循迹机器人说明书.doc

专业综合实验实验报告 项 目： 自动循迹机器人的设计制作 班 级： 电135班 姓 名： 学 号： 学 期： 2016-2017-1 一、实验过程记录调试步骤及方法 1.1实验过程记录 本人在这次实验中负责程序设计及调试工作,本次实验过程主要包括自动循迹机器人数字模型的建立与仿真设计、电路板的焊接、机器人安装与调试四个过程。 1.1.1自动循迹机器人数字模型的建立 本次实验的原理主要是通过对机器人的内、外侧电机的控制来实现对机器人速度和行进方向的控制，即通过主控制器对电机的控制来实现本次实验的目的。为了更好进行硬件设计，我们先建立系统的数学模型，来模拟机器人运动过程中会出现的情况以及定量分析所得到的结果。 本次实验建模我们采用混合法。实验硬件电路设计中，我们采用的四轮结构，驱动系统采用两轮差速驱动方式，后两个轮主要配合实现速度，前轮主要实现方向的确定，假设两侧车轮的运动方向相同，因而建模中不分前轮后轮，只区分内侧车轮和外侧车轮。假定左右两个驱动轮与地面之间没有滑动，也没有侧移，只是做纯粹的滚动，则机器人满足钢体运动规律。 仿真软件为MATLAB，实验中建立的数学模型如图1所示，采用一般PID器进行模拟机器人自动循迹的矫正，其中PID参数为：P=200，I=10，D=50，输出口2、5输出机器人内、外轮的理论转速变化曲线，输出口3、6输出应该给电机的PWM波变化波形，输出口4、7输出机器人内、外轮的实际转速的变化曲线，输出口1输出机器人的偏角的变化波形。 图1机器人的数学模型 1.1.2仿真设计 机器人的数据如下图2所示，机器人的车身宽度为0.15，长度0.22，初始速度为1.3m/s。利用MATLAB软件绘制仿真图，利用写字板将全部程序转换成.HEX文件，载入后就可以进行仿真，使得最终偏角变为0，同时其他六个输出口都会输出相应的波形，由仿真结果可知，当传感器电路检测到当前的位置，将数据传送到单片机，单片机将通过定时器中断函数给两侧驱动电机输出符合实验要求的PWM波，来控制内、外侧车轮的速度，实现电机的转向控制。实验过程中各功能仿真模块均能正常工作，说明此模型符合实验的要求。 图2机器人仿真数据 仿真结果是否正确的判定是偏转角最终是否变为0，仿真过程中将仿真数据转换为.HEX文件，载入单片机，同时自己给定一个偏转角，进行仿真，仿真过后来看偏转角的变化情况以及内、外侧车轮的速度变化曲线。 图3给定值为15度时偏转角的变化曲线 由于单片机通过定时器中断函数输出符合要求的PWM波，来控制内、外侧车轮驱动电机的转速，从而来确定内、外侧车轮的速度，使得角度逐渐减小，直至减小为零，此时内、外车轮速度将相等，即都为机器人的初始速度。 图5外侧车轮实际速度变化曲线 图6内侧车轮实际速度变化曲线 如图3所示，为当给定值为15度时偏转角的变化曲线，图5和图6分别为外侧和内侧车轮的实际速度变化曲线。由图中可以看出，由反馈的α得到的两侧车轮的实际速度一个为1.6左右，一个为1.05左右，随着机器人运动，反馈得到的角度也会变化，偏转角最终变为0，但内、外车轮左后的稳定速度都低于初始速度，由此可见，实际和理论还存在一定的误差。 图7给定角为30度时偏转角变化曲线 如图7所示，为当给定值为30度时偏转角的变化曲线，图8和图9分别为外侧和内侧车轮的实际速度变化曲线。由反馈的α得到的两侧车轮的实际速度一个为1.8左右，一个为0.8左右，随着机器人运动，反馈得到的角度也会变化，从而得到的实际速度也会发生变化，直到两侧车轮的速度相等，但内、外车轮左后的稳定速度都低于初始速度，由此可见，实际和理论还存在一定的误差。 图8外侧车轮的实际速度变化曲线 图9内侧车轮的实际速度变化曲线 1.1.3电路板的焊接 按照实验的初期设计电路来进行电路的焊接，主要是驱动电路板、显示板和传感器检测电路的焊接，焊接过程应该先焊接体积小的器件。如图10和图11分别为焊接好的显示板和驱动板。 显示板上主要是数码管显示电路、下载电路、按键电路、电源切换电路、传感器输入接口电路以及主控制器电路。 图10机器人的显示板 驱动板主要是由电机驱动电路、供电电源稳压电路、电源接口和控制信号接口电路以及电源开关电路组成。 图11机器人的驱动板 1.1.4机器人的组装和调试 按照前期所设计的系统硬件电路原理图，我们将机器人的驱动板、显示板、传感器检测电路板、驱动电机和车轮进行组装。首先将车轮和电机用螺丝固定在驱动板的对应位置，并将导线焊接连接好，再将传感器检测