機(jī)器人單片機(jī)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)研究

張續(xù)偉

摘?要：機(jī)器人作為多種技術(shù)融合的產(chǎn)物，其對(duì)于技術(shù)的要求非常高，其通過(guò)自動(dòng)化裝備的有效應(yīng)用以及先進(jìn)制造技術(shù)的綜合統(tǒng)一，實(shí)現(xiàn)了高技術(shù)產(chǎn)品融合。可以說(shuō)，機(jī)器人技術(shù)要求十分復(fù)雜，而單片機(jī)也在機(jī)器人設(shè)計(jì)中起到了大腦的作用，是最為關(guān)鍵的控制系統(tǒng)。基于此，本文以此為切入點(diǎn)，深入分析機(jī)器人單片機(jī)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)展開(kāi)探討。

關(guān)鍵詞：機(jī)器人;單片機(jī);控制系統(tǒng);設(shè)計(jì)

在機(jī)器人設(shè)計(jì)過(guò)程中，單片機(jī)技術(shù)在自動(dòng)控制方面起到了非常重要的作用，是機(jī)器人控制系統(tǒng)的主要構(gòu)件之一，強(qiáng)化了機(jī)器人行動(dòng)、感應(yīng)等功能的良好控制，本文就對(duì)機(jī)器人單片機(jī)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)進(jìn)行分析。

一、系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)思路

機(jī)器人在設(shè)計(jì)過(guò)程中，需要單片機(jī)整體把控系統(tǒng)，然后相應(yīng)地設(shè)定不同的功能模塊，有效銜接不同功能模塊的功能，為單片機(jī)系統(tǒng)提供信息反饋，讓單片機(jī)可以相應(yīng)地做出判斷，然后據(jù)此來(lái)發(fā)布指令，控制不同的功能模塊，從而實(shí)現(xiàn)良好的控制效果。因此，一定要從整體上把控，從細(xì)節(jié)上優(yōu)化。

在本次設(shè)計(jì)過(guò)程中，通過(guò)單片機(jī)形成系統(tǒng)的控制機(jī)制，此次設(shè)計(jì)過(guò)程中，選用了兩片單片機(jī)進(jìn)行機(jī)器人的系統(tǒng)控制，一片用來(lái)整合計(jì)算機(jī)的系統(tǒng)，另一片則針對(duì)性地控制液晶屏，讓機(jī)器人通過(guò)液晶屏顯示相應(yīng)的信息，同時(shí)，為了強(qiáng)化兩片單片機(jī)的互相溝通和協(xié)調(diào)一致，本次設(shè)計(jì)通過(guò)I/O接口進(jìn)行通訊，讓兩片單片機(jī)可以共同開(kāi)展控制工作，協(xié)調(diào)一致，強(qiáng)化管控的質(zhì)量。同時(shí)在單片機(jī)的基礎(chǔ)上，相應(yīng)地設(shè)計(jì)機(jī)器人的顯示功能、光電轉(zhuǎn)換功能、驅(qū)動(dòng)功能、校正功能等，實(shí)現(xiàn)機(jī)器人的多方面的技術(shù)要求，當(dāng)I/O接口有輸出信號(hào)時(shí)，電力會(huì)通過(guò)電阻后進(jìn)入第一級(jí)三極管的基極，讓其導(dǎo)通。待導(dǎo)通后，電流可以經(jīng)過(guò)電阻進(jìn)入到第二個(gè)NPN三極管的基極，此過(guò)程可實(shí)現(xiàn)對(duì)電流的進(jìn)一步放大，這樣就可以實(shí)現(xiàn)繼電器可以驅(qū)動(dòng)電流。事實(shí)上，繼電器的電流通過(guò)兩級(jí)方法后，電流方法了大約兩倍，具體如下圖所示。

二、驅(qū)動(dòng)電路設(shè)計(jì)思路

機(jī)器人最基本的功能之一就是行走，因此，驅(qū)動(dòng)電路的設(shè)計(jì)正是為了滿(mǎn)足機(jī)器人這一技能的需求，驅(qū)動(dòng)模塊有效管控著機(jī)器人的正常行走。通過(guò)應(yīng)用三極管，對(duì)單片機(jī)的I/O接口電流進(jìn)行放大，以此來(lái)滿(mǎn)足驅(qū)動(dòng)器電流的需求，這樣就可以保證電動(dòng)機(jī)能夠正常運(yùn)行。在這種設(shè)計(jì)模式下，電動(dòng)機(jī)電流得到保證，且不會(huì)造成不好的影響而致使其他部件出現(xiàn)問(wèn)題。

三、顯示電路設(shè)計(jì)思路

顯示模塊的設(shè)計(jì)是為了賦予機(jī)器人相應(yīng)的視覺(jué)，在設(shè)計(jì)時(shí)，本次研究采取了LCM1602液晶屏，充分利用該液晶屏的高品質(zhì)和高性能，強(qiáng)化機(jī)器人的視覺(jué)效果，且此顯示屏操作簡(jiǎn)單，應(yīng)用較為便捷，成本也較低。

