一种避障移动机器人论文和设计-魏晓娟

全文摘要

本实用新型提供一种避障移动机器人，该机器人包括电源模块、控制模块、避障模块、驱动模块、循迹模块、显示模块和直流电机，所述电源与控制模块连接，所述避障模块与控制模块连接，所述驱动模块与控制模块连接，所述循迹模块与控制模块连接，所述显示模块与控制模块连接。本实用新型能够自动检测存在的障碍物、并且能自动绕开障碍物，轮式移动机器人能够通过光电引导线来实时检测路径，并且按照指定的路径行走；轮式移动机器人能实时检测障碍物，并且能绕开障碍物后继续行走。

设计方案

1.一种避障移动机器人，其特征在于，该机器人包括电源模块、控制模块、避障模块、驱动模块、循迹模块、显示模块和直流电机，所述电源与控制模块连接，所述避障模块与控制模块连接，所述驱动模块与控制模块连接，所述循迹模块与控制模块连接，所述显示模块与控制模块连接；

所述循迹模块包括光耦模块、第一电阻、第二电阻、第三电阻、第四电阻、第五电阻、第一电容、第二电容、滑动变阻器和比较器；所述第一电阻的一端接电源VCC，另一端与光耦模块中的发光二极管的正极连接，发光二极管的负极接地，所述光耦模块中的三极管的发射极接地，集电极与比较器的反向输入端连接，第二电阻连接于电源VCC与光耦模块中的三极管的集电极之间；所述第五电阻的一端与电源VCC连接，另一端与滑动变阻器的第一静端连接，所述滑动变阻器的第二静端接地，滑动变阻器的动端与比较器的正向输入端连接，比较器的输出端与单片机连接；第一电容的一端与电源VCC连接，另一端与滑动变阻器的第二静端连接；所述第三电阻并联于所述比较器的正电源端与输出端之间，所述第四电阻的一端与电源VCC连接，另一端与比较器的输出端连接。

2.根据权利要求1所述的一种避障移动机器人，其特征在于，所述控制模块为单片机。

3.根据权利要求1所述的一种避障移动机器人，其特征在于，所述电源模块包括接口P1、滤波模块、降压模块和稳压模块电路；所述接口与所述滤波模块的输入端连接，所述滤波模块的输出端与所述降压模块的输入端连接，所述降压模块的输出端与稳压模块的输入端连接，所述稳压模块的输出端为电源模块的输出端。

4.根据权利要求3的所述的一种避障移动机器人，其特征在于，所述滤波模块为第三电容，所述降压模块包括第四电容、降压型开关电压调节器LM2596、第一电感，所述稳压模块包括稳压管，还包括第五电容、第六电容、第六电阻和LED；所述接口并联于所述第三电容的两端，所述第三电容与第四电容并联；所述第三电容与所述第四电容并联后的一端与降压型开关电压调节器LM2596的输入端连接，另一端接地；所述降压型开关电压调节器LM2596的输出端分别与稳压管的负极、第一电感的一端连接，稳压管的正极接地，降压型开关电压调节器LM2596的第四管脚与第一电感的另一端连接，所述第一电感的另一端与第五电容的正极连接，第五电容的负极接地，所述第六电容与第五电容并联连接，所述第六电阻的一端与第六电容的一端连接且第六电阻的一端接电源VCC，第六电阻的另一端与LED的正极连接，LED的负极接地。

设计说明书

技术领域

本实用新型涉及机器人，特别是涉及一种避障移动机器人。

背景技术

近年来，移动机器人的研究与开发受到了极大的关注，对机器人的运动提出了更高的要求。在有毒或者危险的环境条件下，人类必需采取严密的保护措施，而机器人不受这些险恶环境的制约，可以代替人类进入危险区域进行维护和探测工作，且不需要得到像对人一样的保护。例如在水下、有毒有害、太空及远程环境下，机器人就可以代替人进入此类危险的环境进行工作。因此，提出一种使移动机器人能够自主移动，路径规划和避障就显得非常重要。

