復(fù)雜路線下機(jī)器人的三點(diǎn)三輪尋跡系統(tǒng)

引 言
智能尋跡機(jī)器人是一種被廣泛研究的機(jī)器人，而且國(guó)內(nèi)外都有許多重要的比賽都以尋跡機(jī)器人為核心展開(kāi)，如我國(guó)的“飛思卡爾”杯全國(guó)大學(xué)生智能車大賽，以及吸引亞太地區(qū)眾多國(guó)家參賽的亞廣聯(lián)(ABU)機(jī)器人大賽等。
所謂的復(fù)雜路線，即由小半徑彎道、各種角度折道、直道等組成的不規(guī)則導(dǎo)引線，它是相對(duì)由大半徑彎道組成、過(guò)渡平滑的簡(jiǎn)單路線而言的。筆者所設(shè)計(jì)的尋跡機(jī)器人小車，以AT89C52單片機(jī)為控制芯片，采用自制的3個(gè)紅外光電傳感器，以簡(jiǎn)單的設(shè)計(jì)、較低的成本實(shí)現(xiàn)了復(fù)雜路線下機(jī)器人的自主尋跡。

1 硬件及電路
1．1 控制芯片
考慮到實(shí)用性和性價(jià)比，采用AT89C52單片機(jī)作為機(jī)器人的控制芯片。AT89C52是美國(guó)Atmel公司生產(chǎn)的低電壓、高性能CMOS 8位單片機(jī)，片內(nèi)含8 KB的可反復(fù)擦寫(xiě)的只讀存儲(chǔ)器(PEROM)和256B的隨機(jī)存取數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器(RAM)，32個(gè)I／O口線，3個(gè)16位定時(shí)／計(jì)數(shù)器，1個(gè)全雙工串行通行口。器件采用Atmel公司的高密度、非易失性存儲(chǔ)技術(shù)生產(chǎn)，與標(biāo)準(zhǔn)MCS-51指令系統(tǒng)及8052產(chǎn)品引腳兼容。
1．2 傳感器模塊
作為尋跡機(jī)器人的“眼睛”，選擇合適的傳感器是關(guān)鍵。目前市面上可選用的傳感器主要有CCD傳感器和紅外光電傳感器兩種。近年來(lái)CCD傳感器技術(shù)已趨成熟，在近幾屆“飛思卡爾”杯智能車大賽上，采用CCD傳感器的智能車越來(lái)越多，并取得了不錯(cuò)的成績(jī)。不過(guò)，CCD傳感器價(jià)格較高，體積較大，數(shù)據(jù)處理相當(dāng)復(fù)雜，因此在按既定路線行走的尋跡機(jī)器人設(shè)計(jì)中，紅外光電傳感器以其體積小、價(jià)格低、數(shù)據(jù)處理簡(jiǎn)單而顯得更有優(yōu)勢(shì)。
紅外光電傳感器由1個(gè)紅外發(fā)射管和1個(gè)光敏二極管組成。工作時(shí)，紅外發(fā)射管發(fā)射的紅外光被被測(cè)表面反射回來(lái)，光敏二極管接收被反射光。由于被測(cè)表面的材質(zhì)不同，反射率也不一樣。當(dāng)被測(cè)表面為白色時(shí)，反射光較強(qiáng)，光敏二極管將導(dǎo)通；反之，被測(cè)表面為黑色時(shí)，光敏二極管將截止。考慮到外界環(huán)境光照等干擾因素，輸出的電壓值有一定的波動(dòng)范圍，若直接輸給單片機(jī)，可能導(dǎo)致檢測(cè)判斷錯(cuò)誤。因此，需要將輸出電壓通過(guò)比較器(LM324)與預(yù)置的閾值電壓比較，然后得出一個(gè)高低電平輸給單片機(jī)。閾值電壓通過(guò)試驗(yàn)測(cè)量得出，其電路如圖1所示。其中LED為傳感器工作指示燈，R1為閾值電壓調(diào)節(jié)電阻。

根據(jù)上述電路，自制了3個(gè)簡(jiǎn)易的紅外光電傳感器。經(jīng)測(cè)試表明，性能良好，有效檢測(cè)距離為1～4 cm，滿足機(jī)器人尋跡的要求。