智能尋跡機(jī)器人是一種被廣泛研究的機(jī)器人，而且國內(nèi)外都有許多重要的比賽都以尋跡機(jī)器人為核心展開，如我國的“飛思卡爾”杯全國大學(xué)生智能車大賽，以及吸引亞太地區(qū)眾多國家參賽的亞廣聯(lián)（ABU）機(jī)器人大賽等。

　　所謂的復(fù)雜路線，即由小半徑彎道、各種角度折道、直道等組成的不規(guī)則導(dǎo)引線，它是相對(duì)由大半徑彎道組成、過渡平滑的簡單路線而言的。筆者所設(shè)計(jì)的尋跡機(jī)器人小車，以AT89C52單片機(jī)為控制芯片，采用自制的3個(gè)紅外光電傳感器，以簡單的設(shè)計(jì)、較低的成本實(shí)現(xiàn)了復(fù)雜路線下機(jī)器人的自主尋跡。

　　考慮到實(shí)用性和性價(jià)比，采用AT89C52單片機(jī)作為機(jī)器人的控制芯片。AT89C52是美國Atmel公司生產(chǎn)的低電壓、高性能CMOS 8位單片機(jī)，片內(nèi)含8 KB的可反復(fù)擦寫的只讀存儲(chǔ)器（PEROM）和256B的隨機(jī)存取數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器（RAM），32個(gè)I/O口線，3個(gè)16位定時(shí)/計(jì)數(shù)器，1個(gè)全雙工串行通行口。器件采用Atmel公司的高密度、非易失性存儲(chǔ)技術(shù)生產(chǎn)，與標(biāo)準(zhǔn)MCS51指令系統(tǒng)及8052產(chǎn)品引腳兼容。

　　作為尋跡機(jī)器人的“眼睛”，選擇合適的傳感器是關(guān)鍵。目前市面上可選用的傳感器主要有CCD傳感器和紅外光電傳感器兩種。近年來CCD傳感器技術(shù)已趨成熟，在近幾屆“飛思卡爾”杯智能車大賽上，采用CCD傳感器的智能車越來越多，并取得了不錯(cuò)的成績。不過，CCD傳感器價(jià)格較高,體積較大,數(shù)據(jù)處理相當(dāng)復(fù)雜,因此在按既定路線行走的尋跡機(jī)器人設(shè)計(jì)中,紅外光電傳感器以其體積小、價(jià)格低、數(shù)據(jù)處理簡單而顯得更有優(yōu)勢。

　　紅外光電傳感器由1個(gè)紅外發(fā)射管和1個(gè)光敏二極管組成。工作時(shí)，紅外發(fā)射管發(fā)射的紅外光被被測表面反射回來，光敏二極管接收被反射光。由于被測表面的材質(zhì)不同，反射率也不一樣。當(dāng)被測表面為白色時(shí)，反射光較強(qiáng)，光敏二極管將導(dǎo)通；反之，被測表面為黑色時(shí)，光敏二極管將截止。考慮到外界環(huán)境光照等干擾因素，輸出的電壓值有一定的波動(dòng)范圍，若直接輸給單片機(jī)，可能導(dǎo)致檢測判斷錯(cuò)誤。因此，需要將輸出電壓通過比較器（LM324）與預(yù)置的閾值電壓比較，然后得出一個(gè)高低電平輸給單片機(jī)。閾值電壓通過試驗(yàn)測量得出，其電路如圖1所示。其中LED為傳感器工作指示燈，R1為閾值電壓調(diào)節(jié)電阻。

　　驅(qū)動(dòng)機(jī)器人行走的2個(gè)電機(jī)需要不同的轉(zhuǎn)速來實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)彎。選用的驅(qū)動(dòng)芯片為L293D，它包含4個(gè)輸出通道，最大輸出峰值電流為1.2 A，能同時(shí)驅(qū)動(dòng)2個(gè)直流電機(jī)工作；其信號(hào)輸入端和使能端接收到來自單片機(jī)的信號(hào)，控制電機(jī)的通斷以及正、反轉(zhuǎn)，還可以通過向使能端輸入不同占空比的方波信號(hào)來調(diào)整電機(jī)轉(zhuǎn)速 (PWM方式)。

　　IN端口接控制信號(hào)，OUT端口接電機(jī)的兩端，EN端口接使能信號(hào)。一組IN端口輸入為高/低或低/高電平時(shí)，能實(shí)現(xiàn)電機(jī)的正/反轉(zhuǎn)。一組IN端口輸入均為高或低電平時(shí)，電機(jī)將停轉(zhuǎn)。EN使能端為高電平時(shí),相應(yīng)端口輸入信號(hào)有效；反之，則輸入信號(hào)無效。在EN端輸入PWM波，通過調(diào)整 PWM波的占空比，即可實(shí)現(xiàn)電機(jī)的無級(jí)調(diào)速。

　　機(jī)器人尋跡控制示意圖如圖3所示，機(jī)器人采用前輪驅(qū)動(dòng)后輪輔助的三輪差動(dòng)式行走方式。車體前部兩輪均為主動(dòng)輪，由兩個(gè)電機(jī)分別驅(qū)動(dòng)，利用它們的轉(zhuǎn)速差來控制機(jī)器人運(yùn)動(dòng)方向；后輪為從動(dòng)萬向輪，僅起著支撐車體的作用。車底板前部以車體中心線為軸線對(duì)稱放置著3個(gè)自制的紅外光電傳感器，作為機(jī)器人的尋跡傳感器。

　　機(jī)器人尋跡場地中除了黑線，其他區(qū)域均為白色。當(dāng)傳感器正下方為黑線時(shí)，輸出“0”狀態(tài)，當(dāng)其為白色區(qū)域時(shí)，輸出“1”狀態(tài)。因此，理論上3個(gè)傳感器輸出的組合狀態(tài)會(huì)有8種，如表1所列。每一種組合狀態(tài)都對(duì)應(yīng)著一種機(jī)器人下一步的行走動(dòng)作，共有前進(jìn)、左轉(zhuǎn)、快速左轉(zhuǎn)、右轉(zhuǎn)、快速右轉(zhuǎn)、原地旋轉(zhuǎn)、停止 7種動(dòng)作。