机器人单片机控制系统的设计与实现研究

张续伟

摘 要：机器人作为多种技术融合的产物，其对于技术的要求非常高，其通过自动化装备的有效应用以及先进制造技术的综合统一，实现了高技术产品融合。可以说，机器人技术要求十分复杂，而单片机也在机器人设计中起到了大脑的作用，是最为关键的控制系统。基于此，本文以此为切入点，深入分析机器人单片机控制系统的设计与实现展开探讨。

关键词：机器人;单片机;控制系统;设计

在机器人设计过程中，单片机技术在自动控制方面起到了非常重要的作用，是机器人控制系统的主要构件之一，强化了机器人行动、感应等功能的良好控制，本文就对机器人单片机控制系统的设计与实现进行分析。

一、系统总体设计思路

机器人在设计过程中，需要单片机整体把控系统，然后相应地设定不同的功能模块，有效衔接不同功能模块的功能，为单片机系统提供信息反馈，让单片机可以相应地做出判断，然后据此来发布指令，控制不同的功能模块，从而实现良好的控制效果。因此，一定要从整体上把控，从细节上优化。

在本次设计过程中，通过单片机形成系统的控制机制，此次设计过程中，选用了两片单片机进行机器人的系统控制，一片用来整合计算机的系统，另一片则针对性地控制液晶屏，让机器人通过液晶屏显示相应的信息，同时，为了强化两片单片机的互相沟通和协调一致，本次设计通过I/O接口进行通讯，让两片单片机可以共同开展控制工作，协调一致，强化管控的质量。同时在单片机的基础上，相应地设计机器人的显示功能、光电转换功能、驱动功能、校正功能等，实现机器人的多方面的技术要求，当I/O接口有输出信号时，电力会通过电阻后进入第一级三极管的基极，让其导通。待导通后，电流可以经过电阻进入到第二个NPN三极管的基极，此过程可实现对电流的进一步放大，这样就可以实现继电器可以驱动电流。事实上，继电器的电流通过两级方法后，电流方法了大约两倍，具体如下图所示。

二、驱动电路设计思路

机器人最基本的功能之一就是行走，因此，驱动电路的设计正是为了满足机器人这一技能的需求，驱动模块有效管控着机器人的正常行走。通过应用三极管，对单片机的I/O接口电流进行放大，以此来满足驱动器电流的需求，这样就可以保证电动机能够正常运行。在这种设计模式下，电动机电流得到保证，且不会造成不好的影响而致使其他部件出现问题。

三、显示电路设计思路

显示模块的设计是为了赋予机器人相应的视觉，在设计时，本次研究采取了LCM1602液晶屏，充分利用该液晶屏的高品质和高性能，强化机器人的视觉效果，且此显示屏操作简单，应用较为便捷，成本也较低。

四、语言电路设计思路

在设计过程中，机器人可能会出现失误，因此，要相应地设计语言提示进行二次提示。在此情况下，相应地设计语言模块，通过设计语音芯片来强化语言能力，提升机器人语言表达的高保真效果，声音不会出现失真的情况，并充分保证录放的时间，特别是在录音时，要保证录音的时长，且可以有效同时处理多种声音信息，这样可以更好地提升机器人的语言功能。

五、触觉电路设计思路

在设计机器人控制系统时，要设计机器人的发现和跟踪目标设计，并让机器人具备良好的识别目标位置的能力，为此，在本次设计过程中，通过应用两个型号的TX05D红外线反射传感器来帮助机器人检验前方目标。红外反射式接近开关，且在内部有一个红外线的发射管以及一个接收管。接收管负责接收红外信号，并传输高电平信号。设计时，选择了两个红外线传感器，在机器人的左右两侧加以设置，传感器受到红外反馈信号后，其会进一步向单片机传输高电平信号。然后单片机据此作出针对性判断，分析机器人前方有无目标。如果存在目标，便会发出指令，要求电机进行转向。

六、行动调整电路设计思路

机器人的运转是借助电机来完成的，如果电机出现问题，自然就直接影响机器人的动作完成。特别是对于机器人应用的不同电机，其可能运行存在差异，会因为转动不同步而造成机器人的运动技能受到影响。在这种情况下，设计机器人时需要相应地构建行动调整模块，结合机器人的特点，在设计行动调整电路时，采用两个光耦，安装在机器人的腿部，机器人在运动时，光耦会交替更换。如果机器人运动技术出现故障时，光耦的更换就会变得不规则，此时，机器人会自动切断一条腿的运动技能，而让第二条腿移动到相应位置，此时，光耦会自动进行调整，会回复到之前交替更换的模式状态下，从而有效调节机器人的行动技能，让机器人可以正常行动。

七、亚超声接收电路

为了强化机器人的判断能力，在设计过程中，相应地设置亚超声接收电路，针对性地在机器人上面安装了亚超声接收模块。当接收模块工作时，其会对外界的亚超声信息进行接收和收集，此时，机器人会相应地停止或者运行自己的行动，在这种情况下，亚超声接收电路无疑就是机器人的听觉功能。为了提升实际效果，本次设计采用了成品的亚超声接收板加以设计，对于其输出的信号，则通过光电开关加以转换，然后形成能够触发单片机I/O的低电平开关信号。在这种情况下，接收器就可以将亚超声开关的状态快速准确地传输给单片机，供单片机做出控制。

八、结语

機器人多项能力的实现，需要以单片机作为控制系统，做相应的整合，实现对机器人的听觉、视觉、语音、触觉以及一定程度的思考能力的有效实现和保障，让机器人在单片机的控制下，可以实现基础性的人机交互和显示功能，让机器人功能更加完善。

参考文献：

[1]包志家.基于单片机的无线遥控移动机器人设计[J].无线互联科技，2018，15（01）：20-21.

[2]靳城，林森.基于单片机的移动机器人设计[J].中外企业家，2018（01）：73.