摘要：機器人在軍事偵查、掃雷排險、防核化污染等風(fēng)險與惡劣環(huán)境中以及工業(yè)自動化消費的物料搬運上應(yīng)用很廣，隨著任務(wù)復(fù)雜性的增加，對挪動機器人的請求也越來越智能化。但是，功用較完備的途徑跟蹤控制辦法普遍具有計算復(fù)雜，不易完成等特性。主要針對挪動機器人即智能小車的行走系統(tǒng)停止設(shè)計，以MCS-51單片機為控制中心的智能小車應(yīng)用單光束反射取樣紅外傳感器，探測正前方及左右兩側(cè)障礙物，應(yīng)用控制算法尋覓行進(jìn)道路，在無人控制的狀況下自主地走出迷宮。設(shè)計采用了輪式挪動機構(gòu)，使機器人能直線行走、左右轉(zhuǎn)彎、主要針對途徑跟蹤算法優(yōu)化問題，提出一種有效可行的辦法，該法比以往算法更簡單易行。
關(guān)鍵詞：智能小車；迷宮；控制算法；避障

    機器人應(yīng)當(dāng)具有幾個特征：挪動功用，執(zhí)行功用、覺得和智能。目前全世界各國舉行的觸及硬件，軟件仿真的機器人大賽不下20余類。各種各樣的機器人競賽都有一個共同的目標(biāo)：培育科學(xué)創(chuàng)新肉體，激起思想的想象力，鼓舞理論與理論的分離。不只如此，如今曾經(jīng)有越來越多的自動控制產(chǎn)品曾經(jīng)介入消費，在農(nóng)業(yè)、工業(yè)上都有普遍的應(yīng)用。新的工作方式將大大的縮短了人工作業(yè)的時間，并且減輕了人的膂力勞動的支出。走迷宮的微型機器鼠主要是基于自動引導(dǎo)小車(Auto Guided Vehicle，AGV)的原理，完成機器鼠辨認(rèn)道路，判別并自動規(guī)避障礙，選擇正確的行進(jìn)道路走出迷宮。在此選擇制造一個簡易的行進(jìn)安裝，使其能順利的走避障或是迷宮。為了完成小車辨認(rèn)道路，判別并自動規(guī)避障礙，選擇正確的行進(jìn)道路，障礙判別采用單光束反射取樣紅外傳感器，驅(qū)動電機采用直流電機，控制中心采用MCS-51單片機。控制上采用分時復(fù)用技術(shù)，僅用一塊單片機完成了信號采集、線路判別、電機控制等功用。迷宮由16×16個區(qū)組成。起點設(shè)在拐角處，終點設(shè)在中央，占4個區(qū)。每個區(qū)為180 mm×180 mm大小，間壁高為50 mm，厚度為12 mm，側(cè)面涂白色，底面涂黑色，如圖1所示。

1 迷宮車控制系統(tǒng)的總體設(shè)計計劃
    迷宮車由墻壁傳感器、單片機控制板、動力及轉(zhuǎn)向系組成的，控制框圖如圖2所示。

    迷宮車采用輪式挪動方式。優(yōu)點是：構(gòu)造和控制簡單而且技術(shù)成熟。從選定電動機轉(zhuǎn)速和輪胎直徑，能夠簡單地計算出小車的速度。但是，有關(guān)路面的阻力或上坡的驅(qū)動轉(zhuǎn)矩等成為重要的要素。思索這點，在輪胎上運用無線遙控車的塑膠輪胎。如圖3所示，前輪1為萬向腳輪或球形輪，后輪2和后輪3為獨立驅(qū)動輪，應(yīng)用它們的轉(zhuǎn)速差完成轉(zhuǎn)向。這種組合的特性是機樞組合容易，而且當(dāng)2個驅(qū)動輪以相同速度、相反方向轉(zhuǎn)動時車體能繞2個驅(qū)動輪連線的中點自轉(zhuǎn)，值得留意的是自轉(zhuǎn)中心與車體中心不分歧。
    迷宮車車身體料的選擇。迷宮車運用的資料大局部用于構(gòu)造，普通應(yīng)采用金屬資料。迷宮車承載和運動不應(yīng)產(chǎn)生嚴(yán)重的變形和斷裂，從力學(xué)角度講即具有足夠的強度。迷宮車負(fù)載小，自重輕，對壽命的請求不高。因而，選用鐵皮。
1．1 迷宮車控制電路的設(shè)計
    控制電路主要由電機驅(qū)動電路，單片機接口電路，電源電路和傳感器電路組成?？刂瓶驁D如圖4所示。

