康之訥

摘要：本文主要對單片機的六足機器人自動避障控制系統(tǒng)展開分析，首先簡單的介紹了當前使用最頻繁的避障控制算法，然后提出了機器人自動避障控制系統(tǒng)的方案，最后結合實際提出了機器人自動避障控制系統(tǒng)的設計方法，希望能夠為我國其它方面的智能機器人研究提供幫助。

關鍵詞：單片機;自動避障;控制系統(tǒng)

中圖分類號：TP242 文獻標識碼：A 文章編號：1007-9416（2018）12-0013-02

0 前言

在實際生活中，人們需要在各式各樣不同的環(huán)境中展開工作的，特別是對于一些較為特殊的行業(yè)，其整體的工作環(huán)境非常惡劣，只有稍微不注意就將會對人類的生命安全造成威脅。所以，為了保證特殊行業(yè)工作人員自身的安全，這些崗位就需要利用機器人來替代，這樣才能保證人類身體的健康。通過與傳統(tǒng)的輪式機器人、履帶式機器人相比可以看到，六足機器人似乎更適合在這樣惡劣、復雜的環(huán)境中工作，如地質勘察、搶險等一些高危工作。當前我國所使用的六足機器人主要是利用舵機來實現(xiàn)運作的，然后通過避障控制算法來實現(xiàn)自動避障，但由于所使用的算法精度不高，所以在某些情況下還是無法讓機器人成功避開障礙，這就需要相關人員不斷的進行改革與創(chuàng)新才能解決。

1 避障控制算法篩選

這里所提到的避障算法是指，通過合理計算讓機器人能夠正確的躲避障礙，即從最佳的角度入手考慮，這樣才能保證設計的科學性。從六足機器人的避障行走角度來看，相關人員在展開工作時可以分為三個階段來進行，具體步驟如下：第一，當機器人在行走時發(fā)現(xiàn)障礙物之后，相關人員就可以對轉角控制系統(tǒng)下達相應指令，這時機器人就會自動進行轉角改變，從而起到避障功能[1]。不難看出，該設計階段的的目的是非常明確的，即躲避障礙物，因為多保存的距離信息是相同的，所以機器人裝上障礙物的幾率會非常小，所以相關人員在進行障礙物運算時，其只要選擇適合的避障路線，其就能讓機器人自動避開障礙物。

第二，當其成功避開障礙物之后就會進入到一個調整階段。這一階段的設計目的也是非常清晰的，即調整機器人的行走方向，換句話說，相關人員不僅要保證機器人能成功避開障礙物，而且還要降低其行走路線偏離等情況發(fā)生。第三，需要讓機器人重新回到正確的行走路線上，但這也需要進行精準的計算才能實現(xiàn)。現(xiàn)如今可以使用的避障控制算法有很多，如模糊控制法、數(shù)字PID算法等等，其中的模糊算法自身的優(yōu)勢會比較強烈一些，并且還具備一定程度的抗干擾能力。所以相關人員要提升控制算法自身的價值，其就需要使用51單片機來進行，因為該技術相比其它會更完善一些，并且使用成本也非常低，即在市場上也非常容易獲得[2]。

2 基于單片機的六足機器人自動避障控制方案的制定

眾所周知，六足機器人中一種有6個足，然后各個足中也都會設置有3個關節(jié)，其中的舵機就是安裝在某與足的關節(jié)中，然后通過驅動來實現(xiàn)關節(jié)的運動，從而保證機器人的正常運作。因為會在各個足中安設置有舵機，所以相關人員通過對舵機的控制，其就能讓機器人的每個足端都保持在可控范圍內，即讓機器人的操作變得更加靈活。在進行步態(tài)設計時，相關人員要保證機器人是以三角步態(tài)進行行走的，即在行走過程中的右前足、左中足、右后足是起到支撐的作用，而剩余的則主要起到調整步伐的效果，通過兩組足的合理運動閩，其就能保證機器人的穩(wěn)定行走。需要注意的是，該機器人在進行轉彎時是可以通過兩種方式來進行轉彎的，即公轉與自轉，當機器人在進行自轉時，第一組的足就會起到支撐在作用，然后第二組的足就會順著某一方向進行旋轉，待完成轉彎后落于地面，其便也起到支撐作用，然后開始重復上述動作，但這時需要保證旋轉方法的統(tǒng)一，也只有這樣才能實現(xiàn)機器人的自轉。

