障距機(jī)器人在迷宮中行走問題研究

張本昌　柳科珍　李龍龍　金熠

摘 要：基于單片機(jī)的障距機(jī)器人自主導(dǎo)航技術(shù)是進(jìn)行避障研究實(shí)驗(yàn)的重要內(nèi)容，主要是防止結(jié)構(gòu)的老化、脫落，可以減少不必要的傷亡，主要核心問題有傳感器的選擇和規(guī)劃算法的確定，不一樣的傳感器含有不同的原理以及特色，算法不同，所需要的時(shí)間復(fù)雜度和空間復(fù)雜度也不相同，并且可以使用多個(gè)傳感器和算法從而實(shí)現(xiàn)避障功能。

關(guān)鍵詞：?jiǎn)纹瑱C(jī);障距機(jī)器人;算法;傳感器

隨著嵌入式開發(fā)與單片機(jī)的迅速發(fā)展，使得在日常生活中用單片機(jī)實(shí)現(xiàn)巨大的功能，障距機(jī)器人等一系列嵌入式開發(fā)對(duì)我們的生活帶來了巨大的改變，使得可以減少不必要的傷亡，例如在毒氣存在的地方可以讓機(jī)器人進(jìn)去探測(cè)地形。觀察一下危險(xiǎn)，早點(diǎn)排除。

1.障距機(jī)器人的避障方法

1）單片機(jī)：伴隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，單片機(jī)的功能也變得越來越強(qiáng)大。體積小、功能較全、抗干擾能力較強(qiáng)、可靠性比較高、結(jié)構(gòu)很合理、指令非常豐富、造價(jià)低廉……這些顯而易見的優(yōu)勢(shì)使得單片機(jī)可以作為控制系統(tǒng)的核心，以此來提高整個(gè)系統(tǒng)的可靠性和可行性，STM32系列具有高性能，低成本，低功耗等特點(diǎn)，適合用于避障小車的研究。

2）原理：首先我們需要了解什么是避障小車：用超聲波傳感器探測(cè)前方物體，然后輸入到單片機(jī)中處理，在對(duì)電極驅(qū)動(dòng)模塊進(jìn)行控制，從而實(shí)現(xiàn)避障的功能。左手定則的使用。

算法：避障算法中比較簡(jiǎn)單的一種是Bug算法，基本思想是讓機(jī)器人以測(cè)障的方式繞過障礙物，然后計(jì)算測(cè)出的數(shù)據(jù)，給出相應(yīng)的解決方案，使得機(jī)器人繼續(xù)向前移動(dòng)。為了完成需要回避障礙物的任務(wù)，機(jī)器人要實(shí)現(xiàn)兩個(gè)功能：一個(gè)是沿直線行走，二是跟蹤的障礙邊界。每個(gè)算法都有自己優(yōu)缺點(diǎn)，Bug算法的優(yōu)點(diǎn)之一就在于其只需要使用簡(jiǎn)單傳感器獲得局部信息而不用去了解全局情況。Bug算法也有缺點(diǎn)，它的效率很低，由于它走了很多不必走的路。雖然效率很低，但能保證機(jī)器人達(dá)到目標(biāo)

1.判斷左邊是否有墻，無墻：機(jī)器人左轉(zhuǎn)，前進(jìn)一步，繼續(xù)判斷左。

2.左邊有墻，則判斷前方是否有墻，無則向前一步，跳回第一步

3.前方有墻（此時(shí)狀態(tài)是左有墻，前有墻），則向機(jī)器人右轉(zhuǎn)，跳回第一步

4）超聲波傳感器：超聲波測(cè)距的原理是在正常條件下，空氣中超聲波的速度是一定的，再根據(jù)反射時(shí)間的差值去確定障礙物與源點(diǎn)之間的距離。反射的聲波根據(jù)障礙物的發(fā)送和接收時(shí)間的發(fā)射點(diǎn)之間的差值計(jì)算出實(shí)際距離。

下圖為超聲波傳感器的原理圖

2.障距機(jī)器人的軟硬件安裝

1）硬件安裝。我們的實(shí)驗(yàn)用到了雙層智能測(cè)速循跡小車底盤，4WD四驅(qū)強(qiáng)磁電機(jī)，測(cè)速循跡4輪，用到了2WD-51的開發(fā)板以及兩個(gè)超聲波傳感器，我們需要將避障小車的主要框架建立起來，安裝電機(jī)，安裝電池組，安裝STM32芯片以及傳感器。

2）軟件安裝。主要是一些驅(qū)動(dòng)，利用eclipse和keil5進(jìn)行代碼的編程以及修改，還需要一款燒錄軟件，我們用到普中自動(dòng)下載軟件，目的是將電腦編譯成功的代碼寫入到STM32芯片中。

參考文獻(xiàn)

[1]秦新林，陳伯亨.單片機(jī)的應(yīng)用——STM32智能小車[J].農(nóng)家參謀，2019（19）：194.

作者簡(jiǎn)介：

張本昌（1999-），男，漢，本科，單位：甘肅農(nóng)業(yè)大學(xué)信息科學(xué)技術(shù)學(xué)院，研究方向：計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)。

通訊作者：王敏（1979-），副教授。