以單片機(jī)與傳感器為基礎(chǔ)的機(jī)器人設(shè)計(jì)探討

潘愛(ài)民

【摘 要】在現(xiàn)代生產(chǎn)生活中，機(jī)器人已經(jīng)成為人們所司空見(jiàn)慣的一種機(jī)器。不論是流水線上的操作機(jī)器人，還是家居中的服務(wù)機(jī)器人，不可否認(rèn)，機(jī)器人正在用自己的存在改變著人們的生產(chǎn)生活方式。隨著時(shí)代的發(fā)展和科技的進(jìn)步，人們對(duì)機(jī)器人的要求越來(lái)越高，這也就要求人們要利用新的技術(shù)和手段來(lái)制造生產(chǎn)機(jī)器人。單片機(jī)和傳感器是現(xiàn)代生產(chǎn)生活中不可或缺的器件，更是制造機(jī)器人的基礎(chǔ)。本文通過(guò)對(duì)以單片機(jī)與傳感器為基礎(chǔ)的機(jī)器人設(shè)計(jì)的探討，同時(shí)以時(shí)代前沿為依據(jù)，對(duì)機(jī)器人未來(lái)的發(fā)展作出了自己的分析。

【關(guān)鍵詞】單片機(jī)；傳感器；機(jī)器人

一、背景與意義

在現(xiàn)代生產(chǎn)生活中，機(jī)器人的存在已經(jīng)完全被人們所接受。由于機(jī)器人相比人力存在著精確度高、疲勞性低等諸多優(yōu)點(diǎn)，機(jī)器人已經(jīng)在越來(lái)越多的地方上取代了人力。比如工廠中流水線上的操作機(jī)器人，家居生活中的服務(wù)機(jī)器人等。機(jī)器人的存在為人們的生活帶來(lái)了很大的便利，可以說(shuō)，機(jī)器人已經(jīng)是現(xiàn)代生產(chǎn)生活中不可缺少的一部分。

隨著時(shí)代的發(fā)展和科技的進(jìn)步，人們對(duì)機(jī)器人的性能要求越來(lái)越高。這是因?yàn)殡S著時(shí)代和科技的變化，原來(lái)的機(jī)器人已經(jīng)無(wú)法再滿足人們的需求。這就要求人們?nèi)ピO(shè)計(jì)制造新的機(jī)器人，來(lái)滿足自己的需要。

單片機(jī)和傳感器是現(xiàn)代生產(chǎn)生活中極為重要的器件。甚至可以說(shuō)，現(xiàn)代的設(shè)備已經(jīng)無(wú)法離開(kāi)單片機(jī)和傳感器。機(jī)器人自然也不例外，尤其是小型的智能機(jī)器人更是如此。人們?nèi)绻枰獧C(jī)器人具備一定的智能性，就需要傳感器來(lái)為機(jī)器人拓展“感知”，利用單片機(jī)幫助機(jī)器人處理相關(guān)性的信息?？梢哉f(shuō)，單片機(jī)和傳感器是現(xiàn)代智能機(jī)器人的制造基礎(chǔ)。因此，展開(kāi)對(duì)以單片機(jī)與傳感器為基礎(chǔ)的機(jī)器人的設(shè)計(jì)探究，是十分有必要的。

二、機(jī)器人的發(fā)展史

機(jī)器人這種概念的出現(xiàn)，最早可以追溯到很早以前利用自然力量進(jìn)行驅(qū)動(dòng)的機(jī)器，例如風(fēng)力、水力等。而現(xiàn)代嚴(yán)格意義上機(jī)器人的出現(xiàn)，則是在電氣時(shí)代。由于電力的廣泛應(yīng)用和電路相關(guān)理論的發(fā)展，為機(jī)器人的制造出現(xiàn)提供了基礎(chǔ)。

現(xiàn)代意義上的機(jī)器人是指，在電力的驅(qū)動(dòng)下，能夠自主完成一定功能的機(jī)器。這種完成工作并不是指單純地對(duì)某一動(dòng)作或某些動(dòng)作的周期性重復(fù)，還包括對(duì)工作中出現(xiàn)的突發(fā)性情況具有一定的判斷能力和決策能力。這樣才算是正常的機(jī)器人。就像現(xiàn)代家居中經(jīng)常出現(xiàn)的清潔機(jī)器人，它們并不是重復(fù)性地在某一塊區(qū)域打掃，而是會(huì)根據(jù)地面的清潔狀況做出自己的判斷，從而進(jìn)行清理工作。

隨著時(shí)代的進(jìn)步，機(jī)器人已經(jīng)不再是單純地解放人力的工具，而是要在許許多多方面對(duì)人力進(jìn)行替代。這也促使著機(jī)器人從原來(lái)最簡(jiǎn)單的流水性工作機(jī)器人，逐步發(fā)展到具有自主辨識(shí)和決策的智能機(jī)器人。而且，我們可以預(yù)見(jiàn)，未來(lái)機(jī)器人仍然會(huì)向著“智能化、微型化、全能化”的方向發(fā)展。

三、單片機(jī)和傳感器

在現(xiàn)代的生產(chǎn)生活中，如果說(shuō)有什么是工業(yè)生產(chǎn)和日常生活必然離不開(kāi)的。除了電力，恐怕就要數(shù)單片機(jī)和傳感器了。

單片機(jī)是指一種微型計(jì)算機(jī)。與普通計(jì)算機(jī)不同的是，它將微型計(jì)算機(jī)及其相關(guān)屬件全部安裝在了一個(gè)微型的芯片上。單片機(jī)可以作為現(xiàn)代機(jī)器的核心，對(duì)機(jī)器的運(yùn)行、工作等進(jìn)行監(jiān)督和檢查。在出現(xiàn)意外情況的時(shí)候，單片機(jī)可以根據(jù)預(yù)先設(shè)定好的程序，對(duì)相關(guān)情況進(jìn)行處理。這就為機(jī)器的智能化提供了基礎(chǔ)。

