避障机器人的设计
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器 人 靠 它 来 ” 走 路 ” 。 感 知 机 器 人 自 身
的 ，这 种刻 线 （ 或 称栅 线 ）的 白色 宽度
为ａ ，黑色宽度为ｂ ，通常情况 下ａ ＝ ｂ 。一 般ａ ＋ ｂ 称为光栅栅距 ，或称为光栅 常数。
当 光 栅 运 动 时 ，光 电元 件 测 条 纹 的
［ ［ 銮
动 控制 系统 中作 为执 行原件 。它 将输入
２ ． ４ ． １ 平 台 组 成
Ｒ Ｏ Ｍ 、定时／ 计 数器和多种接 口都集成 到一 的 电压 信号 转变成 转轴 的角 位移 或角速 块集成电路芯片上 的微型计算机。因此 ，
机器人实验平 台由底盘、兼容５ １ 平 台
度 ，因此非 常适合 于单 片机 控制 。标准 Ａ Ｖ Ｒ — Ｉ Ｓ Ｐ 下载实验板 （ 带Ａ Ｔ ｍ ｅ ｇ ａ ８ ５ １ ５ Ｌ ）、２
『
来自百度文库
一 羹 ： ４ ：
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移动 ，通过脉冲计数得到位移 的度量 。
光 电传 感器 原 理 ： 电传 感器 是 通 过 把
光强度 的变化转换成 电信号的变化来 实现 控制 的。光 电传感器在一般情况 下，有三
或 外部 环境 变化信 息 的传感 器是 它 的感
图１ Ａ Ｖ Ｒ 单 片 机 结 构 方 块 图
一
３ ６一 闩反 啄 ・１ ／ ２ ０１ ３
电子世界 《 《 《
１ ． 引 言
一
块芯片就构成了一台计算机 。它 己成为 的微型 伺服 电动机 有三 条控 制线 ，分别
机 器 人作 为人 类的 新型 生产工 具 ，
工 业控 制领 域 、智能仪 器仪 表 、尖 端武 为 电源 、 地 及 控 制 线 。 电源 线 和 地 线 用
在减 轻 劳动 强度 ，提 高生产 率 ，改变生 器 、日常生活中最广泛使用 的计算机 。
机 器 人 控 制 的 电机 一 般 分 为 “闭 环
信 息处 理装置 （ 电子计 算机 ） ，是人 与 控 制 ”和 “ 开环控 制 ”两 大类 ，开环 常 机器 人沟 通 的工具 ，可 根据 外界 的环境 用 的是 步进 电机 ， 闭环 控制 上常 用 的是
器 蚤
圈２ 光 电传 感 器 原 理 圈
于 提供 内部 的直流 马达 和控 制线路 所 需
产 模式 ，把 人从危 险 、恶劣 、繁重 的工
在 单片机 机器 人 中，单 片机相 当 于 的能量 ，电压一般在４ Ｖ ￣６ Ｖ 之间 。 ２ ． ３ ． ２光栅位移检测传感器控制原理 光栅是等节距的透光和不透光 的刻线
作 环境 下解 放 出来 等方 面 ，显示 出极 大 机 器 人 的大脑和 指挥 中心 ，是机 器人 中 的优越 性 。机器人 的应 用越 来越广 泛 ，
Ｉ Ｉ 》 》 》 宣子 界
避 障机器人 的设计
葛先雷 南京化工职业技术学院
【 摘 要 】在机器人避障问题 中， 为 了便对周围的事物和环境作 出 判断，机器人在不同的方向上都安装有传感器。 由于不同的传感器上接受
着不同的信 息，传感器越 多， 对 同一事物反馈的信息越多，必然会 ｇ ｌ 起冲突现象的发生，直接影响了机器人对周 围事物的正确判断和避障的 效率。因此，冲突分解能力的好坏就成了机器人准确、高效避障的关键。在各种冲突分解算法 中，树形算法是一种较有效的分解方法 ，所以 本文以轮式机器入 的避障问题作为研 究对象，在对典型障碍物避障试验中大量试验数据分析 的基础上 ， 使用 了二叉树冲突分解 的方法对避障 问题进行 了 分析和研究，运用基于二叉树冲突分解 的避障方法，并且在单片机轮式机器人上进行 了实验验证。 【 关键词 】机器人 ； 避障 ；冲突分解 ； 树形算法；二叉树
几乎渗透到所有领域 。 ２ ． 硬件 设计
最重要 的部 分 。在 内部它控 制机器 人 上
各 个部 件 的协调动 作 ；对外 部 ，通 过采 均匀相 间排列构成的光学元件 ，也可说是 集 和 分析机 器人 上 的各 种传 感器传 回的
