輪式機器人尋跡使用傳感器研究

摘 要：結合實驗室研究項目，針對輪式機器人尋跡問題進一步做了探討。主要從使用紅外傳感器的個數方面的進行討論，分析了機器人輪式機器人的傳感器的安裝、編程思想以及轉向方案的工作原理和特點，并做了進一步的闡述。

關鍵詞：紅外傳感器 ；尋跡機器人；紅外探測法

中圖分類號：TP212文獻標識碼：A文章編號：1672-3198（2008）02-0297-02

1 引言

機器人是21世紀技術前沿課題，隨著科學技術的發展，機器人在社會各領域的作用越來越大。對機器人的研究已成為熱門課題。智能尋跡機器人是一種被廣泛研究的機器人，而且國內外都有許多重要的比賽。它是在給定的區域內延著軌跡完成對各個目標點的訪問。其主要指標是速度和順利完成訪問得分點的能力。智能尋跡機器人涉及到傳感器技術，單片機控制、信號處理、電機驅動、人工智能、驅動電源的設計等諸多領域。本文描述的智能尋跡機器人采用的是雙龍公司的單片機，利用紅外傳感器感知外界信號、光電編碼器和C語言編程控制尋線行走姿態。

2 紅外傳感器概述

紅外傳感器的測量原理是將發射信號經調制后送紅外管發射，光敏管接收調制的紅外信號。用紅外發射管和接收管自己制作光電對管尋跡傳感器。紅外發射管發出紅外線，當發出的紅外線照射到白色的平面后反射，若紅外接收管能接收到反射回的光線則檢測出白線繼而輸出低電平，若接收不到發射管發出的光線則檢測出黑線繼而輸出高電平。這樣自己制作組裝的尋跡傳感器基本能夠滿足要求，但是工作不夠穩定，且容易受外界光線的影響，因此對試驗的環境要求較高。但光的反射受到多種因素的影響，如反射表面的形狀、顏色、光潔度，日光、日光燈照射等不確定因素。如果直接用發射和接收管進行測量將因為干擾產生錯誤信號，采用對反射光強進行測量的方法可以提高系統的可靠性和準確性。

3 機器人輪式機器人尋跡的思想

這里的尋跡是指機器人輪式機器人在白色地板上沿著黑線行走，通常采用的方法是紅外探測法。紅外探測法，即利用紅外線在不同顏色的物體表面具有不同的反射性質的特點，在輪式機器人行駛過程中不斷地向地面發射紅外光，當紅外光遇到白色紙質地板時發生漫反射，反射光被裝在 輪式機器人上的接收管接收；如果遇到黑線則紅外光被吸收，輪式機器人上的接收管接收不到紅外光。單片機就是否收到反射回來的紅外光為依據來確定黑線的位置和輪式機器人的行走路線。紅外探測器探測距離有限，一般最大不應超過3cm。

3.1 使用一個紅外傳感器（如圖3）

原理:輪式機器人在黑線上前進，跑出黑線(假設向左編偏離黑)，輪式機器人向右轉2單位角度，判是否回到黑線，回到黑線則前進，若沒有回到黑線，則向左轉過4單位角度，再判斷執行，如此反復試探進行尋跡。

理論圖樣：

3.2 使用兩個紅外傳感器（如圖4、5）

原理：用兩個紅外傳感器有兩種情況。其一，傳感器之間距大于黑線寬度，輪式機器人在黑線上前進，假如輪式機器人右邊的傳感器接觸黑線，則輪式機器人自動調整左轉，直到兩個傳感器感應的都是白線。其二，傳感器之間的距離小于黑線的距離，輪式機器人在黑線上前進，假如輪式機器人左邊的傳感器跑出黑線，則輪式機器人自動調整右轉，直到兩個傳感器都在黑線上。

理論圖樣：

3.3 使用三個紅外傳感器（如圖6）

三個紅外傳感器的設計排列較多，在這里我們只對三個紅外傳感器排成一行設計進行討論。

原理：中間的傳感器探測的是黑線，兩邊的傳感器探測的是白底。輪式機器人在黑線上前進，假設輪式機器人向右偏離，即中間傳感器探測的是白底，且左邊的探測器探測的是黑線，則輪式機器人制動調整左轉，直到中間探測的是黑線，兩邊探測的是白底。反之，輪式機器人制動調整右轉，直到中間探測的是黑線，兩邊探測的是白底。輪式機器人繼續前進。

理論圖樣：

圖6 三個傳感器尋跡解圖

4 結束語

本文結合實驗室的研究科目，對輪式機器人尋跡中使用紅外傳感器做了多次測試，尋跡非常成功，并且針對尋跡定位精度要求高和紅外傳感器的使用個數這兩個關鍵問題提出了相應的解決方案，通過一段時期的測試運行，取得了很好的實驗效果。

隨著紅外傳感器技術的日益成熟，定位精度日益提高，在不久的將來，紅外傳感器的使用范圍更廣，輪式機器人尋跡也會相應的應用到各個領域。

參考文獻

［1］陳懇，楊向東等. 機器人技術與應用［M］.北京： 清華大學出版社，2006.

［2］魏永廣．現代傳感技術［M］．哈爾濱：東北大學出版社，2001.