1 前　言

　　機(jī)器人技術(shù)是融合了機(jī)械燥箍、電子景鼠、傳感器葛菇、計(jì)算機(jī)从媚、人工智能等許多學(xué)科的知識(shí)逞泄，涉及到當(dāng)今許多前沿領(lǐng)域的技術(shù)。一些發(fā)達(dá)國(guó)家已把機(jī)器人制作比賽作為創(chuàng)新教育的戰(zhàn)略性手段拜效。如日本每年都要舉行諸如“NHK杯大學(xué)生機(jī)器人大賽”喷众、“全日本機(jī)器人相撲大會(huì)”、“機(jī)器人足球賽”等各種類型的機(jī)器人制作比賽紧憾，參加者多為學(xué)生到千，旨在通過(guò)大賽全面培養(yǎng)學(xué)生的動(dòng)手能力甥鼠、創(chuàng)造能力、合作能力和進(jìn)取精神稻诚，同時(shí)也普及智能機(jī)器人的知識(shí).[1]

　　開(kāi)展機(jī)器人的制作活動(dòng)岭笔，是培養(yǎng)大學(xué)生的創(chuàng)新精神和實(shí)踐能力的最佳實(shí)踐活動(dòng)之一，特別是機(jī)電專業(yè)學(xué)生開(kāi)展綜合知識(shí)訓(xùn)練的最佳平臺(tái)辖狞。本文針對(duì)具有引導(dǎo)線環(huán)境下的路徑跟蹤這一熱點(diǎn)問(wèn)題钻国，基于單片機(jī)控制及傳感器原理，通過(guò)硬件電路制作和軟件編程岳散，制作了一個(gè)機(jī)器人节立，實(shí)現(xiàn)了機(jī)器人的路徑跟蹤和自動(dòng)糾偏的功能，并能探測(cè)金屬眠煮，實(shí)時(shí)顯示距離患并。

　　2 機(jī)器人要完成的功能

　　選取一塊光滑地板或木板，上面鋪設(shè)白紙茴审，白紙上畫任意黑色線條(線條不要交叉)破溺，作為機(jī)器人行走的軌跡，引導(dǎo)機(jī)器人自主行走躁绸。紙下沿黑線軌跡隨機(jī)埋藏幾片薄鐵片裕循，鐵片厚度為0.5～1.0mm。機(jī)器人沿軌跡行走一周净刮，探測(cè)出埋藏在紙下鐵片剥哑，發(fā)出聲光報(bào)警，并顯示鐵片距離起點(diǎn)的位置淹父。

　　3 硬件設(shè)計(jì)方案

　　機(jī)器人總體構(gòu)成

　　圖1機(jī)器人總體構(gòu)成

　　如圖1所示株婴，以微處理器為核心，接受傳感器傳來(lái)外部信息暑认，進(jìn)行處理困介，控制機(jī)器人的運(yùn)行。
　　系統(tǒng)電源供電部分

　　由于機(jī)器人電機(jī)蘸际，傳感器及系統(tǒng)CPU等部分均采用+5V供電座哩，考慮電動(dòng)車功率和車載質(zhì)量及摩擦阻力問(wèn)題，電源我們采用電動(dòng)車自帶干電池組粮彤，功耗小根穷、體積小和質(zhì)量輕，安裝較為方便蓝漏。

　　電機(jī)驅(qū)動(dòng)及PWM調(diào)速部分

　　機(jī)器人需控制在一個(gè)合適的速度行駛崩侠，速度太快财饥，因單片機(jī)對(duì)各傳感器傳來(lái)的信號(hào)有一個(gè)響應(yīng)叫逸、處理時(shí)間，小車極易偏離軌道久泞。小車的速度是由后輪直流電機(jī)轉(zhuǎn)速控制，改變直流電機(jī)轉(zhuǎn)速通常采用調(diào)壓奖放、調(diào)磁等方式來(lái)實(shí)現(xiàn)淡藻。其中，調(diào)壓方式原理簡(jiǎn)單砚粒，易與實(shí)現(xiàn)缔沐。

　采用由晶體管組成的H型PWM調(diào)制電路。通過(guò)圖2所示PWM調(diào)制電路益柳，用單片機(jī)控制晶體管使之工作在占空比可調(diào)狀態(tài)尊陪，實(shí)現(xiàn)調(diào)速。

