江旭 贾婷 杨超 张婷婷 沈阳工学院信息与控制学院

基于智能i5的寻迹机器人的设计

江旭 贾婷 杨超 张婷婷 沈阳工学院信息与控制学院

本文论述了基于单片机的智能循迹小车的控制过程。智能循迹是基于自动引导机器人系统，用以实现小车自动识别路线，以及选择正确路线。智能循迹小车是一个运用传感器、单片机、电机驱动及自动控制等技术来实现按照预先设定的模式下，不受人为管理时能够自动实现循迹导航高新科技。该技术已经应用于无人驾驶机动车，无人工厂，仓库，服务机器人等多种领域。

机器人寻迹i5

i5是工业化、信息化、网络化、智能化、集成化(Industry、Information、Internet、Integrate、Inteligent)的有效集成。i5智能机床产品在不用光栅尺情况，其精度可通过补偿优化达到世界领先精度(3个μm)。i5智能机床作为基于互联网智能终端，实现了操作、编程、维护和管理的智能化。

循迹机器人是一种能够自动按照给定的路线（通常采用不同颜色或者其他信号标记来引导）进行移动的机器人，它是一个运用传感器、信号处理、电机驱动及自动控制等技术来实现路面探测、障碍检测、信息反馈和自动行驶技术综合体。循迹机器人在军事、民用和科学研究等方面已获得了广泛的应用。如自动化生产线的物料陪送机器人，医院的机器人护士，商场的导游机器人等。

机器人控制系统硬件部分主要由5个模块组成：控制模块、循迹模块、避障模块、电机驱动模块、电源模块。

1 控制系统模块

要时时准确检测引导线和障碍，保证机器人准确快速到达各个景点，为此本机器人采用ATmega128控制芯片。ATmega128为基于AVR RISC结构8位低功耗CMOS微处理器，运算速度快，具有多路PWM输出，可将测速、避障等电路产生输入信号进行处理，并输出控制信号给驱动放大电路，从而控制电机转速，此方式产生PWM信号比用定时器中断产生的WM信号实时性更好，而且不会占用系统的定时器资源。

基于ATmega128开发的机器人控制系统具有速度调节性能好、稳定性高、功能易拓展、成本低、体积小等特点。

2 循迹模块

循迹是指小车在比赛场地上循白色引导线线行走，循迹模块采用灰度传感器，发射管为普通LED灯，接收管为光敏三极管3DU33。工作原理为：不同颜色的物体对LED发射光反射不同的亮度，光敏三极管3DU33接收这些不同亮度的光线，就会呈现不同的电压Vx。Vx输入到比较器LM33的同相端，并与电位器设定的电压V0相比较，当Vx＞V0时，比较器输出高电平，当Vx＜v0时，比较器输出低电平，分辨不同的两种颜色，达到循迹的目的。

循迹机器人前后两端均是由7个灰度传感器组成的循迹模块。中间三个灰度传感器起巡线的作用，两端的灰度传感器起探测弯道作用，剩下两个灰度传感器交替进行巡线和探测弯道。实验证明，这样的灰度传感器的布置图，机器人循迹的效果好，且“性价比”非常高。

3 驱动模块

循迹避障机器人要求行走灵活、反应快速，因此要求驱动电机具有“转速快、制动及时”等特点。循迹避障机器人采用中鸣公司的JMP-BE-3508I驱动板模块，其输入电压为11V到24V，最大输出电流为20A，满足快速前进、制动、转弯要求。并且电机速度达到500rpm，堵转力矩为8KG．CM，具有很强的刹车功能。利用单片机四路PWM输出信号，分别控制四个轮子的转速。并采用“四轮驱动”、“差速转弯”方式实现机器人的前进、后退与转弯。

4 避障模块

避障模块主要使用的是红外发射接收传感器，当红外感应避障模块靠近物体时，输出低电平信号；当没有感应到物体时，输出高电平信号。将该信号线接入到单片机的控制端口，控制程序就能起到探测障碍物的作用，当在机器人行进的路径上就可以发现有障碍物并及时避开绕行。

5 电源模块

循迹机器人的电源模块主要实现以下三大功能：1、稳定输出5V工作电压。设计制作的电源模块以7805芯片为核心，把输入电压截止到5V。2、提供足够电流。7805芯片输出电流为1．5A，而循迹机器人需要较大电流，所以我们使用了两片7805芯片分别对控制系统和外部设备进行供电。3、滤波。在7805芯片输入、输出端分别并联104贴片电容和10μF电解电容，过滤高频、低频信号。

江旭（1995-），安徽寿县人；贾婷(通讯作者)（1983-），女，籍贯：辽宁省锦州市，现沈阳工学院信息与控制学院电子信息教研室，职称：讲师，研究方向：信号处理及控制。