而不受负载变化的影响，即给电机加一个脉冲信号，电机则转过一个步距脚。这一线性关系的存在，加上步进电机只有周期性的误差而无累积误差等特点。使得在速度、位置等控制领域用步进电机来控制变的非常的简单。但步进电机并不能象普通的直流电机，交流电机在常规下使用。它必须由双环形脉冲信号、功率驱动电路等组成控制系统方可使用。因此用好步进电机却非易事，它涉及到机械、电机、电子及计算机等许多专业知识。
方案2 交流电机分为同步电机与异步电机。异步电动机按照定子相数的不同分为单项异步电动机、两相异步电动机和三相异步电动机。三相异步电动机结构简单，运行可靠，成本低廉等优点，广泛应用于工农业生产中。同步电动机的主要运行方式有三种，可以作为发电机，电动机，和补偿机。同步电动机主要用来发电。作为电动机使用时可以调节功率因数，在不需要调速的情况下可以提高运行效率。作为补偿机器时，改变励磁电流可以改善电网功率因数，调节电网电压。然而交流电机必须携带电源线，这对于机器人来说不太方便并且由于机器人在行驶过程中需要对速度进行调整，而交流电机无法实现速度的变换。
方案3 直流减速电机转动力矩大，体积小，重量轻，装配简单，使用方便， 小车机内部装有减速齿轮组，所以并不需要考虑调速功能，很方便的就可以实现通过单片机对直流减速电机前进、后退、停止等操作。
最终方案：综上所述，本次设计选用直流电机。
2.2.2 运动方式的选择
方案1：常用的汽车结构——四轮机构 方案2：履带式结构【5】 优缺点的比较：
方案1 四轮结构是一个马达作为动力，通过变速箱驱动后轮；另一个马达转动导向轮来决定行驶方向。优点是在直道行驶速度较快、 方向和速度相互独立。 缺点为转弯半径大、驱动轮易打滑、导向轮方向不易精确控制。
方案2 履带结构是两个电机分别驱动两条履带。优点是可以在原地转动；在不平的路面上性能稳定，牵引力大。缺点为速度慢、速度和方向不能单独控制摩擦力很大； 能量损耗大，机械结构复杂。
最终方案：履带结构能适应更为复杂的环境，本设计使用履带式结构。
2.2.3电源的论证与选择
方案1：采用7.2V可充电动力电池组。 方案2：采用12V蓄电池为直流电机供电。 优缺点的比较：
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方案1 采用7.2V可充电动力电池组。动力电池组具有较强的电流驱动能力及稳定的电压输出性能，经测试在用此种供电方式下，单片机和传感器工作稳定，直流电机工作良好，且电池体积较小、可以充电、能够重复利用等，能够满足系统的要求。
方案2 采用12V蓄电池为直流电机供电，将12V电压降压、稳压后给单片机系统和其它芯片供电。蓄电池具有较强的电流驱动能力以及稳定的电压输出性能。但是蓄电池的体积过于庞大，由于车体在设计时空间有限，在小型电动车上使用极为不方便，因此放弃此方案。
最终方案：综上所述，本设计使用7.2V可充电动力电池组。 2.2.4 传动方式的选择
方案1：带传动【6】 方案2：齿轮传动 优缺点的比较：
方案1 带传动(皮带传动)的结构简单,适用于两轴中心距较大的传动场合;且传动平稳无噪声,能缓冲、吸振;过载时带将会在带轮上打滑,可防止薄弱零部件损坏,起到安全保护作用;但是不能保证精确的传动比
方案2 齿轮传动能保证瞬时传动比恒定,平稳性较高,传递运动准确可靠;传递的功率和速度范围较大且结构紧凑、工作可靠,可实现较大的传动比;传动效率高,使用寿命长;但是齿轮的制造、安装要求较高。 最终方案：综上所述，本设计使用方案2。 2.2.5 最终方案：
经过讨论，本文决定自制智能机器人，该智能机器人使用履带式结构，用采用7.2V可充电动力电池组，使用直流电机作为机器人的动力源，两个直流电机分别控制两条履带轮，通过控制直流电机可以实现小车的前进，后退以及转向等功能。
2.3视觉移动机器人控制系统设计方案
2.3.1控制系统的选择
机器人的控制系统是智能机器人的关键，相当于人类的大脑，而现在比较流行的控制器主要有PLC【7】和单片机【8】。PLC和单片机都可以作为机器人的控制系统。
PLC ( Programmable logic Controller)，可编程逻辑控制器，一种数字运算操作的电子系统，专为在工业环境应用而设计的。它采用一类可编程的存储器，用于其内部存储程序，执行逻辑运算，顺序控制，定时，计数与算术操作等面向
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用户的指令，并通过数字或模拟式输入/输出控制各种类型的机械或生产过程。PLC实质是一种专用于工业控制的计算机，其硬件结构基本上与微型计算机相同，由CPU、储存器、电源构成。
单片机是一种集成在电路芯片，是采用超大规模集成电路技术把具有数据处理能力的中央处理器CPU随机存储器RAM、只读存储器ROM、多种I/O口和中断系统、定时器/计时器等功能（可能还包括显示驱动电路、脉宽调制电路、模拟多路转换器、A/D转换器等电路）集成到一块硅片上构成的一个小而完善的计算机系统。
