陳帥俊 賴海軍

摘 要： 當(dāng)今時(shí)代，伴隨著科技的高速發(fā)展，我們對(duì)機(jī)器人在智能化和人性化、可靠化等方面提出了更高的發(fā)展要求，其中最重要的是屬于自動(dòng)控制技術(shù)中的單片機(jī)控制技術(shù)。本文對(duì)上述的問題進(jìn)行了分析，分析了AI機(jī)器人的控制系統(tǒng)的組成，并對(duì)各個(gè)控制系統(tǒng)與單片機(jī)的聯(lián)系進(jìn)行分析，描述了單片機(jī)技術(shù)在AI機(jī)器人控制系統(tǒng)中實(shí)現(xiàn)的功能。

關(guān)鍵詞： AI機(jī)器人;單片機(jī);控制系統(tǒng);應(yīng)用

引言：

在當(dāng)今這個(gè)時(shí)代潮流中，無論是國際上的趨勢(shì)變化，還是地區(qū)上的發(fā)展要求，人工智能（AI）的相關(guān)產(chǎn)品越來越受企業(yè)和消費(fèi)者的歡迎。人工智能機(jī)器人無疑是機(jī)器人學(xué)中最令人興奮的領(lǐng)域，是機(jī)器人與AI之間的橋梁，是由AI程序控制的機(jī)器人。[1]現(xiàn)在，人工智能機(jī)器人也逐漸出現(xiàn)在我們的視野中，例如一些會(huì)開門、能跑步、而且還能負(fù)重走過灌木叢的機(jī)器狗，能后空翻的雙足機(jī)器人等。這些AI機(jī)器人讓我們?nèi)绱苏痼@無非是由于它們流暢的動(dòng)作，而這些機(jī)器人的動(dòng)作能夠流暢的完成，離不開單片機(jī)的應(yīng)用。運(yùn)用單片機(jī)來進(jìn)行對(duì)AI機(jī)器人的控制，從而做出各種復(fù)雜的動(dòng)作。本文基于單片機(jī)在AI機(jī)器人上的應(yīng)用展開具體的分析。

一、AI機(jī)器人的定義及其控制系統(tǒng)的組成

關(guān)于AI機(jī)器人的定義，智能機(jī)器人是能夠借助有人工使機(jī)器具備識(shí)別能力、學(xué)習(xí)能力、抽象思維能力、環(huán)境適應(yīng)能力等功能而確定自身行動(dòng)的機(jī)器人。作為面向未來的現(xiàn)代化技術(shù)，AI機(jī)器人技術(shù)涉及許多學(xué)科，有傳感器、計(jì)算機(jī)、通訊、控制、人工智能、微電子等技術(shù)學(xué)科，還有仿生學(xué)、材料科學(xué)、數(shù)學(xué)方法等諸多學(xué)科。

二、單片機(jī)與AI機(jī)器人各控制系統(tǒng)的連接技術(shù)

2.1 驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)

驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)是AI機(jī)器人系統(tǒng)中的動(dòng)力控制部分。單片機(jī)技術(shù)主要通過芯片集成的驅(qū)動(dòng)模塊來實(shí)現(xiàn)AI機(jī)器人的驅(qū)動(dòng)控制。為了實(shí)現(xiàn)控制AI機(jī)器人的驅(qū)動(dòng)，要對(duì)較弱的電流信號(hào)進(jìn)行加強(qiáng)和放大，還要對(duì)驅(qū)動(dòng)繼電器裝置進(jìn)行控制進(jìn)而來操作電機(jī)。在驅(qū)動(dòng)模塊中加入了三極管，可以有效地保護(hù)基極和放大電流。而其中有一種自動(dòng)開關(guān)繼電器存在于驅(qū)動(dòng)模塊中，它可以保護(hù)和轉(zhuǎn)換電路，并能最終實(shí)現(xiàn)操作機(jī)器向前、向后等簡(jiǎn)單動(dòng)作?；趩纹瑱C(jī)技術(shù)的驅(qū)動(dòng)模塊電路的優(yōu)點(diǎn)是不但實(shí)現(xiàn)了驅(qū)動(dòng)電機(jī)的正常工作，而且輸入驅(qū)動(dòng)電流信號(hào)不會(huì)影響其他控制系統(tǒng)的正常工作，從而保證了AI機(jī)器人完成的運(yùn)動(dòng)具有更高的準(zhǔn)確性和有效性。