发明内容

鉴于以上所述现有技术的缺点，本实用新型的目的在于提供一种避障移动机器人。

为实现上述目的及其他相关目的，本实用新型提供一种避障移动机器人，该机器人包括电源模块、控制模块、避障模块、驱动模块、循迹模块、显示模块和直流电机，所述电源与控制模块连接，所述避障模块与控制模块连接，所述驱动模块与控制模块连接，所述循迹模块与控制模块连接，所述显示模块与控制模块连接。

可选地，所述控制模块为单片机。

可选地，所述循迹模块包括光耦模块、第一电阻、第二电阻、第三电阻、第四电阻、第五电阻、第一电容、第二电容、滑动变阻器和比较器；所述第一电阻的一端接电源VCC，另一端与光耦模块中的发光二极管的正极连接，发光二极管的负极接地，所述光耦模块中的三极管的发射极接地，集电极与比较器的反向输入端连接，第二电阻连接于电源VCC与光耦模块中的三极管的集电极之间；所述第五电阻的一端与电源VCC连接，另一端与滑动变阻器的第一静端连接，所述滑动变阻器的第二静端接地，滑动变阻器的动端与比较器的正向输入端连接，比较器的输出端与单片机连接；第一电容的一端与电源VCC连接，另一端与滑动变阻器的第二静端连接；所述第三电阻并联于所述比较器的正电源端与输出端之间，所述第四电阻的一端与电源VCC连接，另一端与比较器的输出端连接。

可选地，所述电源模块包括接口P1、滤波模块、降压模块和稳压模块电路；所述接口与所述滤波模块的输入端连接，所述滤波模块的输出端与所述降压模块的输入端连接，所述降压模块的输出端与稳压模块的输入端连接，所述稳压模块的输出端为电源模块的输出端。

可选地，所述滤波模块为第三电容，所述降压模块包括第四电容、降压型开关电压调节器LM2596、第一电感，所述稳压模块包括稳压管，还包括第五电容、第六电容、第六电阻和LED；所述接口并联于所述第三电容的两端，所述第三电容与第四电容并联；所述第三电容与所述第四电容并联后的一端与降压型开关电压调节器LM2596的输入端连接，另一端接地；所述降压型开关电压调节器LM2596的输出端分别与稳压管的负极、第一电感的一端连接，稳压管的正极接地，降压型开关电压调节器LM2596的第四管脚与第一电感的另一端连接，所述第一电感的另一端与第五电容的正极连接，第五电容的负极接地，所述第六电感与第五电感并联连接，所述第六电阻的一端与第六电容的一端连接且第六电阻的一端接电源VCC，第六电阻的另一端与LED的正极连接，LED的负极接地。

如上所述，本实用新型的一种避障移动机器人，具有以下有益效果：

本实用新型能够自动检测存在的障碍物、并且能自动绕开障碍物，轮式移动机器人能够通过光电引导线来实时检测路径，并且按照指定的路径行走；轮式移动机器人能实时检测障碍物，并且能绕开障碍物后继续行走。

附图说明

图1显示为本实用新型的一种避障移动机器人原理框图；

图2显示为本实用新型的一种避障移动机器人中的循迹模块的电路图；

图3显示为本实用新型的一种避障移动机器人中的驱动模块的电路图；

图4显示为本实用新型的一种避障移动机器人中的电源模块的电路图；

具体实施方式

以下由特定的具体实施例说明本实用新型的实施方式，熟悉此技术的人士可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本实用新型的其他优点及功效。

