基于單片機在AI機器人上的應用分析

陳帥俊 賴海軍

摘 要： 當今時代，伴隨著科技的高速發展，我們對機器人在智能化和人性化、可靠化等方面提出了更高的發展要求，其中最重要的是屬于自動控制技術中的單片機控制技術。本文對上述的問題進行了分析，分析了AI機器人的控制系統的組成，并對各個控制系統與單片機的聯系進行分析，描述了單片機技術在AI機器人控制系統中實現的功能。

關鍵詞： AI機器人;單片機;控制系統;應用

引言：

在當今這個時代潮流中，無論是國際上的趨勢變化，還是地區上的發展要求，人工智能（AI）的相關產品越來越受企業和消費者的歡迎。人工智能機器人無疑是機器人學中最令人興奮的領域，是機器人與AI之間的橋梁，是由AI程序控制的機器人。[1]現在，人工智能機器人也逐漸出現在我們的視野中，例如一些會開門、能跑步、而且還能負重走過灌木叢的機器狗，能后空翻的雙足機器人等。這些AI機器人讓我們如此震驚無非是由于它們流暢的動作，而這些機器人的動作能夠流暢的完成，離不開單片機的應用。運用單片機來進行對AI機器人的控制，從而做出各種復雜的動作。本文基于單片機在AI機器人上的應用展開具體的分析。

一、AI機器人的定義及其控制系統的組成

關于AI機器人的定義，智能機器人是能夠借助有人工使機器具備識別能力、學習能力、抽象思維能力、環境適應能力等功能而確定自身行動的機器人。作為面向未來的現代化技術，AI機器人技術涉及許多學科，有傳感器、計算機、通訊、控制、人工智能、微電子等技術學科，還有仿生學、材料科學、數學方法等諸多學科。

二、單片機與AI機器人各控制系統的連接技術

2.1 驅動系統

驅動系統是AI機器人系統中的動力控制部分。單片機技術主要通過芯片集成的驅動模塊來實現AI機器人的驅動控制。為了實現控制AI機器人的驅動，要對較弱的電流信號進行加強和放大，還要對驅動繼電器裝置進行控制進而來操作電機。在驅動模塊中加入了三極管，可以有效地保護基極和放大電流。而其中有一種自動開關繼電器存在于驅動模塊中，它可以保護和轉換電路，并能最終實現操作機器向前、向后等簡單動作?；趩纹瑱C技術的驅動模塊電路的優點是不但實現了驅動電機的正常工作，而且輸入驅動電流信號不會影響其他控制系統的正常工作，從而保證了AI機器人完成的運動具有更高的準確性和有效性。

2.2 視覺控制系統

AI機器人的視覺系統，原理就是和人眼的視覺捕捉和識別功能一樣，將獲取的外界環境物體的圖像進行分析解釋，然后轉換為AI機器人能夠識別的計算機語言，從而辨識物體。AI機器人在實際運動時的過程中，是通過定位傳感器實時定位，然后位置信息被轉換接收后傳入到單片機中。單片機將收到的信號與最初的信號進行對比，根據相應的計算分析，將得到的信號以不同的頻率輸送給驅動電機，電機會根據輸入信號的頻率不同進行自動調節轉速，這樣AI機器人就能夠自己根據環境的變化改變方向行走。

2.3 地面探測系統

人的聽覺功能被地面探測系統所借鑒，AI機器人通過將接收到聲音信號轉化成能識別的機器人語言來執行指令。在AI機器人中安裝亞超聲模塊可以模擬人類的聽覺功能。為了使模擬時觸發到單片機上的控制模塊（用于亞超聲信號的接收），特意設計了光電開關在開關模塊上。為了保持位于單片機上的開關，控制開關所默認接收的信號為低電平新號。亞超聲接收電路原理。