一
种在基体上刻制有等间距 的均匀分布条
２ ． １机 器人系统的构 成
变化 、灵活变更机器人的动作 。 ２ ． ２单片机控制原理介 绍和分析
单 片微 型计 算机就 是将Ｃ Ｐ Ｕ 、Ｒ Ａ Ｍ 、
伺 服 电机 。伺服 电动机 是 一种根 据控 制
２ ． ４ 移动机 器人 实验各组 成部 分介
信 号 的要求 而执 行动作 的电动机 。在 自 绍平台组成
数据 ，随着 外部 环境变 化 ，不 断的进 行 纹的光学元件 。光栅的表面 刻有规则排列
基 于传 感 器路 径规 划 的机器 人是 一 信 息反 馈和 调整 ， 以便 灵活 调整机 器人 和规则形状 的刻线，这些刻线可 以是透光 面行走 ，一面规划 。当碰到未知障碍物时 的动作 ，顺 利完 成预 定 的任 务 。下面 是 的 （ 透射 式 ）或 不透光 的 （ 反射 式 ）。 就进行 回避 。机器人系统的结构由机器 Ａ Ｖ Ｒ 单 片机结 构方 块 图 （ 图１ ），也是大 常用 的光栅 传感器 的刻 线 多属于 黑 白型 人 的机构部分、传感器组 、控制部分及信 多数单片机机器人大脑 的基本结构 。 息 处理 部分 组成 。机器 人 的外貌 有 的像 人 ，有的却并不具有人的模样 ，但其组成 与人很相似 。机构部分包括机械手和移动 机 构 ，机 械 手相 当于人 手一 样 ，可完成 各 种工 作 ；移 动机 构相 当于 人 的脚 ，机
觉器 官 ，相 当于人 的 眼、耳 、皮肤 等 ，
２ ． ３ 轮式 寻迹机器 人各组 成部件控 部 分构成 ，它们分为：发送器 ，接收器和
检测电路 。
它 包括 内传感 器和 外传 感器 。 电脑 是机 制 原理 器 人 的指挥 中心 ，相 当于人 脑或 中枢神 经 ，它 能控 制机器 人各 部位 协调动 作 ； ２ ． ３ ． １伺服 电动机的控制原理
的 ，这 种刻 线 （ 或 称栅 线 ）的 白色 宽度
为ａ ，黑色宽度为ｂ ，通常情况 下ａ ＝ ｂ 。一 般ａ ＋ ｂ 称为光栅栅距 ，或称为光栅 常数。
当 光 栅 运 动 时 ，光 电元 件 测 条 纹 的
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动 控制 系统 中作 为执 行原件 。它 将输入
２ ． ４ ． １ 平 台 组 成
Ｒ Ｏ Ｍ 、定时／ 计 数器和多种接 口都集成 到一 的 电压 信号 转变成 转轴 的角 位移 或角速 块集成电路芯片上 的微型计算机。因此 ，
机器人实验平 台由底盘、兼容５ １ 平 台
度 ，因此非 常适合 于单 片机 控制 。标准 Ａ Ｖ Ｒ — Ｉ Ｓ Ｐ 下载实验板 （ 带Ａ Ｔ ｍ ｅ ｇ ａ ８ ５ １ ５ Ｌ ）、２
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来自百度文库
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光 电传 感器 原 理 ： 电传 感器 是 通 过 把
光强度 的变化转换成 电信号的变化来 实现 控制 的。光 电传感器在一般情况 下，有三
或 外部 环境 变化信 息 的传感 器是 它 的感
图１ Ａ Ｖ Ｒ 单 片 机 结 构 方 块 图
一
３ ６一 闩反 啄 ・１ ／ ２ ０１ ３
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１ ． 引 言
一
块芯片就构成了一台计算机 。它 己成为 的微型 伺服 电动机 有三 条控 制线 ，分别
机 器 人作 为人 类的 新型 生产工 具 ，
工 业控 制领 域 、智能仪 器仪 表 、尖 端武 为 电源 、 地 及 控 制 线 。 电源 线 和 地 线 用
在减 轻 劳动 强度 ，提 高生产 率 ，改变生 器 、日常生活中最广泛使用 的计算机 。
机 器 人 控 制 的 电机 一 般 分 为 “闭 环
