游历机器人系统研制及性能分析摘要：为参加第十三届未来伙伴中国智能机器人比赛的机器人奥运游一项，针对比赛规则我院老师和学生共同研制了一款游历机器人。描述了机器人系统硬件构成，提出了三层式控制方案，设计了奥运游每一个景点的算法及控制程序，阐明了整个系统的软硬件的协同工作流程。游历机器人性能测试实验证明：系统各模块运转良好，视觉识别算法可有效提取寻迹信息，机器人准确到达每一个景点，整个路程米耗时。游历机器人具有较好的稳定性与较高的扩展性。关键字：游历；机器人；硬件构成；软件设计；性能测试中图分类号：TP242.31前言“机器人奥运游”竞赛项目要求参赛机器人在规定假期时间内，游历尽量多的景点，获得尽量多的得分,并在假期结束前回到出发地。目的是引导参赛队研究、设计并制作具有优秀硬件与软件系统的移动机器人，逐步提高机器的能力与智能。选用AVR的单片机作为核心控制器，内部硬件资源比较丰富，外部接口很多，集成了A/D、PWM、EEPROM、FLASH、SPI、WTD、IIC、T/C等功能部件，使外围电路变得很简单，来满足控制需求，再AVR的单片机是采用RISC指令集结构的新型8位单片机。由于AVR单片机采用单指令操作，所以，在相同时钟的情况下，AVR的单片机的指令周期只有8051型机的1/2，且采用两极指令流水线，可以在执行当前指令的同时获取下一条指令，所以具备1MI/s/MHZ的调整处理能力，特别是采用32个通用工作寄存器，克服了单一累加器数据处理带来的瓶颈现象，从而使得指令代码更加灵活，编码更容易。2硬件构成为了实现机器人游历要求，依据功能实现要求，系统硬件电路主要由控制器模块、执行模块、红外避障模块、寻迹模块、红外接收模块和电源模块等模块电路。系统硬件构成框图如图1所示。图1系统硬件构成框图2.1大脑控制器电路芯片使用AVR单片机ATmega128I/O口比较多，可以从外接的红外模块和声控模块上采集到的启动信号，启动机器开始景点的遍历，遍历过程中依据灰度模块采集到的寻迹信号，红外避障模块检测的路障、山峰信息和景点已到达等信号，并对信号进行分析，作出决策，以驱电路寻迹行走。2.2动力部分采用14.5Ｖ的聚合物锂电池供电，通过控制器发指令控制电机的转动方向和速度。电机驱动板由降压电路，信号驱动电路，滤波电路，电机驱动电路和减速直流电机及电轮组成。组成框图如下图所示。图电机驱动与电源电路框图电源电路采用包含了DC/DC变换器所需要的主要功能的单片控制电路芯片MC34063且价格便宜。它由具有温度自动补偿功能的基准电压发生器、比较器、占空比可控的振荡器，R—S触发器和大电流输出开关电路等组成。该器件可用于升压变换器、降压变换器、反向器的控制核心，由它构成的DC/DC变换器仅用少量的外部元器件。在这里作降压电路，把锂电池提供的14.5V的电压降成5Ｖ，在经过三端稳压器7805稳压后给控制器芯片及其它芯片作电源。由控制器根据情况发出四个电机的四路动行方向控制信号与PWM脉宽调制速度控制信号，控制信号经过信号驱动电路74HC244，然后分别经光电耦合Ｐ521滤波电路芯片滤波后的四组信号，再经电机驱动电路芯片Ｌ298驱动减速直流电机以一定的速度和方向运转，进行各个景点的游历。2.3视觉部分此游历机器人的视觉部分由两种模块即灰度模块和避障模块组成。机器人前后各有一块五灰度模块用于循迹，前后各有三块单路的避障模块用于检测不同方向上的障碍物，然后根据看到的实物做出行动的方位。2.3.1灰度模块TCRT5000传感器的工作原理与一般的红外传感器一样,一传一感.TCRT5000具有一个红外发射管和一个红外接收管.当发射管的红外信号经反射被接收管接收后,接收管的电阻会发生变化,在电路上一般以电压的变化形式体现出来,而经过ADC转换或LM324等电路整形后得到处理后的输出结果.电阻的变化起取于接收管所接收的红外信号强度,常表现在反射面的颜色和反射面接收管的距离两二方面.硬件参考原理图如下:图TCRT5000参考原理图外接一指示二极管，传感器的红外发射二极管不断发射红外线，当发射出的红外线没有被反射回来或被反射回来但强度不够大时，光敏三极管一直处于关断状态，此时模块的输出端为低电平，指示二极管一直处于熄...