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基于STM32智能导游机器人研究.doc
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2023-07-11
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基于STM32智能导游机器人研究.doc
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摘要
国家经济的飞速发展,外出旅游的人不断增加,但是景区的导游却无法满足游客的需
要。有些人喜欢独自旅游,单独一人去请导游的费用相对而言是很贵的,所以一些景区也
需要智能机器人作为导游来减轻人工的负担。人工智能已被我国广泛运用,智能机器人渐
渐深入人心,其类型也越来越多。而本课题的设计是为了让更多游客享受导游服务而设立
的,以 STM32 微处理器作为核心控制器,设计一个类人型的小型轮式机器人,要求机器
人根据游客投币数量能够去选择最合理的路线带领游人在最短的时间内参观景区,并向游
人解说景点的人文地理,参观完毕后自动返回景区门口等待下一个游客投币。
本设计研究的导游机器人系统分为八个模块:主控模块、投币模块、语音模块、稳压
模块、驱动模块、循迹模块、避障模块以及辅助模块。投币模块是为了检测游人投币的数
量,将信号传给主控来选择所去的景点;语音模块为游客解说相应景点的人文地理;为机
器人提供稳定的能源供应的是稳压模块;而带动机器人行走和控制它的运行方式靠的是电
机驱动模块;寻找已经设计好的路线需要用循迹模块去识别白线;避障模块主要负责识别
障碍物,以便躲避障碍选择好线路;辅助模块则是负责协助路面识别应对特殊地形。
关键词:导游机器人,避障,语音,LCD,循迹
The Research of intelligengt Guiding robot which
based On STM32
Abstract
With the rapid development of national economy, the number of traveling people gradually
increases, but the scenic spot tour guide cannot meet the needs of tourists. Some people like to
travel alone, the cost of hiring a guide individual is relatively expensive, so some scenic spot also
need some intelligent robots as a tour guide to reduce the burden of artificial. Artificial
intelligence has been widely used in China, the intelligent robot gradually deep into people’s
heart, it has more and more types. And this topic is designed to let more visitors enjoy the tour
guide service and a equipment, with STM32 microprocessor as the core controller, design a
humanoid small wheeled robots, askeing the robot be able to choose the most reasonable route
according to the number of visitors’ payment and guide the visitors to visit the scenic spots in the
shortest possible time , and explan to tourists the of human geography about attractive scenic,
after the visit robots can return to the scenic spot doorway automatically and waiting for the next
tourists to pay.
This design study guide robot system is divided into eight modules: master module,
coin-operated module, voice module, voltage regulator module, drive module, tracking module,
obstacle avoidance module and auxiliary module. Coin module is to detect the number of
visitors’payment, then go to master control signals to choose the attractions; Voice module
definite to commentary the human geography accordingly of tourist attractions; providing the
stable energy supply for robots is the voltage regulator module; And drive the robots to walk and
control the robots is its operation mode by motor driver module; Search the route which is
designed need to use tracking module to identify white line; Obstacle avoidance module is
mainly responsible for identify obstacles, in order to avoid obstacles to choose good lines;
Auxiliary module is responsible for assisting the road recognition deal with special terrain.