须知，本说明书所附图式所绘示的结构、比例、大小等，均仅用以配合说明书所揭示的内容，以供熟悉此技术的人士了解与阅读，并非用以限定本实用新型可实施的限定条件，故不具技术上的实质意义，任何结构的修饰、比例关系的改变或大小的调整，在不影响本实用新型所能产生的功效及所能达成的目的下，均应仍落在本实用新型所揭示的技术内容得能涵盖的范围内。同时，本说明书中所引用的如“上”、“下”、“左”、“右”、“中间”及“一”等的用语，亦仅为便于叙述的明了，而非用以限定本实用新型可实施的范围，其相对关系的改变或调整，在无实质变更技术内容下，当亦视为本实用新型可实施的范畴。

如图1所示，本实用新型提供一种避障移动机器人，该机器人包括电源模块、控制模块、避障模块、驱动模块、循迹模块、显示模块和直流电机，所述电源与控制模块连接，所述避障模块与控制模块连接，所述驱动模块与控制模块连接，所述循迹模块与控制模块连接，所述显示模块与控制模块连接。

可选地，所述控制模块为单片机。

如图2所示，所述循迹模块包括光耦模块、第一电阻、第二电阻、第三电阻、第四电阻、第五电阻、第一电容、第二电容、滑动变阻器和比较器；所述第一电阻的一端接电源VCC，另一端与光耦模块中的发光二极管的正极连接，发光二极管的负极接地，所述光耦模块中的三极管的发射极接地，集电极与比较器的反向输入端连接，第二电阻连接于电源VCC与光耦模块中的三极管的集电极之间；所述第五电阻的一端与电源VCC连接，另一端与滑动变阻器的第一静端连接，所述滑动变阻器的第二静端接地，滑动变阻器的动端与比较器的正向输入端连接，比较器的输出端与单片机连接；第一电容的一端与电源VCC连接，另一端与滑动变阻器的第二静端连接；所述第三电阻并联于所述比较器的正电源端与输出端之间，所述第四电阻的一端与电源VCC连接，另一端与比较器的输出端连接。

于本实施例中，循迹采用的芯片是红外光电传感器ST188，它由1个红外发射管(发射器)和1个光电二极管(接收器)所构成。红外传感器的检测距离有限，一般在3cm之内，并且使用非接触式的检测方式，且检测距离范围较小，一般为4～13mm，有一定的局限性。但由于是将循迹的红外探测器安装在轮式机器人底部，漫反射回来的光线就很容易被红外光电传感器的接收管检测到，所以在此设计中红外探测器的能够满足设计需要。

红外光电传感器ST188共有4个引脚，A为阳极，K为阴极，C为集电极，E为发射极。当A极为高电平，K极为低电平时，光电传感器的发射器发射出红外光线；当E极为高电平时，光电传感器的接收端接收到红外光线。

轮式移动机器人循迹，通常采用红外检测的方法，红外检测法是通过光学原理来实现的。根据黑色和白色对红外线吸收情况的不同，当红外光线射到黑线上时，红外接收管接收不到；当红外线照射到白线上时，会发生漫反射反射到红外光电传感器的接受管上。故整个轮式机器人是通过红外接收管是否接收到反射的信号来判断黑线和白线的，从而实现循迹。图2为红外循迹模块的电路图。

于一实施例中，驱动模块采用L293D，L293D的内部电路是典型的H桥驱动电路。H桥，即全桥，通过开关器件的开合，对直流电机的正反转和速度进行控制。因此，要控制全桥的工作状态，只需要控制三极管的导通与截至。而若想要一个三极管导通，就要满足发射极正偏，集电极反偏。所以，对于这个电路，三极管的基极就要置一，基极置一就牵扯到ENA、IN1与IN2置一与置零的情况。

L293D的使能端为高电平，IN1为低电平，IN2为高电平，则T2、T3导通，T1、T4截止，电机转动；若IN1为高电平，IN2为低电平，则T1、T4导通，T2、T3截止，电机转动；若IN1和IN2全为高电平或者全为低电平时，T1和T3导通或者T2和T4导通，电机不转动。当使能端为低电平时，全桥中的所有三极管全部截止。下表1为H桥的工作状况。