四、語(yǔ)言電路設(shè)計(jì)思路

在設(shè)計(jì)過(guò)程中，機(jī)器人可能會(huì)出現(xiàn)失誤，因此，要相應(yīng)地設(shè)計(jì)語(yǔ)言提示進(jìn)行二次提示。在此情況下，相應(yīng)地設(shè)計(jì)語(yǔ)言模塊，通過(guò)設(shè)計(jì)語(yǔ)音芯片來(lái)強(qiáng)化語(yǔ)言能力，提升機(jī)器人語(yǔ)言表達(dá)的高保真效果，聲音不會(huì)出現(xiàn)失真的情況，并充分保證錄放的時(shí)間，特別是在錄音時(shí)，要保證錄音的時(shí)長(zhǎng)，且可以有效同時(shí)處理多種聲音信息，這樣可以更好地提升機(jī)器人的語(yǔ)言功能。

五、觸覺(jué)電路設(shè)計(jì)思路

在設(shè)計(jì)機(jī)器人控制系統(tǒng)時(shí)，要設(shè)計(jì)機(jī)器人的發(fā)現(xiàn)和跟蹤目標(biāo)設(shè)計(jì)，并讓機(jī)器人具備良好的識(shí)別目標(biāo)位置的能力，為此，在本次設(shè)計(jì)過(guò)程中，通過(guò)應(yīng)用兩個(gè)型號(hào)的TX05D紅外線(xiàn)反射傳感器來(lái)幫助機(jī)器人檢驗(yàn)前方目標(biāo)。紅外反射式接近開(kāi)關(guān)，且在內(nèi)部有一個(gè)紅外線(xiàn)的發(fā)射管以及一個(gè)接收管。接收管負(fù)責(zé)接收紅外信號(hào)，并傳輸高電平信號(hào)。設(shè)計(jì)時(shí)，選擇了兩個(gè)紅外線(xiàn)傳感器，在機(jī)器人的左右兩側(cè)加以設(shè)置，傳感器受到紅外反饋信號(hào)后，其會(huì)進(jìn)一步向單片機(jī)傳輸高電平信號(hào)。然后單片機(jī)據(jù)此作出針對(duì)性判斷，分析機(jī)器人前方有無(wú)目標(biāo)。如果存在目標(biāo)，便會(huì)發(fā)出指令，要求電機(jī)進(jìn)行轉(zhuǎn)向。

六、行動(dòng)調(diào)整電路設(shè)計(jì)思路

機(jī)器人的運(yùn)轉(zhuǎn)是借助電機(jī)來(lái)完成的，如果電機(jī)出現(xiàn)問(wèn)題，自然就直接影響機(jī)器人的動(dòng)作完成。特別是對(duì)于機(jī)器人應(yīng)用的不同電機(jī)，其可能運(yùn)行存在差異，會(huì)因?yàn)檗D(zhuǎn)動(dòng)不同步而造成機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)技能受到影響。在這種情況下，設(shè)計(jì)機(jī)器人時(shí)需要相應(yīng)地構(gòu)建行動(dòng)調(diào)整模塊，結(jié)合機(jī)器人的特點(diǎn)，在設(shè)計(jì)行動(dòng)調(diào)整電路時(shí)，采用兩個(gè)光耦，安裝在機(jī)器人的腿部，機(jī)器人在運(yùn)動(dòng)時(shí)，光耦會(huì)交替更換。如果機(jī)器人運(yùn)動(dòng)技術(shù)出現(xiàn)故障時(shí)，光耦的更換就會(huì)變得不規(guī)則，此時(shí)，機(jī)器人會(huì)自動(dòng)切斷一條腿的運(yùn)動(dòng)技能，而讓第二條腿移動(dòng)到相應(yīng)位置，此時(shí)，光耦會(huì)自動(dòng)進(jìn)行調(diào)整，會(huì)回復(fù)到之前交替更換的模式狀態(tài)下，從而有效調(diào)節(jié)機(jī)器人的行動(dòng)技能，讓機(jī)器人可以正常行動(dòng)。

七、亞超聲接收電路

為了強(qiáng)化機(jī)器人的判斷能力，在設(shè)計(jì)過(guò)程中，相應(yīng)地設(shè)置亞超聲接收電路，針對(duì)性地在機(jī)器人上面安裝了亞超聲接收模塊。當(dāng)接收模塊工作時(shí)，其會(huì)對(duì)外界的亞超聲信息進(jìn)行接收和收集，此時(shí)，機(jī)器人會(huì)相應(yīng)地停止或者運(yùn)行自己的行動(dòng)，在這種情況下，亞超聲接收電路無(wú)疑就是機(jī)器人的聽(tīng)覺(jué)功能。為了提升實(shí)際效果，本次設(shè)計(jì)采用了成品的亞超聲接收板加以設(shè)計(jì)，對(duì)于其輸出的信號(hào)，則通過(guò)光電開(kāi)關(guān)加以轉(zhuǎn)換，然后形成能夠觸發(fā)單片機(jī)I/O的低電平開(kāi)關(guān)信號(hào)。在這種情況下，接收器就可以將亞超聲開(kāi)關(guān)的狀態(tài)快速準(zhǔn)確地傳輸給單片機(jī)，供單片機(jī)做出控制。

八、結(jié)語(yǔ)

機(jī)器人多項(xiàng)能力的實(shí)現(xiàn)，需要以單片機(jī)作為控制系統(tǒng)，做相應(yīng)的整合，實(shí)現(xiàn)對(duì)機(jī)器人的聽(tīng)覺(jué)、視覺(jué)、語(yǔ)音、觸覺(jué)以及一定程度的思考能力的有效實(shí)現(xiàn)和保障，讓機(jī)器人在單片機(jī)的控制下，可以實(shí)現(xiàn)基礎(chǔ)性的人機(jī)交互和顯示功能，讓機(jī)器人功能更加完善。

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