基于单片机在AI机器人上的应用分析

陈帅俊 赖海军

摘 要： 当今时代，伴随着科技的高速发展，我们对机器人在智能化和人性化、可靠化等方面提出了更高的发展要求，其中最重要的是属于自动控制技术中的单片机控制技术。本文对上述的问题进行了分析，分析了AI机器人的控制系统的组成，并对各个控制系统与单片机的联系进行分析，描述了单片机技术在AI机器人控制系统中实现的功能。

关键词： AI机器人;单片机;控制系统;应用

引言：

在当今这个时代潮流中，无论是国际上的趋势变化，还是地区上的发展要求，人工智能（AI）的相关产品越来越受企业和消费者的欢迎。人工智能机器人无疑是机器人学中最令人兴奋的领域，是机器人与AI之间的桥梁，是由AI程序控制的机器人。[1]现在，人工智能机器人也逐渐出现在我们的视野中，例如一些会开门、能跑步、而且还能负重走过灌木丛的机器狗，能后空翻的双足机器人等。这些AI机器人让我们如此震惊无非是由于它们流畅的动作，而这些机器人的动作能够流畅的完成，离不开单片机的应用。运用单片机来进行对AI机器人的控制，从而做出各种复杂的动作。本文基于单片机在AI机器人上的应用展开具体的分析。

一、AI机器人的定义及其控制系统的组成

关于AI机器人的定义，智能机器人是能够借助有人工使机器具备识别能力、学习能力、抽象思维能力、环境适应能力等功能而确定自身行动的机器人。作为面向未来的现代化技术，AI机器人技术涉及许多学科，有传感器、计算机、通讯、控制、人工智能、微电子等技术学科，还有仿生学、材料科学、数学方法等诸多学科。

二、单片机与AI机器人各控制系统的连接技术

2.1 驱动系统

驱动系统是AI机器人系统中的动力控制部分。单片机技术主要通过芯片集成的驱动模块来实现AI机器人的驱动控制。为了实现控制AI机器人的驱动，要对较弱的电流信号进行加强和放大，还要对驱动继电器装置进行控制进而来操作电机。在驱动模块中加入了三极管，可以有效地保护基极和放大电流。而其中有一种自动开关继电器存在于驱动模块中，它可以保护和转换电路，并能最终实现操作机器向前、向后等简单动作。基于单片机技术的驱动模块电路的优点是不但实现了驱动电机的正常工作，而且输入驱动电流信号不会影响其他控制系统的正常工作，从而保证了AI机器人完成的运动具有更高的准确性和有效性。

2.2 视觉控制系统

AI机器人的视觉系统，原理就是和人眼的视觉捕捉和识别功能一样，将获取的外界环境物体的图像进行分析解释，然后转换为AI机器人能够识别的计算机语言，从而辨识物体。AI机器人在实际运动时的过程中，是通过定位传感器实时定位，然后位置信息被转换接收后传入到单片机中。单片机将收到的信号与最初的信号进行对比，根据相应的计算分析，将得到的信号以不同的频率输送给驱动电机，电机会根据输入信号的频率不同进行自动调节转速，这样AI机器人就能够自己根据环境的变化改变方向行走。

2.3 地面探测系统

人的听觉功能被地面探测系统所借鉴，AI机器人通过将接收到声音信号转化成能识别的机器人语言来执行指令。在AI机器人中安装亚超声模块可以模拟人类的听觉功能。为了使模拟时触发到单片机上的控制模块（用于亚超声信号的接收），特意设计了光电开关在开关模块上。为了保持位于单片机上的开关，控制开关所默认接收的信号为低电平新号。亚超声接收电路原理。

2.4 校正步伐系统

单片机校正步伐系统可以使AI机器人正常行走，如果该控制系统受到叠加连续的信号，说明AI机器人前后步伐不协调，需要立即通过校正步伐系统对AI机器人的行走进行校正操作。而导致AI机器人两只脚的行走脚步不相同的直接原因是：两只脚的一般转动速率不相同。AI机器人在实际运动之中出现前后左右协调步伐紊乱的现象，就只能借助校正步伐系统（主要是通过光电耦合器实现的）才能进行纠正。步伐校正电路原理，该系统的应用使AI机器人有自我调整错误的能力，防止驱动电机不同步导致的步伐错误。[3]

2.5 语言系统

AI机器人语言系统的里应用的单片机芯片可以对声音进行录制和播放。在应用过程中，只要控制端口就可以实现对语音模块的控制操作[4]。基于单片机的语言系统的广泛应用，使得在操作过程中AI机器人系统能够及时发现出现的各种错误，从而保障机器人控制系统的正常运行。

2.6 触觉系统

AI机器人的触觉系统是模拟的人类对于外界物体的碰触感知能力。触觉传感器安装在机器人的手臂等位置。AI机器人手臂没有碰到障碍物体时，开关处于常开状态，一旦AI机器人手臂碰到障碍物体，开关由于受力而闭合，与之相连的单片机就可以对其做出反应。[5]而这种单片机是根据控制端口电平的高低来实现对外部物体的触觉感知。

2.7 红外测距系统

机器人的红外测距系统主要由单片机和与之相连的红外发射和接收装置组成，是视觉控制系统的补充。红外测距系统中的红外发射装置发出红外光，当红外光遇到障碍物时会发生反射，接收装置接收反射回来的红外光，通过相应的计算分析，将距离信号传输给单片机，来控制AI机器人是继续前进或者停止，从而使得机器人的运动行走更为可靠[6]。

三、单片机技术在AI机器人控制系统中实现的功能

单片机控制技术可以实现AI机器人的智能行走和各种感观功能。在启动后，我们可以通过语音给机器人发出“搜索目标”类似的指令，AI机器人就能做出反应，当机器人找到指定目标时，系统会通过语言系统提示“发现目标”，同时朝着指定的目标进行移动;当机器人在前进移动过程中发现障碍物体时，会通过相应的视觉控制系统和红外测距系统，测量障碍物体与机器人之间的相对位置，以改变路线，避让障碍物;如果机器人在行走过程中碰到障碍物，触觉系统会触发，同时会激发语言系统操作，发出相应的语音提示，向控制人员报告相应的情况;如果前方路段出现无法行走的情况，系统会发出相应的语音警告并且做出后退或停止的操作;一旦机器人在行走过程中发生步伐错误，校正步伐系统会启动，纠正电机的不同步问题，保障机器人的正常行走[7]。

四、结语

单片机技术广泛应用于工业控制、智能仪器、机电产品、家用电器等领域，是自动控制技术的核心之一。[8]因为单片機技术在机器人控制系统中的广泛应用，所以提高了机器人的稳定性。当前，我国AI对单片机技术机器人控制系统中的运用还处在起步阶段，随着单片机控制技术的不断发展和完善，智能机器人的发展也将实现质的飞跃。

参考文献

[1]蒋卫东 人脑智能与人工智能的区别[J]思维科学通讯 2013.

[2]杨国君 单片机技术在机器人智能控制系统的协调运用[J]智能应用2018.02.27.

[3]陈贵银 单片机技术在机器人控制系统中的应用研究[J]机器人自动化应2017.5期.

[4]邱寄帆 基于分布式控制系统的轮式智能机器人研究[J]微计算机信息，2006 （ 22）：33-35.

[5]崔艳斌 基于单片机ATmega16的智能酒精探测仪[J]自动化应用，2014（12）：55-56.