表1H桥工作状况

在本次设计中，驱动电机是靠单片机来控制的。即通过靠单片机的I\/O的脉冲来控制H桥中稳压三极管的导通与截止，从而控制直流电机完成左转、右转、前进或后退等不同的指令。如图3所示为电机驱动的电路图。

如图所示，一个L293D可驱动两个直流电机，OUT1、OUT2、OUT3、OUT4通过电机插座P3和P4来连接到直流电机，输出的状态决定了直流电机驱动的状态，通过改变L293D的四个输入即可改变直流电机的输出状态。

当ENA为1，INPUT1为1，INPUT2为0，EN1为1，INPUT3为0，INPUT4为1时，状态为前行；当ENA为1，INPUT1为0，INPUT2为1，EN2为1，INPUT3为1，INPUT4为0时，状态为后退；当EN1为1，INPUT1为1，INPUT2为0，EN2为1，INPUT3为1，INPUT4为0时，状态为左转；当EN1为1，INPUT1为0，INPUT2为1，EN2为1，INPUT3为0，INPUT4为1时，状态为右转。当INPUT1、INPUT2和INPUT3、INPUT4两个组合全为1或者是0的时候，状态为停止；当EN1或者EN2任意为0的时候，状态也为停止。

表2所示为L293D芯片的四个输出口在不同的情况下所执行的状态指令。其中“1”指此I\/O口输出高电平，“0”指此I\/O口输出低电平。

表2状态指令表

如图4所示，所述电源模块包括接口P1、滤波模块、降压模块和稳压模块电路；所述接口与所述滤波模块的输入端连接，所述滤波模块的输出端与所述降压模块的输入端连接，所述降压模块的输出端与稳压模块的输入端连接，所述稳压模块的输出端为电源模块的输出端。

具体地，所述滤波模块为第三电容，所述降压模块包括第四电容、降压型开关电压调节器LM2596、第一电感，所述稳压模块包括稳压管，还包括第五电容、第六电容、第六电阻和LED；所述接口并联于所述第三电容的两端，所述第三电容与第四电容并联；所述第三电容与所述第四电容并联后的一端与降压型开关电压调节器LM2596的输入端连接，另一端接地；所述降压型开关电压调节器LM2596的输出端分别与稳压管的负极、第一电感的一端连接，稳压管的正极接地，降压型开关电压调节器LM2596的第四管脚与第一电感的另一端连接，所述第一电感的另一端与第五电容的正极连接，第五电容的负极接地，所述第六电感与第五电感并联连接，所述第六电阻的一端与第六电容的一端连接且第六电阻的一端接电源VCC，第六电阻的另一端与LED的正极连接，LED的负极接地。

接口将6V的电压通过降压型开关电压调节器，输出为5V的直流电压。由于脉动的直流电压还包含较大的纹波，必须通过滤波电路加以滤波，C3、C4为输入端滤波电容，C5、C6为输出端滤波电容。电感L1来通直流，阻交流,二极管VD1作为续流二极管使用，VD2作为指示灯，最终输出稳定的5V电压。

本领域技术人员可以理解的是，本实用新型中涉及到的相关模块及其实现的功能是在改进后的硬件及其构成的装置、器件或系统上搭载现有技术中常规的计算机软件程序或有关协议就可实现，并非是对现有技术中的计算机软件程序或者有关协议进行改进。例如，改进后的计算机硬件系统依然可以通过装载现有的软件操作系统来实现该硬件系统的特定功能。因此，可以理解的是，本实用新型的创新之处在于对现有技术中硬件模块的改进及其连接组合关系，而非仅仅是对硬件模块中为实现有关功能而搭载的软件或协议的改进。

上述实施例仅例示性说明本实用新型的原理及其功效，而非用于限制本实用新型。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本实用新型的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本实用新型所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本实用新型的权利要求所涵盖。

设计图

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