機器人作為人類20世紀最偉大的發(fā)明之一，在短短的40年內(nèi)發(fā)生了日新月異的變化。隨著計算機技術、通信技術、傳感器技術等的發(fā)展，機器人之間的互動成為機器人技術的一大熱點。
本文設計了一種基于摩托羅拉MC68HC08系列單片機的機器人追跑控制系統(tǒng)，用于研究機器人之間的簡單互動。
移動機器人行為描述
在此系統(tǒng)中，我們將兩個移動機器人一個命名為“貓”，一個命名為“鼠”。當兩個機器人都無法接收到對方發(fā)出的信號時，機器人“貓”以S形前進，機器人“鼠”在原地進行180度擺動；當機器人“貓”檢測到機器人“鼠”發(fā)出的信號時，以直線追向機器人“鼠”的方向，而機器人“鼠” 同時接收到“貓”的信號，以直線向前移動，以躲避“貓”的追趕，直至逃出“貓”的接收范圍，重復無法接收到信號時的行為；如果“貓”在一段時間內(nèi)都無法發(fā)現(xiàn)“鼠”的存在，就發(fā)出聲音報警。在整個過程中，由于環(huán)境未知，“貓”和“鼠”都有避障控制，而且可以根據(jù)不同的行為狀態(tài)，播放不同的音樂。如圖1所示。
圖1 機器人行為描述(略)
系統(tǒng)硬件設計
圖2為移動機器人的硬件系統(tǒng)框圖。
圖2 移動機器人硬件系統(tǒng)框圖（略）
“貓”、“鼠”兩個機器人的電路設計基本相同，都是由單片機系統(tǒng)、紅外收發(fā)模塊、電機控制模塊和語音模塊構成，其不同是紅外線發(fā)射管和接收管陣列的排列有所不同。單片機選用Motorola公司的8位微處理器M68HC908GP32（42管腳封裝）；紅外收發(fā)模塊使用PT2262和放大器組成的簡單紅外線收發(fā)電路；電機控制模塊選用L293D進行電機驅(qū)動；語音模塊選用ISD25120控制放音。另外，系統(tǒng)地電源模塊使用12V干電池。
單片機系統(tǒng)
MC68HC08系列中的單片機是Motorola公司1999年推出的8位微控制器，具有速度快、功能強、功耗小及價格等特點。
我 們在設計中選用的M C68H C908GP32單片機是MC68HC08系列微控制器的第一 批產(chǎn)品，其特點是片內(nèi)資源豐富、高性能，低價位，且具有多種保護功能，適用于各種數(shù)據(jù)處理平臺搭建。在這里我們主要用它完成紅外信息融合、電機控制及語音播放控制。
設計中，兩個機器人上單片機的主要端口設置相同，如表1所示。另外避碰的三個觸點開關控制為PTB0、PTB6、PTA7。
紅外收發(fā)模塊
紅外發(fā)射模塊使用PT2262和紅外發(fā)射管陣列構成的紅外發(fā)射電路。紅外接收電路使用紅外接收管陣列和放大器組成。接收到的信號輸入至單片機的PTB7端口，經(jīng)過A/D轉(zhuǎn)換后，送入處理器，以控制機器人的行為轉(zhuǎn)換。為了模擬現(xiàn)實追跑，紅外發(fā)射管和紅外接收管列的位置如圖３所示。
圖3 紅外收發(fā)管位置圖(略)
電機控制模塊
電機驅(qū)動電路采用基于雙極性H-橋型脈寬調(diào)整方式PWM的集成電路L293D。L293D具有很多優(yōu)點，如電流連續(xù)；電機可四角限運行；電機停止時有微振電流，起到“動力潤滑”作用，消除正反向時的靜摩擦死區(qū)；低速平穩(wěn)性好等。L293D通過內(nèi)部邏輯生成使能信號。H-橋電路的輸入量可以用來設置馬達轉(zhuǎn)動方向，使能信號可以用于脈寬調(diào)整（PWM）。另外，L293D將2個H-橋電路集成到1片芯片上，這就意味著用1片芯片可以同時控制2個電機。
機器人有三個車輪，兩個使用電機控制，另一個為萬向輪，因此使用1片L293D進行控制即可。將兩路PMW控制信號分別接至兩路電機控制的使能引腳EN12和EN34，通過調(diào)整PWM的占空比可以調(diào)整電機的轉(zhuǎn)速。將電機正反轉(zhuǎn)控制線分別接入IN1、IN2、IN3和IN4，，通過寫入不同的值控制兩個電機的正轉(zhuǎn)和反轉(zhuǎn)。
語音模塊
為了區(qū)別移動機器人的各個不同狀態(tài)，我們使其在做出不同動作的同時，可以播放不同的聲音。為了達到這個目的，語音控制部分選用語音芯片ISD25120。ISD25120的錄放時間為120秒，錄音最多能分600段。只要在分段錄/放音操作前(不少于300納秒)，給地址A0~A9賦值，錄音及放音功能均從設定的起始地址開始。
在設計時，除了用單片機控制ISD25120的復位和觸發(fā)端外，使用四位I/O控制芯片的放音起始地址。在初始化時，分別將兩個機器人的不同信息寫入語音芯片的A0~A3，選擇放音；在動作過程中，在行為發(fā)生改變時，寫入新的信息，改變放音選擇，播放不同音樂。
系統(tǒng)軟件設計
系統(tǒng)軟件主要由主程序模塊、中斷服務程序模塊、語音控制模塊和運動規(guī)劃模塊等部分組成。整個系統(tǒng)的軟件部分采用匯編語言編寫。兩個機器人的主程序流程如圖4和圖5所示。
圖4 “貓”主程序(略)
圖5 “鼠”主程序(略)
結(jié)論
經(jīng)過實驗證明，兩個機器人在不受外界干擾的情況下，能夠正確地完成追跑動作。此設計為研究機器人之間簡單互動提供了試驗平臺。在以后的研究中，通過改變傳感器位置及內(nèi)部程序，可以改變二者間的互動關系，例如協(xié)作等，進行更深的研究。 [1]
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