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智能机器人迷宫车控制系统设计方案摘要：机器人在军事侦察、扫雷排险、防核化污染等危急与恶劣环境中以及工业自动化生产的物料搬运上应用很广，随着任务简单性的增加，对移动机器人的要求也越来越智能化然而，功能较完备的路径跟踪掌握方法普遍具有计算简单，不易实现等特点主要针对移动机器人即智能小车的行走系统进行设计，以MCS-51单片机为掌握的智能小车利用单光束反射取样红外传感器，探测正前方及左右两侧障碍物，利用掌握算法查找行进路线，在无人掌握的状况下自主地走出迷宫设计采纳了轮式移动机构，使机器人能直线行走、左右转弯、主要针对路径跟踪算法优化问题，提出一种有效可行的方法，该法比以往算法更简洁易行 机器人应当具有几个特征：移动功能，执行功能、感觉和智能目前全世界各国举办的涉及硬件，软件仿真的机器人大赛不下20余类各种各样的机器人竞赛都有一个共同的宗旨：培育科学创新精神，激发思维的想象力，鼓舞理论与实践的结合不仅如此，现在已经有越来越多的自动掌握产品已经介入生产，在农业、工业上都有广泛的应用新的工作方式将大大的缩短了人工作业的时间，并且减轻了人的体力劳动的支出走迷宫的微型机器鼠主要是基于自动引导小车(Auto Guided Vehicle，AGV)的原理，实现机器鼠识别路线，推断并自动躲避障碍，选择正确的行进路线走出迷宫。

在此选择制作一个简易的行进装置，使其能顺当的走避障或是迷宫为了实现小车识别路线，推断并自动躲避障碍，选择正确的行进路线，障碍推断采纳单光束反射取样红外传感器，驱动电机采纳直流电机，掌握采纳MCS-51单片机掌握上采纳分时复用技术，仅用一块单片机实现了信号采集、线路推断、电机掌握等功能迷宫由16×16个区组成起点设在拐角处，终点设在中央，占4个区每个区为180 mm×180 mm大小，间壁高为50 mm，厚度为12 mm，侧面涂白色，底面涂黑色，如图1所示 1 迷宫车掌握系统的总体设计方案 迷宫车由墙壁传感器、单片机掌握板、动力及转向系组成的，掌握框图如图2所示 迷宫车采纳轮式移动方式优点是：结构和掌握简洁而且技术成熟从选定电动机转速和轮胎直径，可以简洁地计算出小车的速度但是，有关路面的阻力或上坡的驱动转矩等成为重要的因素考虑这点，在轮胎上使用无线遥控车的塑胶轮胎如图3所示，前轮1为万向脚轮或球形轮，后轮2和后轮3为独立驱动轮，利用它们的转速差实现转向这种组合的特点是机枢组合简单，而且当2个驱动轮以相同速度、相反方向转动时车体能绕2个驱动轮连线的中点自转，值得留意的是自转中心与车体中心不全都。

迷宫车车身材料的选择迷宫车使用的材料大部分用于结构，一般应采纳金属材料迷宫车承载和运动不应产生严峻的变形和断裂，从力学角度讲即具有足够的强度迷宫车负载小，自重轻，对寿命的要求不高因此，选用铁皮 1.1 迷宫车掌握电路的设计 掌握电路主要由电机驱动电路，单片机接口电路，电源电路和传感器电路组成掌握框图如图4所示 (1)红外线光感电路传感器通过发光二极管发出红外线，若有障碍物在前方，红外线会被反射回来，被感光三极管接收，单片机程序对信号进行比较处理，按设定的动作要求向后轮的两个电机发出掌握命令，掌握小车行进 (2)电机驱动电路采纳89S51单片机，通过L293D芯片来掌握两个驱动电机动作89S51依据红外传感器对外界进行探测后反馈回来的信号，依据迷宫车探路算法，判定迷宫车行进方向，分别向左右两个驱动电机发出掌握指令，该信号经L293D芯片驱动后，直接掌握相应电机动作，使迷宫车按既定动作进行前进、后退、转向 1.2 迷宫车掌握程序设计 掌握算法： 迷宫车一般有四种掌握算法： (1)靠左算法 ①默认靠左走法。

即始终沿着左墙壁走，左边有墙时始终沿着左边墙壁前进，当左边没有墙时左转，然后连续靠左边墙壁运行该算法使用于简洁的迷宫走法如图5所示，其中虚线表示小车前进的路线 ②算法流程图如图6所示 ③靠左算法的弊端根据该算法，小车在走其次遍迷宫的时候，可以性的走出迷宫，但是这条道路不肯定是短的道路;假如迷宫本身存在“孤岛”，那么小车很有可能走不出迷宫如图7所示图7中两个圆点分别表示入口和出口，小车从入口进入迷宫，靠左前进则会导致小车始终根据虚线所描绘出的路线始终在迷宫里循环，终走不出迷宫 (2)靠前算法 ①靠前算法即始终沿着前方道路前行(前方没有任何障碍时始终前进)，当前边没有墙时推断左边，左边没墙左转，左边有墙则推断右边然后重复该循环该算法使用于简洁的迷宫走法 ②算法流程图如图8所示 ③程序思路：前边没墙靠前走，前面有墙推断左边，左边没墙靠左转，左边前边都有墙再推断右边，右边没有墙靠右转，三面都墙直接后退转180°，连续靠前走0表示有墙，1表示没墙，p3.0表示左传感器;p3.1表示前传感器;p3.2表示右传感器 转角掌握思路：计算轮子的转速，测出小车转90°时每个轮子所行的路程，用路程来除速度，求出一个时间作为小车转弯时的延迟时间，再通过调试进一步转角。

