基于PIC單片機(jī)及傳感器的機(jī)器人設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

1前言

機(jī)器人技術(shù)是融合了機(jī)械、電子、傳感器、計(jì)算機(jī)、人工智能等許多學(xué)科的知識(shí)，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。如日本每年都要舉行諸如“NHK杯大學(xué)生機(jī)器人大賽”、“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，參加者多為學(xué)生，旨在通過(guò)大賽全面培養(yǎng)學(xué)生的動(dòng)手能力、創(chuàng)造能力、合作能力和進(jìn)取精神，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)，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)。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，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，制作了一個(gè)機(jī)器人，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，實(shí)時(shí)顯示距離。

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，白紙上畫(huà)任意黑色線條（線條不要交叉），作為機(jī)器人行走的軌跡，引導(dǎo)機(jī)器人自主行走。紙下沿黑線軌跡隨機(jī)埋藏幾片薄鐵片，鐵片厚度為0.5～1.0mm。機(jī)器人沿軌跡行走一周，探測(cè)出埋藏在紙下鐵片，發(fā)出聲光報(bào)警，并顯示鐵片距離起點(diǎn)的位置。

3 硬件設(shè)計(jì)方案

機(jī)器人總體構(gòu)成

如圖4所示，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，將它固定在機(jī)器人上，當(dāng)探測(cè)到金屬片時(shí)，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，發(fā)出聲光指示信號(hào)。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)。

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，當(dāng)磁鐵正對(duì)金屬板時(shí)，根據(jù)霍爾效應(yīng)，金屬板發(fā)生橫向?qū)?SUP>[4]，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，通過(guò)對(duì)脈沖計(jì)數(shù)進(jìn)行距離測(cè)量。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)，單片機(jī)完成脈沖數(shù)到距離的轉(zhuǎn)換。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)，可在軟件中給予補(bǔ)償。

LCD顯示

液晶顯示器以其微功耗、體積小、顯示內(nèi)容豐富、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。這里采用2行16個(gè)字的DM-162液晶模塊，通過(guò)與單片機(jī)連接，編程，完成顯示功能。

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，以單片機(jī)為控制器的核心，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，通過(guò)軟件編程，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。大量的行走實(shí)驗(yàn)證明，該機(jī)器人能夠順利路徑跟蹤和自動(dòng)糾偏自主行走，并完成探測(cè)、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)，通過(guò)單片機(jī)控制，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，易于實(shí)現(xiàn)，造價(jià)低廉，效果較好。

參考文獻(xiàn)

[1]韓建海，趙書(shū)尚，張國(guó)躍等?；?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，2003,06
[2] 姜長(zhǎng)漲，于萬(wàn)元，王冬蕾?；贏VR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，2006,02
[3] 薛艷茹，鄭冰， 郝興貞，等。基于模糊控制信息融合方法的機(jī)器人導(dǎo)航系統(tǒng)。微計(jì)算機(jī)信息，2005年第11-2期
[4] 張壽安。霍爾效應(yīng)在位置控制中的應(yīng)用。長(zhǎng)沙鐵道學(xué)院學(xué)報(bào)(社會(huì)科學(xué)版)，2005,02