障距机器人在迷宫中行走问题研究

张本昌　柳科珍　李龙龙　金熠

摘 要：基于单片机的障距机器人自主导航技术是进行避障研究实验的重要内容，主要是防止结构的老化、脱落，可以减少不必要的伤亡，主要核心问题有传感器的选择和规划算法的确定，不一样的传感器含有不同的原理以及特色，算法不同，所需要的时间复杂度和空间复杂度也不相同，并且可以使用多个传感器和算法从而实现避障功能。

关键词：单片机;障距机器人;算法;传感器

随着嵌入式开发与单片机的迅速发展，使得在日常生活中用单片机实现巨大的功能，障距机器人等一系列嵌入式开发对我们的生活带来了巨大的改变，使得可以减少不必要的伤亡，例如在毒气存在的地方可以让机器人进去探测地形。观察一下危险，早点排除。

1.障距机器人的避障方法

1）单片机：伴随着科学技术的发展，单片机的功能也变得越来越强大。体积小、功能较全、抗干扰能力较强、可靠性比较高、结构很合理、指令非常丰富、造价低廉……这些显而易见的优势使得单片机可以作为控制系统的核心，以此来提高整个系统的可靠性和可行性，STM32系列具有高性能，低成本，低功耗等特点，适合用于避障小车的研究。

2）原理：首先我们需要了解什么是避障小车：用超声波传感器探测前方物体，然后输入到单片机中处理，在对电极驱动模块进行控制，从而实现避障的功能。左手定则的使用。

算法：避障算法中比较简单的一种是Bug算法，基本思想是让机器人以测障的方式绕过障碍物，然后计算测出的数据，给出相应的解决方案，使得机器人继续向前移动。为了完成需要回避障碍物的任务，机器人要实现两个功能：一个是沿直线行走，二是跟踪的障碍边界。每个算法都有自己优缺点，Bug算法的优点之一就在于其只需要使用简单传感器获得局部信息而不用去了解全局情况。Bug算法也有缺点，它的效率很低，由于它走了很多不必走的路。虽然效率很低，但能保证机器人达到目标

1.判断左边是否有墙，无墙：机器人左转，前进一步，继续判断左。

2.左邊有墙，则判断前方是否有墙，无则向前一步，跳回第一步

3.前方有墙（此时状态是左有墙，前有墙），则向机器人右转，跳回第一步

4）超声波传感器：超声波测距的原理是在正常条件下，空气中超声波的速度是一定的，再根据反射时间的差值去确定障碍物与源点之间的距离。反射的声波根据障碍物的发送和接收时间的发射点之间的差值计算出实际距离。

下图为超声波传感器的原理图

2.障距机器人的软硬件安装

1）硬件安装。我们的实验用到了双层智能测速循迹小车底盘，4WD四驱强磁电机，测速循迹4轮，用到了2WD-51的开发板以及两个超声波传感器，我们需要将避障小车的主要框架建立起来，安装电机，安装电池组，安装STM32芯片以及传感器。

2）软件安装。主要是一些驱动，利用eclipse和keil5进行代码的编程以及修改，还需要一款烧录软件，我们用到普中自动下载软件，目的是将电脑编译成功的代码写入到STM32芯片中。

参考文献

[1]秦新林，陈伯亨.单片机的应用——STM32智能小车[J].农家参谋，2019（19）：194.

作者简介：

张本昌（1999-），男，汉，本科，单位：甘肃农业大学信息科学技术学院，研究方向：计算机科学与技术。

通讯作者：王敏（1979-），副教授。