基于PIC單片機及傳感器的機器人設計與實(shí)現

1前言

機器人技術(shù)是融合了機械、電子、傳感器、計算機、人工智能等許多學(xué)科的知識，涉及到當今許多前沿領(lǐng)域的技術(shù)。一些發(fā)達國家已把機器人制作比賽作為創(chuàng )新教育的戰略性手段。如日本每年都要舉行諸如“NHK杯大學(xué)生機器人大賽”、“全日本機器人相撲大會(huì )”、“機器人足球賽”等各種類(lèi)型的機器人制作比賽，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)也普及智能機器人的知識.^[1]

開(kāi)展機器人的制作活動(dòng)，是培養大學(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，特別是機電專(zhuān)業(yè)學(xué)生開(kāi)展綜合知識訓練的最佳平臺。本文針對具有引導線(xiàn)環(huán)境下的路徑跟蹤這一熱點(diǎn)問(wèn)題，基于單片機控制及傳感器原理，通過(guò)硬件電路制作和軟件編程，制作了一個(gè)機器人，實(shí)現了機器人的路徑跟蹤和自動(dòng)糾偏的功能，并能探測金屬，實(shí)時(shí)顯示距離。

2機器人要完成的功能

選取一塊光滑地板或木板，上面鋪設白紙，白紙上畫(huà)任意黑色線(xiàn)條（線(xiàn)條不要交叉），作為機器人行走的軌跡，引導機器人自主行走。紙下沿黑線(xiàn)軌跡隨機埋藏幾片薄鐵片，鐵片厚度為0.5～1.0mm。機器人沿軌跡行走一周，探測出埋藏在紙下鐵片，發(fā)出聲光報警，并顯示鐵片距離起點(diǎn)的位置。

3 硬件設計方案

機器人總體構成

如圖4所示，金屬探測器使用一接近開(kāi)關(guān)，探測有效距離約為4mm，將它固定在機器人上，當探測到金屬片時(shí)，探測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。同時(shí)輸出反向后接單片機，對探測到的金屬片個(gè)數進(jìn)行計數。

霍爾元件測距設計

霍爾集成片內部由三片霍爾金屬板組成，當磁鐵正對金屬板時(shí)，根據霍爾效應，金屬板發(fā)生橫向導通^[4]，因此可以在車(chē)輪上安裝磁片，而將霍爾集成片安裝在固定軸上，通過(guò)對脈沖計數進(jìn)行距離測量。小車(chē)后輪每轉一圈，霍爾元件產(chǎn)生的脈沖送入單片機的T0口進(jìn)行計數，單片機完成脈沖數到距離的轉換。在后輪安裝一個(gè)磁極，測量誤差是一個(gè)車(chē)輪的周長(cháng)，可在軟件中給予補償。

LCD顯示

液晶顯示器以其微功耗、體積小、顯示內容豐富、超薄輕巧的諸多優(yōu)點(diǎn)，在袖珍式儀表和低功耗應用系統中得到越來(lái)越廣泛的應用。這里采用2行16個(gè)字的DM-162液晶模塊，通過(guò)與單片機連接，編程，完成顯示功能。

4 系統軟件流程

系統軟件流程如圖5所示。

圖5 系統軟件流程圖

5 結論

本文基于單片機及傳感器原理，以單片機為控制器的核心，小型直流電機作為驅動(dòng)元件，配置不同類(lèi)型的傳感器，通過(guò)軟件編程，制作出了一個(gè)價(jià)格低廉、模塊化結構的小型機器人。大量的行走實(shí)驗證明，該機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、顯示等功能。

本文作者創(chuàng )新點(diǎn)：本文針對具有引導線(xiàn)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)單片機控制，實(shí)現了機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，造價(jià)低廉，效果較好。

參考文獻

[1]韓建海，趙書(shū)尚，張國躍等?；?PIC 單片機的六足機器人制作。機器人技術(shù)與應用，2003,06
[2] 姜長(cháng)漲，于萬(wàn)元，王冬蕾?；贏(yíng)VR單片機的直流電動(dòng)機的PWM調速系統設計。儀器儀表用戶(hù)，2006,02
[3] 薛艷茹，鄭冰， 郝興貞，等?；谀：刂菩畔⑷诤戏椒ǖ臋C器人導航系統。微計算機信息，2005年第11-2期
[4] 張壽安?；魻栃谖恢每刂浦械膽?。長(cháng)沙鐵道學(xué)院學(xué)報(社會(huì )科學(xué)版)，2005,02