智能巡检机器人系统设计
工厂的车间巡检是日常运维工作之一，通过对各类生产设备状态的巡查和检视，能够第一时间发现故障或故障隐患，针对车间巡检作业需求设计机器人本体，应用多传感器信息融合技术实现路面检测和路径规划，根据全局地图和局部信息整合实现精确定位。依据特定校园地图对该机器人系统的自动巡航作业、指定巡检作业和壁障等功能进行了验证。该设计可为实用型工厂机器人设计提供技术储备和控制方法。本文设计了一种车间智能巡检机器人的系统，结合目前成熟的图像识别技术、传感器技术、无线通信技术等，对车间进行定时巡检，识别、存储各种生产设备的位置、运行状态并做出初步处理，定时收集车间内各设备的状态，分析车间内的环境情况分布，以及统计车间设备使用指标、车间设备整体运行状态综合评价，实现车间的无人化和智能化管理。
目录
第一章 绪论 6
1.1课题背景及其意义? 6
1.2国内外的研究状况? 6
1.3本文的主要研究内容以及论文结构安排 6
第二章 方案的设计选择 6
2.1控制方案的确定 6
2.2运动机构 6
2.3动力选择 7
第三章 硬件模块的介绍 7
3.1主控板Arduino 7
3.1.1选择原因 7
3.1.2Arduino介绍 7
3.2超声波传感器 8
3.3循迹模块 8
3.4WIFI数传模块 9
3.5舵机控制模块 9
第四章 硬件电路设计 9
4.1 Arduino UNO主电路 10
4.2 循迹电路 11
4.3超声波模块连接电路 12
4.4舵机连接电路图 13
第五章 软件程序设计 14
5.1总体设计思想 14
5.2编程软件介绍 15
5.3超声波模块程序设计 16
5.4红外避障程序设计 16
第六章 机器人组装 17
6.1组装工具 17
6.2安装直流电机组和电池盒 17
6.3安装电压检测模块 18
6.4安装Arduino主板 1 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: ￥351916072$
8
6.5安装超声波舵机云台 19
第七章 机器人的调试 20
7.1步进电机的调试 20
7.2循迹算法的调试 20
7.3 WIFI距离的调试 21
7.4遇到的问题以及解决方法 22
总结 24
致谢 25
参考文献 26
附录一：原理图 27
附录二：PCB图 28
附录三：实物图 29
附录四：程序图 31
第一章 绪论
1.1课题背景及其意义?
智能巡检机器人通常用于危险和恶劣环境中的信息检测，比如超高压巡检机器人和输油管线巡检机器人。随着人类社会的进步，车间设备的科技性越来越高，其出问题的破坏力十分强大，常常造成很大的经济和人员损失，而对车间设备的定期巡检，需要大量的人力，人的生理特征使得其在工作中难免有所疏忽。应用智能机器人来完成特定环境的定期巡检是解决该类问题的必由之路。本研究针对车间环境中车间监控存在的盲区，设计了智能巡检机器人，其通过多传感器融合技术，实现对环境的自适应、任务空间分解和执行操作规划。本研究设计的机器人可以提高检测车间环境的效率，及时返回巡航信息，通知车间设备突发问题并采取一些必要措施。
1.2国内外的研究状况?
日本、美国和加拿大等国家于20世纪80年代末，先后开展了电力巡线机器人的研究工作。日本东京电力公司Sawada教授于1988年研制了架空地线巡线机器人。该巡线机器人由一对夹持轮和一对行走轮组成运动主体机构，它能够跨越螺旋减震器、防震锤等障碍物。当巡线机器人遇到杆塔时，根据仿人攀援动作的机理，展开其弧形机械臂，用机械臂勾住两侧的地线，行成一个导轨。主箱体通过导轨滑到杆塔的另外一侧。等巡线机器人的夹持轮夹紧地线后，将弧形的导轨机械臂收起，完成越障动作。
1.3本文的主要研究内容以及论文结构安排
.着重介绍本研究的课题背景及现在状况；
.着重阐述系统方案的论证选择；
第3章.着重介绍组成的电路及如何使用；
第4章.着重介绍软件设计的内容；
第5章.着重介绍如何调试以及调试结果；
第二章 方案的设计选择
2.1控制方案的确定
本系统采用Arduino模块+WIFI模块+寻迹模块+角度传感器+电源电路设计+指示灯电路+红外避障模块?