信 息处 理装置 （ 电子计 算机 ） ，是人 与 控 制 ”和 “ 开环控 制 ”两 大类 ，开环 常 机器 人沟 通 的工具 ，可 根据 外界 的环境 用 的是 步进 电机 ， 闭环 控制 上常 用 的是
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圈２ 光 电传 感 器 原 理 圈
于 提供 内部 的直流 马达 和控 制线路 所 需
产 模式 ，把 人从危 险 、恶劣 、繁重 的工
在 单片机 机器 人 中，单 片机相 当 于 的能量 ，电压一般在４ Ｖ ￣６ Ｖ 之间 。 ２ ． ３ ． ２光栅位移检测传感器控制原理 光栅是等节距的透光和不透光 的刻线
作 环境 下解 放 出来 等方 面 ，显示 出极 大 机 器 人 的大脑和 指挥 中心 ，是机 器人 中 的优越 性 。机器人 的应 用越 来越广 泛 ，
Ｉ Ｉ 》 》 》 宣子 界
避 障机器人 的设计
葛先雷 南京化工职业技术学院
【 摘 要 】在机器人避障问题 中， 为 了便对周围的事物和环境作 出 判断，机器人在不同的方向上都安装有传感器。 由于不同的传感器上接受
着不同的信 息，传感器越 多， 对 同一事物反馈的信息越多，必然会 ｇ ｌ 起冲突现象的发生，直接影响了机器人对周 围事物的正确判断和避障的 效率。因此，冲突分解能力的好坏就成了机器人准确、高效避障的关键。在各种冲突分解算法 中，树形算法是一种较有效的分解方法 ，所以 本文以轮式机器入 的避障问题作为研 究对象，在对典型障碍物避障试验中大量试验数据分析 的基础上 ， 使用 了二叉树冲突分解 的方法对避障 问题进行 了 分析和研究，运用基于二叉树冲突分解 的避障方法，并且在单片机轮式机器人上进行 了实验验证。 【 关键词 】机器人 ； 避障 ；冲突分解 ； 树形算法；二叉树
几乎渗透到所有领域 。 ２ ． 硬件 设计
最重要 的部 分 。在 内部它控 制机器 人 上
各 个部 件 的协调动 作 ；对外 部 ，通 过采 均匀相 间排列构成的光学元件 ，也可说是 集 和 分析机 器人 上 的各 种传 感器传 回的
一
种在基体上刻制有等间距 的均匀分布条
２ ． １机 器人系统的构 成
变化 、灵活变更机器人的动作 。 ２ ． ２单片机控制原理介 绍和分析
单 片微 型计 算机就 是将Ｃ Ｐ Ｕ 、Ｒ Ａ Ｍ 、
伺 服 电机 。伺服 电动机 是 一种根 据控 制
２ ． ４ 移动机 器人 实验各组 成部 分介
信 号 的要求 而执 行动作 的电动机 。在 自 绍平台组成
数据 ，随着 外部 环境变 化 ，不 断的进 行 纹的光学元件 。光栅的表面 刻有规则排列
基 于传 感 器路 径规 划 的机器 人是 一 信 息反 馈和 调整 ， 以便 灵活 调整机 器人 和规则形状 的刻线，这些刻线可 以是透光 面行走 ，一面规划 。当碰到未知障碍物时 的动作 ，顺 利完 成预 定 的任 务 。下面 是 的 （ 透射 式 ）或 不透光 的 （ 反射 式 ）。 就进行 回避 。机器人系统的结构由机器 Ａ Ｖ Ｒ 单 片机结 构方 块 图 （ 图１ ），也是大 常用 的光栅 传感器 的刻 线 多属于 黑 白型 人 的机构部分、传感器组 、控制部分及信 多数单片机机器人大脑 的基本结构 。 息 处理 部分 组成 。机器 人 的外貌 有 的像 人 ，有的却并不具有人的模样 ，但其组成 与人很相似 。机构部分包括机械手和移动 机 构 ，机 械 手相 当于人 手一 样 ，可完成 各 种工 作 ；移 动机 构相 当于 人 的脚 ，机
觉器 官 ，相 当于人 的 眼、耳 、皮肤 等 ，
２ ． ３ 轮式 寻迹机器 人各组 成部件控 部 分构成 ，它们分为：发送器 ，接收器和
检测电路 。
它 包括 内传感 器和 外传 感器 。 电脑 是机 制 原理 器 人 的指挥 中心 ，相 当于人 脑或 中枢神 经 ，它 能控 制机器 人各 部位 协调动 作 ； ２ ． ３ ． １伺服 电动机的控制原理