以單片機與傳感器為基礎(chǔ)的機器人設(shè)計探討

潘愛民

【摘 要】在現(xiàn)代生產(chǎn)生活中，機器人已經(jīng)成為人們所司空見慣的一種機器。不論是流水線上的操作機器人，還是家居中的服務機器人，不可否認，機器人正在用自己的存在改變著人們的生產(chǎn)生活方式。隨著時代的發(fā)展和科技的進步，人們對機器人的要求越來越高，這也就要求人們要利用新的技術(shù)和手段來制造生產(chǎn)機器人。單片機和傳感器是現(xiàn)代生產(chǎn)生活中不可或缺的器件，更是制造機器人的基礎(chǔ)。本文通過對以單片機與傳感器為基礎(chǔ)的機器人設(shè)計的探討，同時以時代前沿為依據(jù)，對機器人未來的發(fā)展作出了自己的分析。

【關(guān)鍵詞】單片機；傳感器；機器人

一、背景與意義

在現(xiàn)代生產(chǎn)生活中，機器人的存在已經(jīng)完全被人們所接受。由于機器人相比人力存在著精確度高、疲勞性低等諸多優(yōu)點，機器人已經(jīng)在越來越多的地方上取代了人力。比如工廠中流水線上的操作機器人，家居生活中的服務機器人等。機器人的存在為人們的生活帶來了很大的便利，可以說，機器人已經(jīng)是現(xiàn)代生產(chǎn)生活中不可缺少的一部分。

隨著時代的發(fā)展和科技的進步，人們對機器人的性能要求越來越高。這是因為隨著時代和科技的變化，原來的機器人已經(jīng)無法再滿足人們的需求。這就要求人們?nèi)ピO(shè)計制造新的機器人，來滿足自己的需要。

單片機和傳感器是現(xiàn)代生產(chǎn)生活中極為重要的器件。甚至可以說，現(xiàn)代的設(shè)備已經(jīng)無法離開單片機和傳感器。機器人自然也不例外，尤其是小型的智能機器人更是如此。人們?nèi)绻枰獧C器人具備一定的智能性，就需要傳感器來為機器人拓展“感知”，利用單片機幫助機器人處理相關(guān)性的信息。可以說，單片機和傳感器是現(xiàn)代智能機器人的制造基礎(chǔ)。因此，展開對以單片機與傳感器為基礎(chǔ)的機器人的設(shè)計探究，是十分有必要的。

二、機器人的發(fā)展史

機器人這種概念的出現(xiàn)，最早可以追溯到很早以前利用自然力量進行驅(qū)動的機器，例如風力、水力等。而現(xiàn)代嚴格意義上機器人的出現(xiàn)，則是在電氣時代。由于電力的廣泛應用和電路相關(guān)理論的發(fā)展，為機器人的制造出現(xiàn)提供了基礎(chǔ)。

現(xiàn)代意義上的機器人是指，在電力的驅(qū)動下，能夠自主完成一定功能的機器。這種完成工作并不是指單純地對某一動作或某些動作的周期性重復，還包括對工作中出現(xiàn)的突發(fā)性情況具有一定的判斷能力和決策能力。這樣才算是正常的機器人。就像現(xiàn)代家居中經(jīng)常出現(xiàn)的清潔機器人，它們并不是重復性地在某一塊區(qū)域打掃，而是會根據(jù)地面的清潔狀況做出自己的判斷，從而進行清理工作。

隨著時代的進步，機器人已經(jīng)不再是單純地解放人力的工具，而是要在許許多多方面對人力進行替代。這也促使著機器人從原來最簡單的流水性工作機器人，逐步發(fā)展到具有自主辨識和決策的智能機器人。而且，我們可以預見，未來機器人仍然會向著“智能化、微型化、全能化”的方向發(fā)展。

三、單片機和傳感器

在現(xiàn)代的生產(chǎn)生活中，如果說有什么是工業(yè)生產(chǎn)和日常生活必然離不開的。除了電力，恐怕就要數(shù)單片機和傳感器了。

單片機是指一種微型計算機。與普通計算機不同的是，它將微型計算機及其相關(guān)屬件全部安裝在了一個微型的芯片上。單片機可以作為現(xiàn)代機器的核心，對機器的運行、工作等進行監(jiān)督和檢查。在出現(xiàn)意外情況的時候，單片機可以根據(jù)預先設(shè)定好的程序，對相關(guān)情況進行處理。這就為機器的智能化提供了基礎(chǔ)。

