機器人單片機控制系統的設計與實現研究

張續偉

摘?要：機器人作為多種技術融合的產物，其對于技術的要求非常高，其通過自動化裝備的有效應用以及先進制造技術的綜合統一，實現了高技術產品融合。可以說，機器人技術要求十分復雜，而單片機也在機器人設計中起到了大腦的作用，是最為關鍵的控制系統。基于此，本文以此為切入點，深入分析機器人單片機控制系統的設計與實現展開探討。

關鍵詞：機器人;單片機;控制系統;設計

在機器人設計過程中，單片機技術在自動控制方面起到了非常重要的作用，是機器人控制系統的主要構件之一，強化了機器人行動、感應等功能的良好控制，本文就對機器人單片機控制系統的設計與實現進行分析。

一、系統總體設計思路

機器人在設計過程中，需要單片機整體把控系統，然后相應地設定不同的功能模塊，有效銜接不同功能模塊的功能，為單片機系統提供信息反饋，讓單片機可以相應地做出判斷，然后據此來發布指令，控制不同的功能模塊，從而實現良好的控制效果。因此，一定要從整體上把控，從細節上優化。

在本次設計過程中，通過單片機形成系統的控制機制，此次設計過程中，選用了兩片單片機進行機器人的系統控制，一片用來整合計算機的系統，另一片則針對性地控制液晶屏，讓機器人通過液晶屏顯示相應的信息，同時，為了強化兩片單片機的互相溝通和協調一致，本次設計通過I/O接口進行通訊，讓兩片單片機可以共同開展控制工作，協調一致，強化管控的質量。同時在單片機的基礎上，相應地設計機器人的顯示功能、光電轉換功能、驅動功能、校正功能等，實現機器人的多方面的技術要求，當I/O接口有輸出信號時，電力會通過電阻后進入第一級三極管的基極，讓其導通。待導通后，電流可以經過電阻進入到第二個NPN三極管的基極，此過程可實現對電流的進一步放大，這樣就可以實現繼電器可以驅動電流。事實上，繼電器的電流通過兩級方法后，電流方法了大約兩倍，具體如下圖所示。

二、驅動電路設計思路

機器人最基本的功能之一就是行走，因此，驅動電路的設計正是為了滿足機器人這一技能的需求，驅動模塊有效管控著機器人的正常行走。通過應用三極管，對單片機的I/O接口電流進行放大，以此來滿足驅動器電流的需求，這樣就可以保證電動機能夠正常運行。在這種設計模式下，電動機電流得到保證，且不會造成不好的影響而致使其他部件出現問題。

三、顯示電路設計思路

顯示模塊的設計是為了賦予機器人相應的視覺，在設計時，本次研究采取了LCM1602液晶屏，充分利用該液晶屏的高品質和高性能，強化機器人的視覺效果，且此顯示屏操作簡單，應用較為便捷，成本也較低。

四、語言電路設計思路

在設計過程中，機器人可能會出現失誤，因此，要相應地設計語言提示進行二次提示。在此情況下，相應地設計語言模塊，通過設計語音芯片來強化語言能力，提升機器人語言表達的高保真效果，聲音不會出現失真的情況，并充分保證錄放的時間，特別是在錄音時，要保證錄音的時長，且可以有效同時處理多種聲音信息，這樣可以更好地提升機器人的語言功能。

五、觸覺電路設計思路

在設計機器人控制系統時，要設計機器人的發現和跟蹤目標設計，并讓機器人具備良好的識別目標位置的能力，為此，在本次設計過程中，通過應用兩個型號的TX05D紅外線反射傳感器來幫助機器人檢驗前方目標。紅外反射式接近開關，且在內部有一個紅外線的發射管以及一個接收管。接收管負責接收紅外信號，并傳輸高電平信號。設計時，選擇了兩個紅外線傳感器，在機器人的左右兩側加以設置，傳感器受到紅外反饋信號后，其會進一步向單片機傳輸高電平信號。然后單片機據此作出針對性判斷，分析機器人前方有無目標。如果存在目標，便會發出指令，要求電機進行轉向。

六、行動調整電路設計思路

機器人的運轉是借助電機來完成的，如果電機出現問題，自然就直接影響機器人的動作完成。特別是對于機器人應用的不同電機，其可能運行存在差異，會因為轉動不同步而造成機器人的運動技能受到影響。在這種情況下，設計機器人時需要相應地構建行動調整模塊，結合機器人的特點，在設計行動調整電路時，采用兩個光耦，安裝在機器人的腿部，機器人在運動時，光耦會交替更換。如果機器人運動技術出現故障時，光耦的更換就會變得不規則，此時，機器人會自動切斷一條腿的運動技能，而讓第二條腿移動到相應位置，此時，光耦會自動進行調整，會回復到之前交替更換的模式狀態下，從而有效調節機器人的行動技能，讓機器人可以正常行動。

七、亞超聲接收電路

為了強化機器人的判斷能力，在設計過程中，相應地設置亞超聲接收電路，針對性地在機器人上面安裝了亞超聲接收模塊。當接收模塊工作時，其會對外界的亞超聲信息進行接收和收集，此時，機器人會相應地停止或者運行自己的行動，在這種情況下，亞超聲接收電路無疑就是機器人的聽覺功能。為了提升實際效果，本次設計采用了成品的亞超聲接收板加以設計，對于其輸出的信號，則通過光電開關加以轉換，然后形成能夠觸發單片機I/O的低電平開關信號。在這種情況下，接收器就可以將亞超聲開關的狀態快速準確地傳輸給單片機，供單片機做出控制。

八、結語

機器人多項能力的實現，需要以單片機作為控制系統，做相應的整合，實現對機器人的聽覺、視覺、語音、觸覺以及一定程度的思考能力的有效實現和保障，讓機器人在單片機的控制下，可以實現基礎性的人機交互和顯示功能，讓機器人功能更加完善。

參考文獻：

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