基于PIC單片機及傳感器的機器人設計與實現(xiàn)

1前言

機器人技術是融合了機械、電子、傳感器、計算機、人工智能等許多學科的知識，涉及到當今許多前沿領域的技術。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(zhàn)略性手段。如日本每年都要舉行諸如“NHK杯大學生機器人大賽”、“全日本機器人相撲大會”、“機器人足球賽”等各種類型的機器人制作比賽，參加者多為學生，旨在通過大賽全面培養(yǎng)學生的動手能力、創(chuàng)造能力、合作能力和進取精神，同時也普及智能機器人的知識.^[1]

開展機器人的制作活動，是培養(yǎng)大學生的創(chuàng)新精神和實踐能力的最佳實踐活動之一，特別是機電專業(yè)學生開展綜合知識訓練的最佳平臺。本文針對具有引導線環(huán)境下的路徑跟蹤這一熱點問題，基于單片機控制及傳感器原理，通過硬件電路制作和軟件編程，制作了一個機器人，實現(xiàn)了機器人的路徑跟蹤和自動糾偏的功能，并能探測金屬，實時顯示距離。

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，白紙上畫任意黑色線條（線條不要交叉），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關，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，探測器輸出端輸出低電平，經反向器后接一發(fā)光二極管和一蜂鳴器，發(fā)出聲光指示信號。同時輸出反向后接單片機，對探測到的金屬片個數進行計數。

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，根據霍爾效應，金屬板發(fā)生橫向導通^[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，通過對脈沖計數進行距離測量。小車后輪每轉一圈，霍爾元件產生的脈沖送入單片機的T0口進行計數，單片機完成脈沖數到距離的轉換。在后輪安裝一個磁極，測量誤差是一個車輪的周長，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，在袖珍式儀表和低功耗應用系統(tǒng)中得到越來越廣泛的應用。這里采用2行16個字的DM-162液晶模塊，通過與單片機連接，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元件，配置不同類型的傳感器，通過軟件編程，制作出了一個價格低廉、模塊化結構的小型機器人。大量的行走實驗證明，該機器人能夠順利路徑跟蹤和自動糾偏自主行走，并完成探測、顯示等功能。

本文作者創(chuàng)新點：本文針對具有引導線環(huán)境下的路徑跟蹤這一熱點問題，采用多傳感器信息融合技術，通過單片機控制，實現(xiàn)了機器人的路徑跟蹤和自動糾偏的功能，方法簡單，易于實現(xiàn)，造價低廉，效果較好。

參考文獻

[1]韓建海，趙書尚，張國躍等。基于 PIC 單片機的六足機器人制作。機器人技術與應用，2003,06
[2] 姜長漲，于萬元，王冬蕾。基于AVR單片機的直流電動機的PWM調速系統(tǒng)設計。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器人導航系統(tǒng)。微計算機信息，2005年第11-2期
[4] 張壽安。霍爾效應在位置控制中的應用。長沙鐵道學院學報(社會科學版)，2005,02