arduino的避障机器人设计与实现【字数：11601】
自动驾驶关键技术便是自动避障，现在，对避障小车的研究是为了更好的为大众服务，也是各种自动避障车辆的软硬件控制的基础数据。现在的小车避障是根据测距传感器的感测从而进行避障。随着科技的发展，智能小车将会在生活中处处体现，不仅仅是生活中的智能家居如智能扫地机器人，也不仅仅是即将普及的智能无人驾驶汽车，更加会在军事领域中大展拳脚。而智能化则体现在设置一个终点，小车过去，两者相结合则是完整的智能避障小车。本论文只是简单阐述了智能小车的发展史和研究现状以及未来的发展，同时指出现在小车普遍存在的问题功能的单一以及识别障碍效率低下，所以本次论文实物配备了多种传感器进行感知和信息的采集。实物中小车前段安装了两个红外传感器，在上方同时安装了超声波传感器。该硬件系统能够很好的进行数据采集从而避免上述问题的发生。实物还额外添加了蓝牙遥控，来解决某一时刻需要人工遥控的问题。小车调试显示，本文设计的智能避障小车能够精确的识别障碍物从而进行相应的避障动作，满足了智能小车的避障要求，同时也可以用蓝牙遥控小车，达到了本文预期的目标与要求。
目录
第一章绪论 1
1.1研究的目的和意义 1
1.2国内外研究现状 2
1.2.1国外研究现状 2
1.2.2国内研究现状 3
1.3章节安排 4
第二章控制算法及其避障方案 5
2.1控制算法 5
2.1.1栅格法粒度的确定 5
2.1.2实现地图栅格法 6
2.1.3栅格法项目的应用 6
2.2避障方案 7
第三章智能小车系统各模块功能及硬件总体选型 8
3.1 Arduino控制模块 8
3.2传感器 10
3.2.1传感器模块 10
3.2.2传感器的工作原理及接口电路图 11
3.3姿态 12
3.4传感器的配置方案 13
3.5无线控制模块选择 14
3.6蓝牙串口 14
第四章小车的软件设计 16
4.1主循环程序设计 16
4.2方向运动子程序 17
4.3避障子程序设计 17
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4.4蓝牙子程序设计 18
第五章小车的安装调试 20
5.1小车调试 20
5.2小车的功能调试 20
总结与展望 23
致谢 24
参考文献 25
附录1 26
附录2 34
第一章绪论
智能小车是现代科技的结晶，也是未来发展的重要方向之一。它可以不需要外界人为的控制，能够在特定的环境下进行相应的工作，如河床海床进行勘探。现在的智能小车主要具备以下功能：显示时间、里程、速度，具有自动寻光、寻迹、避障功能，甚至有些小车具备远程传输图像、准确定位停车，远程控行驶速度等功能。一般智能小车由以下三个部分组成：传感器感知元件部分、控制器件部分以及执行机构部分。这三大部分的组成就好比一个人，眼睛就好比传感器，大脑好比控制机构，手脚好比执行机构。
1.1研究的目的和意义
智能小车在日常、军事、科研等诸多领域有着广泛的应用，吸引了一大批的科研工作者对智能小车展开了深入研究。智能小车自动避障系统是依靠传感器来感知周围工作环境，而且具有一定的适应性，使得小车能够根据相应的输入来给出相应的输出，做出相应的动作。自动避障技术是智能小车的核心技术之一。针对智能小车避障的研究是为了能更好的更精准的避障。这些年来，随着避障算法的不断提高，随着传感器敏感精度不断提升和相应的避障策略不断提高，使得小车避障的精确度和及时性大大提高。虽然小车能够及时的进行避障，但是依旧存在着些许不足，在传感器的数据采集这块，比如传感器的单一数据采集，比如单一的红外传感器存在着多种局限，对于使用环境有着相应的要求，而且只在车头安装，就会忽略两侧信息，同时舵机旋转需要一定的时间，所以这种设计存在着数据采集的单一，处理效率低等问题。