圖2 電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路

　　令單片機(jī)P1.7口為低電平捕谢，P1.6口為高電平段物，此時(shí)Q1、Q4導(dǎo)通轧简，Q2驰坊、Q3截止，電動(dòng)機(jī)正常工作哮独。改變P1.6口高電平周期拳芙，即改變PWM調(diào)制脈沖占空比，可以實(shí)現(xiàn)精確調(diào)速皮璧。脈沖頻率對(duì)電機(jī)轉(zhuǎn)速有影響舟扎，脈沖頻率高連續(xù)性好，但帶負(fù)載能力差;脈沖頻率低則反之[2]悴务。經(jīng)實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)睹限，脈沖頻率在30Hz以上，電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)平穩(wěn)惨寿，但小車行駛時(shí)，由于摩擦力使電機(jī)轉(zhuǎn)速降低很快删窒，甚至停轉(zhuǎn);脈沖頻率在10Hz以下裂垦，電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)有跳躍現(xiàn)象，實(shí)驗(yàn)證明脈沖頻率在25～35Hz效果最佳很撩。我們選取脈沖頻率為30Hz吝蔽。

　　引導(dǎo)線檢測(cè)模塊

　　根據(jù)白紙和黑線反射系數(shù)不同，通過(guò)以光電傳感器為核心的光電檢測(cè)電路將路面兩種顏色進(jìn)行區(qū)分咨只，轉(zhuǎn)化為不同電平信號(hào)超肃，將此電平信號(hào)送單片機(jī)，由單片機(jī)控制轉(zhuǎn)向電機(jī)作相應(yīng)的轉(zhuǎn)向，保證小車沿引導(dǎo)線行駛佳绩⊥任埃考慮到小車與路面的相對(duì)位置，采用反射式光電檢測(cè)電路舰搜。

　　紅外光電傳感器TCRT1000芬过，它是一種光電子掃描，光電二極管發(fā)射蚪桐，三極管接收并輸出的裝置 .它的特點(diǎn)是尺寸小佣今、使用方便、信號(hào)高輸出紫侵、工作狀態(tài)受溫度影響小靠汁。它的外圍電路簡(jiǎn)單，(如圖3所示)闽铐。二極管的C端和三極管的E端接地蝶怔，二極管的A端通過(guò)一電阻和電源相接，組成偏置電流電路;三極管的C端也通過(guò)一電阻和電源相接阳啥，組成輸出電路添谊。當(dāng)檢測(cè)器檢測(cè)到白色時(shí)，其輸出低電平;當(dāng)檢測(cè)到黑色時(shí)察迟，則輸出高電平斩狱。

　　為提高檢測(cè)精度，采用了多傳感器信息融合技術(shù)扎瓶。設(shè)計(jì)中所踊，在車頭均勻布置三個(gè)光電傳感器，其中概荷，中間一個(gè)(Q1)安裝在小車正中央秕岛。Q1的輸出經(jīng)一級(jí)比較器和非門，接單片

圖3 光電檢測(cè)轉(zhuǎn)換電路

　　機(jī)的P1.3腳.Q1左右兩端分別布置一個(gè)傳感器误证，經(jīng)與圖3相同的電路后也連接到單片機(jī)P1口继薛。若兩側(cè)某一傳感器檢測(cè)到黑線，表明小車正脫離軌道棕凉，將3個(gè)檢測(cè)點(diǎn)的結(jié)果融合后作為單片機(jī)的輸入灯彩，機(jī)器人按照單片機(jī)P1口信息進(jìn)行判斷調(diào)整，實(shí)現(xiàn)路徑跟蹤和自動(dòng)糾偏[3]桃镐。

　　金屬探測(cè)部分

圖4 金屬探測(cè)電路

　　如圖4所示阵蔚，金屬探測(cè)器使用一接近開(kāi)關(guān)，探測(cè)有效距離約為4mm杈鸵，將它固定在機(jī)器人上扶免，當(dāng)探測(cè)到金屬片時(shí)努墩，探測(cè)器輸出端輸出低電平，經(jīng)反向器后接一發(fā)光二極管和一蜂鳴器紧视，發(fā)出聲光指示信號(hào)引晌。同時(shí)輸出反向后接單片機(jī)，對(duì)探測(cè)到的金屬片個(gè)數(shù)進(jìn)行計(jì)數(shù)醉装。

　　霍爾元件測(cè)距設(shè)計(jì)

