智能巡线机器人机械结构设计与研究
在工业机器人的基础上，经过电机驱动和传感器技术，设计了能运输货物的巡线机器人。 本篇重点剖析设计了智能巡线机器人的机械构造，并进行了驱动选择和传感器选择，在机器人的构造部分，经过相比常用的轮驱动模式，选择了后排装独立驱动轮、前排装万向轮的设计计划，充足思索巡线简单性和稳定性。机器人驱动电路和传感器接口部分简明扼要介绍了光电传感器接口电路设计中应用的具体设计方案，并具体描绘了光电传感器，提及了传感器的原理及采用这种布局的原因。
目录
引言 1
一、智能巡线机器人外观尺寸设计 2
二、巡线机器人的车轮配置 2
（一）行走机器人的分类及选择 2
（二）车轮驱动选择 3
（三）本文选择的车轮配置方式 5
三、 智能巡线机器人选线传感器的原理和选择 6
（一）对传感器的要求 6
（二）超声波传感器 6
（三）光电传感器的选用分析 7
四、电机选择 8
（一）马达的选用 8
（二）L298N的驱动电路 9
五、程序及改进方法 9
（一）具体巡线利用程序实现如下： 9
（二）对程序的分析 12
总 结 15
致 谢 16
附 件 17
参考文献 17
引言
巡线机器人是以移动机器人为载体，以可见光照相、红外热像仪和其它检测仪器作为加载系统来，加工视觉磁场GPSGIS多场信息融合系统作为机器人的自主运动和自主检测的导航系统，嵌入式计算机作为控制系统的硬件和软件开发平台；自动化存储和远程无线机器人存储包括障碍物检测和识别，传输线及其走廊的自主检查。图象和数据传输，地面远程无线监控和远程控制，供电在线实时补货，后台巡检操作管理和分析诊断功能。
本文通过研究机器人巡检线的特点，设计了一套自主巡线负重的智能机器人。包括机器人的机械外形设计，传感器的选型和控制设计智能检测线。具体要求如下:
1.按照详细要求，设计了机器人的机械构造。该机器人用于不同场所，但引导线的颜色务必与地面的颜色形成鲜明对比。考虑使用更多的传感器，该机器人主要用于10 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: @351916072@
厘米?50厘米宽的导引线跟踪。
2.选择传感器，必须对导线和深色地板进行可靠的识别。传感器是机器人的眼睛，所以要抉择一个良好好的传感器，能很好地检测到控制系统的高低电频的传输。
3.要选择适宜的马达。由于是负载机器人，电机不光必需要有足够大的扭矩驱动，速度也要快。
4.选择驱动器芯片。该芯片要求能够同时驱动两个马达，并能实现速度控制。 一、智能巡线机器人外观尺寸设计
机械部件是机器人操作载体，具有良好机械结构设计将有利于机器人控制算法的设计，并能在在控制精度上执行该过程。
（一）设计需求：
底盘是一个重要的组件，安装车轮和上层地板，并要求它足够稳固强大，以密切配合车轮和上半身。
1.结构：
采用双层机构：两层通过角铝连接，通过在同一个衔接处使用两个螺钉加强强度。该结构如图11所示：
图11 两层底盘
2.规格尺寸
外围尺寸800*500*100（mm）
二、巡线机器人的车轮配置
在本章中，主要探讨车轮驱动配置类别的各种性能，并根据主题选择驱动设备的格式。
行走机器人的分类及选择
行走机器人主要分为履带式，轮式和步行式。其各自优缺点如下：
1.履带式机器人
优势：地形适应力好，越障能力强，抓地能力强，可原地转弯。
缺陷：速度低，效率低，噪声大。
2.轮式机器人
优势：速度相对快，运动效率高，噪声低。
缺陷：越障能力不足，地形适应差（无法涉及野外地形复杂楼梯等地），转弯效率小（外转半径大）。
3.步行式机器人
优势：地形适用性极强，对环境友好，重心易于调整（稳定性好）。
缺点：负重能力差，效率低，体积大（难以适应较小的空间）机械控制难度大。
综合上诉的优缺点，再结合本课题的需求，选择轮式机器人来进行机械设计。
车轮驱动选择
1.独轮
这种办法不但能够在地面上新走，还可以在不平坦的地面和歪斜的坡面行走。车身的旋转能够使用陀螺加速和减速反转矩力，由于它不稳定，不能将其应用在机器人上面。
