江旭 賈婷 楊超 張婷婷 沈陽(yáng)工學(xué)院信息與控制學(xué)院

基于智能i5的尋跡機(jī)器人的設(shè)計(jì)

江旭 賈婷 楊超 張婷婷 沈陽(yáng)工學(xué)院信息與控制學(xué)院

本文論述了基于單片機(jī)的智能循跡小車的控制過(guò)程。智能循跡是基于自動(dòng)引導(dǎo)機(jī)器人系統(tǒng)，用以實(shí)現(xiàn)小車自動(dòng)識(shí)別路線，以及選擇正確路線。智能循跡小車是一個(gè)運(yùn)用傳感器、單片機(jī)、電機(jī)驅(qū)動(dòng)及自動(dòng)控制等技術(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)按照預(yù)先設(shè)定的模式下，不受人為管理時(shí)能夠自動(dòng)實(shí)現(xiàn)循跡導(dǎo)航高新科技。該技術(shù)已經(jīng)應(yīng)用于無(wú)人駕駛機(jī)動(dòng)車，無(wú)人工廠，倉(cāng)庫(kù)，服務(wù)機(jī)器人等多種領(lǐng)域。

機(jī)器人尋跡i5

i5是工業(yè)化、信息化、網(wǎng)絡(luò)化、智能化、集成化(Industry、Information、Internet、Integrate、Inteligent)的有效集成。i5智能機(jī)床產(chǎn)品在不用光柵尺情況，其精度可通過(guò)補(bǔ)償優(yōu)化達(dá)到世界領(lǐng)先精度(3個(gè)μm)。i5智能機(jī)床作為基于互聯(lián)網(wǎng)智能終端，實(shí)現(xiàn)了操作、編程、維護(hù)和管理的智能化。

循跡機(jī)器人是一種能夠自動(dòng)按照給定的路線（通常采用不同顏色或者其他信號(hào)標(biāo)記來(lái)引導(dǎo)）進(jìn)行移動(dòng)的機(jī)器人，它是一個(gè)運(yùn)用傳感器、信號(hào)處理、電機(jī)驅(qū)動(dòng)及自動(dòng)控制等技術(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)路面探測(cè)、障礙檢測(cè)、信息反饋和自動(dòng)行駛技術(shù)綜合體。循跡機(jī)器人在軍事、民用和科學(xué)研究等方面已獲得了廣泛的應(yīng)用。如自動(dòng)化生產(chǎn)線的物料陪送機(jī)器人，醫(yī)院的機(jī)器人護(hù)士，商場(chǎng)的導(dǎo)游機(jī)器人等。

機(jī)器人控制系統(tǒng)硬件部分主要由5個(gè)模塊組成：控制模塊、循跡模塊、避障模塊、電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊、電源模塊。

1 控制系統(tǒng)模塊

要時(shí)時(shí)準(zhǔn)確檢測(cè)引導(dǎo)線和障礙，保證機(jī)器人準(zhǔn)確快速到達(dá)各個(gè)景點(diǎn)，為此本機(jī)器人采用ATmega128控制芯片。ATmega128為基于AVR RISC結(jié)構(gòu)8位低功耗CMOS微處理器，運(yùn)算速度快，具有多路PWM輸出，可將測(cè)速、避障等電路產(chǎn)生輸入信號(hào)進(jìn)行處理，并輸出控制信號(hào)給驅(qū)動(dòng)放大電路，從而控制電機(jī)轉(zhuǎn)速，此方式產(chǎn)生PWM信號(hào)比用定時(shí)器中斷產(chǎn)生的WM信號(hào)實(shí)時(shí)性更好，而且不會(huì)占用系統(tǒng)的定時(shí)器資源。

基于ATmega128開(kāi)發(fā)的機(jī)器人控制系統(tǒng)具有速度調(diào)節(jié)性能好、穩(wěn)定性高、功能易拓展、成本低、體積小等特點(diǎn)。

