自主导航巡逻机器人的行走系统研究及其实际应用

赵丽 山西工程技术学院机械电子工程系

采用CCD定位监控系统以及依赖保安进行巡逻，不符合当前夜间保安需求。应采用巡逻机器人行走进行有效的定点监控、定时巡逻从而解决了在一些公告场所保安巡逻的问题。

1 自主导航巡逻机器人的行走系统机构

根据实际使用需求，设计巡逻机器人车架盘下方应安装同轴驱动轮2个，电机减速比16、直流减速为24V电机驱动，400r/min作为减速后转速。应安装200脉冲／转直流电机高速的轴端光电编码器，根据光电编码器逐渐完成检测电机转速。还应该在机器人车架底盘四个角处布置无动力驱动4个万向轮，具备一定的稳定性。在运行时如出现2个方向以及转速都相同情况，导航巡逻机器人应以直线进行行走，如果出现电机速度相同，但是两个方向不同运动，自主导航巡逻机器人进行零半径转弯。

2 行走机器人的行走系统

2.1 机器人循线系统

针对巡逻机器人的行走场地，应在地板上面进行粘贴带有白色PVC胶带，在使用时一般会选择日本欧姆龙公司的产品，具备光源反射时以及具备辨色差传感器地面胶带方向。其型号是E3XR-CE4，其中安装的传感器在巡逻机器人车架盘下，并使光电检测方向头朝在地面，当出现地板上没有进行粘贴具备的白色胶带情况，应该进行光电开关输出信号，作为低电平。如果地面上显示白色颜色，应该采用光电开关进行输出信号并应为高电平。针对主驱动的两个轮置在巡逻机器人的中心，当需要巡逻机器人进行转弯时，巡逻机器人应该进行白线和中心进行交叉重合。为了使巡逻机器人能够在后退以及前进时能够保障沿着导航巡逻进行行走，应将光电传感器安装在巡逻机器人的前后。为了使巡逻机器人可以在准确的位置，还应将具备光电传感器安装在巡逻机器人的两边，还应将具备光电的传感器安装在巡逻机器人的四周位置。将光电开关应安装在巡逻机器人车架底盘下方，安装数应为14个。

在给机器人进行安装时，应该根据光电传感器的实际使用需求进行，应注意传感器之间距离，并保持光电传感器的侧头与地面之间的距离。当巡逻机器人进行行走时候，导航巡逻机器人应该在白线的上方，机器人的前后具备的光电传感器应该具备输出高电平的光电传感器。当机器人前方具备的开关的右侧或者是左侧作为光电传感器的输出高电平，表明了巡回机器人出现脱离了白线的情况，应该及时的进行相应的减速；当巡回机器人在行走时的位置是正常的情况，可以加速前进的速度。如果巡回机器人位置快到达交叉线的位置，巡回机器人应该有效的降低行走的速度。应适当的调整机器人行走的状态，通过对机器人行走位置进行相应的调整，可以帮助机器人对准交叉线，有效的减少偏差情况的出现。在进行设置巡回机器人循线系统时，应该对巡回机器人进行对准交叉线。在控制巡回机器人行走时，应该采用光电编码器以及光电开关循线系统进行相应的测量，并进行电机转速有效控制，从而逐渐完成自主导航巡回机器人直线进行行走。

2.2 超声波的测障系统

首先应该采用测障原理，通过超声测障方式进行渡越时间法，根据测量超声波接收以及发送测量障碍物距离和时间差。巡回机器人在方向上前进或者是后退都应该按章超声波一对的换能器，并将单片机进行定时向发射机做好发出控制信号装置，并启动其动定时器。通过换能器转换成为超声波信号，并朝前方进行发射。收到的超声波传播信号，并在传播的过程当中遇到了障碍物以后，应进行反射回波。通过接受反射波信号后，使信号经过滤波、放大、对比以及整流后逐渐成生负脉冲触发单片中断外部。根据采用这种方式，有效的测量机器人行走前方路线是否存在着障碍物，并详细的了解机器人和障碍物之间的距离。其次设计机器人行走硬件系统，超声波测障系统主要包括了显示、温度测量、时间测量、接受回波信号处、超声波发送以及微机控制六部分组成。

3 机器人的行走系统功能驱动

首先机器人的行走系统电机驱动电路，针对巡逻机器人电机是根据24v直流电机，应该使用24v直流电源，在单片机的选择上应该采用电平TTL，并有效的完成了直流电机可以实现正反转。根据电路完成巡逻机器人可以向前、向后、暂停等行走功能。通过双直流电机驱动有效的完成了巡逻机器人向前、向后以及进行转弯操作，在巡逻机器人向前或者向后时应该相应的进行加速或者进行减速，有效的避免降低机器人的稳定性能，避免出现在行走时出现翻倒或者打滑现象，从而完成无极调速。在调速直流电机时，应该根据PWM方法有效的来完成，PWM方法可以有效对开环进行控制，但是不能实际的进行直流电机转速，巡逻机器人在行走的过程当中如果遇到了一些障碍物时，可能会导致巡逻机器人逐渐的偏离白线，遇到这种情况时应该及时的采用电机转速检测装置采用闭环控制。根据光电编码完成单片机控制，有效实现了目标速度，在进行安装光电编码的过程中应安装在高速轴上，有效的控制了电路并可以控制电机转速。

4 机器人的行走控制系统

巡逻机器人的行走控制系统主要是根据分散式控制方法完成，通过系统超声波测障下位机以及2各行走伺服下位机共同组成，采用主控机实现巡逻机器人协调控制、进行分析和计算机器人的运动有关策略等各个部分。逐渐实现行走伺服下位机巡逻机器人的行走系统控制，主要包含了巡逻机器人行走、转弯以及急停，通过采用超声波有效的测量巡回机器人与在行走的过程当中遇到的障碍物之间的距离，以及行走的过程中检测是否存在着障碍物，全面的分析巡逻机器人运动策略。当巡逻机器人在行走时遇到了障碍物情况，应根据超声波进行测量遇到的障碍物与机器人之间的距离，并传达到主控机上，根据有效的运算决策控制了巡逻机器人行走方向，前进或着时后退以及暂停。

5 结束语

综上所述，本文通过详细的研究自主导航巡逻机器人的行走系统，主要包括了行走驱动系统、自主导航系统以及控制系统。根据在时间进行试验得到了良好的运行效果，在进行实验时可以看出巡逻机器人行走的性能。巡逻机器人应用范围广泛，可以用于在办公楼进行保安巡逻工作以及晚间在超市进行保安工作等。