    (1)紅外線光感電路傳感器經(jīng)過發(fā)光二極管發(fā)出紅外線，若有障礙物在前方，紅外線會被反射回來，被感光三極管接納，單片機程序?qū)π盘柾Ｖ贡葦M處置，按設(shè)定的動作請求向后輪的兩個電機發(fā)出控制命令，控制小車行進(jìn)。
    (2)電機驅(qū)動電路采用89S51單片機，經(jīng)過L293D芯片來控制兩個驅(qū)動電機動作。89S51依據(jù)紅外傳感器對外界停止探測后反應(yīng)回來的信號，根據(jù)迷宮車探路算法，斷定迷宮車行進(jìn)方向，分別向左右兩個驅(qū)動電機發(fā)出控制指令，該信號經(jīng)L293D芯片驅(qū)動后，直接控制相應(yīng)電機動作，使迷宮車按既定動作停止行進(jìn)、后退、轉(zhuǎn)向。
    (3)洪水算法
    洪水算法即便用256 B額外內(nèi)存，會大幅進(jìn)步性能。該算法比普通迷宮算法的有效率高20～50倍。同時能夠在內(nèi)存中樹立一個區(qū)域，與實踐中的迷宮格數(shù)逐個對應(yīng)。在實踐運用時算法并不太復(fù)雜。該額外內(nèi)存區(qū)域稱為“浪頭”，它將表現(xiàn)在內(nèi)存區(qū)域的實踐情況中如圖9所示。當(dāng)迷宮被吞沒的時分，一個波浪的前頭從目的格向外擴(kuò)展。在內(nèi)存區(qū)域中這種單元格是唯一需求處置的，當(dāng)浪頭抵達(dá)開端的單元格子，機器人曾經(jīng)被吞沒。通常來說，開端的單元格能夠是任何一個格子。但是為了便當(dāng)起見，把開端點設(shè)在迷宮的第一個單元格，終點恣意。反過來也能夠把出口放在第一個單元格，把開端點設(shè)在中間或希望的位置。一旦抵達(dá)了起點即搜索完成，最短的途徑能夠使機器老鼠挪動到四周的格子中數(shù)值比擬小的那個格子去，依次類推機器老鼠就能走到終點。