2.两轮
早期实验对机器人是有两轮的研究的，主要是靠物体的重量或者手的操作使其稳定行走。但是增加机器人的速度和倾斜角是很困难的。此外，机器人难以运用简单稳定的传感器，而制动难以保证，因此目前不能使用两轮来实现本课题的研究。
3.三轮
三个点决定一个平面，所以轮式移动载物的平稳移动至少要三个撑持三轮驱动，这是轮式机器人的基本驱动形式。
以下图21 显示了三轮车配置驱动器的主要模式:
图21 三轮移动配置方式
三轮移动机器人正常使用一个中央轮和两个后轮。难题是如何让管制移动的目标和速度。为图21所示的类型是划分三轮配置和功能的不同组合的主要形式。
图21(A)显示的是轮式移动机器人，前轮的组合可以在脚轮的任何方向上滚动。脚轮的作用是车身稳固，但它会带来机器的抵触，左后方和右后方的后轮是依赖驱动轮，通过他们的速度差进行转弯。这种组合的特点是机制的简单化。当两个驱动轮以相同的速度和相反的方向旋转时，主体将在两个驱动轮中心旋转。
图22 三轮移动配置方式
图 22 (C) 的配置是前轮方向盘，左后轮为驱动轮，右后轮是驱动齿轮。这种构造具备简单易组合的特性，但单边驱动力较差，稳定性欠佳，不能旋转。
图 22 (D) 的两轮组合改变了图 22 (C) 的单轮结构，单轮驱动双后差速驱动增加了差速齿轮，使结构更加复杂并提高质量。
三轮的结构简单，应用广泛。
转向装置的构造通用形式: (1) 铰链轴转向:转向轴装有方向盘，减速器和器械联动被转向电机管制轴的轴线。(2) 差速器转向:经过控制左右后轮的速度差别，在移动设施的左右两轮安装驱动电机，以控制车身的转向。
4.四轮
四轮的配置的如图23所示：
图23 四轮移动配置
与图 22 (A) 的三轮相比较，图23的旋转中心与车身的重心重合。两个驱动后轮以相反的速度旋转。车身的重心会绕中心旋转，所以很容易在狭窄的地方换方向。这种方法方式灵活，稳定性比较稳定。不足就是辅助轮同时受到影响，高速制动会产生晃动，导致整个车身不稳。
图 23 (B)类似于图 22 (D) 中三轮驱动，是汽车配置的常见格式。前轮转向器除了改为两个车轮外，同时还提高了车身的稳定性，为了减少摩擦，安装了差动齿轮装置。
目录
引言 1
一、智能巡线机器人外观尺寸设计 2
二、巡线机器人的车轮配置 2
（一）行走机器人的分类及选择 2
（二）车轮驱动选择 3
（三）本文选择的车轮配置方式 5
三、 智能巡线机器人选线传感器的原理和选择 6
（一）对传感器的要求 6
（二）超声波传感器 6
（三）光电传感器的选用分析 7
四、电机选择 8
（一）马达的选用 8
（二）L298N的驱动电路 9
五、程序及改进方法 9
（一）具体巡线利用程序实现如下： 9
（二）对程序的分析 12
总 结 15
致 谢 16
附 件 17
参考文献 17
引言
巡线机器人是以移动机器人为载体，以可见光照相、红外热像仪和其它检测仪器作为加载系统来，加工视觉磁场GPSGIS多场信息融合系统作为机器人的自主运动和自主检测的导航系统，嵌入式计算机作为控制系统的硬件和软件开发平台；自动化存储和远程无线机器人存储包括障碍物检测和识别，传输线及其走廊的自主检查。图象和数据传输，地面远程无线监控和远程控制，供电在线实时补货，后台巡检操作管理和分析诊断功能。
本文通过研究机器人巡检线的特点，设计了一套自主巡线负重的智能机器人。包括机器人的机械外形设计，传感器的选型和控制设计智能检测线。具体要求如下:
1.按照详细要求，设计了机器人的机械构造。该机器人用于不同场所，但引导线的颜色务必与地面的颜色形成鲜明对比。考虑使用更多的传感器，该机器人主要用于10 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: @351916072@
厘米?50厘米宽的导引线跟踪。
2.选择传感器，必须对导线和深色地板进行可靠的识别。传感器是机器人的眼睛，所以要抉择一个良好好的传感器，能很好地检测到控制系统的高低电频的传输。
