基于微机控制的行走机器人创新实验室建设研究
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作者: 毛国勇 王雁平 廉春原
摘要：行走机器人创新实验室的建设涉及控制科学、计算机科学以及电气工程等多方面的知识，广大学生对此有着浓厚的兴趣。以微机控制为前提，讨论了行走机器人实验室建设的总体思路，并从创新的角度，论述了基于微机控制的行走机器人的发展方向及发展意义。
关键词：微机控制；行走机器人；创新实验室
一、引言
机器人技术作为控制技术、信息技术和电气工程技术的典型代表，已成为各个国家竞相发展的技术。近年来，国内外兴起的各种机器人赛事为机器人技术的发展提供了一个良好的平台。各个学校争相组队参加各类赛事。但是，目前的机器人竞赛所采用的机器人基本上不采用微机控制，机器人本体也大多由各个专业的机器人制造公司制造，学生本身并不能从根本上剖析、分解机器人，留给学生自己动手的部分较少，没有采用微机控制。因此，机器人虽然专业性很强，但可扩展性较差。所以，有必要建设能真正提高学生实践和创新能力的机器人实验室。
二、建设意义
基于微机的行走机器人可以整合多方面的知识，包括：单片机技术、图形图像处理技术、上位机软件编程技术、触摸屏设计技术、电机与拖动技术、微机接口技术等等。因此，基于微机的行走机器人实验室建设可以加深学生对这些知识的掌握。另外，由于采用了微机控制，学生可以把自己的创新思想方便地通过高级语言体现出来，实现不同的目的，如：点菜机器人，迎宾机器人，图书管理机器人等等。同时，这些功能的实现完全通过高级语言，有助于降低机器人的成本，无需更换任何硬件模块。因此，基于微机的行走机器人创新实验室建设，对于学生基本专业技能的掌握和学生实践创新能力的提高，都有着非常积极的意义。
三、建设思路和目标
机器人实验室主要服务于工科的电气工程及其自动化、自动化、机械制造及其自动化、计算机科学与技术、通信工程等专业。对于这些专业的学生而言，在教师的带领下，从底层做起，自主完成基于微机控制的行走机器人并不是一件特别困难的事情，它主要由行走模块、单片机控制模块、通信模块以及功能实现模块等四个部分组成。
1.行走模块
行走模块涉及机架、底座、电源、万向轮、驱动轮以及电机等部分。当然，万向轮及驱动轮可以用履带代替。这一部分的实现除了底座及机架可以委托订做外，其它组件一般都直接购买。行走机器人不外接电源，同时能承受一定的负载，因此，电源一般采用蓄电池，其重量较大，故底座及机架需具有较高的强度。电机也有两种，一种控制行走，另一种控制方向。
2.单片机控制模块
单片机控制模块连接电机及上位机，它从上位机接受指令，经过单片机处理后，向电机发送前进、后退、转向等信号。电机有两种，因此，单片机控制模块也有两种，一种控制电机是否转动，即是否行走；另一种则控制万向轮的方向。
3.通信模块
上位机与下位机的通信方式有多种。这一模块往往也是新技术应用最多的模块。单片机和上位机之间除了传统的直接有线连接以外，还可以用RFID技术实现100米内无线控制，甚至可以采用GSM模块通过手机短信的方式加以控制。即上位机与下位机都增加无线模块，上位机发送出的指令通过上位机连接的无线模块发出，再通过下位机连接的无线模块接收，然后将信息传递给单片机。由单片机来控制电机。
4.功能实现模块
机器人往往不能通过鼠标操作，因此，机器人一般采用触摸屏来实现输入。功能的实现可以使用一些可视化编程语言，如C++Builder等。另外，为了扩展机器人的功能，可以为机器人添加摄像头，各种传感器。各种通信模块等。例如，要实现安保机器人，可以让机器人行走到指定位置巡逻。将安装在机器人上的摄像头拍摄到的视频通过无线通信模块实时传输到控制中心。
通过以上四个模块的建设，就可以实现特定功能的行走机器人，如点菜机器人、迎宾机器人，避障机器人、图书管理机器人等等。由于使用了微机控制，利用微机的丰富接口，可以连接摄像头、各种无线通信模块以及各种传感器等等，进一步扩展了行走机器人的功能。这些机器入的制作，既能提高学生的实践创新能力，又能为教师在更高层次的研究提供实验条件。例如，多台机器人安保时的路径规划研究，用于机器人行走轨迹控制的图形图像处理技术研究等等。
四、结论与展望
基于微机控制的行走机器人创新实验室建设，既可以使学生更好地掌握本科阶段的主干课程，又能提高学生的实践能力和创新能力，同时也能为教师的科研提供平台。微机控制行走机器人的制作相对简单，成本较低，易于扩展，应用广泛，值得推广。
参考文献：
[1]都卫东，开放性机器人创新实验宣建设研究[J]，高教论坛，2009(9)：54-56.
[2]王咏梅。葛建宏，王炳谦，机器人创新开放实验室建设[J]，实验室研究与探索，2009(11)：4-5.
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