因为避障机器人的广泛应用从而具有很高的研究价值，所以本论文中展开了相关的探索与研究。本文主要针对两个问题进行相应的探索，同时进行相应的拓展。本次设计主要是针对信息采集单一和不够智能这块展开探索，设计中一些创新的想法和一些实践方法可以为地形探索机器人，扫地机器人乃至于一些军事机器人提供一些参考意见。同时我国是一个发展中的大国，在科技研发领域必须能够发出自己的声音，未来智能无人驾驶汽车将会成为主流，如果我国在这个领域做出重大的突破，这将对我国在科技领域的地位提供更重的筹码。本项目设计最大的应用将是智能驾驶汽车，行驶中车检测到前方障碍从而提示前方障碍，全程无需人为操作，只需输入目标点，车自己就过去了。同样在宇宙中探索星球也需要这类小车，比如月球地表地形的绘测，就可以让小车自己采集数据，从而帮我们获得更多的信息，为将来月球移民提供相应的帮助。在科研探索中，许多人类无法到达的地区，这个时候科考车将会发挥作用，将会代替人们进行相应的工作。所以这次的项目有三个目标一是外部无线控制，二是小车的自动避障，三是小车的自动导航，在途中进行自动避障。
1.2国内外研究现状
智能车是一个综合系统，它汇集环境的感知、路径的规划、智能的执行与应急事故的智能处理等功能于一身的高端产品。其系统涉及了多学科技术如：信息工程、机械工程、数学学科、自动控制技术等，同时也是一个国家科研力量和工业制造水平的整体实力、综合实力的体现。智能车作为智能汽车的缩影，所以智能小车在这几年也得到了社会广泛的关注，从而引起了高速的发展。近些年来，各种各样的机器人比赛层出不穷，比赛内容也是格外丰富，比赛形式也是别具一格，虽然其历史不长，但是由于比赛融合了众多的前沿科技于一身，且富有娱乐性，使得大批科研者投身其中。智能小车具有众多类型机器人的共通点，让研究此领域的学者刻苦专研，只为了能够更好的改进系统从而提供更优良的性能。
1.2.1国外研究现状
国外在智能领域一直处于领头羊的位置，因为他们研究的时间比国内长很多，实力也比国内高出一截，在上世纪90年代，研制出超高水准的环境传感器的信息感知和信息处理技术，现在已经进行了实地调试，其中杰出代表有美国卡耐基梅隆大学的Navlab－52型号智能车、谷歌公司的无人驾驶 Ca以及德国联邦国防军大学的VaMP智能驾驶系统等。一大批优秀的智能系统涌现出来，不断的刺激着国外科研工作者推陈出新，到90年代中后期，美国军方开始提出未来军事斗争的新想法，其中就包含无人驾驶，来减少军人伤亡。总的来说国外小车研究经历了3个阶段。
第一阶段是1955年刚刚起步。1954年首个AGVS（自主引导车系统）研发出来，虽然只能按照特定路线行进，但是此系统已经具有了无人驾驶的基本特征，这已经开创了一个新的时代[11]。
目录
第一章绪论 1
1.1研究的目的和意义 1
1.2国内外研究现状 2
1.2.1国外研究现状 2
1.2.2国内研究现状 3
1.3章节安排 4
第二章控制算法及其避障方案 5
2.1控制算法 5
2.1.1栅格法粒度的确定 5
2.1.2实现地图栅格法 6
2.1.3栅格法项目的应用 6
2.2避障方案 7
第三章智能小车系统各模块功能及硬件总体选型 8
3.1 Arduino控制模块 8
3.2传感器 10
3.2.1传感器模块 10
3.2.2传感器的工作原理及接口电路图 11
3.3姿态 12
3.4传感器的配置方案 13
3.5无线控制模块选择 14
3.6蓝牙串口 14
第四章小车的软件设计 16
4.1主循环程序设计 16
4.2方向运动子程序 17
4.3避障子程序设计 17
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4.4蓝牙子程序设计 18
第五章小车的安装调试 20
5.1小车调试 20
5.2小车的功能调试 20
总结与展望 23
致谢 24
参考文献 25
附录1 26
附录2 34
第一章绪论
智能小车是现代科技的结晶，也是未来发展的重要方向之一。它可以不需要外界人为的控制，能够在特定的环境下进行相应的工作，如河床海床进行勘探。现在的智能小车主要具备以下功能：显示时间、里程、速度，具有自动寻光、寻迹、避障功能，甚至有些小车具备远程传输图像、准确定位停车，远程控行驶速度等功能。一般智能小车由以下三个部分组成：传感器感知元件部分、控制器件部分以及执行机构部分。这三大部分的组成就好比一个人，眼睛就好比传感器，大脑好比控制机构，手脚好比执行机构。
