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摘 要：本文介绍的能进行自主越障的全地形智能移动机器人是基于STM32F103C8T6控制板所控制的，通过HJ-XJ4四路灰度循迹模块数字量巡传感器进行稳定的寻迹行驶，智能机器人行驶速度快，轮胎抓地力强，能快速稳定的越过障碍物，且我们在机器人前部上装有导向轮，提高了智能机器人转弯行驶的精确性与稳定性。采用STM32F103C8T6控制板，具有体积小、可靠性高、功耗低、结构简单、运算速度快等优点。
关键词：智能移动机器人;全地形;STM32控制
1 绪论
1.1课题背景
世界上很多国家目前都在进行智能移动机器人的研究与开发，智能移动机器人的性能与功能也在不断地被完善，应用范围也在进一步扩大。智能移动机器人已经能被运用在工业、农业、服务等行业，还可以被运用于执行其他不适合人类执行的危险任务。
智能移动机器人的研究是从二十世纪六十年代末开始，于是美国和苏联研制并应用了移动机器人。之后在1966年，斯坦福研究院研发出了自主移动机器人，并为之命名为Shakey。自七十年代末起，移动机器人获得了越来越多人的关注，不少公司进入市场对上一代移动机器人进行二次开发。而美国的Mobile Robots公司研发的Pioneerl机器人，因为它极低的功耗以及高性能在学术领域以及研发领域掀起了轩然大波，由此，一种真正可以被成为智能移动机器人平台正式进入大家的视线。
最近几年，智能移动机器人也被其他行业关注着，有一些科技公司甚至物流公司都投入人力物力进行智能移动机器人研究团队的组建与发展。对于本文所要研究的智能移动机器人，我们期望它能够通过各种复杂地形、并且能够在按着给定的白线行驶的同时避开障碍物，按正确线路行驶。
1.2主要研究内容与方向
为了实现我们对于智能移动机器人的各种要求，最终我们选择使用轮式移动机器人，并且在测量实验室的模拟障碍物的具体尺寸后，我们决定选取直径约为110毫米、宽度约为44毫米的轮胎，并采用STM32作为控制核心，利用四个电机加四轮的结构进行驱动。
2 控制系统软件设计
系统的软件设计采用C语言，对单片机进行编程实现各项功能。程序是在Windows下采用KeiluVision5软件编写的，可实现智能移动机器人对光电传感器的查询、输出脉冲占空比的设定、电机方向的确定等功能。主程序不断的查询各寄存器状态，根据相应的状态做出决策功能，决定什么时候智能移动机器人该做什么。智能移动机器人各种功能的实现主要通过调用相应的子程序。
2.1主程序
主程序不断的检查各个寄存器的状态，根据寄存器状态了解智能移动机器人所处的运行阶段，再根据相应的传感器状态，做出决策，调用各子程序实现所需要的相应功能。
2.2寻迹程序
从始至终，智能移动机器人在赛场上都必须按照给定的白色线路行驶，因此智能移动机器人的寻迹是至关重要的部分，它需要准确的扫描到白线，根据扫描到的信息对智能移动机器人左右轮转速进行调整，确保智能移动机器人能够循着白线行驶完成比赛。
2.3避障程序
有迷宫路段，要求智能移动机器人能够不碰到障碍物的前提下绕开障碍，正确的走出迷宫。
3 控制系统硬件设计
3.1硬件结构
智能移動机器人采用STM32F103C8T6控制板进行智能控制。首先手动开启机器人电源开关，机器人开始行进。机器人采用HJ-XJ4四路灰度循迹模块数字量巡传感器检测白带，并将信号传递给控制芯片加以识别，之后STM32F103C8T6控制板通过控制电机驱动，改变单个电机的转速以完成机器人的前进、左转、右转的操作。
3.2各模块选择
3.2.1控制器模块
作为智能移动机器人的核心构成器件，控制器模块相当于人体中的大脑，它接收到其它模块传输过来的信号，然后对其按程序进行处理，再将下一步执行的操作发送到其它模块，其保证智能移动机器人能成功的完成所有的操作。我们采用STM32作为智能移动机器人的控制核心。STM32能够有效的处理数据，准确进行对智能移动机器人的控制，满足我们的需求，其集融高性能、实时性、数字信号处理、低功耗、低电压于一身，同时保持高集成度和开发简易的特点。