PLC和单片机虽然都是控制器，广泛的应用在控制系统中，但是它们依然具有不同，他们的区别为：
1.PLC控制，普遍的应用各种中大型生产设备的自动控制。
具体包括矿山，炼钢，机床，生产加工等等，应用广泛。大部分用在较大型的设备上。因为其价格较高，一般都是附加值较高的自动控制系统才会考虑。PLC的特点：可靠性高，抗干扰能力强；硬件配套齐全，功能完善，适用性强；易学易用，深受工程技术人员欢迎；系统的设计、安装、调试工作量小，维护方便，容易改造；体积小，重量轻，能耗低。
2.单片机控制，目前单片机渗透到我们生活的各个领域，仪器仪表、家用电器、医用设备、航空航天、专用设备的智能化管理及过程控制等领域，几乎很难找到哪个领域没有单片机的踪迹。单片机的特点：单片机又称单片微控制器,它不是完成某一个逻辑功能的芯片,而是把一个计算机系统集成到一个芯片上。相当于一个微型的计算机，和计算机相比，单片机只缺少了I/O设备。概括的讲：一块芯片就成了一台计算机。它的体积小、质量轻、为学习、应用和开发提供了便利条件，同时单片机的成本比PLC略微低廉，综合考虑本文决定选择单片机控制。
单片机有8位，16位，32位等，这里的位指单片机CPU每次处理能力,8位是指单片机一次可以计算8位数据,16位是指单片机一次可以计算16位数据,依次类推，在此次设计中用8位单片机完全可以完成对机器人的控制，因此本文决定选择8位单片机.
2.3.2控制器的软件设计
在归纳了移动机器人各种运动行为的基础上，本文总结了机器人的如下运动方式:
1.启动:两个电机启动。 2停止:两个电机停止转动。
3.加速:两个电机同时在现有速度基础上增加一个数量级，实现加速。
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4.减速:两个电机同时在现有速度基础上减小一个数量级，实现减速。 5.转弯:改变一个电机的转向，完成转弯后作直线运动。 6.直线运动:两个电机以相同的速度和转向运动。
这些运动覆盖了差动轮式移动系统的所有基本动作，通过一系列电机控制的组合就可以灵活地控制机器人完成它所能够做到的任何动作。当移动机器人需要做出某种动作时，车载机只须将期望动作翻译为一个电机指令序列，发布给运动控制器，运动控制器就可以按部就班地控制机器人予以完成。
2.4移动机器人的视觉系统设计方案
视觉是人类了解外部世界的重要手段【10】，在人们的日常生活中，有大量的信息都是来自于眼睛。同样,视觉系统也是机器人系统的重要组成部分之一。对于移动机器人来说，利用视觉系统获取机器人的外部信息，使机器人可以自主地规划它的行进路线，安全到达目的地并完成指定的工作任务是机器人导航研究的重要课题,它对机器人的发展具有重要的意义。
机器人的视觉系统一般包括硬件与软件两个部分【9】,前者是系统的基础,后者主要包括实现图像处理的基本算法以及一些实现人机交互的接口程序.
在本次设计中，采用的是用摄像头实时的采集道路信息，经过单片机的内部处理，来控制智能车的转向和电机的加减速。由于道路信息比较简单，只有黑白两种颜色，因此本文采用采用AT89C51单片机作为主控制器。AT89C51是一个低功耗，高性能CMOS 8位单片机，片内含8k Bytes ISP(In-system programmable)的可反复擦写1000次的Flash只读程序存储器，器件采用ATMEL公司的高密度、非易失性存储技术制造，兼容标准MCS-51指令系统及80C51引脚结构，芯片内集成了通用8位中央处理器和ISP Flash存储单元，功能强大的微型计算机的可为许多嵌入式控制应用系统供给高性价比的解决方案。且此系列的单片机可以在线编程、调试，方便地实现程序的下载与整机的调试。
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3 视觉移动机器人机械结构设计
3.1电动机的确定
从机器人是实际运动出发考虑，机器人的速度不能太快，否则会造成控制部分来不及处理和发送信号，电机【11】不能及时做出反应，机器人在行进的过程中不能实现避障功能，碰撞到障碍物而损坏的情况。因此，机器人的移动速度定为V=0.3M/S.
所以机器人电机克服摩擦力的功率
P实际=F·V
=0.5*20*9.8*0.3 =29.4W
因为机器人是两轮独立驱动，所以每个电机克服摩擦的功率是14.7W，另外考虑到启动加速、上下坡和其他自然因素，因此每个直流无刷电机的功率定位30W。进过理论和实践证实30W的直流无算电机可以驱动总载重为20KG的机器人。
进过筛选型号为BL4373DS的直流无刷电机最符合设计要求
参数名称 输出功率 额定电压 额定电流 转速 转矩 参数数值 43.39W 24V 0.27A 200rad 0.6 N/M 11
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