基于單片機在AI機器人上的應用分析

陳帥俊 賴海軍

摘 要： 當今時代，伴隨著科技的高速發(fā)展，我們對機器人在智能化和人性化、可靠化等方面提出了更高的發(fā)展要求，其中最重要的是屬于自動控制技術中的單片機控制技術。本文對上述的問題進行了分析，分析了AI機器人的控制系統(tǒng)的組成，并對各個控制系統(tǒng)與單片機的聯(lián)系進行分析，描述了單片機技術在AI機器人控制系統(tǒng)中實現(xiàn)的功能。

關鍵詞： AI機器人;單片機;控制系統(tǒng);應用

引言：

在當今這個時代潮流中，無論是國際上的趨勢變化，還是地區(qū)上的發(fā)展要求，人工智能（AI）的相關產品越來越受企業(yè)和消費者的歡迎。人工智能機器人無疑是機器人學中最令人興奮的領域，是機器人與AI之間的橋梁，是由AI程序控制的機器人。[1]現(xiàn)在，人工智能機器人也逐漸出現(xiàn)在我們的視野中，例如一些會開門、能跑步、而且還能負重走過灌木叢的機器狗，能后空翻的雙足機器人等。這些AI機器人讓我們如此震驚無非是由于它們流暢的動作，而這些機器人的動作能夠流暢的完成，離不開單片機的應用。運用單片機來進行對AI機器人的控制，從而做出各種復雜的動作。本文基于單片機在AI機器人上的應用展開具體的分析。

一、AI機器人的定義及其控制系統(tǒng)的組成

關于AI機器人的定義，智能機器人是能夠借助有人工使機器具備識別能力、學習能力、抽象思維能力、環(huán)境適應能力等功能而確定自身行動的機器人。作為面向未來的現(xiàn)代化技術，AI機器人技術涉及許多學科，有傳感器、計算機、通訊、控制、人工智能、微電子等技術學科，還有仿生學、材料科學、數(shù)學方法等諸多學科。

二、單片機與AI機器人各控制系統(tǒng)的連接技術

2.1 驅動系統(tǒng)

驅動系統(tǒng)是AI機器人系統(tǒng)中的動力控制部分。單片機技術主要通過芯片集成的驅動模塊來實現(xiàn)AI機器人的驅動控制。為了實現(xiàn)控制AI機器人的驅動，要對較弱的電流信號進行加強和放大，還要對驅動繼電器裝置進行控制進而來操作電機。在驅動模塊中加入了三極管，可以有效地保護基極和放大電流。而其中有一種自動開關繼電器存在于驅動模塊中，它可以保護和轉換電路，并能最終實現(xiàn)操作機器向前、向后等簡單動作?；趩纹瑱C技術的驅動模塊電路的優(yōu)點是不但實現(xiàn)了驅動電機的正常工作，而且輸入驅動電流信號不會影響其他控制系統(tǒng)的正常工作，從而保證了AI機器人完成的運動具有更高的準確性和有效性。

2.2 視覺控制系統(tǒng)

AI機器人的視覺系統(tǒng)，原理就是和人眼的視覺捕捉和識別功能一樣，將獲取的外界環(huán)境物體的圖像進行分析解釋，然后轉換為AI機器人能夠識別的計算機語言，從而辨識物體。AI機器人在實際運動時的過程中，是通過定位傳感器實時定位，然后位置信息被轉換接收后傳入到單片機中。單片機將收到的信號與最初的信號進行對比，根據(jù)相應的計算分析，將得到的信號以不同的頻率輸送給驅動電機，電機會根據(jù)輸入信號的頻率不同進行自動調節(jié)轉速，這樣AI機器人就能夠自己根據(jù)環(huán)境的變化改變方向行走。

2.3 地面探測系統(tǒng)

人的聽覺功能被地面探測系統(tǒng)所借鑒，AI機器人通過將接收到聲音信號轉化成能識別的機器人語言來執(zhí)行指令。在AI機器人中安裝亞超聲模塊可以模擬人類的聽覺功能。為了使模擬時觸發(fā)到單片機上的控制模塊（用于亞超聲信號的接收），特意設計了光電開關在開關模塊上。為了保持位于單片機上的開關，控制開關所默認接收的信號為低電平新號。亞超聲接收電路原理。

2.4 校正步伐系統(tǒng)

