自主導航巡邏機器人的行走系統研究及其實際應用

趙麗 山西工程技術學院機械電子工程系

采用CCD定位監控系統以及依賴保安進行巡邏，不符合當前夜間保安需求。應采用巡邏機器人行走進行有效的定點監控、定時巡邏從而解決了在一些公告場所保安巡邏的問題。

1 自主導航巡邏機器人的行走系統機構

根據實際使用需求，設計巡邏機器人車架盤下方應安裝同軸驅動輪2個，電機減速比16、直流減速為24V電機驅動，400r/min作為減速后轉速。應安裝200脈沖／轉直流電機高速的軸端光電編碼器，根據光電編碼器逐漸完成檢測電機轉速。還應該在機器人車架底盤四個角處布置無動力驅動4個萬向輪，具備一定的穩定性。在運行時如出現2個方向以及轉速都相同情況，導航巡邏機器人應以直線進行行走，如果出現電機速度相同，但是兩個方向不同運動，自主導航巡邏機器人進行零半徑轉彎。

2 行走機器人的行走系統

2.1 機器人循線系統

針對巡邏機器人的行走場地，應在地板上面進行粘貼帶有白色PVC膠帶，在使用時一般會選擇日本歐姆龍公司的產品，具備光源反射時以及具備辨色差傳感器地面膠帶方向。其型號是E3XR-CE4，其中安裝的傳感器在巡邏機器人車架盤下，并使光電檢測方向頭朝在地面，當出現地板上沒有進行粘貼具備的白色膠帶情況，應該進行光電開關輸出信號，作為低電平。如果地面上顯示白色顏色，應該采用光電開關進行輸出信號并應為高電平。針對主驅動的兩個輪置在巡邏機器人的中心，當需要巡邏機器人進行轉彎時，巡邏機器人應該進行白線和中心進行交叉重合。為了使巡邏機器人能夠在后退以及前進時能夠保障沿著導航巡邏進行行走，應將光電傳感器安裝在巡邏機器人的前后。為了使巡邏機器人可以在準確的位置，還應將具備光電傳感器安裝在巡邏機器人的兩邊，還應將具備光電的傳感器安裝在巡邏機器人的四周位置。將光電開關應安裝在巡邏機器人車架底盤下方，安裝數應為14個。

在給機器人進行安裝時，應該根據光電傳感器的實際使用需求進行，應注意傳感器之間距離，并保持光電傳感器的側頭與地面之間的距離。當巡邏機器人進行行走時候，導航巡邏機器人應該在白線的上方，機器人的前后具備的光電傳感器應該具備輸出高電平的光電傳感器。當機器人前方具備的開關的右側或者是左側作為光電傳感器的輸出高電平，表明了巡回機器人出現脫離了白線的情況，應該及時的進行相應的減速；當巡回機器人在行走時的位置是正常的情況，可以加速前進的速度。如果巡回機器人位置快到達交叉線的位置，巡回機器人應該有效的降低行走的速度。應適當的調整機器人行走的狀態，通過對機器人行走位置進行相應的調整，可以幫助機器人對準交叉線，有效的減少偏差情況的出現。在進行設置巡回機器人循線系統時，應該對巡回機器人進行對準交叉線。在控制巡回機器人行走時，應該采用光電編碼器以及光電開關循線系統進行相應的測量，并進行電機轉速有效控制，從而逐漸完成自主導航巡回機器人直線進行行走。

2.2 超聲波的測障系統

首先應該采用測障原理，通過超聲測障方式進行渡越時間法，根據測量超聲波接收以及發送測量障礙物距離和時間差。巡回機器人在方向上前進或者是后退都應該按章超聲波一對的換能器，并將單片機進行定時向發射機做好發出控制信號裝置，并啟動其動定時器。通過換能器轉換成為超聲波信號，并朝前方進行發射。收到的超聲波傳播信號，并在傳播的過程當中遇到了障礙物以后，應進行反射回波。通過接受反射波信號后，使信號經過濾波、放大、對比以及整流后逐漸成生負脈沖觸發單片中斷外部。根據采用這種方式，有效的測量機器人行走前方路線是否存在著障礙物，并詳細的了解機器人和障礙物之間的距離。其次設計機器人行走硬件系統，超聲波測障系統主要包括了顯示、溫度測量、時間測量、接受回波信號處、超聲波發送以及微機控制六部分組成。

3 機器人的行走系統功能驅動

首先機器人的行走系統電機驅動電路，針對巡邏機器人電機是根據24v直流電機，應該使用24v直流電源，在單片機的選擇上應該采用電平TTL，并有效的完成了直流電機可以實現正反轉。根據電路完成巡邏機器人可以向前、向后、暫停等行走功能。通過雙直流電機驅動有效的完成了巡邏機器人向前、向后以及進行轉彎操作，在巡邏機器人向前或者向后時應該相應的進行加速或者進行減速，有效的避免降低機器人的穩定性能，避免出現在行走時出現翻倒或者打滑現象，從而完成無極調速。在調速直流電機時，應該根據PWM方法有效的來完成，PWM方法可以有效對開環進行控制，但是不能實際的進行直流電機轉速，巡邏機器人在行走的過程當中如果遇到了一些障礙物時，可能會導致巡邏機器人逐漸的偏離白線，遇到這種情況時應該及時的采用電機轉速檢測裝置采用閉環控制。根據光電編碼完成單片機控制，有效實現了目標速度，在進行安裝光電編碼的過程中應安裝在高速軸上，有效的控制了電路并可以控制電機轉速。

4 機器人的行走控制系統

巡邏機器人的行走控制系統主要是根據分散式控制方法完成，通過系統超聲波測障下位機以及2各行走伺服下位機共同組成，采用主控機實現巡邏機器人協調控制、進行分析和計算機器人的運動有關策略等各個部分。逐漸實現行走伺服下位機巡邏機器人的行走系統控制，主要包含了巡邏機器人行走、轉彎以及急停，通過采用超聲波有效的測量巡回機器人與在行走的過程當中遇到的障礙物之間的距離，以及行走的過程中檢測是否存在著障礙物，全面的分析巡邏機器人運動策略。當巡邏機器人在行走時遇到了障礙物情況，應根據超聲波進行測量遇到的障礙物與機器人之間的距離，并傳達到主控機上，根據有效的運算決策控制了巡邏機器人行走方向，前進或著時后退以及暫停。

5 結束語

綜上所述，本文通過詳細的研究自主導航巡邏機器人的行走系統，主要包括了行走驅動系統、自主導航系統以及控制系統。根據在時間進行試驗得到了良好的運行效果，在進行實驗時可以看出巡邏機器人行走的性能。巡邏機器人應用范圍廣泛，可以用于在辦公樓進行保安巡邏工作以及晚間在超市進行保安工作等。