【摘 要】机器人工程属于具有综合性质的科学，其能够将机械理论、自动控制、电子技术等学科全面涵盖。目前，智能机器人运用单片机技术仍没有较为深入的研究，随着逐渐完善单片机控制系统，在智能机器人的研究工作中有着越来越重要的作用。
【关键词】单片机；制作机器人；技术应用
引言
单片机控制技术可以将外部总线、内部总线以及内存、CPU等系统全面提供，同时还可以在外部总线系统中为外围设备提供定时器和通讯接口等。一些单片机技术还可以把网络、图像、声音等进行集成，从而实现强大且全面的控制系统。
一、智能机器人使用技术简介、制造技术
机器人的定义是多种多样的，究其原因是它具有一定的模糊性。一套机器人主要包括：
（1）机械设备，比如可以与周边环境进行互交的车轮盘平台、手臂或者别的装备。
（2）设备上面或周围的传感器，可感知周边环境并向装备提供有用信息反馈。
（3）根据设备运行情况处理传感输入，并且按照实际情况控制系统执行指定动作。
机器人的最原始形式是工业机器人，它可以有效地提高产品的产量和质量，能够很有效的改善人们的劳动条件，在装配、切割、焊接、除锈、喷漆等方面得到广泛的应用，可以预计在不久的将来社会中，机器人必将会得到广泛应用和发展，这是必然的发展趋势和根本结果。
研究机器人的专家们，从应用需要出发将机器人分成了两大类，即工业机器人和特种机器人。所谓工业机器人就是为工业制造业多关节机械手或多自由度机器人，而特种机器人则是除上述工业机器人之外的、用于非制作业并服务于人类的各种先进机器人。当前，国际上研究机器人的学者们，从应用需要出发，将机器人也同样分成两类：制作环境下的工业机器人和非工业制造环境下的服务与仿生机器人。
二、单片机在制作机器人方面的应用
1、控制系统
机器人的一系列动作的完成需要应用多舵机分时控制的原理。具体而言，需要给每一个舵机定义一个角度所对应的脉宽变量，同时要赋予初始值为舵机的中间角度，此外还需要给定时器设定初值，也就是舵机PWM波脉宽初值。当每次定时器时间到产生溢出中断，进入中断服务子程序后，首先需要把所有的舵机控制输出口拉低清零，然后给某一位置高，并赋予PWM脉宽的定时时间，最后移位使下次进入中断时给下一位置高，也就是把时间片传递到了下一个舵机的驱动。
舵机的运行过程需要从电源吸纳较大的电流，如果舵机和单片机控制器用同一个电源，舵机与单片机控制器可能产生较大的干扰。所以，舵机和单片机控制器应用两个电源进行供电，两者不共地，通过光耦进行隔离，同时舵机的供电电源尽量选用输出功率较大的开关电源。舵机控制器占用单片机的一个SCI串口。串口用来接收上位机传送过来的控制命令，从而调节通道输出信号的脉冲宽度。
2、机械系统结构
有很多方式移动的机器人，但是大致分两种：车轮式和足步式两种，车轮式移动方式的机器人系统技术比较成熟，控制技术容易，足步式控制技术困难较大，但是随着传感器技术、微控制器的日益发展，足步式移动机器人也有了巨大发展。
轮式机器人的总体结构比较简单，主体有圆形底座，长方形保护壳与摄像头等，底座选用8MM厚铝板，轮子、电机以及传动装置和码盘等均固定其上。保护壳是3MM的铝板，并固定有铝制型材作为支架，里面装有控制驱动的印刷线路板、供电电源模块，四个12V蓄电池，两个提供给电路，另两个给直流伺服电机供电。
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3、超声波传感器检测电路
超声波传感器电路的主要功能是距离测量，超声波传感器电路主要是由超声波发射电路以及接收电路组成。
