导航分系统通过接收均匀分布在圆周的八个光敏三极管采集的信号,送给单片机的ADC模块,从而得到光强信息,确定光源所在位置,引导小车导航。传感器阵列的位置分布见图4。
1.3 避障模块设计
方案一:采用光电开关,方向杂散小,在距离障碍物一定距离时可测出障碍物,价格低廉。
方案二:采用超声波测距的方法。利用超声波传感器,监视测量发射脉冲和接受脉冲的时间差,计算超声波和物体之间的距离。
方案选择:超声波测距价格较高,且通过算法优化,光电开关完全可以满足设计要求,故采用方案一。
小车避障模块采用的红外光电接近开关,接收均匀分布在半圆周的五个光电开关采集的信号如图4所示,单片机通过读取开关电平的高低即可确定障碍物的方向,引导小车躲避障碍。本设计中采用的是E18-D80NK型光电开关。
2 灭火机器人软件设计
可编程微控制器模块使机器人实现下列功能[5]:(1)监测传感器以探测周边环境;(2)基于传感元件的检测做出决策;(3)控制机器人运动;(4)实现灭火功能。
2.1 灭火机器人程序设计思路
(1)寻找火源:机器人在各个房间门口搜索房间是否有火,如果有火就停下。
(2)灭火:检测到房间有火,利用光敏电阻寻找蜡烛,直接朝火焰前进,到达火焰一定距离(由程序设定),停下,启动灭火装置。
(3)返回:机器人救火任务完成,从所处的位置回到起点。
程序流程图如图5所示。
2.2 寻光、避障导航算法
寻光算法:根据传感器环路的结构,以小车左右方向作为X轴,八个光敏三极管分别位于0°、45°、90°、135°、180°、225°、270°、315°的位置。计算信号幅度最大的光敏三极管与位置90°的光敏三极管之间的夹角,将小车转动这个夹角,使位置90°的光敏三极管所接收的信号幅度最大,然后前进。
避障算法:根据传感器环路的结构,以小车左右方向作为X轴,五个光电开关分别位于0°、45°、90°、135°、180°的位置。光电开关只能输出TTL电平,可以转换为二进制分量,当传感器分量为高电平时,表示探测到障碍物。
当有三个以上光电开关分量为高电平时,表明障碍情况比较复杂,此时将小车退后,然后再向右一段距离,继续前进。
当只有一到两个光电开关分量为高电平时,表明障碍情况比较简单,此时小车将沿着与高电平传感器相反方向行进,继续前进。
本设计是以ATMega128控制的轮式移动机器人,两轮采用直流伺服系统驱动,后部球轮为随动支撑轮。在移动机器人车体前部安装有光敏电阻、红外线探测发射装置,用于采集环境信息的信息,从而实现移动机器人自身位置的感知。实验表明,在路径搜索过程中,移动机器人能够较好地达到搜寻目的,对环境做出合理的反应,达到一定的智能水平。
参考文献
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[5] 关为民,陈帝伊,马孝义.智能灭火机器人硬件电路的设计与实现[J].微型机与应用,2010(4):21-24.
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