摘要：机器人在军事侦查、扫雷排险、防核化污染等风险与恶劣环境中以及工业自动化消费的物料搬运上应用很广，随着任务复杂性的增加，对挪动机器人的请求也越来越智能化。但是，功用较完备的途径跟踪控制办法普遍具有计算复杂，不易完成等特性。主要针对挪动机器人即智能小车的行走系统停止设计，以MCS-51单片机为控制中心的智能小车应用单光束反射取样红外传感器，探测正前方及左右两侧障碍物，应用控制算法寻觅行进道路，在无人控制的状况下自主地走出迷宫。设计采用了轮式挪动机构，使机器人能直线行走、左右转弯、主要针对途径跟踪算法优化问题，提出一种有效可行的办法，该法比以往算法更简单易行。
关键词：智能小车；迷宫；控制算法；避障

    机器人应当具有几个特征：挪动功用，执行功用、觉得和智能。目前全世界各国举行的触及硬件，软件仿真的机器人大赛不下20余类。各种各样的机器人竞赛都有一个共同的目标：培育科学创新肉体，激起思想的想象力，鼓舞理论与理论的分离。不只如此，如今曾经有越来越多的自动控制产品曾经介入消费，在农业、工业上都有普遍的应用。新的工作方式将大大的缩短了人工作业的时间，并且减轻了人的膂力劳动的支出。走迷宫的微型机器鼠主要是基于自动引导小车(Auto Guided Vehicle，AGV)的原理，完成机器鼠辨认道路，判别并自动规避障碍，选择正确的行进道路走出迷宫。在此选择制造一个简易的行进安装，使其能顺利的走避障或是迷宫。为了完成小车辨认道路，判别并自动规避障碍，选择正确的行进道路，障碍判别采用单光束反射取样红外传感器，驱动电机采用直流电机，控制中心采用MCS-51单片机。控制上采用分时复用技术，仅用一块单片机完成了信号采集、线路判别、电机控制等功用。迷宫由16×16个区组成。起点设在拐角处，终点设在中央，占4个区。每个区为180 mm×180 mm大小，间壁高为50 mm，厚度为12 mm，侧面涂白色，底面涂黑色，如图1所示。

1 迷宫车控制系统的总体设计计划
    迷宫车由墙壁传感器、单片机控制板、动力及转向系组成的，控制框图如图2所示。

    迷宫车采用轮式挪动方式。优点是：构造和控制简单而且技术成熟。从选定电动机转速和轮胎直径，能够简单地计算出小车的速度。但是，有关路面的阻力或上坡的驱动转矩等成为重要的要素。思索这点，在轮胎上运用无线遥控车的塑胶轮胎。如图3所示，前轮1为万向脚轮或球形轮，后轮2和后轮3为独立驱动轮，应用它们的转速差完成转向。这种组合的特性是机枢组合容易，而且当2个驱动轮以相同速度、相反方向转动时车体能绕2个驱动轮连线的中点自转，值得留意的是自转中心与车体中心不分歧。
    迷宫车车身体料的选择。迷宫车运用的资料大局部用于构造，普通应采用金属资料。迷宫车承载和运动不应产生严重的变形和断裂，从力学角度讲即具有足够的强度。迷宫车负载小，自重轻，对寿命的请求不高。因而，选用铁皮。
1．1 迷宫车控制电路的设计
    控制电路主要由电机驱动电路，单片机接口电路，电源电路和传感器电路组成。控制框图如图4所示。

    (1)红外线光感电路传感器经过发光二极管发出红外线，若有障碍物在前方，红外线会被反射回来，被感光三极管接纳，单片机程序对信号停止比拟处置，按设定的动作请求向后轮的两个电机发出控制命令，控制小车行进。
    (2)电机驱动电路采用89S51单片机，经过L293D芯片来控制两个驱动电机动作。89S51依据红外传感器对外界停止探测后反应回来的信号，根据迷宫车探路算法，断定迷宫车行进方向，分别向左右两个驱动电机发出控制指令，该信号经L293D芯片驱动后，直接控制相应电机动作，使迷宫车按既定动作停止行进、后退、转向。
    (3)洪水算法
    洪水算法即便用256 B额外内存，会大幅进步性能。该算法比普通迷宫算法的有效率高20～50倍。同时能够在内存中树立一个区域，与实践中的迷宫格数逐个对应。在实践运用时算法并不太复杂。该额外内存区域称为“浪头”，它将表现在内存区域的实践情况中如图9所示。当迷宫被吞没的时分，一个波浪的前头从目的格向外扩展。在内存区域中这种单元格是唯一需求处置的，当浪头抵达开端的单元格子，机器人曾经被吞没。通常来说，开端的单元格能够是任何一个格子。但是为了便当起见，把开端点设在迷宫的第一个单元格，终点恣意。反过来也能够把出口放在第一个单元格，把开端点设在中间或希望的位置。一旦抵达了起点即搜索完成，最短的途径能够使机器老鼠挪动到四周的格子中数值比拟小的那个格子去，依次类推机器老鼠就能走到终点。