(3)洪水算法 洪水算法即使用256 B额外内存，会大幅提高性能该算法比一般迷宫算法的有效率高20～50倍同时可以在内存中建立一个区域，与实际中的迷宫格数一一对应在实际使用时算法并不太简单该额外内存区域称为“浪头”，它将体现在内存区域的实际状况中如图9所示当迷宫被沉没的时候，一个波浪的前头从目标格向外扩展在内存区域中这种单元格是惟一需要处理的，当浪头到达开头的单元格子，机器人已经被沉没通常来说，开头的单元格可以是任何一个格子但是为了便利起见，把开头点设在迷宫的个单元格，终点任意反过来也可以把出口放在个单元格，把开头点设在中间或盼望的位置一旦到达了起点即搜寻完成，短的路径可以使机器老鼠移动到四周的格子中数值比较小的那个格子去，依次类推机器老鼠就能走到终点 洪水算法的优缺点： ①根据该算法小车在次走迷宫的时候，必需把迷宫中全部的道路都走一遍但是该算法可以让小车走任何迷宫，即使迷宫本身有“孤岛”小车一样可以顺当的走出迷宫 ②当小车再走其次遍迷宫的时候小车可以1次性走正确的路线走出迷宫，并且该路线肯定为短的路线 (4)铺路算法 在内存中建立一个区域与实际中的迷宫格数一一对应，并将全部走过的路进行记忆，假如发觉前方是死胡同或走过的路就转回前一个岔道口;在行走过程中遇岔道口默认靠左。

由于有了记忆功能，就可以走其次遍 铺路算法的优缺点： ①运用该算法可以走简单的迷宫，不存在走不出来的问题 ②运用该算法在小车其次次走迷宫的时候可以性的走出迷宫，但是不能保此条道路走的是短的线路 这几种算法各有优缺点，经权衡比较，终选择靠前算法 1.3 系统运行及调试 程序运行时遇到的问题及解决方法： (1)小车的外壳及轮子是纯手工安装的，精度不是很高，小车在行驶过程中不能始终走直线，很简单发生擦墙事故影响小车走迷宫若是手工制作时所引起的，可通过给行驶时较落后的轮子上绕一些胶带来增加轮子的周长来解决也可通过在电路中加入A/D转换器，对程序进行相对的改进，不断的测小车与四周墙壁的距离，保持小车与四周墙壁保持肯定距离来解决 (2)采纳ST188型红外线传感器，易受外界干扰不能精确     地检测墙壁信号，尤其是在强光下无法正常运行，对某些材料反射的光无法接收，易受阳光干扰，导致小车不能无误地走出迷宫引起干扰的缘由是阳光所发出的红外线与红外传感器所发出的红外线是一样的，都是连续的，无法区分，所以易受四周光线的干扰对于该问题的解决方法是利用无线遥控基本原理使红外传感器所发出的红外是一种有固定频率有别于四周红外的信号。

对于接收方也进行电路处理，使有辨别力量直接收有固定频率的红外信号这两处的改进都是通过改进电路来实现的若是反射面所引起的，通过限制反射面的材料可以解决依据555定时器原理，改进传感器电路如图10所示其工作原理是555电路发出频率为100 Hz的方波，驱动ST188放射端发光二极管以100 Hz的频率闪动，发出闪耀的光波，当有障碍物接近时，反射光引起ST188接收端的光敏电阻以相同的频率变化，使得图10中A点的电压值VA发生相应变化VA中包含有直流成分V直和频率为100 Hz的沟通成分V变，其中后者反映了障碍物的接近状况为了保留有用的沟通信号V交，清除直流成分V直，用隔直电容C1来完成隔直通交的功能，并由个运放电路完成对V交进行放大，由其次个运放实现直流到沟通的转换详细来说，当远离障碍物时，运放的输出VO为高电平;当传感器接近障碍物时，VO输出低电平 (3)小车的速度很难掌握，通过程序掌握很难把握小车的旋转时间，小车在转90°和180°时，常常转过规定的角度，以至影响小车不能直线走出迷宫一种解决方法是接入调压电路，在给小车转弯时间肯定的状况，调整马达上的电压来转变车轮速度，不断实践直到达到预定的标准。

另一种解决方法是，在小车速度肯定的状况下，不断通过转变程序中的小车转角时间来转变小车的转角，多次实践，以求达到预定目标通过实际调试发觉这两种方法单独应用很难达到预定目标因此，将两种结合起来，通过调试，简单达到目标 2 结语 机器人迷宫车是高校生电子制作常选项目，是电子电路、机械传动及自动掌握等多种学问的综合应用对小车的转向掌握涉及到电机调速，可以先对小车建立掌握模型，再应用自动掌握原理学问给出详细掌握算法，这样就可以使小车转向掌握及路径选择更为 10Word版本。