從大致上來看，機器人的公轉動作與自轉動作是沒有什么太大差異，唯一的區(qū)別在于機器人在進行公轉動作時，其左側和右側的足在邁步距離上會不統(tǒng)一。從機器人的自動避障動作來看，它主要是利用舵機來實現(xiàn)關節(jié)運動的，而舵機的最大旋轉角度為180度，工作電壓則需要保持在3.6-6V中，也只有這樣才能為機器人提供相應的電力需求，從而提高機器人自身的性能[3]。我們都知道舵機角度是利用脈沖寬度調制信號來進行控制的，而周期間隔需要保持在20ms，高電平時間線與舵機中的時間線應保持在90度的相對應，這樣才能實現(xiàn)六足機器人的正常行走，提升機器人自身的性能。

3 基于單片機的六足機器人自動避障控制系統(tǒng)設計方法

3.1 電路設計

相關人員在進行機器人自動避障控制系統(tǒng)設計時，該控制系統(tǒng)主要是通過模塊化的設計方法來對電路進行設計的，即在實際的電路系統(tǒng)中主要是以51單片機來當成是最小系統(tǒng)。其次，該機器人中一共設計有18個舵機之多，并且每個舵機中還會安裝有兩節(jié)電池，該電池的作用是為了保證舵機電壓的穩(wěn)定，即讓其電壓能夠保持在一個標準方范圍內，并為其中的9路舵機提供電源，從而保證控制系統(tǒng)的正常運行[4]。其次，相關人員在進行機器人電路設計時，其中的51單片機需要擴展到18各接口，這些接口的作用是為了能與舵機中的信號線進行連接，當前，其中的無線遙控模式、紅外線避障傳感器等也包含在內。而在該自動避障控制系統(tǒng)中，串口通信模塊是PL2303，然后與串口的TXD或者是RXD進行連接，這也能很大程度的提高系統(tǒng)的使用性能。

3.2 舵機控制算法的設計

從六足機器人的自動避障控制系統(tǒng)來看，之所以能夠對舵機進行控制其主要是通過相應的控制算法來實現(xiàn)的，所以相關人員一定要盡可能的保證算法準確，因為這會直接影響到機器人自動避障的能力。在實際的控制過程中，除了需要保證自身周期的20ms之外，其還需要在信號線中加入大約0.5-2.5ms時延的高電平，并且電壓需要控制在5V，剩余時間便只要保持低電平即可。需要注意的是，合理的對高電平進行控制與調節(jié)不僅能保證整體的使用效果，而且還能更高效的控制舵機角度。其次，該機器人的自動避障控制系統(tǒng)主要是利用51單片機來制作的，外部使用的是晶振體，從這里可以看出，其控制系統(tǒng)對舵機的控制精度可以高至0.1度，這一結果可以說是非常理想的。

相關人員在利用控制系統(tǒng)中的定時器來對舵機信號進行生成時，其可以采用以下兩種方法來進行：第一，對舵機中的高電平時間進行排序，這是當機器人的某一舵機周期開始時，其中的PWM信號電平也會有所提高。而單片機在定時器中斷之后會將高電平的最長時間與第二長時間的差距進行設置，這時的最大電平就會被拉低，從而保證該差距能保持在標準范圍內[5]。第二，把舵機周期的20ms按照8個時間段進行劃分，即保證每個時間段都保持在2.5ms，并需要包含有舵機的高電平信號，然后在根據(jù)數(shù)據(jù)之間的差來對定時器進行以此賦值即可。

從理論的角度來看，第一個方法可以的控制過程會比較靈活一些，但隨著舵機數(shù)量的增加，在排序之后相鄰位置的舵機也會因此減少，這就會導致定時器中斷時間的下降，從而加大誤差。所以相關人員在使用該方法時，其一定要在保證精度的前提下對舵機信號進行生成，這樣才能保證最終的質量。第二個方法是需要把20ms劃分為8個時間段，這就預示著只能對一定數(shù)量的舵機進行控制，但該方法的精度卻可以保證，所以要想實現(xiàn)對機器人的控制，相關人員就需要把上述方法結合到一起使用，這樣才能滿足舵機精度的要求。