2.2 視覺控制系統(tǒng)

AI機(jī)器人的視覺系統(tǒng)，原理就是和人眼的視覺捕捉和識(shí)別功能一樣，將獲取的外界環(huán)境物體的圖像進(jìn)行分析解釋，然后轉(zhuǎn)換為AI機(jī)器人能夠識(shí)別的計(jì)算機(jī)語言，從而辨識(shí)物體。AI機(jī)器人在實(shí)際運(yùn)動(dòng)時(shí)的過程中，是通過定位傳感器實(shí)時(shí)定位，然后位置信息被轉(zhuǎn)換接收后傳入到單片機(jī)中。單片機(jī)將收到的信號(hào)與最初的信號(hào)進(jìn)行對(duì)比，根據(jù)相應(yīng)的計(jì)算分析，將得到的信號(hào)以不同的頻率輸送給驅(qū)動(dòng)電機(jī)，電機(jī)會(huì)根據(jù)輸入信號(hào)的頻率不同進(jìn)行自動(dòng)調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速，這樣AI機(jī)器人就能夠自己根據(jù)環(huán)境的變化改變方向行走。

2.3 地面探測(cè)系統(tǒng)

人的聽覺功能被地面探測(cè)系統(tǒng)所借鑒，AI機(jī)器人通過將接收到聲音信號(hào)轉(zhuǎn)化成能識(shí)別的機(jī)器人語言來執(zhí)行指令。在AI機(jī)器人中安裝亞超聲模塊可以模擬人類的聽覺功能。為了使模擬時(shí)觸發(fā)到單片機(jī)上的控制模塊（用于亞超聲信號(hào)的接收），特意設(shè)計(jì)了光電開關(guān)在開關(guān)模塊上。為了保持位于單片機(jī)上的開關(guān)，控制開關(guān)所默認(rèn)接收的信號(hào)為低電平新號(hào)。亞超聲接收電路原理。

2.4 校正步伐系統(tǒng)

單片機(jī)校正步伐系統(tǒng)可以使AI機(jī)器人正常行走，如果該控制系統(tǒng)受到疊加連續(xù)的信號(hào)，說明AI機(jī)器人前后步伐不協(xié)調(diào)，需要立即通過校正步伐系統(tǒng)對(duì)AI機(jī)器人的行走進(jìn)行校正操作。而導(dǎo)致AI機(jī)器人兩只腳的行走腳步不相同的直接原因是：兩只腳的一般轉(zhuǎn)動(dòng)速率不相同。AI機(jī)器人在實(shí)際運(yùn)動(dòng)之中出現(xiàn)前后左右協(xié)調(diào)步伐紊亂的現(xiàn)象，就只能借助校正步伐系統(tǒng)（主要是通過光電耦合器實(shí)現(xiàn)的）才能進(jìn)行糾正。步伐校正電路原理，該系統(tǒng)的應(yīng)用使AI機(jī)器人有自我調(diào)整錯(cuò)誤的能力，防止驅(qū)動(dòng)電機(jī)不同步導(dǎo)致的步伐錯(cuò)誤。[3]

2.5 語言系統(tǒng)

AI機(jī)器人語言系統(tǒng)的里應(yīng)用的單片機(jī)芯片可以對(duì)聲音進(jìn)行錄制和播放。在應(yīng)用過程中，只要控制端口就可以實(shí)現(xiàn)對(duì)語音模塊的控制操作[4]。基于單片機(jī)的語言系統(tǒng)的廣泛應(yīng)用，使得在操作過程中AI機(jī)器人系統(tǒng)能夠及時(shí)發(fā)現(xiàn)出現(xiàn)的各種錯(cuò)誤，從而保障機(jī)器人控制系統(tǒng)的正常運(yùn)行。

2.6 觸覺系統(tǒng)