Keywords: Guiding robot, Obstacle avoidance, Voice, LCD , Tracking
目 录
第 1 章 绪论 ...................................................................................................................................1
1.1 研究背景...............................................................................................................................1
1.2 研究现状及意义...................................................................................................................2
1.3 研究内容...............................................................................................................................3
1.4 论文组织...............................................................................................................................3
第 2 章 系统方案设计 ...................................................................................................................4
2.1 任务要求...............................................................................................................................4
2.1.1 设计任务 .......................................................................................................................4
2.1.2 导游机器人功能设计 ...................................................................................................5
2.2 导游机器人方案设计...........................................................................................................5
第 3 章 机器人整体构造设计 .......................................................................................................7
3.1 机器人底盘设计...................................................................................................................7
3.2 机器人主体设计...................................................................................................................9
第 4 章 导游机器人系统模块设计 .............................................................................................11
4.1 主控模块设计.....................................................................................................................11
4.2 电机驱动模块.....................................................................................................................12
4.3 循迹模块.............................................................................................................................14
4.4 红外避障模块.....................................................................................................................16
4.5 电源稳压模块.....................................................................................................................17
4.6 语音模块.............................................................................................................................18
4.7 辅助模块.............................................................................................................................19
第 5 章 系统软件设计 .................................................................................................................20
5.1 软件开发平台简介.............................................................................................................20
5.2 机器人程序基本流程.........................................................................................................21
5.3 循迹模块程序设计.............................................................................................................22
第 6 章 系统硬件测试及分析 .....................................................................................................24
结论 ...............................................................................................................................................26
参考文献 .......................................................................................................................................27
谢辞 ...............................................................................................................................................28
第 1 章 绪论
1.1 研究背景
(1) 国外背景
如今科技的不断发展,越来越多的科学技术被广泛应用在我们的日常生活中,而机器
人技术发展也越来越成熟。智能移动机器人可以说是智能导游机器人的前身,其最早在 60
年代末期就开始了研究,在 1966 年至 1972 年间,一台自主移动机器人名为 Shakey 在斯坦
福研究院 SRI 的查尔斯和尼尔斯等人的研究下横空出世了
[1]
。70 年代随着研究的不断深入,
所研制的最早操作式步行机器人也成功实现了,从而开始了对机器人在不平整地域内运动
问题的研究,其中最著名的是名为 General Electric Quadruped 的步行机器人。 80 年代生产
技术不断地高度集成化和自动化,机器人的发展不断进步,美国通用汽车公司在装配线上
为机器人装备了视觉系统,从而第二代机器人的感知类型机器人就这样问世了。第三代机
器人是自治机器人正在各国研制和发展,它可按任务编程,具有一定决策规划功能和感知
能力。现在的机器人技术其应用领域在不断扩大,其种类在日趋增多,性能也在不断提高,
并逐步向着更加智能化的方向发展。服务机器人是机器人研究中一个新的研究对象,到目
前为止它的定义还不是很严格,每个国家对它的认识也各不相同。在国际机器人联合会上
科学家们对服务机器人做了一个简要而准确的描述:能够完成对人类有帮助的一种半自主
或者是全自主工作的机器人才是服务机器人,而从事生产的设备不包括在内。
(2) 国内背景
虽然我国的机器入学研究开发工作起步较晚,但如今也已在特种机器人、智能机器人
和工业机器人等方面取得了明显的成绩,为我国机器人学研究的进一步发展奠定良好的基
础。从“七五” 计划开始,智能机器人技术已被列入了我国国家重点科研规划内容内,国家
很重视科技的发展,不惜拨巨款建立了全国工程基地,基本完成了成套的机器人技术开发,
全面展开了对机器人的各项研究
[2]
。1986 年,高技术研究的发展计划国家已开始实施,取
得了科研成果成功研制出了一批特种机器人。
在八五期间,1995 年第一辆大型自主式地
面车辆“7B8 军用智能机器人” 通过鉴定,它是我国自行研制的地面自主移动机器人。我国
机器人技术经过了几十年的发展有了很大的进步,自主移动式机器人和类人形机器人的研
究逐步得到了重视,开放式网络机器人的开发也成为了如今发展的热点。近年“十一五”期
间,上海交通大学在 863 计划先进制造技术领域的支持下,在服务机器人的感知、控制和
人机交互等关键技术领域取得重要进展,研制了“蛟龙”智能轮椅和“蛟龙”导游机器人并在
上海世博会和福利院投入了服务。“蛟龙”智能机器人集成了轮式移动下肢和仿人型双臂上
肢,配备高精度的自定位和自主导航系统,具有一定的环境感知和导航能力,能够在人员
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