一種新型智能清潔機(jī)器人測(cè)控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

　　2.3 障礙物檢測(cè)模塊

　　2.3.1 超聲波檢瀏部分

　　超聲波是一種一定頻率范圍的聲波，頻率為40kHz的超聲波信號(hào)在空氣中的傳播效率最佳。本文選用中心頻率40kHz，測(cè)距范圍在5m以內(nèi)的普通超聲波傳感器。傳感器發(fā)射探頭和接收探頭安裝在機(jī)器人正前方，系統(tǒng)工作時(shí)，通過匯編程序由P3.7口產(chǎn)生精確的40kHz發(fā)射脈沖，每隔25ms發(fā)射一組脈沖，每組的脈沖個(gè)數(shù)取6～10個(gè)，以保證發(fā)射波具備良好的傳播性和反射性。發(fā)射波遇到障礙物反射回來，被接收器接收，轉(zhuǎn)變成電信號(hào)脈沖，對(duì)該信號(hào)進(jìn)行放大、濾波、比較和整形等處理后送入單片機(jī)外部中斷口INT1，觸發(fā)單片機(jī)外部中斷，進(jìn)入中斷處理程序，獲取從發(fā)射波發(fā)出到收到反射波時(shí)的時(shí)間間隔即測(cè)距時(shí)間，由此即可根據(jù)超聲波測(cè)距原理計(jì)算出障礙物的距離。主程序中設(shè)定機(jī)器人行走過程中距離障礙物的最小距離，當(dāng)被測(cè)距離小于最小距離時(shí)，控制器向驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)發(fā)出避障指令，避開障礙物。本設(shè)計(jì)中利用軟件延時(shí)去除串?dāng)_帶來的誤操作，即在發(fā)射波發(fā)出一段時(shí)間后，再打開外部中斷，避免發(fā)射波不經(jīng)反射就直接被接收器接收而引起假中斷。

　　2.3.2 紅外反射式傳感器檢測(cè)模塊

　　該模塊用于主動(dòng)探測(cè)機(jī)器人周邊障礙物和地面落差。選用JY043W型紅外反射式傳感器，該型傳感器調(diào)理電路簡(jiǎn)單，安裝調(diào)試方便，每一路的檢測(cè)距離可以達(dá)到 7cm，滿足本文設(shè)計(jì)的需要。該部分由6路檢測(cè)單元組成，其中在機(jī)器人左前方和右前方各安裝2路，配合超聲波傳感器實(shí)現(xiàn)周邊障礙物的檢測(cè)。另2路分別安裝在機(jī)器人前端左下方和右下方，探頭距離地面4cm，用于檢測(cè)地面是否有臺(tái)階等落差，防止機(jī)器人跌落。紅外反射式傳感器具體工作過程為，發(fā)現(xiàn)障礙物時(shí)，發(fā)射管發(fā)出紅外信號(hào)遇到障礙物反射回來，接收管接收到反射信號(hào)后導(dǎo)通，則信號(hào)處理電路的輸出端變?yōu)榈碗娖剑摰碗娖街苯铀腿肟刂破鱌2的一個(gè)端口，當(dāng)控制器檢測(cè)到這個(gè)端口的低電平變化時(shí)則表明該方位發(fā)現(xiàn)障礙物。

　　2.3.3 接觸傳感器檢剛模塊

　　接觸傳感器具有檢測(cè)范圍大、信號(hào)無(wú)需調(diào)理、占用控制器資源少等一系列優(yōu)點(diǎn)。本文選擇小型接觸開關(guān)作為接觸傳感器，安裝在機(jī)器人前端的緩沖器上，作用在于通過輕微的碰撞接觸，檢測(cè)那些未能被超聲波傳感器和紅外反射式傳感器檢測(cè)到桿狀或微小障礙物，如座椅腿等。

　　3 測(cè)控系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

　　3.1 傳感器信息處理

　　當(dāng)各路傳感器檢測(cè)到障礙物時(shí)，控制器必須獲得障礙物的準(zhǔn)確信息后，才能發(fā)出正確的避障指令。為了獲得有效信息，程序代碼中為每一路檢測(cè)信息都設(shè)定一個(gè)標(biāo)志位，主程序不斷檢測(cè)各個(gè)標(biāo)志位的值的有效性，以此作為障礙物方位信息。對(duì)于不同的傳感器，其信息判斷標(biāo)志位有效值也可能不同。在本文所提到的3種傳感器中，超聲波傳感器的信號(hào)處理程序最為復(fù)雜，其流程如圖3所示。

圖3 超聲波傳感器信號(hào)處理程序流程

　　3.2 驅(qū)動(dòng)控制

　　驅(qū)動(dòng)控制模塊是智能清潔機(jī)器人自主行為的執(zhí)行機(jī)構(gòu)。根據(jù)傳感器信息判斷當(dāng)前環(huán)境狀態(tài)，對(duì)不同的障礙物信息，控制器將調(diào)用不同的避障策略，策略與驅(qū)動(dòng)控制的動(dòng)作組合指令相對(duì)應(yīng)，通過左右驅(qū)動(dòng)電機(jī)動(dòng)作的有效協(xié)作，實(shí)現(xiàn)機(jī)器人前進(jìn)、后退、轉(zhuǎn)彎等自主動(dòng)作。單部電機(jī)的控制信號(hào)與電機(jī)動(dòng)作之間的關(guān)系如表1所示，其中 P1.1和P1.2為電機(jī)方向控制信號(hào)端口，P1.3為PWM波調(diào)速端口，需要減速時(shí)只需要降低PWM波的占空比即可，理論上可以實(shí)現(xiàn)256級(jí)調(diào)速。

表1 控制信號(hào)與電機(jī)動(dòng)作關(guān)系