2 循跡模塊

循跡是指小車在比賽場(chǎng)地上循白色引導(dǎo)線線行走，循跡模塊采用灰度傳感器，發(fā)射管為普通LED燈，接收管為光敏三極管3DU33。工作原理為：不同顏色的物體對(duì)LED發(fā)射光反射不同的亮度，光敏三極管3DU33接收這些不同亮度的光線，就會(huì)呈現(xiàn)不同的電壓Vx。Vx輸入到比較器LM33的同相端，并與電位器設(shè)定的電壓V0相比較，當(dāng)Vx＞V0時(shí)，比較器輸出高電平，當(dāng)Vx＜v0時(shí)，比較器輸出低電平，分辨不同的兩種顏色，達(dá)到循跡的目的。

循跡機(jī)器人前后兩端均是由7個(gè)灰度傳感器組成的循跡模塊。中間三個(gè)灰度傳感器起巡線的作用，兩端的灰度傳感器起探測(cè)彎道作用，剩下兩個(gè)灰度傳感器交替進(jìn)行巡線和探測(cè)彎道。實(shí)驗(yàn)證明，這樣的灰度傳感器的布置圖，機(jī)器人循跡的效果好，且“性價(jià)比”非常高。

3 驅(qū)動(dòng)模塊

循跡避障機(jī)器人要求行走靈活、反應(yīng)快速，因此要求驅(qū)動(dòng)電機(jī)具有“轉(zhuǎn)速快、制動(dòng)及時(shí)”等特點(diǎn)。循跡避障機(jī)器人采用中鳴公司的JMP-BE-3508I驅(qū)動(dòng)板模塊，其輸入電壓為11V到24V，最大輸出電流為20A，滿足快速前進(jìn)、制動(dòng)、轉(zhuǎn)彎要求。并且電機(jī)速度達(dá)到500rpm，堵轉(zhuǎn)力矩為8KG．CM，具有很強(qiáng)的剎車功能。利用單片機(jī)四路PWM輸出信號(hào)，分別控制四個(gè)輪子的轉(zhuǎn)速。并采用“四輪驅(qū)動(dòng)”、“差速轉(zhuǎn)彎”方式實(shí)現(xiàn)機(jī)器人的前進(jìn)、后退與轉(zhuǎn)彎。

4 避障模塊

避障模塊主要使用的是紅外發(fā)射接收傳感器，當(dāng)紅外感應(yīng)避障模塊靠近物體時(shí)，輸出低電平信號(hào)；當(dāng)沒(méi)有感應(yīng)到物體時(shí)，輸出高電平信號(hào)。將該信號(hào)線接入到單片機(jī)的控制端口，控制程序就能起到探測(cè)障礙物的作用，當(dāng)在機(jī)器人行進(jìn)的路徑上就可以發(fā)現(xiàn)有障礙物并及時(shí)避開(kāi)繞行。

5 電源模塊

循跡機(jī)器人的電源模塊主要實(shí)現(xiàn)以下三大功能：1、穩(wěn)定輸出5V工作電壓。設(shè)計(jì)制作的電源模塊以7805芯片為核心，把輸入電壓截止到5V。2、提供足夠電流。7805芯片輸出電流為1．5A，而循跡機(jī)器人需要較大電流，所以我們使用了兩片7805芯片分別對(duì)控制系統(tǒng)和外部設(shè)備進(jìn)行供電。3、濾波。在7805芯片輸入、輸出端分別并聯(lián)104貼片電容和10μF電解電容，過(guò)濾高頻、低頻信號(hào)。

江旭（1995-），安徽壽縣人；賈婷(通訊作者)（1983-），女，籍貫：遼寧省錦州市，現(xiàn)沈陽(yáng)工學(xué)院信息與控制學(xué)院電子信息教研室，職稱：講師，研究方向：信號(hào)處理及控制。