1.1研究的目的和意义
智能小车在日常、军事、科研等诸多领域有着广泛的应用，吸引了一大批的科研工作者对智能小车展开了深入研究。智能小车自动避障系统是依靠传感器来感知周围工作环境，而且具有一定的适应性，使得小车能够根据相应的输入来给出相应的输出，做出相应的动作。自动避障技术是智能小车的核心技术之一。针对智能小车避障的研究是为了能更好的更精准的避障。这些年来，随着避障算法的不断提高，随着传感器敏感精度不断提升和相应的避障策略不断提高，使得小车避障的精确度和及时性大大提高。虽然小车能够及时的进行避障，但是依旧存在着些许不足，在传感器的数据采集这块，比如传感器的单一数据采集，比如单一的红外传感器存在着多种局限，对于使用环境有着相应的要求，而且只在车头安装，就会忽略两侧信息，同时舵机旋转需要一定的时间，所以这种设计存在着数据采集的单一，处理效率低等问题。
因为避障机器人的广泛应用从而具有很高的研究价值，所以本论文中展开了相关的探索与研究。本文主要针对两个问题进行相应的探索，同时进行相应的拓展。本次设计主要是针对信息采集单一和不够智能这块展开探索，设计中一些创新的想法和一些实践方法可以为地形探索机器人，扫地机器人乃至于一些军事机器人提供一些参考意见。同时我国是一个发展中的大国，在科技研发领域必须能够发出自己的声音，未来智能无人驾驶汽车将会成为主流，如果我国在这个领域做出重大的突破，这将对我国在科技领域的地位提供更重的筹码。本项目设计最大的应用将是智能驾驶汽车，行驶中车检测到前方障碍从而提示前方障碍，全程无需人为操作，只需输入目标点，车自己就过去了。同样在宇宙中探索星球也需要这类小车，比如月球地表地形的绘测，就可以让小车自己采集数据，从而帮我们获得更多的信息，为将来月球移民提供相应的帮助。在科研探索中，许多人类无法到达的地区，这个时候科考车将会发挥作用，将会代替人们进行相应的工作。所以这次的项目有三个目标一是外部无线控制，二是小车的自动避障，三是小车的自动导航，在途中进行自动避障。
1.2国内外研究现状
智能车是一个综合系统，它汇集环境的感知、路径的规划、智能的执行与应急事故的智能处理等功能于一身的高端产品。其系统涉及了多学科技术如：信息工程、机械工程、数学学科、自动控制技术等，同时也是一个国家科研力量和工业制造水平的整体实力、综合实力的体现。智能车作为智能汽车的缩影，所以智能小车在这几年也得到了社会广泛的关注，从而引起了高速的发展。近些年来，各种各样的机器人比赛层出不穷，比赛内容也是格外丰富，比赛形式也是别具一格，虽然其历史不长，但是由于比赛融合了众多的前沿科技于一身，且富有娱乐性，使得大批科研者投身其中。智能小车具有众多类型机器人的共通点，让研究此领域的学者刻苦专研，只为了能够更好的改进系统从而提供更优良的性能。
1.2.1国外研究现状
国外在智能领域一直处于领头羊的位置，因为他们研究的时间比国内长很多，实力也比国内高出一截，在上世纪90年代，研制出超高水准的环境传感器的信息感知和信息处理技术，现在已经进行了实地调试，其中杰出代表有美国卡耐基梅隆大学的Navlab－52型号智能车、谷歌公司的无人驾驶 Ca以及德国联邦国防军大学的VaMP智能驾驶系统等。一大批优秀的智能系统涌现出来，不断的刺激着国外科研工作者推陈出新，到90年代中后期，美国军方开始提出未来军事斗争的新想法，其中就包含无人驾驶，来减少军人伤亡。总的来说国外小车研究经历了3个阶段。
第一阶段是1955年刚刚起步。1954年首个AGVS（自主引导车系统）研发出来，虽然只能按照特定路线行进，但是此系统已经具有了无人驾驶的基本特征，这已经开创了一个新的时代[11]。
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