AI機(jī)器人的觸覺系統(tǒng)是模擬的人類對(duì)于外界物體的碰觸感知能力。觸覺傳感器安裝在機(jī)器人的手臂等位置。AI機(jī)器人手臂沒有碰到障礙物體時(shí)，開關(guān)處于常開狀態(tài)，一旦AI機(jī)器人手臂碰到障礙物體，開關(guān)由于受力而閉合，與之相連的單片機(jī)就可以對(duì)其做出反應(yīng)。[5]而這種單片機(jī)是根據(jù)控制端口電平的高低來實(shí)現(xiàn)對(duì)外部物體的觸覺感知。

2.7 紅外測(cè)距系統(tǒng)

機(jī)器人的紅外測(cè)距系統(tǒng)主要由單片機(jī)和與之相連的紅外發(fā)射和接收裝置組成，是視覺控制系統(tǒng)的補(bǔ)充。紅外測(cè)距系統(tǒng)中的紅外發(fā)射裝置發(fā)出紅外光，當(dāng)紅外光遇到障礙物時(shí)會(huì)發(fā)生反射，接收裝置接收反射回來的紅外光，通過相應(yīng)的計(jì)算分析，將距離信號(hào)傳輸給單片機(jī)，來控制AI機(jī)器人是繼續(xù)前進(jìn)或者停止，從而使得機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)行走更為可靠[6]。

三、單片機(jī)技術(shù)在AI機(jī)器人控制系統(tǒng)中實(shí)現(xiàn)的功能

單片機(jī)控制技術(shù)可以實(shí)現(xiàn)AI機(jī)器人的智能行走和各種感觀功能。在啟動(dòng)后，我們可以通過語音給機(jī)器人發(fā)出“搜索目標(biāo)”類似的指令，AI機(jī)器人就能做出反應(yīng)，當(dāng)機(jī)器人找到指定目標(biāo)時(shí)，系統(tǒng)會(huì)通過語言系統(tǒng)提示“發(fā)現(xiàn)目標(biāo)”，同時(shí)朝著指定的目標(biāo)進(jìn)行移動(dòng);當(dāng)機(jī)器人在前進(jìn)移動(dòng)過程中發(fā)現(xiàn)障礙物體時(shí)，會(huì)通過相應(yīng)的視覺控制系統(tǒng)和紅外測(cè)距系統(tǒng)，測(cè)量障礙物體與機(jī)器人之間的相對(duì)位置，以改變路線，避讓障礙物;如果機(jī)器人在行走過程中碰到障礙物，觸覺系統(tǒng)會(huì)觸發(fā)，同時(shí)會(huì)激發(fā)語言系統(tǒng)操作，發(fā)出相應(yīng)的語音提示，向控制人員報(bào)告相應(yīng)的情況;如果前方路段出現(xiàn)無法行走的情況，系統(tǒng)會(huì)發(fā)出相應(yīng)的語音警告并且做出后退或停止的操作;一旦機(jī)器人在行走過程中發(fā)生步伐錯(cuò)誤，校正步伐系統(tǒng)會(huì)啟動(dòng)，糾正電機(jī)的不同步問題，保障機(jī)器人的正常行走[7]。

四、結(jié)語

單片機(jī)技術(shù)廣泛應(yīng)用于工業(yè)控制、智能儀器、機(jī)電產(chǎn)品、家用電器等領(lǐng)域，是自動(dòng)控制技術(shù)的核心之一。[8]因?yàn)閱纹瑱C(jī)技術(shù)在機(jī)器人控制系統(tǒng)中的廣泛應(yīng)用，所以提高了機(jī)器人的穩(wěn)定性。當(dāng)前，我國AI對(duì)單片機(jī)技術(shù)機(jī)器人控制系統(tǒng)中的運(yùn)用還處在起步階段，隨著單片機(jī)控制技術(shù)的不斷發(fā)展和完善，智能機(jī)器人的發(fā)展也將實(shí)現(xiàn)質(zhì)的飛躍。

參考文獻(xiàn)

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[2]楊國君 單片機(jī)技術(shù)在機(jī)器人智能控制系統(tǒng)的協(xié)調(diào)運(yùn)用[J]智能應(yīng)用2018.02.27.

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[4]邱寄帆 基于分布式控制系統(tǒng)的輪式智能機(jī)器人研究[J]微計(jì)算機(jī)信息，2006 （ 22）：33-35.

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