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基于PIC单片机及传感器的机器人设计与实现

发布时间:2020-07-21 17:58:38 阅读: 来源:合金管厂家

1前言

机器人技术是融合了机械、电子、传感器、计算机、人工智能等许多学科的知识,涉及到当今许多前沿领域的技术。一些发达国家已把机器人制作比赛作为创新教育的战略性手段。如日本每年都要举行诸如“NHK杯大学生机器人大赛”、“全日本机器人相扑大会”、“机器人足球赛”等各种类型的机器人制作比赛,参加者多为学生,旨在通过大赛全面培养学生的动手能力、创造能力、合作能力和进取精神,同时也普及智能机器人的知识.[1]

开展机器人的制作活动,是培养大学生的创新精神和实践能力的最佳实践活动之一,特别是机电专业学生开展综合知识训练的最佳平台。本文针对具有引导线环境下的路径跟踪这一热点问题,基于单片机控制及传感器原理,通过硬件电路制作和软件编程,制作了一个机器人,实现了机器人的路径跟踪和自动纠偏的功能,并能探测金属,实时显示距离。

2机器人要完成的功能

选取一块光滑地板或木板,上面铺设白纸,白纸上画任意黑色线条(线条不要交叉),作为机器人行走的轨迹,引导机器人自主行走。纸下沿黑线轨迹随机埋藏几片薄铁片,铁片厚度为0.5~1.0mm。机器人沿轨迹行走一周,探测出埋藏在纸下铁片,发出声光报警,并显示铁片距离起点的位置。

3 硬件设计方案

机器人总体构成

如图4所示,金属探测器使用一接近开关,探测有效距离约为4mm,将它固定在机器人上,当探测到金属片时,探测器输出端输出低电平,经反向器后接一发光二极管和一蜂鸣器,发出声光指示信号。同时输出反向后接单片机,对探测到的金属片个数进行计数。

霍尔元件测距设计

霍尔集成片内部由三片霍尔金属板组成,当磁铁正对金属板时,根据霍尔效应,金属板发生横向导通[4],因此可以在车轮上安装磁片,而将霍尔集成片安装在固定轴上,通过对脉冲计数进行距离测量。小车后轮每转一圈,霍尔元件产生的脉冲送入单片机的T0口进行计数,单片机完成脉冲数到距离的转换。在后轮安装一个磁极,测量误差是一个车轮的周长,可在软件中给予补偿。

LCD显示

液晶显示器以其微功耗、体积小、显示内容丰富、超薄轻巧的诸多优点,在袖珍式仪表和低功耗应用系统中得到越来越广泛的应用。这里采用2行16个字的DM-162液晶模块,通过与单片机连接,编程,完成显示功能。

4 系统软件流程

系统软件流程如图5所示。

图5 系统软件流程图

5 结论

本文基于单片机及传感器原理,以单片机为控制器的核心,小型直流电机作为驱动元件,配置不同类型的传感器,通过软件编程,制作出了一个价格低廉、模块化结构的小型机器人。大量的行走实验证明,该机器人能够顺利路径跟踪和自动纠偏自主行走,并完成探测、显示等功能。

本文作者创新点:本文针对具有引导线环境下的路径跟踪这一热点问题,采用多传感器信息融合技术,通过单片机控制,实现了机器人的路径跟踪和自动纠偏的功能,方法简单,易于实现,造价低廉,效果较好。

参考文献

[1]韩建海,赵书尚,张国跃等。基于 PIC 单片机的六足机器人制作。机器人技术与应用,2003,06[2] 姜长涨,于万元,王冬蕾。基于AVR单片机的直流电动机的PWM调速系统设计。仪器仪表用户,2006,02[3] 薛艳茹,郑冰, 郝兴贞,等。基于模糊控制信息融合方法的机器人导航系统。微计算机信息,2005年第11-2期[4] 张寿安。霍尔效应在位置控制中的应用。长沙铁道学院学报(社会科学版),2005,02

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