基于STM32芯片的移動機器人的避障研究

1、    基于stm32芯片的移動機器人的避障研究    徐鼎新+符秀輝摘 要 隨著移動機器人走進千家萬戶，針對移動機器人的路徑規(guī)劃以及如何規(guī)避障礙物，提出了一種基于arm cortex-m3內核的stm32單片機控制超聲波傳感器以及舵機進行機器人避障的解決方案。分析了由微處理器如何控制機器人使其產生避障行為，使其在某些障礙物環(huán)境下繞出狹窄區(qū)域；使其順著障礙物前進直到開闊地帶。實驗結果表明，本系統(tǒng)電路簡單，抗干擾性強，測量精度高。此方案能夠穩(wěn)定的控制移動機器人進行有效的避障，驗證了該方案的的實時性和可行性。【關鍵詞】移動機器人 stm32單片機 超聲波傳感

2、器 避障1 引言隨著近幾年來機器人技術的快速發(fā)展，機器人產業(yè)已展現(xiàn)出強大的生命力。機器人的應用領域不斷擴大如：生活服務與娛樂，軍事偵察，科學探測，工農業(yè)生產等等。機器人的性能逐漸提高并且正在向智能化方向發(fā)展。移動機器人作為新型的勞動工具，在改變勞動模式，提高勞動效率，減輕勞動強度等方面展現(xiàn)出極大的優(yōu)越性。伴隨著人工智能技術、電子技術、計算機技術、傳感器技術、驅動技術及機器人技術的飛速發(fā)展，室內移動機器人控制系統(tǒng)的更高層次的研究和開發(fā)已具備了十分堅實的基礎和較好的發(fā)展前景。目前對室內移動機器人影響比較大的重要技術是：傳感器技術、噪音控制技術、自動清洗技術、清潔空間高度較低區(qū)域的技術和自動避障路徑

3、規(guī)劃技術。本文提出了一種基于stm32單片機對移動機器人自動避障規(guī)劃的解決方案。探討了移動機器人的避障原理，詳細的研究了系統(tǒng)的硬件設計，軟件流程。對實驗結果進行了分析后證明本方案電路簡單，抗干擾性好，測量精度完全滿足移動機器人的避障要求。2 移動機器人避障系統(tǒng)硬件介紹移動機器人的避障系統(tǒng)主要由舵機與超聲波模塊構成，超聲波模塊安裝在舵機之上。為使移動機器人能夠自動避障，使用超聲波進行避障，通過超聲波接收到的信號，判斷出障礙物的位置情況來進行多個方向的避障，在行進的過程中，機器人對前方的障礙物進行檢測并根據(jù)障礙物的情況做相應的轉彎，并改變舵機的旋轉方向并重復前面的行進過程。由于超聲傳感器存在固有測

4、量盲區(qū)，對近距離內的障礙物無法檢測，因此本文采用紅外傳感器彌補超聲波傳感器的測量盲區(qū)。處于超聲波傳感器的兩端。圖1為移動機器人避障系統(tǒng)的硬件設計框圖。圖2為本實驗所使用機器人。3 移動機器人的避障方案3.1 移動機器人的避障方案當移動機器人開始工作時，先使機器人繞房間行駛一周，測量出擦地區(qū)域的長和寬，并計算出清潔區(qū)域的面積，記錄下最大的x軸與y軸的行進距離。限定以后行駛路徑的范圍。之后將移動機器人放在需測量的初始位置，然后沿y軸正向前進，當機器人運行前面出現(xiàn)障礙物時，該機器人的避障系統(tǒng)便會測定障礙物的位置，stm32芯片便會產生中斷進入中斷程序，在中斷程序內調整舵機方向使機器人轉彎，機器人會繞

5、過障礙物并繼續(xù)前進。若機器人的前方沒有障礙物移動機器人會繞著測量區(qū)域進行往返運動直到之前測量所記錄下的x軸y軸的最大位置為止。圖3為避障程序流程圖。其中dis為機器人與障礙物之間的距離，單位為cm。3.2 機器人的避障實驗的實現(xiàn)實驗環(huán)境的搭建，需要黑色電工膠布、足夠白的白板與障礙物的完美契合。首先將黑色電工膠布圍成一個矩形，但是在矩形的四角要做成圓弧形狀，以便于機器人更加順利的轉彎。與此同時，在矩形的區(qū)域內放上兩個障礙物，需要強調的是兩個障礙物必須成規(guī)則方塊狀，在實驗區(qū)域內隨機擺放。分別做兩次實驗：1兩障礙物在區(qū)域內成45度角，其中一個障礙物在機器人正前方，另一個障礙物在其右下方。機器人在區(qū)域

6、內的a點到達預定目標b點。 2 兩障礙物在區(qū)域內一前一后放在機器人前面，讓其穿過兩障礙物從a運動到b點。其后，將移動機器人放在無障礙物的一個黑色角落上，隨即啟動電源開關。順時針行走時，可以明顯的觀察到機器人沿著黑色電工膠布前進，當遇到拐角時可以自動右轉，當遇到障礙物時，先是左轉90度，然后再次遇到障礙物，隨后右轉180度，機器人未檢測到障礙物，繼續(xù)沿著黑色電工膠布軌跡前進。當機器人在遇到下一個無障礙弧度拐角時，機器人將繼續(xù)依照舵機上的超聲波傳感器接收到的信號進行小幅度左轉，然后才會轉彎。圖4為實驗1的機器人理想避障圖，圖5為實驗1的機器人理想避障圖。4 實驗結論在圖6為機器人在區(qū)域左下角a點出

7、發(fā)途徑兩個障礙物到達右上角b點的軌跡。在圖7中實驗難度有所增加，由區(qū)域正下方a點到區(qū)域正上方b點 機器人必須由障礙物中間穿行。由以上實驗可知，整個系統(tǒng)的設計以stm32單片機為核心，利用了超聲波避障傳感器，將軟件與硬件相結合可以實現(xiàn)以下功能：移動機器人在行駛的過程中能夠實現(xiàn)直道和弧形軌道的前進，若有偏離能夠自動糾正，返回到預設軌道。 當機器人探測到前方檢測的障礙物可以自動的調整躲避障礙物，從無障礙的區(qū)域通過。參考文獻1蔣新松.機器人學導論m.沈陽：遼寧科學技術出版社，1994：511-516，543-554.2樸松昊，洪炳熔.一種動態(tài)環(huán)境下移動機器人的路徑規(guī)劃方法j.機器人，2003，25（01）：18-21.3彭艷，顧國昌.基于遺傳算法的水下機器人大范圍路徑規(guī)劃j.應用科技，2003，30（02）：18-214劉義，張宇.基于改進人工勢場法的移動機器人局部路徑規(guī)劃的研究j