2.4 校正步伐系統

單片機校正步伐系統可以使AI機器人正常行走，如果該控制系統受到疊加連續的信號，說明AI機器人前后步伐不協調，需要立即通過校正步伐系統對AI機器人的行走進行校正操作。而導致AI機器人兩只腳的行走腳步不相同的直接原因是：兩只腳的一般轉動速率不相同。AI機器人在實際運動之中出現前后左右協調步伐紊亂的現象，就只能借助校正步伐系統（主要是通過光電耦合器實現的）才能進行糾正。步伐校正電路原理，該系統的應用使AI機器人有自我調整錯誤的能力，防止驅動電機不同步導致的步伐錯誤。[3]

2.5 語言系統

AI機器人語言系統的里應用的單片機芯片可以對聲音進行錄制和播放。在應用過程中，只要控制端口就可以實現對語音模塊的控制操作[4]?；趩纹瑱C的語言系統的廣泛應用，使得在操作過程中AI機器人系統能夠及時發現出現的各種錯誤，從而保障機器人控制系統的正常運行。

2.6 觸覺系統

AI機器人的觸覺系統是模擬的人類對于外界物體的碰觸感知能力。觸覺傳感器安裝在機器人的手臂等位置。AI機器人手臂沒有碰到障礙物體時，開關處于常開狀態，一旦AI機器人手臂碰到障礙物體，開關由于受力而閉合，與之相連的單片機就可以對其做出反應。[5]而這種單片機是根據控制端口電平的高低來實現對外部物體的觸覺感知。

2.7 紅外測距系統

機器人的紅外測距系統主要由單片機和與之相連的紅外發射和接收裝置組成，是視覺控制系統的補充。紅外測距系統中的紅外發射裝置發出紅外光，當紅外光遇到障礙物時會發生反射，接收裝置接收反射回來的紅外光，通過相應的計算分析，將距離信號傳輸給單片機，來控制AI機器人是繼續前進或者停止，從而使得機器人的運動行走更為可靠[6]。

三、單片機技術在AI機器人控制系統中實現的功能

單片機控制技術可以實現AI機器人的智能行走和各種感觀功能。在啟動后，我們可以通過語音給機器人發出“搜索目標”類似的指令，AI機器人就能做出反應，當機器人找到指定目標時，系統會通過語言系統提示“發現目標”，同時朝著指定的目標進行移動;當機器人在前進移動過程中發現障礙物體時，會通過相應的視覺控制系統和紅外測距系統，測量障礙物體與機器人之間的相對位置，以改變路線，避讓障礙物;如果機器人在行走過程中碰到障礙物，觸覺系統會觸發，同時會激發語言系統操作，發出相應的語音提示，向控制人員報告相應的情況;如果前方路段出現無法行走的情況，系統會發出相應的語音警告并且做出后退或停止的操作;一旦機器人在行走過程中發生步伐錯誤，校正步伐系統會啟動，糾正電機的不同步問題，保障機器人的正常行走[7]。

四、結語

單片機技術廣泛應用于工業控制、智能儀器、機電產品、家用電器等領域，是自動控制技術的核心之一。[8]因為單片機技術在機器人控制系統中的廣泛應用，所以提高了機器人的穩定性。當前，我國AI對單片機技術機器人控制系統中的運用還處在起步階段，隨著單片機控制技術的不斷發展和完善，智能機器人的發展也將實現質的飛躍。

參考文獻

[1]蔣衛東 人腦智能與人工智能的區別[J]思維科學通訊 2013.

[2]楊國君 單片機技術在機器人智能控制系統的協調運用[J]智能應用2018.02.27.

[3]陳貴銀 單片機技術在機器人控制系統中的應用研究[J]機器人自動化應2017.5期.

[4]邱寄帆 基于分布式控制系統的輪式智能機器人研究[J]微計算機信息，2006 （ 22）：33-35.

[5]崔艷斌 基于單片機ATmega16的智能酒精探測儀[J]自動化應用，2014（12）：55-56.