一种智能救援机器人的设计

引言

　　智能机器人之所以叫智能机器人，这是因为它有相当发达的“大脑”。在脑中起作用的是中央计算机，这种计算机跟操作它的人有直接的联系。最主要的是，这样的计算机可以进行按目的安排的动作。正因为这样，我们才说这种机器人才是真正的机器人，尽管它们的外表可能有所不同。

　　智能机器人具备形形色色的内部信息传感器和外部信息传感器，如视觉、听觉、触觉、嗅觉。除具有感受器外，它还有效应器，作为作用于周围环境的手段。这就是筋肉，或称自整步电动机，它们使手、脚、长鼻子、触角等动起来。

　　我们称这种机器人为自控机器人，以便使它同前面谈到的机器人区分开来。它是控制论产生的结果，控制论主张这样的事实：生命和非生命有目的的行为在很多方面是一致的。正像一个智能机器人制造者所说的，机器人是一种系统的功能描述，这种系统过去只能从生命细胞生长的结果中得到，现在它们已经成了我们自己能够制造的东西了。

　　自从1920年捷克斯洛伐克作家卡雷尔，恰佩克的《罗萨姆的机器人万能公司》问世，人们便对机器人充满了幻想与期待。随着社会的不断发展，各行各业的分工越来越明细，机器人也能在其中扮演重要的角色来替代人们的劳动。与此同时，随着科学技术的发展，探险、救灾、排爆等危险场合工作的机器人，以及自动化生产中机器人的应用也日益广泛。因此，智能救援机器人的研制已成为急需和必要，文章就智能救援机器人的设计进行了探讨。

1   智能救援机器人的硬件设计

　　该智能救援机器人主要由电源模块、检测感应模块（实现巡线、避障、捡放硬币、测距功能）、声光报警模块、控制器模块、电机驱动模块、显示模块六部分组成，其结构框图如图1所示。

1.1  电源电路

　　智能救援机器人全部能量来源于位于机器人底部的六节五号电池，经过传统的7805稳压电路给其单片机及外围传感器供电，其电路如图2所示。部分传感器采用5V低电压供电可以避免机器人过早检测障碍物而停止前进。

1.2  检测感应模块

1.2.1  巡线电路

　　巡线模块我们采用红外对管。红外对管由LED和光电三极管组成，光电三极管根据从地面反射回来的LED的光的强度而改变积极基极电流。在光电三极管基极接一上拉电阻，则可根据基极电压的测量判断反射光的强弱，强光说明探测器下方是白色，弱光说明下方光较弱，大部分光被黑线吸收。对于输出的模拟信号，我们将其引入五个电压比较器LM339进行处理。

1.2.2  避障电路

　　避障部分采用光电开关，将其安放在机器人需要测量的各个方向。为减少它的测量距离保证机器人的正常运行，我们采用的是低电压5V供电，供电电压虽略显不足，但能保证它的正常短距离探测。光电开关的信号线的高低电平可反映前方障碍物的有无，障碍物检测电路如图3所示。

1.2.3  超声波测距电路

　　由于超声波执行性强、能量消耗慢、在介质中传播距离较远的特点。我们采用DIP-ME007超声波测距模块完成高度的测量功能，其电路板如图4所示。DIP-ME007超声波测距模块能比较迅速、方便地测出桥底部距测距模块之间的距离，此模块共有五个引脚VCC、tring、echo、out、GND。DIP-ME007超声波测距模块输出为pwm方式，VCC、GND接好后向tring发一个10 s以上的高电平，就可以在接收口echo等待高电平输出。

1.3  控制器电路

　　由于主控制器的任务较多，电路要求引脚较多，且显示器的控制程序较为复杂，我们单独配备了一个同样的单片机作为主控制器的辅助部分，通过它来分担主控制器的工作，来完成显示部分的工作。其中主控制器与其它模块的连接如图5所示。

1.4  声光报警电路

　　声光报警模块主要应用于搜救报警电路中，同时为进一步扩展应用，我们在控制其开关的同时引入另一条信号线实现了对声音的控制。寻找硬币我们采用金属探测传感器，当发现金属时，其信号线上电平从低电平变为高电平，触发单片机中断，在单片机的控制下机器人停止运动，启动音乐发生模块并点亮LED进行声光报警，具体实现电路如图6所示。

1.5  电机驱动电路

　　单片机通过传感器的反馈信号控制电机正转、反转或者停止，来实现控制机器人完成各种动作。L298N是专用电机驱动芯片，他可以实现电机的正反转、刹车、pwm调速等多种功能，是对机器人电机进行控制的比较理想的芯片，因此我们采用L298N芯片对两个普通电机进行控制。L298N芯片信号电源与驱动电源的分开，可以根据需要对电机的电压进行调节，其驱动电路如图7所示。

1.6  显示电路

　　采用MSl602C-1型LCD显示相应的信息。此显示器模块的工作电压为5V左右，支持显示2行字符，每行可显示16个字符，每个字符由5×7点阵显示。

　　由于主控制器的单片机任务较多，电路接线较复杂，我们采用单独的单片机控制显示模块。

2  智能救援机器人的软件设计

　　本智能救援机器人的软件控制部分采用C语言编程，借助C语言的强大功能来实现单片机AT89S52的控制功能。主程序流程图如图8所示。

3  结论

　　以AT89S52单片机为核心部件，利用红外传感检测、电机控制等技术，通过各种方案的讨论及尝试，再经过多次的整体软硬件结合调试，不断地对系统进行优化，最后智能救援机器人可以实现；避开障碍物，并寻找到合适的路径；顺利通过受损的桥梁，并能较准确地测出桥梁的高度；自动识别路线状况，并根据实时状况快速做出判断，准确控制机器人的转向；自动显示所要求的信息；自动寻线前进，能智能检测、捡起、放下硬币；声光报警，并有彩灯闪烁；行驶到规定的地点自动停止并显示救援结束。