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基于视觉的机器人设计.doc
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基于视觉的机器人设计.doc
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摘 要
移动机器人
]1[
是机器人的一个重要分支,被广泛的应用于工业、国防及其民用设
施上。
本次设计的研究内容就是基于视觉导航的履带式移动机器人,以足球机器人为研究
模型,其核心内容是应用单片机
]2[
控制直流电机实现机器人的智能控制,采用视觉传感
器解决移动机器人的定位问题,实现机器人在给定环境中的“完全自主” 。
内容包括:
1.机械结构设计:机器人采用两轮独立驱动的履带结构,动力源采用直流无刷电机,
减速和传动装置采用齿轮传动,利用差速移动平台实现机器人的转向,选用增量式光电
编码器进行对机器人速度的检测,实现机器人的定位。
2.控制结构设计:控制部分采用 AT89C51 型号单片机进行接受命令和产生驱动信号,
电机的驱动部分采用 L293D 控制芯片,芯片利用接受到的单片机发出的信号来控制电机
的转速。
3. 传感器部分:利用视觉传感器收集图像,送至上位机进行图像处理。
关键词:
Abstract
Key words:
(以下仅供参考)目 录
摘 要.......................................................................................................................................I
Abstract .....................................................................................................................................II
1 移动机器人.............................................................................................................................1
1.1 移动机器人的研究历史..............................................................................................1
1.2 课题的现实意义............................................................................................................1
1.3 智能机器人的发展.......................................................................................................2
1.3.1 智能机器人的定义 .......................................2
1.3.2 国外机器人的发展 .......................................3
1.3.3 国内机器人的发展 .......................................3
2 视觉移动机器人方案的确定 .......................................................................................5
2.1 设计任务概述 ................................................................................................................5
2.2 视觉移动机器人机械结构设计方案.......................................................................5
2.2.1 动力源的论证与选择 .....................................5
2.2.2 运动方式的选择 .........................................6
2.2.3 电源的论证与选择 .......................................6
2.2.4 传动方式的选择 .........................................6
2.2.5 传感器的选择 ...........................................7
2.2.6 最终方案: .............................................7
2.3 视觉移动机器人控制系统设计方案.......................................................................7
2.3.1 控制系统的选择 .........................................8
2.3.2 控制器的软件设计 .......................................8
3 视觉移动机器人方案的确定 .....................................................................................10
3.1 电动机的确定 ..............................................................................................................10
3.1.1 电动机功率的选择 ......................................10
3.1.2 电动机转速的选择 ......................................10
3.2 圆锥圆柱减速器的设计...........................................................................................11
3.2.1 传动方案的选择 ........................................11
3.2.2 传动零件的设计计算 ....................................12
3.2.2.1 圆锥齿轮传动的设计计算.........................................................12
3.2.2.2 圆柱齿轮传动的设计计算.........................................................16
3.2.2.3 数据整理.....................................................................................19
3.2.2.4 轴的设计.....................................................................................19
3.2.3 减速箱轴承的确定 ......................................20
3.2.4 联轴器的选择 ..........................................21
4 视觉移动机器人控制系统设计...............................................................................22
4.1 机器人电子元件的选型............................................................................................22
4.1.1 单片机 PIC16F877 ......................................22
4.1.2 直流无刷电机 ..........................................24
5 移动机器人的图像处理技术 .....................................................................................26
5.1 图像的采集...................................................................................................................26
5.2 图像的预处理 ..............................................................................................................26
5.2.1 彩色图像灰度化 ........................................26
5.2.2 灰度图像的平滑处理 ....................................27
5.2.3 颜色模型转换 ..........................................29
结 论 ....................................................................................................................................30
致 谢 ....................................................................................................................................31
参考文献 ....................................................................................................................................32
附 录 ....................................................................................................................................33
1 移动机器人
1.1 移动机器人的研究历史
机器人
]1[
是一种自动化的机器,所不同的是这种机器具备一些与人或生物相
似的智能,如感知能力、规划能力、动作能力和协同能力,是一种具有高度灵活
性的自动化机器。
本文设计的机器人实际上就是一种利用视觉传感器自动移动的机器装置,由
视觉传感器采集图像,送至上位机分析,实现路径识别,采用单片机控制直流无
刷电机实现对小车速度的控制,达到运动要求。
1.2 课题的现实意义
对智能机器人的研究有着广泛的现实意义,概括地说可以有三点:
1. 智能机器人技术是一门综合性很强的技术。
2. 智能机器人有着广泛的应用前景,可以说它几乎渗透到了人类社会所有
的领域。
3. 机器人的发展是一个国家高科技水平和工业自动化程度的重要体现。
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oligaga
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