超声波接收电路主要采用集成电路CX20106A，其是一种红外线检波接收的专用芯片，通常应用于电视机的红外遥控接收器。红外遥控常用的载波频率38kHz和测距的超声波频率40kHz比较接近，因此可采用它制作超声波接收电路。实验证明，用CX20106A接收超声波具有较强的抗干扰能力和灵敏度。CX20106A的第5脚电阻决定着所接收的中心频率，220kΩ电阻决定了其接收的中心频率为40kHz。若CX20106A接收到40kHz的信号时，则会在第7脚产生一个低电平下降脉冲，这个信号能够接到单片机的外部中断引脚当作中断信号输入。
4、驱动模块电路
单片机控制技术应用于智能机器人的系统中，驱动模块电路起着非常重要的作用，其主要功能是把弱电流信号输出，用一定的设备材料加强放大弱电流信号，实现驱动继电器全面控制和操作电机强度，从而完成电机驱动的各项操作。驱动模块电路内三极管的主要作用是保护基极，继电器与双掷开关的作用相类似，继电器可以构成正反转的电机，同时对回路进行控制，保证机器人可以完成前进及后退动作。驱动模块线路的主要优势是在输入电流信号时不会影响控制系统，并且可以为驱动电机的正常运行提供相应的电流，保证智能机器人可以稳定的运行。
5、电源模块
电源模块是机器人各大控制模块的能源保证。机器人运行耗电量通常较大，因此可采用7.2V1300mA的锂电池进行供电。如果各个模板采用单电源进行供电，电路比较简单，由于舵机的额定电压是6V，如果电源直接接舵机机会有损舵机的寿命，而且PWM驱动的舵机会在通电的瞬间造成电流波动，导致造成电源的电压波动不稳，从而造成单片机和传感器模块工作电压出现波动，甚至造成信号错误传输。因此，通过多电源分部供电方案能够将舵机驱动电源和单片机以及传感器电源完全隔离开来，舵机经LM2596稳压后采用6V的电压进行供电，单片机和传感器则经LM2940稳压到5V工作电压给控制电路进行供电。单片机的传感器控制部分与电机驱动部分采用光电藕合器进行连接，避免通过电源部分引入对控制系统的干扰，可以避免脉冲波对舵机运行的干扰，从而在很大程度上提高了系统的稳定性和可靠性。
三、机器人运用单片机控制系统实现的具体功能
首先启动机器人，确保机器人处在正常的运行状态，在机器人的实际移动操作时，通过语音向机器人提出“搜索目标中”的一系列指令，这个时候，液晶显示器会显示出“目标正在搜索中”，机器人一边前进一边寻找目标，一旦找到目标，就会语音提示“发现目标”，比如，液晶出现“找对象”的相关指令，机器人就会想着目标方向行驶，一旦方向出现偏差，机器人会自动避开相关障碍重新部署前进路线。如果机器人前行过程中遭遇障碍物，机会出现“前方存在障碍物”的语音提示。比如液晶上现实“障碍即将”的的时候，机器人会根据情况改编运行方向，一般都是进行转角的操作后，再接着往前方行进。加入机器人前进的方向一定距离处存在地面断层的情况时，就会出现“警告，前方有障碍”的语音提示，这时候机器人就会往后退两步，然后调整前行方向，继续往前方移动，另外，如果机器人在前行中出现错乱步伐的现象，系统会根据实际情况自动调整步伐，得以校正后继续前行。
结语
总之，单片机技术在机器人制作中的应用可以在较大范围上实现机械人模拟人类简单思考、语音、听觉、触觉以及视觉等功能。智能机器人通过应用单片机通讯，具备构思灵活和方法巧妙等基本特征，可以全面解决传感器优先级以及协调等问题，从而促使方案设计得到简化，使机器人运行更加稳定可靠。
参考文献：
[1]程玉凯，陆倩.基于单片机控制的智能机器人系统设计[J].宁波职业技术学院学报，2011，7（05）：245-246.
[2]肖珊，魏勇.基于单片机的智能机器人的设计[J].电子质量，2011，1（12）：856-857.
论文作者:芦卿
论文发表刊物:《低碳地产》2016年10月第19期
论文发表时间:2016/11/18
标签：机器人论文; 舵机论文; 单片机论文; 电路论文; 电源论文; 技术论文; 传感器论文; 《低碳地产》2016年10月第19期论文;