基于智能i5的尋跡機器人的設計

江旭 賈婷 楊超 張婷婷 沈陽工學院信息與控制學院

基于智能i5的尋跡機器人的設計

江旭 賈婷 楊超 張婷婷 沈陽工學院信息與控制學院

本文論述了基于單片機的智能循跡小車的控制過程。智能循跡是基于自動引導機器人系統，用以實現小車自動識別路線，以及選擇正確路線。智能循跡小車是一個運用傳感器、單片機、電機驅動及自動控制等技術來實現按照預先設定的模式下，不受人為管理時能夠自動實現循跡導航高新科技。該技術已經應用于無人駕駛機動車，無人工廠，倉庫，服務機器人等多種領域。

機器人尋跡i5

i5是工業化、信息化、網絡化、智能化、集成化(Industry、Information、Internet、Integrate、Inteligent)的有效集成。i5智能機床產品在不用光柵尺情況，其精度可通過補償優化達到世界領先精度(3個μm)。i5智能機床作為基于互聯網智能終端，實現了操作、編程、維護和管理的智能化。

循跡機器人是一種能夠自動按照給定的路線（通常采用不同顏色或者其他信號標記來引導）進行移動的機器人，它是一個運用傳感器、信號處理、電機驅動及自動控制等技術來實現路面探測、障礙檢測、信息反饋和自動行駛技術綜合體。循跡機器人在軍事、民用和科學研究等方面已獲得了廣泛的應用。如自動化生產線的物料陪送機器人，醫院的機器人護士，商場的導游機器人等。

機器人控制系統硬件部分主要由5個模塊組成：控制模塊、循跡模塊、避障模塊、電機驅動模塊、電源模塊。

1 控制系統模塊

要時時準確檢測引導線和障礙，保證機器人準確快速到達各個景點，為此本機器人采用ATmega128控制芯片。ATmega128為基于AVR RISC結構8位低功耗CMOS微處理器，運算速度快，具有多路PWM輸出，可將測速、避障等電路產生輸入信號進行處理，并輸出控制信號給驅動放大電路，從而控制電機轉速，此方式產生PWM信號比用定時器中斷產生的WM信號實時性更好，而且不會占用系統的定時器資源。

基于ATmega128開發的機器人控制系統具有速度調節性能好、穩定性高、功能易拓展、成本低、體積小等特點。

2 循跡模塊

循跡是指小車在比賽場地上循白色引導線線行走，循跡模塊采用灰度傳感器，發射管為普通LED燈，接收管為光敏三極管3DU33。工作原理為：不同顏色的物體對LED發射光反射不同的亮度，光敏三極管3DU33接收這些不同亮度的光線，就會呈現不同的電壓Vx。Vx輸入到比較器LM33的同相端，并與電位器設定的電壓V0相比較，當Vx＞V0時，比較器輸出高電平，當Vx＜v0時，比較器輸出低電平，分辨不同的兩種顏色，達到循跡的目的。

循跡機器人前后兩端均是由7個灰度傳感器組成的循跡模塊。中間三個灰度傳感器起巡線的作用，兩端的灰度傳感器起探測彎道作用，剩下兩個灰度傳感器交替進行巡線和探測彎道。實驗證明，這樣的灰度傳感器的布置圖，機器人循跡的效果好，且“性價比”非常高。

3 驅動模塊

循跡避障機器人要求行走靈活、反應快速，因此要求驅動電機具有“轉速快、制動及時”等特點。循跡避障機器人采用中鳴公司的JMP-BE-3508I驅動板模塊，其輸入電壓為11V到24V，最大輸出電流為20A，滿足快速前進、制動、轉彎要求。并且電機速度達到500rpm，堵轉力矩為8KG．CM，具有很強的剎車功能。利用單片機四路PWM輸出信號，分別控制四個輪子的轉速。并采用“四輪驅動”、“差速轉彎”方式實現機器人的前進、后退與轉彎。

4 避障模塊

避障模塊主要使用的是紅外發射接收傳感器，當紅外感應避障模塊靠近物體時，輸出低電平信號；當沒有感應到物體時，輸出高電平信號。將該信號線接入到單片機的控制端口，控制程序就能起到探測障礙物的作用，當在機器人行進的路徑上就可以發現有障礙物并及時避開繞行。

5 電源模塊

循跡機器人的電源模塊主要實現以下三大功能：1、穩定輸出5V工作電壓。設計制作的電源模塊以7805芯片為核心，把輸入電壓截止到5V。2、提供足夠電流。7805芯片輸出電流為1．5A，而循跡機器人需要較大電流，所以我們使用了兩片7805芯片分別對控制系統和外部設備進行供電。3、濾波。在7805芯片輸入、輸出端分別并聯104貼片電容和10μF電解電容，過濾高頻、低頻信號。

江旭（1995-），安徽壽縣人；賈婷(通訊作者)（1983-），女，籍貫：遼寧省錦州市，現沈陽工學院信息與控制學院電子信息教研室，職稱：講師，研究方向：信號處理及控制。