3.2.2寻迹模块
该模块主要让智能移动机器人能按照规定的路线行走，即按照场地中的白色线路行驶。我们采用HJ-XJ4四路灰度寻线传感器作为智能移动机器人的寻迹模块，该传感器对绿底白线、黑底白线的寻迹效果很好，而且灵敏度高，抗干扰能力强，普通照明灯对其影响极小。当传感器左侧扫描到白线时，智能移动机器人向左调整位置，当右侧扫描到白线时，智能移动机器人向右调整位置，保证智能移动机器人按照线路行驶。
3.3.3电机驱动模块
电机的驱动模块主要是通过控制电机的正传、反转、减速和加速实现智能移动机器人的前后或者左右的方向选择。我们本次采用TB6612FNG电机驱动器件，其能独立的控制2个直流电机，具有很高的集成度，能够提供足够的输出能力，运行性能和能耗方面也具有优势，在集成化、小型化的电机控制系统中，是比较理想的电机驱动器件。相比L293D每通道平均600 mA的驱动电流和1.2 A的脉冲峰值电流，它的输出负载能力提高了一倍。对于PWM信号，它支持高达100 kHz的频率，相对以上2款芯片的5 kHz和40 kHz也具有较大优势。
3.3.4避障模块
避障模块是用于判断智能移动机器人前方是否有障碍物并确定智能移动机器人与障碍物的距离。为了确保智能移动机器人在行驶过程中不撞到障碍物，系统需要利用测距传感器检测出障碍物与智能移动机器人间的距离，使智能移动机器人能做出正确的动作。故此我们采用HJ-IR2红外避障模块。该模块准确度高，对于光线要求不大，适合多种环境。本次我们使用四个HJ-JR2红外避障模块，2个安装在车头，对智能移动机器人前方左右进行扫描，使智能移动机器人能顺利避开前方障碍物，2个安装在智能移动机器人左右，防止其左转或右转后碰到障碍物，4个避障能满足智能移动机器人避开大部分障碍物，针对本次比赛其使智能移动机器人能顺利走出迷宫。
4 总结
本设计的研究对象是全地形智能机器人，全地形越野智能移动机器人在各方面都具有天然优势，因为其适用用途较多，且使用场景局限较小，在市场中拥有非常广阔的发展前景，具有很高的研究价值。本文重点描述了关于本项全地形越野智能移动机器人的硬件选择以及软件系统设计，在这过程中发现全地形越野智能移动机器人在各方面都具有天然优势，因为其适用用途较多，且使用场景局限较小，在市场中拥有非常广阔的发展前景，具有很高的研究价值。
关键词：智能移动机器人;全地形;STM32控制
1 绪论
1.1课题背景
世界上很多国家目前都在进行智能移动机器人的研究与开发，智能移动机器人的性能与功能也在不断地被完善，应用范围也在进一步扩大。智能移动机器人已经能被运用在工业、农业、服务等行业，还可以被运用于执行其他不适合人类执行的危险任务。
智能移动机器人的研究是从二十世纪六十年代末开始，于是美国和苏联研制并应用了移动机器人。之后在1966年，斯坦福研究院研发出了自主移动机器人，并为之命名为Shakey。自七十年代末起，移动机器人获得了越来越多人的关注，不少公司进入市场对上一代移动机器人进行二次开发。而美国的Mobile Robots公司研发的Pioneerl机器人，因为它极低的功耗以及高性能在学术领域以及研发领域掀起了轩然大波，由此，一种真正可以被成为智能移动机器人平台正式进入大家的视线。
最近几年，智能移动机器人也被其他行业关注着，有一些科技公司甚至物流公司都投入人力物力进行智能移动机器人研究团队的组建与发展。对于本文所要研究的智能移动机器人，我们期望它能够通过各种复杂地形、并且能够在按着给定的白线行驶的同时避开障碍物，按正确线路行驶。
1.2主要研究内容与方向
为了实现我们对于智能移动机器人的各种要求，最终我们选择使用轮式移动机器人，并且在测量实验室的模拟障碍物的具体尺寸后，我们决定选取直径约为110毫米、宽度约为44毫米的轮胎，并采用STM32作为控制核心，利用四个电机加四轮的结构进行驱动。
2 控制系统软件设计
系统的软件设计采用C语言，对单片机进行编程实现各项功能。程序是在Windows下采用KeiluVision5软件编写的，可实现智能移动机器人对光电传感器的查询、输出脉冲占空比的设定、电机方向的确定等功能。主程序不断的查询各寄存器状态，根据相应的状态做出决策功能，决定什么时候智能移动机器人该做什么。智能移动机器人各种功能的实现主要通过调用相应的子程序。
