【毕业设计】割草机器人自动避障系统毕业设计说明书

出售的智能割草机器人已经达到了中等水平，极大的提高了人们的劳动效率，同时也促进了国外割草机器人的研究与发展。

国外的科研机构对割草机器人展开的研究主要偏向割草机器人的智能控制技术，导航技术和路径规划等方向，而针对割草机器人的系统设计相对较少。

美国专利采用了蓄电池供电，能在预定时间启动，具有避障，防盗及自动充电等功能，采用三根导线来进行导航，当遇到下雨，湿地及电源不足等以外情况时，返回车库，该专利采用超声波来探测障碍，用震荡探测器及密码来防止非法用户操作机器。

美国专利采用了优化的导航技术，综合利用存储的路径及环境信息，无磁无电流的金属导线和埋在地下的金属导线三种方式来指导割草机器人的移动，该专利还选用了内燃机做动力，配合发电机及电池组使用，采用分布式控制方式。

其它类似的专利有美国专利，美国专利，美国专利及法国专利，美国专利提供了种导航新方法即沿未割及已割区域的边缘行走，从而完成导航任务。

国内的研究现状国内的研究机构对自动割草机器人的研究起步相对较晚，但仍有定的积累。

南京理工大学机械电子工程专业的王华坤教授早在年就展开了智能割草机器人的研究，其研究生李杏春的硕士论文移动割草机器人总体方案和控制系统设计与研究对割草机器人的总体设计路径规划避障，定位系统控制系统等从理论上进行了较全面的研究，进而提出了种廉价实用的总体方案，为进步深入研究割草机器人打下了基础其研究生陈正江的硕士论文户外自主移动机器人体系结构与控制系统研制主要研究户外自主移动机器人的运动控制系统与体系结构，并设计制造了自主移动机器人样机，实现了机器人的导航和自主行走控制其博士生祖莉的博士论文智能割草机器人全区域覆盖运行的控制和动力学特性研究将移动机器人的导航定位智能控制规划避障等方面的技术和理论运用到割草机器人平台上，进行了相关的实验，并讨论了割草机器人在户外移动机器人中的特殊性江苏大学也对割草机器人做了定的研究，研究生周宁的硕士论文割草机器人割台设计与运动控制研究就割草机器人的设计及运动控制等方面展开了系列的研究工作，并根据中国草坪的特点完成了割台部分的设计，最后得到割草机器人割台的主要性能参数研究生丁毅的硕士论文基于和数字罗盘的割草机器人导航定位方法的研究提出了利用和数字罗盘进行割草机器人导航的新思路。

割草机器人自动避障系统避障对于割草机器人自主导航，路径规划是不可缺少的，它是割草机器人智能化的体现。

割草机器人避障系统的好坏直接影响到割草机器人执行各项任务的能力。

个好的避障系统是完成割草机器人避障任务的前提。

般来说，个完整的避障系统主要包括三个方面避障探测系统，避障信息的处理和避障策略。

避障探测系统是由各种传感器和控制器组成的探测障碍物信息的系统，整个避障探测系统是机器人感知外部环境信息的唯途径，传感器的选择将成为割草机器人收集环境信息正确与否的关键。

采用视觉系统避障可以获得较完整的环境信息，但图像处理运算量大，对设备的性能要求高，从而会使机器人在避障时实时性比较差。

近年来，为了解决这个问题，人们开始研究采用非摄像类传感器探测环境信息，但单的传感器由于受其固有的缺陷等因素的影响，使其在探测环境信息时，不能够提供准确，全面的环境信息。