3.3 模塊設計

從單片機的六足機器人自動避障控制系統(tǒng)中來看，這主要是利用模塊化的設計模式來實現(xiàn)的，即在實際的控制系統(tǒng)中可以劃分為4個模塊，即數(shù)據(jù)接收模塊、無線遙控模塊、避障模塊與串口通信模塊。具體的模塊設計內容如下：第一，避障模塊。這一部分需要使用到兩個光電式傳感器，即主要安裝在機器人的左前方和右前方，其次相關人員還需要在傳感器中設置3個引腳，當然不同的引腳所產生的效果也是完全不相同的，但當機器人在遇到障礙時，其引腳就會自動生成低電平。該模塊主要是通過51單片來對所有連接口進行判定，目的是為了能更準確的分析六足機器人的前方是否有障礙物，然后根據(jù)結果來選擇避障的方法。第二，無線遙控模塊。這一模塊也可以看成是MX-J05V點動模式，即整體的操作都是利用遙控器來進行控制的，一般都會在遙控器中設計4個按鈕，當遙控器的按鈕被啟動時，其相應口的數(shù)據(jù)就會變成高電平[6]。第三，串口通信模塊。在該模塊設計中有RS232接口，此接口可以將COM端口中的信號進行轉變，從而讓其成為電平，然后在利用51單片機對PC機中的控制命令進行傳達。第四，數(shù)據(jù)接收模塊。這是需要利用串口通信來作為基礎才能實現(xiàn)的，即實現(xiàn)51單片機與上位機之間的數(shù)據(jù)傳輸，在運作過程中，上位機會把信息傳輸?shù)较挛粰C中，而下位機則會保存下該數(shù)據(jù)，然后在接收到終止符時就會對儲存信息進行處理，最后發(fā)生反應。

4 結語

綜上所述，本文主要針對單片機的六足機器人自動避障控制系統(tǒng)來展開研究，在基于單片機的六足機器人控制系統(tǒng)設計中，采用3×6法來對航機進行控制，這主要是為了保證PWM信號自身的強度，從而實現(xiàn)對18個航機的同時控制。其次，通過對上位機的三大模式近設計，其可以是滿足航機多樣化的控制需求，即讓六足機器人能在自動避障中實現(xiàn)更加復雜的動作。需要注意的是，在進行系統(tǒng)控制時，相關人員一定要利用單片機來保證各端口功能的穩(wěn)定，也只有這樣才能為其它類型的機器人研發(fā)提供參考，從而保證各項工作的順利開展，保證我國機器人領域的進步。

參考文獻

[1]梁美彥，薛太林，王昱，等.基于Android控制的智能六足機器人動力學建模及實現(xiàn)[J].測試技術學報，2017（06）：498-504.

[2]魏春莉，李強.基于六足探測機器人的自動避障控制[J].機電工程，2012（01）：40-43.

[3]趙銀銀.基于C8051F340單片機的移動機器人避障系統(tǒng)設計[J].長春大學學報，2010（12）：21-23.

[4]朱高偉.基于單片機的自動蔽障移動小車控制系統(tǒng)[J].通訊世界，2015（16）：277-278.

[5]周慧君，韓軍.基于51單片機的輪式移動機器人控制系統(tǒng)設計[J].科協(xié)論壇（下半月），2013（10）：123-124.

[6]孟凱，李鑫.基于藍牙串口模塊的小型六足機器人系統(tǒng)設計[J].河南工程學院學報：自然科學版，2012，24（01）：71-74.

On Automatic Obstacle Avoidance Control System of Hexapod robot Based on Single Chip Microcomputer

KANG Zhi-ne

（Wuhan University of Science and Technology City College， Wuhan Hubei? 430081）

Abstract：This paper mainly analyzes the automatic obstacle avoidance control system of hexapod robot of single-chip microcomputer. Firstly， it introduces the most frequently used obstacle avoidance control algorithm， and then proposes the scheme of robot automatic obstacle avoidance control system. Finally， it puts forward the combination with the actual situation. The design method of the robot automatic obstacle avoidance control system hopes to provide assistance for other aspects of intelligent robot research in China.

Key words：single chip microcomputer; automatic obstacle avoidance; control system