2.1主程序
主程序不断的检查各个寄存器的状态，根据寄存器状态了解智能移动机器人所处的运行阶段，再根据相应的传感器状态，做出决策，调用各子程序实现所需要的相应功能。
2.2寻迹程序
从始至终，智能移动机器人在赛场上都必须按照给定的白色线路行驶，因此智能移动机器人的寻迹是至关重要的部分，它需要准确的扫描到白线，根据扫描到的信息对智能移动机器人左右轮转速进行调整，确保智能移动机器人能够循着白线行驶完成比赛。
2.3避障程序
有迷宫路段，要求智能移动机器人能够不碰到障碍物的前提下绕开障碍，正确的走出迷宫。
3 控制系统硬件设计
3.1硬件结构
智能移動机器人采用STM32F103C8T6控制板进行智能控制。首先手动开启机器人电源开关，机器人开始行进。机器人采用HJ-XJ4四路灰度循迹模块数字量巡传感器检测白带，并将信号传递给控制芯片加以识别，之后STM32F103C8T6控制板通过控制电机驱动，改变单个电机的转速以完成机器人的前进、左转、右转的操作。
3.2各模块选择
3.2.1控制器模块
作为智能移动机器人的核心构成器件，控制器模块相当于人体中的大脑，它接收到其它模块传输过来的信号，然后对其按程序进行处理，再将下一步执行的操作发送到其它模块，其保证智能移动机器人能成功的完成所有的操作。我们采用STM32作为智能移动机器人的控制核心。STM32能够有效的处理数据，准确进行对智能移动机器人的控制，满足我们的需求，其集融高性能、实时性、数字信号处理、低功耗、低电压于一身，同时保持高集成度和开发简易的特点。
3.2.2寻迹模块
该模块主要让智能移动机器人能按照规定的路线行走，即按照场地中的白色线路行驶。我们采用HJ-XJ4四路灰度寻线传感器作为智能移动机器人的寻迹模块，该传感器对绿底白线、黑底白线的寻迹效果很好，而且灵敏度高，抗干扰能力强，普通照明灯对其影响极小。当传感器左侧扫描到白线时，智能移动机器人向左调整位置，当右侧扫描到白线时，智能移动机器人向右调整位置，保证智能移动机器人按照线路行驶。
3.3.3电机驱动模块
电机的驱动模块主要是通过控制电机的正传、反转、减速和加速实现智能移动机器人的前后或者左右的方向选择。我们本次采用TB6612FNG电机驱动器件，其能独立的控制2个直流电机，具有很高的集成度，能够提供足够的输出能力，运行性能和能耗方面也具有优势，在集成化、小型化的电机控制系统中，是比较理想的电机驱动器件。相比L293D每通道平均600 mA的驱动电流和1.2 A的脉冲峰值电流，它的输出负载能力提高了一倍。对于PWM信号，它支持高达100 kHz的频率，相对以上2款芯片的5 kHz和40 kHz也具有较大优势。
3.3.4避障模块
避障模块是用于判断智能移动机器人前方是否有障碍物并确定智能移动机器人与障碍物的距离。为了确保智能移动机器人在行驶过程中不撞到障碍物，系统需要利用测距传感器检测出障碍物与智能移动机器人间的距离，使智能移动机器人能做出正确的动作。故此我们采用HJ-IR2红外避障模块。该模块准确度高，对于光线要求不大，适合多种环境。本次我们使用四个HJ-JR2红外避障模块，2个安装在车头，对智能移动机器人前方左右进行扫描，使智能移动机器人能顺利避开前方障碍物，2个安装在智能移动机器人左右，防止其左转或右转后碰到障碍物，4个避障能满足智能移动机器人避开大部分障碍物，针对本次比赛其使智能移动机器人能顺利走出迷宫。
4 总结
本设计的研究对象是全地形智能机器人，全地形越野智能移动机器人在各方面都具有天然优势，因为其适用用途较多，且使用场景局限较小，在市场中拥有非常广阔的发展前景，具有很高的研究价值。本文重点描述了关于本项全地形越野智能移动机器人的硬件选择以及软件系统设计，在这过程中发现全地形越野智能移动机器人在各方面都具有天然优势，因为其适用用途较多，且使用场景局限较小，在市场中拥有非常广阔的发展前景，具有很高的研究价值。