基于單片機(jī)的移動(dòng)機(jī)器人自動(dòng)避障控制系統(tǒng)研究

（常州劉國鈞高等職業(yè)技術(shù)學(xué)校，江蘇 常州 213000）

[摘 要] 近些年來，伴隨經(jīng)濟(jì)發(fā)展速度的不斷加快，科學(xué)技術(shù)發(fā)展呈現(xiàn)出良好的發(fā)展態(tài)勢，這其中比較顯著的標(biāo)志是智能機(jī)器人的研究與運(yùn)用取得了可喜的成就，以單片機(jī)移動(dòng)機(jī)器人自動(dòng)避障控制系統(tǒng)為內(nèi)容進(jìn)行探究，并具體闡述了其實(shí)際應(yīng)用。

[關(guān) 鍵 詞] 單片機(jī)；移動(dòng)機(jī)器人；自動(dòng)避障控制；控制系統(tǒng)

[中圖分類號(hào)] G712 [文獻(xiàn)標(biāo)志碼] A [文章編號(hào)] 2096-0603（2017）12-0036-01

移動(dòng)機(jī)器人的問世是科技發(fā)展的結(jié)晶，給人們的生活及工作帶來了極大的便利，文章中主要介紹了單片機(jī)移動(dòng)機(jī)器人的構(gòu)造，并重點(diǎn)探究其自動(dòng)避障控制系統(tǒng)，主要介紹了電路與軟件設(shè)計(jì)，借助單片機(jī)予以有效控制，繼而實(shí)現(xiàn)超聲波測距的目的，為移動(dòng)機(jī)器人提供有效的控制信息。

一、避障控制算法篩選

所謂避障算法，其設(shè)計(jì)的主旨就是讓機(jī)器人能夠躲避障礙，從最優(yōu)的角度進(jìn)行思考。基于機(jī)器人避障行走過程角度而言，可以具體分為三個(gè)階段：（1）發(fā)現(xiàn)障礙物之后，對轉(zhuǎn)角控制系統(tǒng)下達(dá)命令，然后進(jìn)行轉(zhuǎn)角改變，實(shí)施避障程序。這個(gè)階段的設(shè)計(jì)目的非常明確，就是躲開障礙物，由于存在距離信息內(nèi)容，所以撞上障礙物的幾率相對很小，因而對本階段算法來說，具體任務(wù)是選取合適的障礙路線，以避開障礙物。（2）當(dāng)避開障礙物之后，進(jìn)入調(diào)整階段。而這個(gè)階段的目的也很明確，就是調(diào)整機(jī)器人的行走方向。在本階段之中，不僅要確保機(jī)器人能夠遠(yuǎn)離障礙物，而且還需要防止其偏離原來的行走軌跡。（3）要保障機(jī)器人能夠回到之前的行走軌跡上。避障控制算法的具體方法有：正弦函數(shù)控制法、數(shù)字PID算法、模糊控制法等，其中模糊控制法具有本身的優(yōu)勢，具有極強(qiáng)的抗干擾能力。要想使控制算法得以實(shí)現(xiàn)，主要是需要選取MCS-51單片機(jī)，因?yàn)樵摷夹g(shù)比較成熟，且價(jià)格低廉，極易在市場上獲得，借助單片機(jī)，能夠有效轉(zhuǎn)化控制信息，再借助D/A轉(zhuǎn)換，給予其控制電路，確保機(jī)器人在行走過程中能夠躲避障礙。

二、硬件電路設(shè)計(jì)

（一）設(shè)計(jì)和工作原理分析

單片機(jī)的移動(dòng)機(jī)器人需要通過控制超聲波測距電路設(shè)計(jì)，通過相應(yīng)的工作原理來完成實(shí)際操作，針對其設(shè)計(jì)與工作原理而言，在單片機(jī)端口位置，需要接入超聲波發(fā)射電路，借助輸入端可以完成，利用單片機(jī)中的固定程序，并通過定時(shí)設(shè)置的方式中斷服務(wù)子程序，在相對時(shí)間間隔基礎(chǔ)上，在端口位置近些程序輸出，主要是輸出40K的方波，并且同時(shí)運(yùn)用驅(qū)動(dòng)設(shè)備，也就是超聲波傳感器，繼而傳遞40K脈沖超聲波。在啟動(dòng)其電路過程中，需要同時(shí)開啟定期器，而這個(gè)設(shè)備主要存儲(chǔ)于單片機(jī)內(nèi)，借助定時(shí)器本身，能夠計(jì)數(shù)超聲波發(fā)射時(shí)間，還能收到發(fā)射波時(shí)間。針對超聲波設(shè)備來說，其在接收電路輸出端過程中，具體來說就是接收單片機(jī)外部中斷設(shè)備，一旦獲取到超聲波發(fā)射波，接收電路輸出端就會(huì)發(fā)生變化，產(chǎn)生一個(gè)負(fù)跳變，由此能夠形成中斷請求信號(hào)，這時(shí)單片機(jī)就會(huì)響應(yīng)外部需求，執(zhí)行中斷程序，讀取超聲波所有往返時(shí)間，主要是從發(fā)射到接收的時(shí)間，由此能夠明確機(jī)器人距離障礙物的距離。

（二）輸出電路設(shè)計(jì)

單片機(jī)在實(shí)際應(yīng)用過程中，能夠獲取到距離信息，主要是借助避障算法運(yùn)算，繼而轉(zhuǎn)換出控制信息，并且借助D/A輸出。D/A轉(zhuǎn)換單元，選取的是DAC0832，而具體工作類型主要是以雙緩沖器為主，與此同時(shí)，還需要輸出二路模擬量，具體來說是轉(zhuǎn)角控制量，還有速度控制量，繼而到達(dá)機(jī)器人控制電路輸出端，轉(zhuǎn)角控制電路，還有電壓予以實(shí)施控制，以改變機(jī)器人轉(zhuǎn)向角，速度控制電路，通過電壓控制，能夠達(dá)到控制機(jī)器人行走的速度。而針對移動(dòng)機(jī)器人來說，其自動(dòng)避障控制系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)具體來說是由兩部分構(gòu)成，分別是主程序與子程序，對主程序來說，其具體工作是完成初始工作，控制超聲波發(fā)射，為了更好地運(yùn)用電池能量，而且考慮到測距要求，在對超聲波發(fā)射進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)，主要是以間斷發(fā)射為主，間隔周期是0.1秒，每響應(yīng)定時(shí)中斷，發(fā)射超聲波。

總體來說，基于單片機(jī)的移動(dòng)機(jī)器人自動(dòng)避障控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)是其核心的部分，在進(jìn)行避障控制過程中需要計(jì)算相應(yīng)的距離及轉(zhuǎn)角因素，這其中超聲波測距因自身的優(yōu)勢而得以廣泛應(yīng)用，不僅價(jià)格低廉，而且性價(jià)比相對較高，誤差小，因而具有一定的推廣價(jià)值。

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