关键词：机器人；增强型单片机；自动避障

1 引言

现如今机器人技术越来越完善，自动避障已经成为机器人不可缺少的基础功能之一。在移动的同时能够避开障碍是机器人研究的重要分支之一，这对于机器人产业的发展具有巨大的益处，同时对工业自动化的发展有很大的推进作用。

本文使用增强型MCS-51单片机STC89C52为核心来控制LSC-32路舵机控制板，以此驱动4个数字舵机完成所有的动作。由超声波传感器对前进方向上的大型障碍物进行测距，到达一定阈值时设定机器人先向右转弯，再判定这个方向上近距离有没有新的障碍物，如果没有则沿新方向道路上行走，反之，则继续右转重新进行上述步骤。

2 系统方案设计

本设计由控制系统和硬件电路组成，采用4个数字舵机组成机器人行走关节。如图1所示，1号和2号舵机作为髋关节，3号4号舵机作为踝关节。分别接入32路舵机控制板的1号，29号，2号，30号接口。超声波模块连接在单片机上，由单片机控制舵机控制板。

图1  竞步机器人舵机分配图

本设计采用的是当竞步机器人在前进过程中碰到障碍物时，设定机器人改变方向，向右转后保持现有方向继续前进。选用超声波模块是因为如果遇到的障碍物是透明的，例如透明玻璃，也可以实现避障，而且精度较高，成本较低。

3 系统硬件与实现

控制系统的硬件模块共分为单片机控制模块、舵机控制模块和超声波模块。如图2所示。

图2  硬件控制图

3.1  控制器电路模块设计

控制器模块电路采用STC89C52单片机、外围复位电路和晶振电路组成，构成单片机最小系统。如图3所示。

图3  控制器模块电路图

3.2  舵机控制模块电路设计

本设计采用LD-1501MG数字舵机，反应速度块，定位精度高。它由单片机发出的脉冲信号控制。当脉冲宽度发生改变时，舵机输出轴角度发生改变。舵机模块如图4所示。

图4  舵机模块接口图

3.3  超声波测距模块设计

本设计采用HY-SRF05超声波测距模块，可以提供20cm-450cm的非接触式测距功能，模块包括超声波发射器、接收器和控制电路。

图5  超声波模块图

引脚定义：

VCC    供+5V电源

GND    接地

TRIG   触发控制，信号输入

ECHO   回响信号输出

OUT    开关输出量

4 系统软件设计

在本设计中，要实现4个舵机的控制，首先要实现单个舵机的控制。单个舵机控制程序如下：

void Time0_Int() interrupt 1

{

         TH0  = 0xfe;              //重新赋值

         TL0  = 0x33;

               if(count<jd)         //判断0.5ms次数是否小于角度标识

                  PWM=1;        //确实小于，PWM输出高电平

                else

                 PWM=0;        //大于则输出低电平

                count=(count+1);  //0.5ms次数加1

                count=count%40;  //次数始终保持为40 即保持周期为20ms

}

5 系统测试

5.1  前进测试

竞步机器人做出前进动作，如图6所示。

图6  机器人前进图

5.2  转弯测试

竞步机器人遇到障碍物时调整方向，如图7所示。

图7  机器人转弯图

6 结束语

利用单片机和舵机控制板的二次开发，可以更精准的实现舵机的控制，也可以实现更有趣的功能，例如接入MP3模块或者蓝牙模块等。本设计方案只是运用实现了超声波避障，其他功能并未加入。其控制系统包括单片机控制模块，超声波模块和舵机控制模块。通过软件系统对其进行控制，并且进行相应的测试完成前进和避障的动作。

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