简论单片机在制作机器人方面的应用
本文从机械人的定义、机械人的制造技术、发展方向及机械人的系统设计方面着手，简述了单片机在机器人制作方面的的应用情况。
【关键词】单片机 机器人 系统设计
1 智能机器人使用技术简介、制造技术
机器人技术可以认为是面向未来的现代化技术，机器人技术和网络技术、基因技术、通信技术、计算机技术等一样，都属高新技术，涉及的相关学科有材料科学、计算机技术、微电子技术、传感器技术、控制技术、通讯技术人工智能技术、仿生学、数学方法等诸多学科。
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。
我国科学家对机器人的定义是：“机器人是一种自动化的机器，做不同的是这种机器具备一些与人或生物相似的智能能力，如感知能力、规划能力、动作能力和协同能力，是一种具有高度灵活性的自动化机器。”
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。
我们国家机器人学研究起步较晚，但进步很快，业已在工业机器人、特种机器人和智能机器人各个方面都取得了傲人显著成绩。
2 机器人制造技术热点和发展方向
当前世界机器人领域都在加大研究力度，朝着智能化、实用化、大众化、家庭化、多功能化等方向发展，主要朝着下面方向发展：
（1）工业应用机器人操作机构技术研究：，探索新的高性能轻质材料，结构也向着模块化可重构方向发展。
（2）机器人控制技术研究：重点是研究开放式、模块化控制系统，人机语言、数字编程等正在研制中，控制器在网络化、标准化成为研究热点，离线编程越来越实用化。
（3）多传感系统研究：为提高机器人的智能性、适应性，多传感器的使用解决问题的关键，研发热点在于有效可应用的多传感器匹配兼容，以及传感系统的实用化。
（4）结构灵活，系统微型化，并且朝着一体化方向发展。
（5）遥控监控技术发展：半自动、全自动技术，多个机器人和操作者之间的协调控制，通过网络建立全球范围内的机器人控制系统。
（6）虚拟机器人研究：建立在多传感器、多媒体以及虚拟现实和临场传感技术，实现机器人的虚拟遥控操作和人机对话。
（7）多智能体调控技术：这也是机器人研究的新领域。主要是多智能群体结构、相互间通信与磋商机理，感知与学习方法，群体动作控制等方面技术的研究。
（8）微型袖珍机器人技术，也是机器人研究的新领域和重点发展方向，主要集中在系统结构、运动方式、控制方法、传感技术、通信技术、行走技术方面的研究进步。
（9）软机器人技术：广泛应用于医疗、护理、休闲、娱乐场合，此项技术要求其结构、控制方式和所用传感系统在机器人意外的与环境或人碰撞时候是安全的。
（10）仿生和仿人机器人技术：此领域是机器人的最高发展高度，这个方面的基础研究刚刚兴起。
3 轮式移动智能机器人系统设计与研究
轮式移动机器人（Wheeled Mobile Robot-WMR）系统主要包括：机械结构、直流伺服电机、电源、测速元件、CCD摄像头、微控制器、功率驱动模块等。简要介绍如下：
3.1 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，
3.2 电气系统结构
主要介绍WMR的电气结构，包括电源模块，传感器以及其接口、控制电源、摄像头、伺服电机等。
3.2.1 电源模块
因为WMR是行走的机器人，因此所需电源只能自身携带，
控制电路板和光电编码器需要有5V电压，功率模块需要12V电压，电机需要24V电压，本课题选中的是4个12V的蓄电池，共分为两组，，第一组串联为电动机提供动力，第二组经过电源模块为控制器和传感器供给电源。
3.2.2 传感器
什么样的机器人都离不开传感器，要具备智能能力，必须连续不断
的感知外部环境，并相应做出需要的决策动作，可以说，传感器就是类似人类的五官感知器，分为内部传感器和外部传感器，检测感知机器人本身状态的是内部传感器，本机器人采用的光电编码器是用来检测移动速度的，属于内部传感器，检测机器人所处环境以及状况的是外部传感器，如摄像头、超声波传感器、电磁感应器，都是外部传感器。
3.2.3 控制电路
主要采用了ATMEL公司的AT90S8515微控制器，它有两路PWM
输出，特别适合用来控制两台直流伺服电动机，它比一般单片机运算速度快的多，控制电路中还包括光电编码器、计数模块、串行通讯模块、电机驱动模块、按键模块等。
3.2.4 CCD摄像头和镜头
CCD（charge coupled device， 电荷耦合器件）外传
感器是把环境信息作为图像输入的最常用的传感器，基本结构是一种密排的MOS电容器，能存储有入射光在CCD像敏单元激发出的光信息电荷，能够在适当相序的时钟脉冲驱动下，把存储的电荷以电荷包的形式定向传输转移，实现自扫描，完成从光信号到电信号的转移。
作者单位
石家庄市通力建筑装饰工程有限公司 河北省石家庄市 050041
