一种机器人寻迹行走控制系统 张江梅,王姮.pdf

基金颁发部门：四川省教育厅；项目名称：基于 CCD 的嵌入式机器视觉系统在移动智能体中 的应用研究；编号：2006C027 基金申请人：张江梅 一种机器人寻迹行走控制系统 张江梅，王 姮 四川绵阳西南科技大学 621010 【摘要】：本文介绍了一种机器人寻迹行走控制系统。系统采用了光电检测寻线和直流 电机驱动相结合的机器人控制技术，应用 AVR 单片机为核心控制器，来采集、存储、处理 由光电检测寻迹系统输入的数字信号，并通过驱动系统来控制直流电机，使机器人按照预 设的路线行走。系统具有自动纠偏、准确可靠、抗干扰能力强等特点，为机器人行走的准 确性提供了可靠保证。 【关键字】：机器人；寻迹行走；光电传感器；单片机；直流电机 【中图分类号】：TP242.6+2 【文献标识码】： A 在一种自动行走机器人的应用中，希望机器人能够自动按照地面上的某种白色指示线到 达某一标志物上并使机器人停止完成相应动作。若采用步进电机驱动可以满足以上要求，但 由于地面的各种因素，比如地面较光滑等，导致机器人在运动过程中出现打滑或丢步，机器 人在运动中一旦出现这些现象，就不能准确检测到标志物。本文介绍了一种采用光电检测寻 线系统和直流电机驱动相结合的机器人控制系统，可以使机器人非常准确、自动地到达理想 的位置并完成相应的动作。 1 光电检测寻线系统 寻线系统即机器人的“眼睛”，在机器人的寻迹行走中起着非常重要的作用，为机器人 行走过程中定位的准确性提供了保障。每一套寻线系统由比较电路板和光发射接收板两大部 分组成。比较电路板主要是将光发射接收板输入的模拟信号经比较器比较后，转换为数字信 号，输入到单片机中。光发射接收板主要功能是完成光的发射、接收和将光信号转换为模拟 信号。每一块光发射接收板就是机器人的一个检测点，一般情况每个机器人需安装多个检测 点，以保证机器人在运动过程中有较大的偏向检测能力和纠错能力。 本文介绍的机器人寻线系统，其实验场是在地面上放置了白色引导线及高约 1cm、直径 10cm 的白色圆盘来测试机器人的寻线。可以根据两个量来判断机器人是否在白线及圆盘上 方。一是接收管检测的模拟量的大小。由于所用的光电管 ST178 是反射式的，它是根据发射 管发射红外线经被测物反射后光的强弱来识别颜色的。所以当光电管到白色上方时，接收管 得到信号的值与在其他地上有明显不同，由此来判断光电检测阵列已经在白色检测物上方。 二是通过相应的软件模块判断在圆盘上方光电管的数目，如果光电管数目在某一范围内时则 表明机器人在圆盘上并使机器人停止完成相应动作。 1.1 总体电路图 光电检测阵列的电路框图如图 1 所示。使用单片机的同步串行口（SPI）将串行数据送 入移位寄存器 74HC595中。然后在锁存脉冲的作用下将串行数据并行发送。采用 SPI 方式， 串行数据传输的波特率可达 2MHz，实际使用中效果并不亚于并口。采用多片 74HC595 级连 可以驱动多个发射管，同时最末端的 74HC595 为数据选择器提供位选信号和用于显示光电管 发射管阵列 发射管阵列 Pc 0 DI Pc 595 595 595 3 8535 接收管阵列 A/D CD4067 位选信号 4 图1 反射式光电寻迹系统 工作状态的 LED 导通信号。由于 74HC595 的数据是并行发出的，这样可以保证在导通一个发 射管的同时相应的接收管信号被送入单片机的A/