傳感器是現(xiàn)代生產(chǎn)生活中應用最多的一種器件。我們可以在生活的方方面面中感受到它的存在。比如用于監(jiān)測氣溫的溫度傳感器、檢測氣體的氣味傳感器、智能控制系統(tǒng)的光敏傳感器、聲敏傳感器等。

機器不同于人類，它們是由金屬、復合材料等制作而成的，并不具備感知能力。如果要讓機器具備類似于人類的“感知、判斷、決策”能力，必然要依靠傳感器為其提供“感知”能力，利用單片機為其提供“判斷、決策”能力。正是由于單片機和傳感器的飛速發(fā)展，才使得智能機器人的出現(xiàn)成為了現(xiàn)實。

四、智能機器人的出現(xiàn)

機器人最開始的出現(xiàn)，是為了將人類從枯燥繁瑣的工作中解放出來。比如最初的流水線生產(chǎn)，需要依賴人力為其提供大量支撐，才能正常運作。卓別林有一部喜劇，名為《摩登時代》。這部作品中雖然對舊時代工廠工作人群的生活狀況做了很大程度的夸張，但我們依舊能看到工廠對人力的依賴。而在引入了機器人后，人力很快便被解放出來。這是由于機器人可以在動力驅(qū)動下周而復始地進行某些動作的重復，而且精確度極高。

隨著時代的進步，人們不斷對機器人的要求也越來越高。原來的機器人只具備重復性工作的能力，而人們需要它們能夠?qū)σ馔獬霈F(xiàn)的狀況進行判斷和決策。在引入了單片機和傳感器后，機器人就如同人類一樣，擁有了“感知”、“判斷”和“決策”的能力。這樣，機器人就從最初的工作機器變?yōu)榱酥悄苄詸C器。這也為機器人進入家居生活提供了條件。

五、智能機器人的設(shè)計

正如前文所言，以單片機和傳感器為基礎(chǔ)，人們設(shè)計制造出了智能機器人。而且，隨著時代的發(fā)展和科技的進步，智能機器人不斷朝著“智能化、微型化、全能化”的方向發(fā)展。那么，智能機器人的設(shè)計的過程應該是怎樣的呢？

首先，我們需要對智能機器人的工作環(huán)境和工作內(nèi)容進行判斷，尤其是工作內(nèi)容。我們只有知道了機器人要干什么，才能去給它安裝“手腳”和“頭腦”。例如家具所用的清潔機器人，我們所需要的就是用它進行垃圾清除，并保持一定區(qū)域內(nèi)的清潔性。那么，我們就需要利用單片機使它具備在一定區(qū)域巡邏的能力；再利用傳感器使其能夠判斷出垃圾，從而進行打掃。

我們在搞清楚智能機器人的工作內(nèi)容后，就需要為其安裝“頭腦”和“手腳”了。智能機器人的“頭腦”就是單片機。現(xiàn)在市場上已經(jīng)有大量的單片機，并且根據(jù)性能的不同進行了相應的劃分。我們所需要考慮的，就是選擇性價比高，適應性強的單片機。而機器人的“手腳”就是各種傳感器，而傳感器的選擇取決于機器人的工作內(nèi)容。現(xiàn)在市場上的傳感器已經(jīng)覆蓋到方方面面，包括溫度、氣味、光照度等等。我們在確定好工作內(nèi)容后，再選擇好相應的傳感器進行組裝。

在選擇好單片機和傳感器后，我們所需要的就是利用相應電路將它們連接起來。現(xiàn)在電路的發(fā)展已經(jīng)十分成熟，尤其是集成電路已經(jīng)得到了廣泛應用，這也是進行機器人設(shè)計制造的基礎(chǔ)。

六、結(jié)束語

單片機和傳感器作為機器人的“頭腦”和“手腳”，是作為機器人設(shè)計制造的基礎(chǔ)。隨著時代的發(fā)展，單片機和傳感器的應用也會更加廣泛。針對現(xiàn)在不斷出現(xiàn)的新的工作環(huán)境和工作內(nèi)容，只要我們選擇合適的單片機和傳感器，必然能夠設(shè)計制造出合適的機器人來滿足人們的需求。而且我們有理由相信，未來的機器人必然吵著“智能化、微型化、全能化”的方向發(fā)展。

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