　　霍爾集成片內(nèi)部由三片霍爾金屬板組成辕芳，當(dāng)磁鐵正對(duì)金屬板時(shí)，根據(jù)霍爾效應(yīng)宵睦，金屬板發(fā)生橫向?qū)╗4]记罚，因此可以在車輪上安裝磁片，而將霍爾集成片安裝在固定軸上壳嚎，通過(guò)對(duì)脈沖計(jì)數(shù)進(jìn)行距離測(cè)量桐智。小車后輪每轉(zhuǎn)一圈，霍爾元件產(chǎn)生的脈沖送入單片機(jī)的T0口進(jìn)行計(jì)數(shù)烟馅，單片機(jī)完成脈沖數(shù)到距離的轉(zhuǎn)換说庭。在后輪安裝一個(gè)磁極，測(cè)量誤差是一個(gè)車輪的周長(zhǎng)郑趁，可在軟件中給予補(bǔ)償刊驴。

　　LCD顯示

　　液晶顯示器以其微功耗、體積小寡润、顯示內(nèi)容豐富捆憎、超薄輕巧的諸多優(yōu)點(diǎn)，在袖珍式儀表和低功耗應(yīng)用系統(tǒng)中得到越來(lái)越廣泛的應(yīng)用梭纹。 這里采用2行16個(gè)字的DM-162液晶模塊躲惰，通過(guò)與單片機(jī)連接，編程晶襟，完成顯示功能驳达。

4 系統(tǒng)軟件流程

　　系統(tǒng)軟件流程如圖5所示。

圖5 系統(tǒng)軟件流程圖

　　5 結(jié)論

　　本文基于單片機(jī)及傳感器原理笼肴，以單片機(jī)為控制器的核心缆瑟，小型直流電機(jī)作為驅(qū)動(dòng)元件，配置不同類型的傳感器峦爪，通過(guò)軟件編程嫁慌，制作出了一個(gè)價(jià)格低廉、模塊化結(jié)構(gòu)的小型機(jī)器人辱得。大量的行走實(shí)驗(yàn)證明局该，該機(jī)器人能夠順利路徑跟蹤和自動(dòng)糾偏自主行走抡杈，并完成探測(cè)沉享、顯示等功能。

　　本文作者創(chuàng)新點(diǎn)：本文針對(duì)具有引導(dǎo)線環(huán)境下的路徑跟蹤這一熱點(diǎn)問(wèn)題，采用多傳感器信息融合技術(shù)顶质，通過(guò)單片機(jī)控制淮超，實(shí)現(xiàn)了機(jī)器人的路徑跟蹤和自動(dòng)糾偏的功能，方法簡(jiǎn)單旺订，易于實(shí)現(xiàn)弄企，造價(jià)低廉，效果較好区拳。

　　參考文獻(xiàn)

　　[1]韓建海拘领，趙書(shū)尚，張國(guó)躍等樱调≡妓兀基于 PIC 單片機(jī)的六足機(jī)器人制作。機(jī)器人技術(shù)與應(yīng)用笆凌，2003,06

　　[2] 姜長(zhǎng)漲圣猎，于萬(wàn)元，王冬蕾乞而∷突冢基于AVR單片機(jī)的直流電動(dòng)機(jī)的PWM調(diào)速系統(tǒng)設(shè)計(jì)。儀器儀表用戶爪模，2006,02

　　[3] 薛艷茹欠啤，鄭冰， 郝興貞散烂，等巾妖。基于模糊控制信息融合方法的機(jī)器人導(dǎo)航系統(tǒng)变钙。微計(jì)算機(jī)信息牵梗，2005年第11-2期

　　[4] 張壽安』影簦霍爾效應(yīng)在位置控制中的應(yīng)用仓脓。長(zhǎng)沙鐵道學(xué)院學(xué)報(bào)(社會(huì)科學(xué)版)，2005,02

聲明：本網(wǎng)站所收集的部分公開(kāi)資料來(lái)源于互聯(lián)網(wǎng)芭惠，轉(zhuǎn)載的目的在于傳遞更多信息及用于網(wǎng)絡(luò)分享锨间，并不代表本站贊同其觀點(diǎn)和對(duì)其真實(shí)性負(fù)責(zé)，也不構(gòu)成任何其他建議弦离。本站部分作品是由網(wǎng)友自主投稿和發(fā)布婿芝、編輯整理上傳，對(duì)此類作品本站僅提供交流平臺(tái)棵章，不為其版權(quán)負(fù)責(zé)挨让。如果您發(fā)現(xiàn)網(wǎng)站上所用視頻枚冗、圖片、文字如涉及作品版權(quán)問(wèn)題蛇损，請(qǐng)第一時(shí)間告知赁温，我們將根據(jù)您提供的證明材料確認(rèn)版權(quán)并按國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)支付稿酬或立即刪除內(nèi)容，以保證您的權(quán)益淤齐！聯(lián)系電話：010-58612588 或 Email:editor@mmsonline.com.cn股囊。