基于Arduino的超声波避障机器人设计

开发研究
基于A r d u in o的超声波避障机器人设计
张喜英，闻世震，陈静，郭斌，李德，王东振
(北京交通大学海滨学院电子与电气工程学院，河北黄骅061199)
摘要：随着人工智能成为未来科技研发的重要对象, 智能机器人研发前景光明。

本文介绍了以Arduino为核 心主控板，采用超声波传感器测距实现自主避障功能的机器人设计方案。

创新了避障系统的软硬件设计，设计了超声波传感器和直流电机组合作为避障模块。

在使用最少的传感器并且保证避障效果的条件下，最大限度地实现了 避障功能。

实验结果表明，避障算法对环境具有很好的兼容性，机器人能够很好地实现避障功能。

关键词:Arduino;避障;超声波传感器
超声波传感器测距作为自主避障机器人实现避障的其 中一种方式，其实现避障方便简单，价格低廉。

本文提出了 一种经济实用、简单易懂的自主避障机器人设计方案，采用 了用直流电机驱动的轮式移动机器人，新型Arduino作为 主控系统，在机器人前端安装超声波传感器检测前方障碍 物，并将测量数据反馈给Arduino进行分析处理，实现对机 器人运动状态的实时控制,并且控制可靠、灵活，精确度高, 可满足对系统各项基本要求。

1系统总体方案设计
设汁方案主要以Arduino为主，在电动小车的基础上，加装超声波传感器，测量轮式机器人与目标障碍物之间的 距离，然后把测得的距离数据反馈给单片机,单片机处理后 再指示直流电机驱动机器人完成避障动作。

其中系统原理 框图如图1所示。

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图1系统原理框图
2 系统硬件设计
系统控制模块选用Arduino UNO作为主控单元，其 核心是ATmega328-A U单片机，负责给TB6612FNG 电机驱动单元提供PWM脉宽调制信号，驱动电机指挥机 器人完成避障动作。

ATmega328-A U配备时钟电路，复 位电路和电源，时钟电路使用了 1个16M的晶振，复位电 路低电平有效，高电平无效。

工作电源都是5V。

电机驱动 模块中，TB6612FNG的PWMA、PWMB引脚主要控制机 器人的行驶速度，正常工作状态下需要输入1.2A的持续电
湖北农机化流。

超声波传感器工作电压为5V,工作温度为-25〜80^,
测量角度为〇。

〜30。

，测量范围为0.03〜4m,超声波 频率为42kHz0
3 系统软件设计
启动机器人后，开启避障模式，由于超声波传感器距离 障碍物太近或者障碍物体积太小、形状不规则，就会导致超 声波传感器探测不到障碍物，所以需要加一个小距离的检 测程序。

设计要求避障距离为0.5 m,机器人体长在0.15 m 左右，所以小距离取值在0.3〜0.4m较为合适。

本研究 设计小距离取值为0.35 m0避障过程如下:当机器人与障 碍物的距离大于0.5 m时,前进;当机器人与障碍物的距离 小于0_5 m时,如果机器人与障碍物的距离还小于0.35 m,则后退。

否则向左转弯90°，再在向左转弯90°后，检测 机器人与障碍物的距离，当机器人与障碍物的距离大于0.5 m则前进；当机器人与障碍物的距离小于0.5 m,如果 还小于0.35 m则后退，否则向右转弯约180。

4 结束语
自主避障机器人主要依靠Arduino和超声波传感器实 现避障功能，与以往的依靠C51、C52单片机的设计不同，这种新式单片机无论在硬件方面还是软件方面，都比以往 的单片机性能更好，更稳定简单。

在设计中主要使用单个 超声波传感器来实现避障功能，这对未来的智能机器人基 础应用具有参考意义。

但是单个超声波传感器测距毕竟有 局限性，如果条件成熟,可以多方位加装超声波传感器或者 换成其他更为精准的测距传感器，使得避障机器人更为精 准地感知周围的环境信息。

参考文献：
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(收稿日期=2019-01-11) \2019年第4
期。