识别花、宠物等障碍和学习全区域覆盖策略等方面。 1.2国内研究现状

国内对于割草机器人的研究起步较晚，参与研究的单位少（从所查阅的资料来看，仅有大连理工大学，南京理工大学和苏州大学进行过这方面的研究），但仍取得一定成果。下图分别为南京理工大学和江苏大学制造的割草机器人样机： 图1.3 国内的割草机器人 二、总体系统方案设计

我们小组首先对国外市场上现存的自动割草机器人进行了分析和比较，确定了总体系统方案，并将系统分为三个模块：机械本体设计及三维动画演示，控制系统硬件设计，传感器及控制软件设计。其系统构成图如下图所示：

图2.1割草机器人系统构成框图

本人是负责了机械本体设计及三维动画演示的工作。首先进行了机械结构总体方案的选择；然后建立了割草机器人的运动学和动力学模型，并根据相关的计

算确定了所需驱动电机的参数，选择了相应的电机型号；接着对减速器结构和割草机构进行了设计，并对万向轮进行了选型；最后对模型进行了渲染，完成了三维动画演示。 三、总体机械结构设计

割草机器人的本体包括割草机器人车架体、车轮、减速器、驱动电机、蓄电池、传感系统、控制系统和割草机构等主要部分。其本体结构图如下图所示：

1、万向轮，2、割草机构，3、驱动轮，4、驱动电机 图3.1 割草机器人本体结构图

割草机器人整个机械结构又可分为两个部分：割草机器人的驱动机械结构和割草机器人的割草机构。

3.1驱动机械结构设计

割草机器人属于户外移动型机器人，从目前的情况来看，可有多种驱动方案可供选择。户外移动型机器人的运动方式有轮式、履带式和足式等多种。轮式和履带式驱动方式适用于较平整路面，而足式驱动方式适用于特殊的、条件相对恶劣的环境，也有的移动机器人为了适应各种路面将这几种驱动方式混合使用。割草机器人一般工作在条件较好的草坪上，结合其他工作要求，割草机器多选用轮式驱动方式。

图3.2移动机器人驱动方式的选择

轮式驱动方式根据轮子的数目可分为三轮、四轮和六轮等几种。三轮驱动方

式结构比较简单，能够满足一般需要，应用也比较广泛，如图3.1中的(a)(b)；四轮驱动方式的稳定性好，承载能力比较大，但结构相对复杂，如图3.1中的(c)(d)；六轮驱动方式与四轮方式类似，具有更高的承载能力、稳定性和柔性，多用于未知环境的探测，如月球车和火星车等。

根据转向方式的不同，轮式驱动方式又可分为铰轴转向式和差动转向式两种。铰轴转向式如图3.1中的(a)(c)，转向轮装在转向铰轴上，转向电机通过减速器和机械连杆机构控制铰轴从而控制转向轮的转向；差动转向式如图3.1中的(b)(d)，在车体两侧的驱动轮上装有不同的控制电机，通过两轮的速度比来实现车体的转向，在该情况下，非驱动轮应为自由的万向轮。

我们小组将割草机器人定位于家用小型机器人，所以要求尽可能选择操作简单、控制难度低的驱动方案。综合上述内容，我们选择了典型的三轮差动的驱动方式（即图3.2中的a方式），该驱动方式的优点是：结构简单，运动灵活和能实现零半径转弯等，在遇到障碍物时容易实现避障；其缺点在于实现两电机同步转动对电机的同轴度和控制系统的精度要求比较高。 3.2割草机构设计

为了实现割草的功能，需要对割草机构进行设计。割草机器人的割草机构所需转速大约为600~1200rpm，因此应当考虑割草机构驱动电机的散热问题，此外为了适应不同草坪的地形，割草刀盘还应具备高度调节，刀片更换等功能。如图

3.3所示，为割草机器人的割草机构三维图，图3.4为割草机构的结构图。

图3.3割草机构三维图

1、电机外套2、电机3、电机和刀盘连接件4、刀盘5、刀片 图3.4割草机构结构图

由图可知，该割草机构主要包括电机外套、驱动电机、电机和刀盘连接件、刀盘、刀片等部分。电机外套上设有三个均布于套筒壁的螺纹孔，可通过调节螺钉伸出的长短来改变割草机构电机的位置，从而实现刀盘的高度调节；电机外套还可将电机高速旋转所带来的热量传导至机器人车体的空腔内，起到散热的作用。割草机构的电机和刀盘连接件采用强度低的脆性材料加工，当转动的刀盘承受的转矩过大（如刀片碰到石块等高硬度物体）时可自行断裂，以防止驱动电机因过载而烧毁。

四、割草机器人机械本体设计 4.1车体驱动电机的选择

根据割草机器人实际的工作环境，初步选择驱动电机为直流伺服电机，其具有的优点为：

1）体积小、动作快反应快、过载能力大、调速范围宽； 2）低速力矩大，波动小，运行平稳； 3）噪音小，效率高；

4）实现了位置，速度和力矩的闭环控制，克服了步进电机失步的问题。 电机经减速后达到驱动轴的力矩mt后，可根据设定的行驶速度v，以及机构的传动效率?，确定单个电机的功率pt: pt?kmt

其中，k为安全系数。 v r1?

取小车车体重量20kg，预计行走速度0.5km/h，安全系数k=2，经过大致计算，可得出所需电机的功率约为50w，输出转矩15kg?cm。 根据以上要求，选择电机型号为安川sgmjv-01adkd6s，额定输出功率100w， 额定转矩为0.318n?m，额定转速为3000r/min。 4.2割草机器人车体设计

根据割草机器人自身的工作特点，现提出对其车体本身的要求： 1）底盘距地面高度约为60~90mm；

2）为了车轮能接触地表，车轮宽度尽可能要小； 3）车体要有一定的刚度； 4）车体重量要轻；

5）车体内有高速旋转的电机，故要留有散热空间。