    洪水算法的优缺陷：
    ①依照该算法小车在第一次走迷宫的时分，必需把迷宫中一切的道路都走一遍。但是该算法能够让小车走任何迷宫，即便迷宫自身有“孤岛”小车一样能够顺利的走出迷宫。
    ②当小车再走第二遍迷宫的时分小车能够1次性走正确的道路走出迷宫，并且该道路一定为最短的道路。
    (4)铺路算法
    在内存中树立一个区域与实践中的迷宫格数逐个对应，并将一切走过的路停止记忆，假如发现前方是死胡同或走过的路就转回前一个岔道口；在行走过程中遇岔道口默许靠左。由于有了记忆功用，就能够走第二遍。
    铺路算法的优缺陷：
    ①运用该算法能够走复杂的迷宫，不存在走不出来的问题。
    ②运用该算法在小车第二次走迷宫的时分能够一次性的走出迷宫，但是不能保此条道路走的是最短的线路。
    这几种算法各有优缺陷，经权衡比拟，最终选择靠前算法。
1．3 系统运转及调试
    程序运转时遇到的问题及处理办法：
    (1)小车的外壳及轮子是纯手工装置的，精度不是很高，小车在行驶过程中不能不断走直线，很容易发作擦墙事故影响小车走迷宫。若是手工制造时所惹起的，可经过给行驶时较落后的轮子上绕一些胶带来增加轮子的周长来处理。也可经过在电路中参加A／D转换器，对程序停止相对的改良，不时的测小车与四周墙壁的间隔，坚持小车与四周墙壁坚持一定间隔来处理。
    (2)采用ST188型红外线传感器，易受外界干扰不能精确地检测墙壁信号，特别是在强光下无法正常运转，对某些资料反射的光无法接纳，易受阳光干扰，招致小车不能无误地走出迷宫。惹起干扰的缘由是阳光所发出的红外线与红外传感器所发出的红外线是一样的，都是连续的，无法区别，所以易受四周光线的干扰。关于该问题的处理方法是应用无线遥控根本原理使红外传感器所发出的红外是一种有固定频率有别于四周红外的信号。关于接纳方也停止电路处置，使有区分才能直接纳有固定频率的红外信号。这两处的改良都是经过改良电路来完成的。若是反射面所惹起的，经过限制反射面的资料能够处理。依据555定时器原理，改良传感器电路如图10所示。其工作原理是555电路发出频率为100 Hz的方波，驱动ST188放射端发光二极管以100 Hz的频率闪动，发出闪烁的光波，当有障碍物接近时，反射光惹起ST188接纳端的光敏电阻以相同的频率变化，使得图10中A点的电压值VA发作相应变化。VA中包含有直流成分V直和频率为100 Hz的交流成分V变，其中后者反映了障碍物的接近状况。为了保存有用的交流信号V交，肃清直流成分V直，用隔直电容C1来完成隔直通交的功用，并由第一个运放电路完成对V交停止放大，由第二个运放完成直流到交流的转换。详细来说，当远离障碍物时，运放的输出VO为高电平；当传感器接近障碍物时，VO输出低电平。

    (3)小车的速度很难控制，经过程序控制很难把握小车的旋转时间，小车在转90°和180°时，经常转过规则的角度，以致影响小车不能直线走出迷宫。一种处理方法是接入调压电路，在给小车转弯时间一定的状况，调理马达上的电压来改动车轮速度，不时理论直抵达到预定的规范。另一种处理方法是，在小车速度一定的状况下，不时经过改动程序中的小车转角时间来改动小车的转角，屡次理论，以求到达预定目的。经过实践调试发现这两种方法单独应用很难到达预定目的。因而，将两种分离起来，经过调试，容易到达目的。

2 结语
    机器人迷宫车是大学生电子制造常选项目，是电子电路、机械传动及自动控制等多种学问的综合应用。对小车的转向控制触及到电机调速，能够先对小车树立控制模型，再应用自动控制原理学问给出详细控制算法，这样就能够使小车转向控制及途径选择更为准确。