基于AVR单片机的移动机器人控制系统设计

论文摘要

移动机器人是一种能够通过传感器感知外界环境和自身状态,实现在有障碍物的环境中面向目标的自主运动,从而实现一定作业功能的机器人系统。作为机器人研究领域的一个重要分支,移动机器人一直是国内外研究热点之一,具有很高的军事、工业和商业价值。随着科学技术的发展,移动机器人所具有的优势越来越受到世界各国普遍关注和重视,日益成为各国的竞争核心技术。控制系统作为整个移动机器人的核心,对移动机器人的平稳运行起着十分关键的作用。移动机器人要实现精确化、实时化的控制,必须依赖先进的控制策略和性能优良的控制系统以及高速的微处理器。按照设计要求,本文选定ATMEL公司的AVR系列单片机ATmega128为核心,设计并完成了一套移动机器人控制系统。机器人实现了平面内的任意角度的移动,机械手可以对前方一定范围内的目标进行抓取,并通过实验验证了移动机器人的运动和控制能力。论文的主要内容有:首先,论文综述了移动机器人的国内外研究现状及移动机器人的关键技术,同时介绍了本文的选题背景、主要研究内容和研究意义。随后,简单介绍了一下移动机器人的系统结构。其次,采用模块化的设计思想进行移动机器人控制系统的硬件电路设计。以ATmega128为核心,把控制系统分为微控制器模块、舵机及传感器驱动模块、电源模块等,并对各模块进行了详细的介绍和分析。微控制器模块主要进行各种信息、数据的处理,协调系统中各功能模块完成预定的任务;驱动模块主要负责控制驱动舵机和传感器,实现机器人的动作以及传感器的数据采集;电源模块负责整个移动机器人的电源供给,由12V可充电镍氢电池和调压电路构成。接下来根据原理图进行PCB的设计。再次,在硬件平台的基础上进行软件程序设计。根据系统的功能要求详细介绍了各模块的流程及部分程序代码,并利用WinAVR软件进行程序的编译,生成用于调试及下载的目标文件。最后,进行硬件电路调试与软件程序仿真,对于出现的问题及时解决,并做了相关的实验演示机器人的功能。仿真结果和机器人实际运行验证了系统设计效果良好,满足设计要求。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 选题背景及意义
• 1.2 移动机器人的研究概况
• 1.2.1 国外移动机器人研究现状
• 1.2.2 国内移动机器人研究现状
• 1.3 移动机器人关键技术
• 1.4 本课题的主要研究内容
• 第2章 移动机器人系统概述
• 2.1 系统功能分析
• 2.2 移动机器人的机械结构
• 2.2.1 移动机器人的移动机构
• 2.2.2 移动机器人的车体结构
• 2.3 移动机器人的驱动系统
• 2.3.1 AX-12 数字舵机概述及特性
• 2.3.2 AX-12 舵机通信协议
• 2.4 移动机器人的感知系统
• 2.4.1 内部传感器
• 2.4.2 外部传感器
• 2.5 移动机器人控制系统
• 2.6 本章小结
• 第3章 移动机器人控制系统硬件设计及制作
• 3.1 微处理器模块设计
• 3.1.1 微处理器的选择及特点
• 3.1.3 接口电路设计
• 3.2 舵机及传感器驱动模块电路设计
• 3.3 电源模块电路设计
• 3.4 PCB 的设计及制作
• 3.4.1 PCB 的设计要求
• 3.4.2 PCB 的设计
• 3.5 本章小结
• 第4章 移动机器人控制系统软件设计
• 4.1 移动机器人软件结构设计
• 4.2 初始化模块设计
• 4.3 声音检测模块设计
• 4.4 障碍物检测及避障模块设计
• 4.5 通信模块设计
• 4.5.1 舵机通信模块
• 4.5.2 RS-232 串行通信模块
• 4.6 程序的编译
• 4.6.1 WinAVR 软件介绍
• 4.6.2 程序的编译
• 4.7 本章小结
• 第5章 调试及实验
• 5.1 硬件电路调试
• 5.1.1 调试过程
• 5.1.2 调试中出现的问题以及解决方案
• 5.2 软件程序仿真与调试
• 5.2.1 AVR Studio 软件介绍
• 5.2.2 程序仿真与调试
• 5.3 程序的烧录
• 5.4 实验
• 5.5 本章小结
• 第6章 结论与展望
• 6.1 结论
• 6.2 展望
• 参考文献
• 附录
• 攻读硕士学位期间发表的论文及其他成果
• 致谢
• 论文摘要