輪式機器人尋跡使用傳感器研究

摘 要：結(jié)合實驗室研究項目，針對輪式機器人尋跡問題進一步做了探討。主要從使用紅外傳感器的個數(shù)方面的進行討論，分析了機器人輪式機器人的傳感器的安裝、編程思想以及轉(zhuǎn)向方案的工作原理和特點，并做了進一步的闡述。

關(guān)鍵詞：紅外傳感器 ；尋跡機器人；紅外探測法

中圖分類號：TP212文獻標(biāo)識碼：A文章編號：1672-3198（2008）02-0297-02

1 引言

機器人是21世紀(jì)技術(shù)前沿課題，隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，機器人在社會各領(lǐng)域的作用越來越大。對機器人的研究已成為熱門課題。智能尋跡機器人是一種被廣泛研究的機器人，而且國內(nèi)外都有許多重要的比賽。它是在給定的區(qū)域內(nèi)延著軌跡完成對各個目標(biāo)點的訪問。其主要指標(biāo)是速度和順利完成訪問得分點的能力。智能尋跡機器人涉及到傳感器技術(shù)，單片機控制、信號處理、電機驅(qū)動、人工智能、驅(qū)動電源的設(shè)計等諸多領(lǐng)域。本文描述的智能尋跡機器人采用的是雙龍公司的單片機，利用紅外傳感器感知外界信號、光電編碼器和C語言編程控制尋線行走姿態(tài)。

2 紅外傳感器概述

紅外傳感器的測量原理是將發(fā)射信號經(jīng)調(diào)制后送紅外管發(fā)射，光敏管接收調(diào)制的紅外信號。用紅外發(fā)射管和接收管自己制作光電對管尋跡傳感器。紅外發(fā)射管發(fā)出紅外線，當(dāng)發(fā)出的紅外線照射到白色的平面后反射，若紅外接收管能接收到反射回的光線則檢測出白線繼而輸出低電平，若接收不到發(fā)射管發(fā)出的光線則檢測出黑線繼而輸出高電平。這樣自己制作組裝的尋跡傳感器基本能夠滿足要求，但是工作不夠穩(wěn)定，且容易受外界光線的影響，因此對試驗的環(huán)境要求較高。但光的反射受到多種因素的影響，如反射表面的形狀、顏色、光潔度，日光、日光燈照射等不確定因素。如果直接用發(fā)射和接收管進行測量將因為干擾產(chǎn)生錯誤信號，采用對反射光強進行測量的方法可以提高系統(tǒng)的可靠性和準(zhǔn)確性。

3 機器人輪式機器人尋跡的思想

這里的尋跡是指機器人輪式機器人在白色地板上沿著黑線行走，通常采用的方法是紅外探測法。紅外探測法，即利用紅外線在不同顏色的物體表面具有不同的反射性質(zhì)的特點，在輪式機器人行駛過程中不斷地向地面發(fā)射紅外光，當(dāng)紅外光遇到白色紙質(zhì)地板時發(fā)生漫反射，反射光被裝在 輪式機器人上的接收管接收；如果遇到黑線則紅外光被吸收，輪式機器人上的接收管接收不到紅外光。單片機就是否收到反射回來的紅外光為依據(jù)來確定黑線的位置和輪式機器人的行走路線。紅外探測器探測距離有限，一般最大不應(yīng)超過3cm。

3.1 使用一個紅外傳感器（如圖3）

原理:輪式機器人在黑線上前進，跑出黑線(假設(shè)向左編偏離黑)，輪式機器人向右轉(zhuǎn)2單位角度，判是否回到黑線，回到黑線則前進，若沒有回到黑線，則向左轉(zhuǎn)過4單位角度，再判斷執(zhí)行，如此反復(fù)試探進行尋跡。

理論圖樣：

3.2 使用兩個紅外傳感器（如圖4、5）

原理：用兩個紅外傳感器有兩種情況。其一，傳感器之間距大于黑線寬度，輪式機器人在黑線上前進，假如輪式機器人右邊的傳感器接觸黑線，則輪式機器人自動調(diào)整左轉(zhuǎn)，直到兩個傳感器感應(yīng)的都是白線。其二，傳感器之間的距離小于黑線的距離，輪式機器人在黑線上前進，假如輪式機器人左邊的傳感器跑出黑線，則輪式機器人自動調(diào)整右轉(zhuǎn)，直到兩個傳感器都在黑線上。

理論圖樣：

3.3 使用三個紅外傳感器（如圖6）

三個紅外傳感器的設(shè)計排列較多，在這里我們只對三個紅外傳感器排成一行設(shè)計進行討論。

原理：中間的傳感器探測的是黑線，兩邊的傳感器探測的是白底。輪式機器人在黑線上前進，假設(shè)輪式機器人向右偏離，即中間傳感器探測的是白底，且左邊的探測器探測的是黑線，則輪式機器人制動調(diào)整左轉(zhuǎn)，直到中間探測的是黑線，兩邊探測的是白底。反之，輪式機器人制動調(diào)整右轉(zhuǎn)，直到中間探測的是黑線，兩邊探測的是白底。輪式機器人繼續(xù)前進。

理論圖樣：

圖6 三個傳感器尋跡解圖

4 結(jié)束語

本文結(jié)合實驗室的研究科目，對輪式機器人尋跡中使用紅外傳感器做了多次測試，尋跡非常成功，并且針對尋跡定位精度要求高和紅外傳感器的使用個數(shù)這兩個關(guān)鍵問題提出了相應(yīng)的解決方案，通過一段時期的測試運行，取得了很好的實驗效果。

隨著紅外傳感器技術(shù)的日益成熟，定位精度日益提高，在不久的將來，紅外傳感器的使用范圍更廣，輪式機器人尋跡也會相應(yīng)的應(yīng)用到各個領(lǐng)域。

參考文獻

［1］陳懇，楊向東等. 機器人技術(shù)與應(yīng)用［M］.北京： 清華大學(xué)出版社，2006.

［2］魏永廣．現(xiàn)代傳感技術(shù)［M］．哈爾濱：東北大學(xué)出版社，2001.