学术争鸣 262 2016 年 8 月 10 学术争鸣 简易机器人设计与实践 王 莉 天津市和平区职工中等专业学校,天津 300000 摘要：伴随着微电子技术的快速发展，微处理器的集成程度越来越高，计算机技术和单片机技术、控制技术深入融合起来，可以构建简易机器人。本设计提出一种简易机器人的设计,采用单片机为控制核心,控制电机运行的速度和方向,从而实现运行控制和机械手控制功能。 关键词：简易机器人；机器人设计；设计实践 中图分类号：TP242 文献标识码：A 文章编号：1671-5861(2016)08-0262-01 机器人技术属于 20 世纪人类伟大发明之一，从上世纪60 年代问世以来，历经多年...
学术争鸣 262 2016 年 8 月 10 学术争鸣 简易机器人设计与实践 王 莉 天津市和平区职工中等专业学校,天津 300000 摘要：伴随着微电子技术的快速发展，微处理器的集成程度越来越高，计算机技术和单片机技术、控制技术深入融合起来，可以构建简易机器人。本设计提出一种简易机器人的设计,采用单片机为控制核心,控制电机运行的速度和方向,从而实现运行控制和机械手控制功能。 关键词：简易机器人；机器人设计；设计实践 中图分类号：TP242 文献标识码：A 文章编号：1671-5861(2016)08-0262-01 机器人技术属于 20 世纪人类伟大发明之一，从上世纪60 年代问世以来，历经多年发展，目前取得显著成绩。目前，全世界机器人保有量超过 150 万台，庞大的机器人阵营为工业生产、医疗、探险、救援等方面提供特殊服务。其中简易机器人占据大部分。简易机器人的设计对促进自动化技术的深入应用具有重要意义。 1 简易机器人系统设计概述 由单片机组建的简易机器人结构相对简单,价格便宜。一般分为控制与机械两大部分。机械包括机体结构、动力装置、传动机构和执行机构等;控制包括单片机系统及其软件、传感器及其电路、控制驱动电路等。 本设计提出一种简易机器人的设计,主体机械部分设计成小车的模型,控制部分采用 51 单片机为控制核心,通过外加传感器检测路面信息,利用脉宽调制技术控制电机的转向和转速,实现避障和寻迹功能,电路结构简单,可靠性能高。P0 口用于数码管显示,P1 口用于电动机的 PWM 驱动控制,P2,P3 口用于传感器的数据采集与中断控制。这样做的优点是:充分利用了单片机的内部资源,降低了总体设计的成本。 2 简易机器人的设计和实践 2.1 机械部分设计 本设计的车体有两个轮子,外加一个万向轮,也这样相对好控制一点。车体上附带有电池盒,预备装 4 个五号电池,这样运行起来方便一些。 2.2 单片机系统设计 本该设计采用 AT89S52 单片机为控制核心,通过控制伺服电机来控制小车转向及速度,利用传感器检测道路上的障碍进行避障处理,此外小车还可以预定的黑线轨迹行走。 单片机工作电路:单片机采用最小系统模式,通过控制信号线来调节信号的占空比,使得电机的转角不同,从而实现行进方向的调整。直流电机转动力矩大,体积小,重量轻,装配简单,使用方便。 2.3 传感器及其电路 寻迹模块电路:利用红外传感器对路面进行检测,检测信号经过比较、分析处理再由单片机发出相应的指令驱动电机,从而控制整个小车的运动状况。 寻迹原理采用红外探测法,即利用红外线在不同颜色的物体表面具有不同的反射性的特点,在小车行驶过程中不断地向地面发射红外光,当红外光遇到白色纸质地板时发生漫反射,反射光被装在小车上的接收管接收;如果遇到黑线则红外光被吸收,接收管接收不到红外光。单片机就是否收到反射回来的红外光为依据来确定黑线的位置和小车的行走路线。红外探测器探测距离有限,一般最大不应超过 3cm。ST系列 ST168 集成红外探头价格便宜、体积小、试用方便、性能可靠、用途广泛、并且其内部结构和外接电路都较为简单。本设计可采用三个 ST168,分别装在小车下部的左、中、右,检测三个方向的路面情况,从而较精确的实现寻迹。 避障模块电路:采用两对红外发光二极管与接收头。本设计选择光电一体接收头芯片型号为 HS0038。 HS0038 的引脚接线方法:元件的有凸槽的一面向前,从左往右,依次为引脚 1 接信号,引脚 2 接地,引脚 3 接电源。两个红外接收电路的输出分别接在单片机的 I/O 引脚上。 2.4 控制驱动电路 电机驱动电路:采用直流伺服电机,伺服电机有电源线,信号线和地线三个引脚。信号线与单片机直接相接,通过单片机的输出信号来控制电机转速及转向。利用直流伺服电动机具有良好的线性调节特性及快速的时间响应。 电源模块电路:直接采用一片 lm2940,它属于固定稳压电路,内有过流,过热,过载保护,可将电压降至 5V,稳压后给单片机系统和其他芯片供电. 2.5 软件设计 编译软件利用 KEIL C,避障部分的子程序如下: int obstacle_avoidance(void) {}{ bit irDetectLeft,irDetectRight; do {}{ IRLaunch(R); irDetectRight = RightIR;//右边接收 IRLaunch(L); irDetectLeft = LeftIR;//左边接收 if((irDetectLeft==0)&&(irDetectRight==0)) {}{// 向后退 pulseLeft=1300; pulseRight=1700; } else if((irDetectLeft==0)&&(irDetectRight==1)) {}{// 向右转 pulseLeft=1700; pulseRight=1700; } else if((irDetectLeft==1)&&(irDetectRight==0)) {}{// 向左转 pulseLeft=1300; pulseLeft=1300; } else //前进 {}{ pulseLeft=1700; pulseRight=1300; } P1_1=1; delay_nus( pulseLeft); P1_1=0; P1_0=1; delay_nus( pulseRight); P1_0=0; delay_nms(20); } while(1); 3 结语 本文重点介绍了一种轮式简易机器人的设计,利用AT89S52 单片机为核心,结合传感器检测轨迹及路面信息,实时控制电机转速和转向从而实现寻迹和避障的功能,电路结构简单,可靠性能高。 参考文献 [1]张小冰,陈卫东,曹其新等.面向服务机器人的简易编程环境设计[J].上海交通大学学报,2007,41(11):1811-1815. [2]侯义锋.基于 ATmega128 砂糖橘简易采摘机器人的设计[J].测控技术,2013,32(3):49-52,56 [3]李本印,马军忠.基于 SCM 简易寻迹机器人设计[J].陇东学院学报,2010,21(5):43-46