2.2运动机构
移动机器人有轮式移动机器人、水下机器人、足式机器人、防人机器人；在设计中，我们要考虑机器人用哪种运动方式，是轮式还是防人式。
本设计选择的是轮式：
第一轮式设计起来简便，而且与地面接触大，有较强的冲击力；
第二轮式的性价比好，价格适中，性能较好；
第三轮式控制方便，只需两个电机和两块电机驱动板SA332就可以式机器人动起来；
第四防人式与地面接触较少，攻击性弱，只适合做观赏机器人。
2.3动力选择
在整个项目设计方案中，由于红外避障模块和超声波模块的功耗非常高，所以选择什么样的电池供电就是至关重要的问题。既要能方便可持续，又能带动高功耗的机器人各模块，所以我最终选择LN2003步进电机。参数如表21所示。
表21 步进电机参数
电压DC.V
电阻
步距角
减速比
牵入转距mN.m
自定义转距mN.m
空载牵入频率Hz
空载牵出频率Hz
绝缘电阻DC.500V
绝缘介电强度AC.600V.1mA.1S
温升K
噪声dB(A)
5
50Ω
5.625°/64
1/64
≥40
≥34.3
＞500
＞900
≥50MΩ
无击穿或飞弧
＜40
＜40
硬件模块的介绍
在整个机器人的制作中，一共采用了主控板Arduino、超声波传感器、循迹传感器、语音识别模块、舵机控制板以及数传模块等硬件模块，通过控制这些硬件模块，来实现所设计的功能，增强机器人的稳定性，提高其性能。下面将全面的介绍这些硬件模块。
目录
第一章 绪论 6
1.1课题背景及其意义? 6
1.2国内外的研究状况? 6
1.3本文的主要研究内容以及论文结构安排 6
第二章 方案的设计选择 6
2.1控制方案的确定 6
2.2运动机构 6
2.3动力选择 7
第三章 硬件模块的介绍 7
3.1主控板Arduino 7
3.1.1选择原因 7
3.1.2Arduino介绍 7
3.2超声波传感器 8
3.3循迹模块 8
3.4WIFI数传模块 9
3.5舵机控制模块 9
第四章 硬件电路设计 9
4.1 Arduino UNO主电路 10
4.2 循迹电路 11
4.3超声波模块连接电路 12
4.4舵机连接电路图 13
第五章 软件程序设计 14
5.1总体设计思想 14
5.2编程软件介绍 15
5.3超声波模块程序设计 16
5.4红外避障程序设计 16
第六章 机器人组装 17
6.1组装工具 17
6.2安装直流电机组和电池盒 17
6.3安装电压检测模块 18
6.4安装Arduino主板 1 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: ￥351916072$
8
6.5安装超声波舵机云台 19
第七章 机器人的调试 20
7.1步进电机的调试 20
7.2循迹算法的调试 20
7.3 WIFI距离的调试 21
7.4遇到的问题以及解决方法 22
总结 24
致谢 25
参考文献 26
附录一：原理图 27
附录二：PCB图 28
附录三：实物图 29
附录四：程序图 31
第一章 绪论
1.1课题背景及其意义?
智能巡检机器人通常用于危险和恶劣环境中的信息检测，比如超高压巡检机器人和输油管线巡检机器人。随着人类社会的进步，车间设备的科技性越来越高，其出问题的破坏力十分强大，常常造成很大的经济和人员损失，而对车间设备的定期巡检，需要大量的人力，人的生理特征使得其在工作中难免有所疏忽。应用智能机器人来完成特定环境的定期巡检是解决该类问题的必由之路。本研究针对车间环境中车间监控存在的盲区，设计了智能巡检机器人，其通过多传感器融合技术，实现对环境的自适应、任务空间分解和执行操作规划。本研究设计的机器人可以提高检测车间环境的效率，及时返回巡航信息，通知车间设备突发问题并采取一些必要措施。
1.2国内外的研究状况?
日本、美国和加拿大等国家于20世纪80年代末，先后开展了电力巡线机器人的研究工作。日本东京电力公司Sawada教授于1988年研制了架空地线巡线机器人。该巡线机器人由一对夹持轮和一对行走轮组成运动主体机构，它能够跨越螺旋减震器、防震锤等障碍物。当巡线机器人遇到杆塔时，根据仿人攀援动作的机理，展开其弧形机械臂，用机械臂勾住两侧的地线，行成一个导轨。主箱体通过导轨滑到杆塔的另外一侧。等巡线机器人的夹持轮夹紧地线后，将弧形的导轨机械臂收起，完成越障动作。
1.3本文的主要研究内容以及论文结构安排
.着重介绍本研究的课题背景及现在状况；
.着重阐述系统方案的论证选择；
第3章.着重介绍组成的电路及如何使用；
第4章.着重介绍软件设计的内容；
第5章.着重介绍如何调试以及调试结果；
第二章 方案的设计选择
2.1控制方案的确定
本系统采用Arduino模块+WIFI模块+寻迹模块+角度传感器+电源电路设计+指示灯电路+红外避障模块?
2.2运动机构
移动机器人有轮式移动机器人、水下机器人、足式机器人、防人机器人；在设计中，我们要考虑机器人用哪种运动方式，是轮式还是防人式。
本设计选择的是轮式：
第一轮式设计起来简便，而且与地面接触大，有较强的冲击力；
第二轮式的性价比好，价格适中，性能较好；
第三轮式控制方便，只需两个电机和两块电机驱动板SA332就可以式机器人动起来；
第四防人式与地面接触较少，攻击性弱，只适合做观赏机器人。
2.3动力选择
在整个项目设计方案中，由于红外避障模块和超声波模块的功耗非常高，所以选择什么样的电池供电就是至关重要的问题。既要能方便可持续，又能带动高功耗的机器人各模块，所以我最终选择LN2003步进电机。参数如表21所示。
表21 步进电机参数
电压DC.V
电阻
步距角
减速比
牵入转距mN.m
自定义转距mN.m
空载牵入频率Hz
空载牵出频率Hz
绝缘电阻DC.500V
绝缘介电强度AC.600V.1mA.1S
温升K
噪声dB(A)
5
50Ω
5.625°/64
1/64
≥40
≥34.3
＞500
＞900
≥50MΩ
无击穿或飞弧
＜40
＜40
硬件模块的介绍
在整个机器人的制作中，一共采用了主控板Arduino、超声波传感器、循迹传感器、语音识别模块、舵机控制板以及数传模块等硬件模块，通过控制这些硬件模块，来实现所设计的功能，增强机器人的稳定性，提高其性能。下面将全面的介绍这些硬件模块。
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