單片機校正步伐系統(tǒng)可以使AI機器人正常行走，如果該控制系統(tǒng)受到疊加連續(xù)的信號，說明AI機器人前后步伐不協(xié)調，需要立即通過校正步伐系統(tǒng)對AI機器人的行走進行校正操作。而導致AI機器人兩只腳的行走腳步不相同的直接原因是：兩只腳的一般轉動速率不相同。AI機器人在實際運動之中出現(xiàn)前后左右協(xié)調步伐紊亂的現(xiàn)象，就只能借助校正步伐系統(tǒng)（主要是通過光電耦合器實現(xiàn)的）才能進行糾正。步伐校正電路原理，該系統(tǒng)的應用使AI機器人有自我調整錯誤的能力，防止驅動電機不同步導致的步伐錯誤。[3]

2.5 語言系統(tǒng)

AI機器人語言系統(tǒng)的里應用的單片機芯片可以對聲音進行錄制和播放。在應用過程中，只要控制端口就可以實現(xiàn)對語音模塊的控制操作[4]。基于單片機的語言系統(tǒng)的廣泛應用，使得在操作過程中AI機器人系統(tǒng)能夠及時發(fā)現(xiàn)出現(xiàn)的各種錯誤，從而保障機器人控制系統(tǒng)的正常運行。

2.6 觸覺系統(tǒng)

AI機器人的觸覺系統(tǒng)是模擬的人類對于外界物體的碰觸感知能力。觸覺傳感器安裝在機器人的手臂等位置。AI機器人手臂沒有碰到障礙物體時，開關處于常開狀態(tài)，一旦AI機器人手臂碰到障礙物體，開關由于受力而閉合，與之相連的單片機就可以對其做出反應。[5]而這種單片機是根據(jù)控制端口電平的高低來實現(xiàn)對外部物體的觸覺感知。

2.7 紅外測距系統(tǒng)

機器人的紅外測距系統(tǒng)主要由單片機和與之相連的紅外發(fā)射和接收裝置組成，是視覺控制系統(tǒng)的補充。紅外測距系統(tǒng)中的紅外發(fā)射裝置發(fā)出紅外光，當紅外光遇到障礙物時會發(fā)生反射，接收裝置接收反射回來的紅外光，通過相應的計算分析，將距離信號傳輸給單片機，來控制AI機器人是繼續(xù)前進或者停止，從而使得機器人的運動行走更為可靠[6]。

三、單片機技術在AI機器人控制系統(tǒng)中實現(xiàn)的功能

單片機控制技術可以實現(xiàn)AI機器人的智能行走和各種感觀功能。在啟動后，我們可以通過語音給機器人發(fā)出“搜索目標”類似的指令，AI機器人就能做出反應，當機器人找到指定目標時，系統(tǒng)會通過語言系統(tǒng)提示“發(fā)現(xiàn)目標”，同時朝著指定的目標進行移動;當機器人在前進移動過程中發(fā)現(xiàn)障礙物體時，會通過相應的視覺控制系統(tǒng)和紅外測距系統(tǒng)，測量障礙物體與機器人之間的相對位置，以改變路線，避讓障礙物;如果機器人在行走過程中碰到障礙物，觸覺系統(tǒng)會觸發(fā)，同時會激發(fā)語言系統(tǒng)操作，發(fā)出相應的語音提示，向控制人員報告相應的情況;如果前方路段出現(xiàn)無法行走的情況，系統(tǒng)會發(fā)出相應的語音警告并且做出后退或停止的操作;一旦機器人在行走過程中發(fā)生步伐錯誤，校正步伐系統(tǒng)會啟動，糾正電機的不同步問題，保障機器人的正常行走[7]。

四、結語

單片機技術廣泛應用于工業(yè)控制、智能儀器、機電產品、家用電器等領域，是自動控制技術的核心之一。[8]因為單片機技術在機器人控制系統(tǒng)中的廣泛應用，所以提高了機器人的穩(wěn)定性。當前，我國AI對單片機技術機器人控制系統(tǒng)中的運用還處在起步階段，隨著單片機控制技術的不斷發(fā)展和完善，智能機器人的發(fā)展也將實現(xiàn)質的飛躍。

參考文獻

[1]蔣衛(wèi)東 人腦智能與人工智能的區(qū)別[J]思維科學通訊 2013.

[2]楊國君 單片機技術在機器人智能控制系統(tǒng)的協(xié)調運用[J]智能應用2018.02.27.

[3]陳貴銀 單片機技術在機器人控制系統(tǒng)中的應用研究[J]機器人自動化應2017.5期.

[4]邱寄帆 基于分布式控制系統(tǒng)的輪式智能機器人研究[J]微計算機信息，2006 （ 22）：33-35.

[5]崔艷斌 基于單片機ATmega16的智能酒精探測儀[J]自動化應用，2014（12）：55-56.