    洪水算法的優(yōu)缺陷：
    ①依照該算法小車在第一次走迷宮的時分，必需把迷宮中一切的道路都走一遍。但是該算法能夠讓小車走任何迷宮，即便迷宮自身有“孤島”小車一樣能夠順利的走出迷宮。
    ②當(dāng)小車再走第二遍迷宮的時分小車能夠1次性走正確的道路走出迷宮，并且該道路一定為最短的道路。
    (4)鋪路算法
    在內(nèi)存中樹立一個區(qū)域與實踐中的迷宮格數(shù)逐個對應(yīng)，并將一切走過的路停止記憶，假如發(fā)現(xiàn)前方是死胡同或走過的路就轉(zhuǎn)回前一個岔道口；在行走過程中遇岔道口默許靠左。由于有了記憶功用，就能夠走第二遍。
    鋪路算法的優(yōu)缺陷：
    ①運用該算法能夠走復(fù)雜的迷宮，不存在走不出來的問題。
    ②運用該算法在小車第二次走迷宮的時分能夠一次性的走出迷宮，但是不能保此條道路走的是最短的線路。
    這幾種算法各有優(yōu)缺陷，經(jīng)權(quán)衡比擬，最終選擇靠前算法。
1．3 系統(tǒng)運轉(zhuǎn)及調(diào)試
    程序運轉(zhuǎn)時遇到的問題及處理辦法：
    (1)小車的外殼及輪子是純手工裝置的，精度不是很高，小車在行駛過程中不能不斷走直線，很容易發(fā)作擦墻事故影響小車走迷宮。若是手工制造時所惹起的，可經(jīng)過給行駛時較落后的輪子上繞一些膠帶來增加輪子的周長來處理。也可經(jīng)過在電路中參加A／D轉(zhuǎn)換器，對程序停止相對的改良，不時的測小車與四周墻壁的間隔，堅持小車與四周墻壁堅持一定間隔來處理。
    (2)采用ST188型紅外線傳感器，易受外界干擾不能精確地檢測墻壁信號，特別是在強光下無法正常運轉(zhuǎn)，對某些資料反射的光無法接納，易受陽光干擾，招致小車不能無誤地走出迷宮。惹起干擾的緣由是陽光所發(fā)出的紅外線與紅外傳感器所發(fā)出的紅外線是一樣的，都是連續(xù)的，無法區(qū)別，所以易受四周光線的干擾。關(guān)于該問題的處理方法是應(yīng)用無線遙控根本原理使紅外傳感器所發(fā)出的紅外是一種有固定頻率有別于四周紅外的信號。關(guān)于接納方也停止電路處置，使有區(qū)分才能直接納有固定頻率的紅外信號。這兩處的改良都是經(jīng)過改良電路來完成的。若是反射面所惹起的，經(jīng)過限制反射面的資料能夠處理。依據(jù)555定時器原理，改良傳感器電路如圖10所示。其工作原理是555電路發(fā)出頻率為100 Hz的方波，驅(qū)動ST188放射端發(fā)光二極管以100 Hz的頻率閃動，發(fā)出閃爍的光波，當(dāng)有障礙物接近時，反射光惹起ST188接納端的光敏電阻以相同的頻率變化，使得圖10中A點的電壓值VA發(fā)作相應(yīng)變化。VA中包含有直流成分V直和頻率為100 Hz的交流成分V變，其中后者反映了障礙物的接近狀況。為了保存有用的交流信號V交，肅清直流成分V直，用隔直電容C1來完成隔直通交的功用，并由第一個運放電路完成對V交停止放大，由第二個運放完成直流到交流的轉(zhuǎn)換。詳細(xì)來說，當(dāng)遠(yuǎn)離障礙物時，運放的輸出VO為高電平；當(dāng)傳感器接近障礙物時，VO輸出低電平。

    (3)小車的速度很難控制，經(jīng)過程序控制很難把握小車的旋轉(zhuǎn)時間，小車在轉(zhuǎn)90°和180°時，經(jīng)常轉(zhuǎn)過規(guī)則的角度，以致影響小車不能直線走出迷宮。一種處理方法是接入調(diào)壓電路，在給小車轉(zhuǎn)彎時間一定的狀況，調(diào)理馬達(dá)上的電壓來改動車輪速度，不時理論直抵達(dá)到預(yù)定的規(guī)范。另一種處理方法是，在小車速度一定的狀況下，不時經(jīng)過改動程序中的小車轉(zhuǎn)角時間來改動小車的轉(zhuǎn)角，屢次理論，以求到達(dá)預(yù)定目的。經(jīng)過實踐調(diào)試發(fā)現(xiàn)這兩種方法單獨應(yīng)用很難到達(dá)預(yù)定目的。因而，將兩種分離起來，經(jīng)過調(diào)試，容易到達(dá)目的。

2 結(jié)語
    機器人迷宮車是大學(xué)生電子制造常選項目，是電子電路、機械傳動及自動控制等多種學(xué)問的綜合應(yīng)用。對小車的轉(zhuǎn)向控制觸及到電機調(diào)速，能夠先對小車樹立控制模型，再應(yīng)用自動控制原理學(xué)問給出詳細(xì)控制算法，這樣就能夠使小車轉(zhuǎn)向控制及途徑選擇更為準(zhǔn)確。