復雜路線下機器人的三點三輪尋跡系統(tǒng)

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

1 硬件及電路
1．1 控制芯片
考慮到實用性和性價比，采用AT89C52單片機作為機器人的控制芯片。AT89C52是美國Atmel公司生產(chǎn)的低電壓、高性能CMOS 8位單片機，片內(nèi)含8 KB的可反復擦寫的只讀存儲器(PEROM)和256B的隨機存取數(shù)據(jù)存儲器(RAM)，32個I／O口線，3個16位定時／計數(shù)器，1個全雙工串行通行口。器件采用Atmel公司的高密度、非易失性存儲技術(shù)生產(chǎn)，與標準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越多，并取得了不錯的成績。不過，CCD傳感器價格較高，體積較大，數(shù)據(jù)處理相當復雜，因此在按既定路線行走的尋跡機器人設(shè)計中，紅外光電傳感器以其體積小、價格低、數(shù)據(jù)處理簡單而顯得更有優(yōu)勢。
紅外光電傳感器由1個紅外發(fā)射管和1個光敏二極管組成。工作時，紅外發(fā)射管發(fā)射的紅外光被被測表面反射回來，光敏二極管接收被反射光。由于被測表面的材質(zhì)不同，反射率也不一樣。當被測表面為白色時，反射光較強，光敏二極管將導通；反之，被測表面為黑色時，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范圍，若直接輸給單片機，可能導致檢測判斷錯誤。因此，需要將輸出電壓通過比較器(LM324)與預置的閾值電壓比較，然后得出一個高低電平輸給單片機。閾值電壓通過試驗測量得出，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個簡易的紅外光電傳感器。經(jīng)測試表明，性能良好，有效檢測距離為1～4 cm，滿足機器人尋跡的要求。