自动循迹智能小车的研究与实现

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作者：

王然升

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摘要：

自动化和信息化是当今世界的发展趋势,伴随着自动化和信息化技术的不断进步,出现了机器人技术.各科研机构和学术单位陆续研发出各种类型的工业机器人,智能小车作为工业机器人中一个重要研究方向,日益引起人们的关注.一般来说,智能小车可以实现按照预先设定的轨迹自动完成循迹功能,在一些复杂恶劣以及人类无法正常工作的环境中,智能小车可以进行此类探测任务.目前,智能小车广泛应用于国防科技,工业生产,仓储,物流等相关领域,并且发挥了巨大的作用.1.本文主要是关于智能小车自动循迹功能的研究,并辅以其他功能的研究,如小车的主动避障功能,温湿度检测功能,语音播报,颜色识别等功能.研究工作主要包括智能小车整体方案的设计,硬件电路的设计,循迹控制算法的研究与设计,软件流程的设计等.本文在循迹控制算法中做了细致,有效的工作.最终目标是使小车能够在复杂的预设道路上完成自动循迹,且在运动过程中小车不能偏离轨道.智能小车还具备避障,实时检测温度湿度等功能.2.本文首先介绍了智能小车的总体架构,给出了硬件部分的设计方案,主要包括控制器的选取,循迹功能模块的硬件选型,避障模块的设计与选型,电机驱动模块的选型以及温湿度检测等方案,在算法分析中建立了智能小车转弯数学模型,对循迹算法,避障算法,测速算法进行深入分析.讨论了智能小车的转向动力学模型,进而设计了合适的算法加以解决.本文分别分析了PID和模糊PID两种算法的的特点,经过分析发现将模糊PID控制算法应用于本设计中更有利于智能小车的控制,并由此得到一个重要结论:模糊PID控制能够很好的适用于复杂控制系统,控制精度更高.软件模块设计了智能小车系统总体软件流程图,小车循迹流程图和中断程序流程图等,并利用单片机的产生的PWM信号对电机进行控制,最终用C语言开发代码完成系统调试.3.最后,依据硬件设计方案对智能小车进行了组装,按照"先部分后整体"的原则,分别对智能小车控制系统模块,循迹模块,避障模块进行分模块测试工作,然后对小车整体进行完全测试并记录相关数据.通过实验验证,本文所设计的智能小车具有较好的自适应能力,在轨道上运动时能实现很好的循迹功能,产生误差在可控范围内,能够达到预期设计要求.智能小车整个系统的设计采用了模块化的设计思想.硬件电路设计不仅结构简单而且性能可靠,能够满足智能小车的的设计要求,也具备一定的柔性,可根据后续的功能需求增减.4.系统测试时,智能小车能够根据预定要求完成循迹,左右转弯等控制功能,实现自动避障,温湿度检测及语音播放功能,运动精度高,能够达到设计要求.

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学位级别：

硕士