3.要选择适宜的马达。由于是负载机器人，电机不光必需要有足够大的扭矩驱动，速度也要快。
4.选择驱动器芯片。该芯片要求能够同时驱动两个马达，并能实现速度控制。 一、智能巡线机器人外观尺寸设计
机械部件是机器人操作载体，具有良好机械结构设计将有利于机器人控制算法的设计，并能在在控制精度上执行该过程。
（一）设计需求：
底盘是一个重要的组件，安装车轮和上层地板，并要求它足够稳固强大，以密切配合车轮和上半身。
1.结构：
采用双层机构：两层通过角铝连接，通过在同一个衔接处使用两个螺钉加强强度。该结构如图11所示：
图11 两层底盘
2.规格尺寸
外围尺寸800*500*100（mm）
二、巡线机器人的车轮配置
在本章中，主要探讨车轮驱动配置类别的各种性能，并根据主题选择驱动设备的格式。
行走机器人的分类及选择
行走机器人主要分为履带式，轮式和步行式。其各自优缺点如下：
1.履带式机器人
优势：地形适应力好，越障能力强，抓地能力强，可原地转弯。
缺陷：速度低，效率低，噪声大。
2.轮式机器人
优势：速度相对快，运动效率高，噪声低。
缺陷：越障能力不足，地形适应差（无法涉及野外地形复杂楼梯等地），转弯效率小（外转半径大）。
3.步行式机器人
优势：地形适用性极强，对环境友好，重心易于调整（稳定性好）。
缺点：负重能力差，效率低，体积大（难以适应较小的空间）机械控制难度大。
综合上诉的优缺点，再结合本课题的需求，选择轮式机器人来进行机械设计。
车轮驱动选择
1.独轮
这种办法不但能够在地面上新走，还可以在不平坦的地面和歪斜的坡面行走。车身的旋转能够使用陀螺加速和减速反转矩力，由于它不稳定，不能将其应用在机器人上面。
2.两轮
早期实验对机器人是有两轮的研究的，主要是靠物体的重量或者手的操作使其稳定行走。但是增加机器人的速度和倾斜角是很困难的。此外，机器人难以运用简单稳定的传感器，而制动难以保证，因此目前不能使用两轮来实现本课题的研究。
3.三轮
三个点决定一个平面，所以轮式移动载物的平稳移动至少要三个撑持三轮驱动，这是轮式机器人的基本驱动形式。
以下图21 显示了三轮车配置驱动器的主要模式:
图21 三轮移动配置方式
三轮移动机器人正常使用一个中央轮和两个后轮。难题是如何让管制移动的目标和速度。为图21所示的类型是划分三轮配置和功能的不同组合的主要形式。
图21(A)显示的是轮式移动机器人，前轮的组合可以在脚轮的任何方向上滚动。脚轮的作用是车身稳固，但它会带来机器的抵触，左后方和右后方的后轮是依赖驱动轮，通过他们的速度差进行转弯。这种组合的特点是机制的简单化。当两个驱动轮以相同的速度和相反的方向旋转时，主体将在两个驱动轮中心旋转。
图22 三轮移动配置方式
图 22 (C) 的配置是前轮方向盘，左后轮为驱动轮，右后轮是驱动齿轮。这种构造具备简单易组合的特性，但单边驱动力较差，稳定性欠佳，不能旋转。
图 22 (D) 的两轮组合改变了图 22 (C) 的单轮结构，单轮驱动双后差速驱动增加了差速齿轮，使结构更加复杂并提高质量。
三轮的结构简单，应用广泛。
转向装置的构造通用形式: (1) 铰链轴转向:转向轴装有方向盘，减速器和器械联动被转向电机管制轴的轴线。(2) 差速器转向:经过控制左右后轮的速度差别，在移动设施的左右两轮安装驱动电机，以控制车身的转向。
4.四轮
四轮的配置的如图23所示：
图23 四轮移动配置
与图 22 (A) 的三轮相比较，图23的旋转中心与车身的重心重合。两个驱动后轮以相反的速度旋转。车身的重心会绕中心旋转，所以很容易在狭窄的地方换方向。这种方法方式灵活，稳定性比较稳定。不足就是辅助轮同时受到影响，高速制动会产生晃动，导致整个车身不稳。
图 23 (B)类似于图 22 (D) 中三轮驱动，是汽车配置的常见格式。前轮转向器除了改为两个车轮外，同时还提高了车身的稳定性，为了减少摩擦，安装了差动齿轮装置。
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