基于无线通信的智能机器人避障及报警设计

谭花娣 常州信息职业技术学院 213164

【文章摘要】

本文基于无线通信的智能机器人避障及报警设计，是项目组自主设计并研发的平台，通过自主安装、调试、测试智能机器人，能够理想的实现智能机器人自主超声微波避障，以及在烟雾、煤气、酒精等特殊环境下能够实现自动报警显示及定位。

【关键词】

智能机器人；避障；报警

0 前言

社会和科技的不断进步，智能产品已经渗入军事，农业，工业生产乃至普通家庭。尤其是一些特殊岗位，在一切未知的环境中或者人类不宜直接操作和进入时，智能产品-- 机器人就发挥了重要的作用。网络技术也已逐渐渗透到各个领域，基于网络的机器人控制就是利用网络实现远程的机器人控制。互联网的飞速发展进一步促进了网络技术在机器人控制领域的应用。基于网络的机器人控制技术也从初期的遥控操作机器人的应用逐渐扩展到自主机器人和分布式机器人系统等研究领域。通过因特网对机器人实施实时控制是一项具有挑战性的工作，这一技术的应用将进一步丰富机器人远程控制手段，具有良好的发展趋势和广阔的应用前景。

1 基于无线通信的智能机器人避障及报警设计方案

本方案采取的策略是：智能机器人在特定的环境中行走，能够自主通过超声波无线通信躲避障碍物，在此过程中，实时在LCD1602 上显示与障碍物之间的距离， 方便后续发现有害气体时的定位，在此行进过程中，若检测到有害气体，则停止前行，并发出报警声。最终在LCD1602 上显示有害气体源的位置。

2 基于无线通信的智能机器人避障设计

2.1 障碍物信息分类

本文研究智能机器人对未知障碍物的避障行为，障碍物的信息是由超声波测距传感器实时获取的。智能机器人障碍物的信息可分为以下8 类，分别用ID 号为0~7 的数字表示其8 类障碍物信息。智能机器人的超声波传感器分为三组，分别以、、表示移动机器人左前方、正前方、右前方三个方向障碍物的距离，移动机器人与障碍物的相对位置可分为以下几种情况。

(1) 智能机器人周围没有障碍物，如图2.1 中(a) 表示轮式机器人没有障碍物。

(2) 智能机器人周围一个方向有障碍物，如图2.1 中(b)、(c)、(d) 表示轮式机器人左前方、正前方、右前方有障碍物。

(3) 智能机器人周围两个方向有障碍物，如图2.1 中(e)、(f)、(g) 图分别表示左前方和正前方、正前方和右前方、左前方和右前方有障碍物。

(4) 智能机器人周围三个方向上都有障碍物，如图2.1(h) 图表示左前方、正前方、右前方都有障碍物。007

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（a）ID=0 （ b）ID=1

（c）ID=2 （ d）ID=3

（e）ID=4 （ f）ID=5

（g）ID=6 （ h）ID=7

图2.1 障碍物信息分类

2.2 智能机器人避障行为设计

避障行为是保护智能机器人在运动过程中避免发生碰撞。根据上述障碍物信息的分类，可以设计出轮式机器人的避障行为。本文采用3 组超声波测距模块测量轮式机器人3 个方向障碍物的距离，其测量值分别为左前方、正前方和右前方。根据，可实现轮式机器人避障行为。

避障行为策略如下： 由，当时，视为前方无障碍物，执行变速直线运动，依据的值调节轮式机器人的速度；当时，视为前方有障碍物，轮式机器人停止前进，并根据、、的具体情况，依据障碍物信息分类，调整轮式机器人的转向， 其转角大小依据和的具体情况，从而使轮式机器人避开障碍物。

2.3 智能机器人避障行为测试

智能机器人跑道避障实验过程如图2.2 所示。图2.2(a) 表示当轮式机器人在前进过程中，轮式机器人遇到跑道中，左阶跃障碍，轮式机器人原地转弯避开左阶跃障碍（如图2.2(b) 所示），轮式机器人继续前进，运动到如图2.2(c) 所示位置时，轮式机器人遇到跑道中的右阶跃障碍，处理方法同前，然后轮式机器人沿跑道继续前进，当遇到跑道弯道时如图2.2(g) 所示， 由于弯道右侧空旷，轮式机器人小角度右转，实现沿跑道转弯如图2.2(h) 所示。

(a) (b)

(c) (d)

(e) (f)

(g) (h)

图2.2 智能机器人跑道避障实验过程

3 智能机器人自动报警设计

本项目所选用的ZYMQ-2 型气体烟雾传感器可以输出模拟和数字两种模式。其中数字部分，只需要通过传感器上的电位器，就可以实现用户所需要的有害气体浓的特定范围。只要检测到目标场所内的有害气体浓度超过所限定的浓度阀值，就会发出报警声。对于不是很敏感的场所，就可以通过调节电位器，把气体浓度阀值调高。在比较敏感的场所，也是通过电位器，下调气体浓度阀值。这样，产品可以实现多种场合的使用，通过模拟化模式，也就是，传感器传输给LCD1602 所显示的就是非常直接的有害气体的浓度，这样用户可以很直观的观察到其场所气体浓度值。

4 结束语

本项目是以宝贝车车载超声波的导航系统，再加烟雾传感器为检测室内烟雾的产品。目前市面上很多类似的产品是不可移动的，能自己进入指定的空间内检测或者寻找是否有煤气或者有害气体的产品更是很少，民用的更是少，我们所做的这个产品是以我们很长见的STC89C52 单片机为核心部件，外加超声波模块导航系统，实现产品的自动导航，再加烟雾传感器，实现煤气和其他有害气体的检测，并及时报警。我们把这种产品更加民用化。实现普通大众的使用与消费。我们还加入了LCD1602 实时显示机器人与障碍物之间的距离，这样很方便定位有害气体的位置。方便人工快速找到污染源，及时采取相关措施。

基于无线通信的智能机器人避障及报警设计是基于无线通信的数据传输，利用超声波控制机器人的行走，并能实现自主避障功能。并且在特殊环境下如：烟雾、煤气、酒精等，能实现自动报警。由于本项目成本问题，无线传输模块波段不能选择传输距离更远的波段，因此机器人的控制范围还仅限于室内遥控，但可实现室内环境的实时监测，具有一定的推广意义。

【参考文献】

[1] 李菊叶. 小型机器人避障的设计与实现［J］. 北华大学学报（自然科学版），2012. 4

[2] 杨东鹤 ，刘喜昂. 智能移动机器人的超声避障研究［J］. 计算机工程与设计，2007. 8

[3] 杨修国. 基于MGS1100 传感器煤气报警系统设计［J］. 应用天地， 2014.7

[4] 陈绍茹，陈奕梅. 基于多传感器信息融合的移动机器人避障［J］. 传感器与微系统，2014.5

[5] 方建军，何广平．智能机器人［M］． 北京: 化学工业出版社，2004．

【作者简介】

谭花娣. 性别：女. 出生年月： 1979.5.16. 籍贯：陕西. 民族： 汉. 职称：讲师. 学历：本科. 研究方向：光通信，信号处理008