以单片机与传感器为基础的机器人设计探讨

潘爱民

【摘 要】在现代生产生活中，机器人已经成为人们所司空见惯的一种机器。不论是流水线上的操作机器人，还是家居中的服务机器人，不可否认，机器人正在用自己的存在改变着人们的生产生活方式。随着时代的发展和科技的进步，人们对机器人的要求越來越高，这也就要求人们要利用新的技术和手段来制造生产机器人。单片机和传感器是现代生产生活中不可或缺的器件，更是制造机器人的基础。本文通过对以单片机与传感器为基础的机器人设计的探讨，同时以时代前沿为依据，对机器人未来的发展作出了自己的分析。

【关键词】单片机；传感器；机器人

一、背景与意义

在现代生产生活中，机器人的存在已经完全被人们所接受。由于机器人相比人力存在着精确度高、疲劳性低等诸多优点，机器人已经在越来越多的地方上取代了人力。比如工厂中流水线上的操作机器人，家居生活中的服务机器人等。机器人的存在为人们的生活带来了很大的便利，可以说，机器人已经是现代生产生活中不可缺少的一部分。

随着时代的发展和科技的进步，人们对机器人的性能要求越来越高。这是因为随着时代和科技的变化，原来的机器人已经无法再满足人们的需求。这就要求人们去设计制造新的机器人，来满足自己的需要。

单片机和传感器是现代生产生活中极为重要的器件。甚至可以说，现代的设备已经无法离开单片机和传感器。机器人自然也不例外，尤其是小型的智能机器人更是如此。人们如果需要机器人具备一定的智能性，就需要传感器来为机器人拓展“感知”，利用单片机帮助机器人处理相关性的信息。可以说，单片机和传感器是现代智能机器人的制造基础。因此，展开对以单片机与传感器为基础的机器人的设计探究，是十分有必要的。

二、机器人的发展史

机器人这种概念的出现，最早可以追溯到很早以前利用自然力量进行驱动的机器，例如风力、水力等。而现代严格意义上机器人的出现，则是在电气时代。由于电力的广泛应用和电路相关理论的发展，为机器人的制造出现提供了基础。

现代意义上的机器人是指，在电力的驱动下，能够自主完成一定功能的机器。这种完成工作并不是指单纯地对某一动作或某些动作的周期性重复，还包括对工作中出现的突发性情况具有一定的判断能力和决策能力。这样才算是正常的机器人。就像现代家居中经常出现的清洁机器人，它们并不是重复性地在某一块区域打扫，而是会根据地面的清洁状况做出自己的判断，从而进行清理工作。

随着时代的进步，机器人已经不再是单纯地解放人力的工具，而是要在许许多多方面对人力进行替代。这也促使着机器人从原来最简单的流水性工作机器人，逐步发展到具有自主辨识和决策的智能机器人。而且，我们可以预见，未来机器人仍然会向着“智能化、微型化、全能化”的方向发展。

三、单片机和传感器

在现代的生产生活中，如果说有什么是工业生产和日常生活必然离不开的。除了电力，恐怕就要数单片机和传感器了。

单片机是指一种微型计算机。与普通计算机不同的是，它将微型计算机及其相关属件全部安装在了一个微型的芯片上。单片机可以作为现代机器的核心，对机器的运行、工作等进行监督和检查。在出现意外情况的时候，单片机可以根据预先设定好的程序，对相关情况进行处理。这就为机器的智能化提供了基础。

传感器是现代生产生活中应用最多的一种器件。我们可以在生活的方方面面中感受到它的存在。比如用于监测气温的温度传感器、检测气体的气味传感器、智能控制系统的光敏传感器、声敏传感器等。

机器不同于人类，它们是由金属、复合材料等制作而成的，并不具备感知能力。如果要让机器具备类似于人类的“感知、判断、决策”能力，必然要依靠传感器为其提供“感知”能力，利用单片机为其提供“判断、决策”能力。正是由于单片机和传感器的飞速发展，才使得智能机器人的出现成为了现实。

四、智能机器人的出现

机器人最开始的出现，是为了将人类从枯燥繁琐的工作中解放出来。比如最初的流水线生产，需要依赖人力为其提供大量支撑，才能正常运作。卓别林有一部喜剧，名为《摩登时代》。这部作品中虽然对旧时代工厂工作人群的生活状况做了很大程度的夸张，但我们依旧能看到工厂对人力的依赖。而在引入了机器人后，人力很快便被解放出来。这是由于机器人可以在动力驱动下周而复始地进行某些动作的重复，而且精确度极高。

随着时代的进步，人们不断对机器人的要求也越来越高。原来的机器人只具备重复性工作的能力，而人们需要它们能够对意外出现的状况进行判断和决策。在引入了单片机和传感器后，机器人就如同人类一样，拥有了“感知”、“判断”和“决策”的能力。这样，机器人就从最初的工作机器变为了智能性机器。这也为机器人进入家居生活提供了条件。

五、智能机器人的设计

正如前文所言，以单片机和传感器为基础，人们设计制造出了智能机器人。而且，随着时代的发展和科技的进步，智能机器人不断朝着“智能化、微型化、全能化”的方向发展。那么，智能机器人的设计的过程应该是怎样的呢？

首先，我们需要对智能机器人的工作环境和工作内容进行判断，尤其是工作内容。我们只有知道了机器人要干什么，才能去给它安装“手脚”和“头脑”。例如家具所用的清洁机器人，我们所需要的就是用它进行垃圾清除，并保持一定区域内的清洁性。那么，我们就需要利用单片机使它具备在一定区域巡逻的能力；再利用传感器使其能够判断出垃圾，从而进行打扫。

我们在搞清楚智能机器人的工作内容后，就需要为其安装“头脑”和“手脚”了。智能机器人的“头脑”就是单片机。现在市场上已经有大量的单片机，并且根据性能的不同进行了相应的划分。我们所需要考虑的，就是选择性价比高，适应性强的单片机。而机器人的“手脚”就是各种传感器，而传感器的选择取决于机器人的工作内容。现在市场上的传感器已经覆盖到方方面面，包括温度、气味、光照度等等。我们在确定好工作内容后，再选择好相应的传感器进行组装。

在选择好单片机和传感器后，我们所需要的就是利用相应电路将它们连接起来。现在电路的发展已经十分成熟，尤其是集成电路已经得到了广泛应用，这也是进行机器人设计制造的基础。

六、结束语

单片机和传感器作为机器人的“头脑”和“手脚”，是作为机器人设计制造的基础。随着时代的发展，单片机和传感器的应用也会更加广泛。针对现在不断出现的新的工作环境和工作内容，只要我们选择合适的单片机和传感器，必然能够设计制造出合适的机器人来满足人们的需求。而且我们有理由相信，未来的机器人必然吵着“智能化、微型化、全能化”的方向发展。

【参考文献】

[1]王庆佳.通用机器人单片机控制器[M].苏州大学学报，2001.

[2]时国平，陈君.基于单片机与传感器的浮渣铲除机器人的设计[J].中国仪器仪表，2008.

[3]王典洪，孙蒙，黄小辉，李琴.基于单片机与传感器的机器人设计与实现[J].微计算机信息，2007.endprint