傳感器是現(xiàn)代生產(chǎn)生活中應(yīng)用最多的一種器件。我們可以在生活的方方面面中感受到它的存在。比如用于監(jiān)測(cè)氣溫的溫度傳感器、檢測(cè)氣體的氣味傳感器、智能控制系統(tǒng)的光敏傳感器、聲敏傳感器等。

機(jī)器不同于人類(lèi)，它們是由金屬、復(fù)合材料等制作而成的，并不具備感知能力。如果要讓機(jī)器具備類(lèi)似于人類(lèi)的“感知、判斷、決策”能力，必然要依靠傳感器為其提供“感知”能力，利用單片機(jī)為其提供“判斷、決策”能力。正是由于單片機(jī)和傳感器的飛速發(fā)展，才使得智能機(jī)器人的出現(xiàn)成為了現(xiàn)實(shí)。

四、智能機(jī)器人的出現(xiàn)

機(jī)器人最開(kāi)始的出現(xiàn)，是為了將人類(lèi)從枯燥繁瑣的工作中解放出來(lái)。比如最初的流水線生產(chǎn)，需要依賴人力為其提供大量支撐，才能正常運(yùn)作。卓別林有一部喜劇，名為《摩登時(shí)代》。這部作品中雖然對(duì)舊時(shí)代工廠工作人群的生活狀況做了很大程度的夸張，但我們依舊能看到工廠對(duì)人力的依賴。而在引入了機(jī)器人后，人力很快便被解放出來(lái)。這是由于機(jī)器人可以在動(dòng)力驅(qū)動(dòng)下周而復(fù)始地進(jìn)行某些動(dòng)作的重復(fù)，而且精確度極高。

隨著時(shí)代的進(jìn)步，人們不斷對(duì)機(jī)器人的要求也越來(lái)越高。原來(lái)的機(jī)器人只具備重復(fù)性工作的能力，而人們需要它們能夠?qū)σ馔獬霈F(xiàn)的狀況進(jìn)行判斷和決策。在引入了單片機(jī)和傳感器后，機(jī)器人就如同人類(lèi)一樣，擁有了“感知”、“判斷”和“決策”的能力。這樣，機(jī)器人就從最初的工作機(jī)器變?yōu)榱酥悄苄詸C(jī)器。這也為機(jī)器人進(jìn)入家居生活提供了條件。

五、智能機(jī)器人的設(shè)計(jì)

正如前文所言，以單片機(jī)和傳感器為基礎(chǔ)，人們?cè)O(shè)計(jì)制造出了智能機(jī)器人。而且，隨著時(shí)代的發(fā)展和科技的進(jìn)步，智能機(jī)器人不斷朝著“智能化、微型化、全能化”的方向發(fā)展。那么，智能機(jī)器人的設(shè)計(jì)的過(guò)程應(yīng)該是怎樣的呢？

首先，我們需要對(duì)智能機(jī)器人的工作環(huán)境和工作內(nèi)容進(jìn)行判斷，尤其是工作內(nèi)容。我們只有知道了機(jī)器人要干什么，才能去給它安裝“手腳”和“頭腦”。例如家具所用的清潔機(jī)器人，我們所需要的就是用它進(jìn)行垃圾清除，并保持一定區(qū)域內(nèi)的清潔性。那么，我們就需要利用單片機(jī)使它具備在一定區(qū)域巡邏的能力；再利用傳感器使其能夠判斷出垃圾，從而進(jìn)行打掃。

我們?cè)诟闱宄悄軝C(jī)器人的工作內(nèi)容后，就需要為其安裝“頭腦”和“手腳”了。智能機(jī)器人的“頭腦”就是單片機(jī)?，F(xiàn)在市場(chǎng)上已經(jīng)有大量的單片機(jī)，并且根據(jù)性能的不同進(jìn)行了相應(yīng)的劃分。我們所需要考慮的，就是選擇性價(jià)比高，適應(yīng)性強(qiáng)的單片機(jī)。而機(jī)器人的“手腳”就是各種傳感器，而傳感器的選擇取決于機(jī)器人的工作內(nèi)容?，F(xiàn)在市場(chǎng)上的傳感器已經(jīng)覆蓋到方方面面，包括溫度、氣味、光照度等等。我們?cè)诖_定好工作內(nèi)容后，再選擇好相應(yīng)的傳感器進(jìn)行組裝。

在選擇好單片機(jī)和傳感器后，我們所需要的就是利用相應(yīng)電路將它們連接起來(lái)?，F(xiàn)在電路的發(fā)展已經(jīng)十分成熟，尤其是集成電路已經(jīng)得到了廣泛應(yīng)用，這也是進(jìn)行機(jī)器人設(shè)計(jì)制造的基礎(chǔ)。

六、結(jié)束語(yǔ)

單片機(jī)和傳感器作為機(jī)器人的“頭腦”和“手腳”，是作為機(jī)器人設(shè)計(jì)制造的基礎(chǔ)。隨著時(shí)代的發(fā)展，單片機(jī)和傳感器的應(yīng)用也會(huì)更加廣泛。針對(duì)現(xiàn)在不斷出現(xiàn)的新的工作環(huán)境和工作內(nèi)容，只要我們選擇合適的單片機(jī)和傳感器，必然能夠設(shè)計(jì)制造出合適的機(jī)器人來(lái)滿足人們的需求。而且我們有理由相信，未來(lái)的機(jī)器人必然吵著“智能化、微型化、全能化”的方向發(fā)展。

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