因此，在实际应用中，采用多传感融合技术来实现对环境信息的探测，如何提高测量精度就成为了研究热点。

通常应用于机器人距离探测的传感器有激光传感器，视觉传感器，红外传感器和超声波传感器等。

红外传感器工作原理是采用发射固定波长红外线并接收同回波的主动方式。

其优点是探测角较小，方向性强，测量精度高，反应速度快，但其缺点是受环境影响较大，红外探测头稍微被灰尘污染，其测量精度就会大大下降，而且探测距离较近。

超声波传感器对环境的适应能力强，在阴影，灰尘，烟雾，水汽等环境下，其性能指标不受任何影响，即使遇到工作环境异常恶劣的场合，其性能指标所受的影响也微乎其微。

而且超声波传感器相比于激光测距仪来说要便宜的多，不易损坏。

超声波传感器具有成本低廉，信息，数据采集快，重量轻，体积小，易于安装等优点。

综合考虑，用超声波传感器易于实现草坪上障碍物的探测。

第二章总体方案设计主要研究内容本课题主要研究的是智能割草机器人的自动避障系统，自然就包括了障碍物的检测，检测信息的处理以及如何将这些数据反馈到执行机构上。

障碍物的检测需要用到传感器，然而传感器的种类繁多，应用最为广泛的是超声波传感器和红外线传感器。

超声波传感器和红外线传感器的优缺点已经在上述部分列出，所以本课题采用超声波传感器来测量与障碍物之间的距离。

超声波测距般采用时间飞跃法。

首先测出超声波发出到碰到障碍物返回的时间，再乘以声速就得到倍的障碍物距离。

再利用单片机控制技术完成信号采集与控制，进而提出控制策略，通过执行机构实施达到障碍物的规避目的。

图割草机器人系统构成框图具体方案介绍本课题的重点也是难点是障碍物距离的检测，打算采用型号的单片机作为控制核心，型号为的超声波模块以及的液晶屏来实现测距功能。

该系统包括了超声波发射与接收模块，复位电路，液晶显示等。

并且，在超声波传感器下安装个舵机，利用舵机来控制超声波传感器左工设备王乃康，茅也冰，赵平现代园林机械北京中国林业出版社，卢威智能小车避障系统的设计与实现南昌大学硕士论文，杨银辉基于超声波传感器的割台高度自动控制系统研究西北农林科技大学硕士论文，王应军等基于单片机的智能小车设计福建电脑，附件超声波避障舵机转动编程接舵机信号端输入信号调节速度超声波接口定义超声波接口定义左边两个电机向前走左边两个电机向后转左边两个电机停转右边两个电机向前走右边两个电机向前走右边两个电机停转变量定义舵机归中，产生约，信号时间变量延时基准变量扫描时间变量延时函数，用于检测状态字中的标识定义引脚模块引脚显示缓冲三次模式设置，不检测忙信号显示模式设置，开始要求每次检测忙信号关闭显示显示清屏显示光标移动设置显示开及光标设置限制不能大于，不能大于当要显示第二行时地址码算出指令码这里不检测忙信号，发送地址码限制不能大于，不能大于若到达字串尾则退出坐标应小于显示单个字符启动测距信号计算距离，当为零时等待开启计数当为计数并等待关闭计数读取脉宽长度算出来是更新显示前速前进左电机往前走右电机往前走前速后退左电机往前走右电机往前走左转左电机往前走右电机往前走右转左电机往前走右电机往前走左电机停走右电机停走舵机向左转度车的左边比车的右边距离小右转中断服务子函数产生信号定时定时器为准。

在这个基础上延时扫次数码管中断服务子函数产生信号定时舵机归中无限循环检测启动检测次启动检测计算距离距离大于，往前走附录电路原理图扬州大学广陵学院本科生毕业设计毕业设计题目割草机器人自动避障系统设计学生姓名专业机械设计制造及其自动化班级指导教师完成日期年月日摘要自动避障系统是割草机器人关键模块之，是割草机器人自主安全行走前提。

本文首先对国内外市场上现存的智能割草机器人进行了介绍和比较，指出了现在智能割草机器人研制过程中需要注意的关键技术，并结合以往的成功经验和现在的实际需求，选择易于实验的小车结构。

单片机是宏晶科技推出的新代高速低功耗超强抗干扰的单片机，指令代码完全兼容传统单片机，时钟机器周期和时钟机器周期可以任意选择。

本课题以设计割草机器人自动避障为目的，采用单片机作为控制核心，采用超声波传感器来检查路面上的障碍，来控制执行机构的自动避障，从而使执行机构完成左转右转和后退的动作。

其中采用的技术主要有超声波传感器的有效应用，显示器的使用，通过编程来控制执行机构的运动。

关键词单片机，超声波传感器，执行机构，显示器目录中文摘要第章绪论选题背景及意义自动割草机器人概述自动割草机器人优点割草机器人的发展简史及其研究现状发展简史国外的研究现状国内的研究现状割草机器人自动避障系统第二章总体方案设计主要研究内容具体方案介绍第三章超声波测距超声波测距设计思路超声波测距原理超声波测距方法超声波模块的选择显示器的选择第四章超声波模块的硬件结构设计超声波模块电路设计超声波模块的特点超声波模块的工作原理模块参数超声波时序图超声波发送与接收单片机功能及特点单片机参数单片机特性显示电路设计液晶屏的优点管脚定义操作时序第五章超声波测距模块软件设计超声波测距算法设计主程序流程系统初始化程序超声波启动程序超声波计时程序测距程序实验结果第六章实验用执行机构硬件设计执行机构底盘执行机构驱动模块驱动模块说明参数舵机什么是舵机舵机工作原理利用单片机实现舵机转角控制第七章执行机构软件设计执行机构行走程序舵机转动控制执行机构行走程序结论致谢参考文献附录超声波避障舵机转动编程附录电路原理图邹晓杰割草机器人自动避障系统设计第章绪论选题背景及意义自动割草机器人概述随着经济的发展，各国城市建设逐渐深化，城区的绿化程度也随之提高，大量的公园草坪足球场草坪球场草坪等公共绿地均需要进行维护。

在各种草坪维护作业中，以草皮修剪工作最为繁重，不仅枯燥，而且重复性强，通常需要消耗大量的人力和物力。

为了降低草坪维护作业的劳动强度和成本，近年来些西方国家提出用现代电子技术和智能控制技术改造和提升草坪机械产业的战略，希望在不久的将来用智能的自动割草机器人取代传统的割草机。

自动割草机器人属于民用户外移动机器人领域，从系统科学的角度来讲，它是集环境感知路径动态规划与决策行为控制与执行等多种功能于体的综合机器人系统。

感知系统实时监测外界环境变量移动机构及割草机构运行参数，并将结果输送到控制系统控制系统将获得的数据与自身的数据库做比较，并参照路径规划对移动机构和割草机构发出修正指令，以获得稳定的运行情况。

与传统的草坪修剪机械相比，自动割草机器人具有环保人力消耗低和高安全性等特点。

自动割草机器人优点自动割草机器人与传统的割草机相比有着众多的优点。

自动割草机器人可自主工作，仅仅需要少量的人工干预甚至不需要人工干预。

传统的割草机需要人的全程干预，割草任务相当繁重。

自动割草机器人更加安全。

自动割草机器人采用了传感器技术和单片机控制技术，灵敏度更高，应