基于Arduino的軌跡可控尋跡系統(tǒng)

阮昌云　丁錦滔　鐘思懿　周禎林

摘要：本文針對(duì)現(xiàn)階段尋跡系統(tǒng)領(lǐng)域的軌跡不可隨意變換，對(duì)軌跡可控系統(tǒng)進(jìn)行研究，創(chuàng)新了尋跡機(jī)器人和LED地板進(jìn)行配合，注重使用Arduino開發(fā)板對(duì)LED地板的軌跡生成，使其能夠?qū)崿F(xiàn)軌跡的隨意變換，該軌跡可控系統(tǒng)在現(xiàn)實(shí)生活中會(huì)有廣大的應(yīng)用空間。

[關(guān)鍵詞]尋跡機(jī)器人軌跡變換LED地板機(jī)器人送餐家用機(jī)器人

1軌跡移動(dòng)的介紹和發(fā)展進(jìn)程

軌跡移動(dòng)最先是適用于小車上，其中更注重游戲性，比如國(guó)賽上的尋跡小車和國(guó)際上飛思卡爾尋跡小車。他是通過(guò)在小車上安裝尋跡傳感器，使其檢測(cè)到黑線或者白線的信息，再使左右兩個(gè)輪子配合，使小車跟隨軌跡移動(dòng)。但近年來(lái)，軌跡移動(dòng)開始運(yùn)用于現(xiàn)實(shí)生活，如智能尋跡公交，這讓尋跡移動(dòng)領(lǐng)域開始有了實(shí)用性。

2軌跡移動(dòng)的行業(yè)痛點(diǎn)

諸如上面所說(shuō)，軌跡移動(dòng)已經(jīng)在公交系統(tǒng)上嶄露頭角，未來(lái)在人們的生活中可能會(huì)處處運(yùn)用到軌跡移動(dòng)，如在酒店餐廳，可以運(yùn)用尋跡機(jī)器人送餐，在家里可以運(yùn)用尋跡機(jī)器人打掃衛(wèi)生、運(yùn)用尋跡輪椅來(lái)搭載行動(dòng)不便的人群或者做一個(gè)機(jī)器寵物。但目前的軌跡移動(dòng)中的軌跡卻不可控，只能由單獨(dú)的一條軌跡組成，不能通過(guò)遙控或其自動(dòng)的變換軌跡，這就大大的縮減了軌跡移動(dòng)在現(xiàn)實(shí)生活中的應(yīng)用，所以本項(xiàng)目就是針對(duì)軌跡不可控創(chuàng)新了軌跡可控的智能尋跡系統(tǒng)。

3項(xiàng)目技術(shù)與功能

3.1尋跡機(jī)器人

本項(xiàng)目由尋跡機(jī)器人和軌跡地板組成了整個(gè)系統(tǒng)。尋跡機(jī)器人通過(guò)3個(gè)光敏傳感器采集地面上的光信號(hào)，傳入Arduino開發(fā)板中，設(shè)置程序使尋跡機(jī)器人能夠跟隨軌跡移動(dòng)，并且能通過(guò)藍(lán)牙模塊讓手機(jī)對(duì)其進(jìn)行控制。

3.2軌跡地板

軌跡地板是整個(gè)系統(tǒng)的核心，其原理是運(yùn)用LED小燈在每個(gè)地板上都排列成矩陣，在空白的地方鋪上一層地板，最后把每個(gè)地板拼接在一起。

軌跡算法：

通過(guò)燈帶與燈帶之間的并聯(lián)，制定掃描算法控制每個(gè)燈帶的亮滅，并且把在系統(tǒng)中可能出現(xiàn)的軌跡都制定數(shù)據(jù)，并存儲(chǔ)在軌跡數(shù)據(jù)庫(kù)中，當(dāng)輸入不同的編碼，就生成對(duì)應(yīng)的軌跡，從而實(shí)現(xiàn)軌跡的變換。最后在每塊地板上加上紅外位置傳感器，如圖1中的黑色圓點(diǎn)，尋跡機(jī)器人到達(dá)某塊地板時(shí)，地板中的紅外傳感器接收到信號(hào)，并且傳送到系統(tǒng)中，從而得到尋跡機(jī)器人的位置。使用者點(diǎn)擊目標(biāo)點(diǎn)時(shí)，系統(tǒng)根據(jù)尋跡機(jī)器人的位置，立即生成一條到目標(biāo)點(diǎn)的軌跡。當(dāng)系統(tǒng)中存在多個(gè)尋跡機(jī)器人時(shí)，制定了兩種方案規(guī)避尋跡機(jī)器人軌跡的沖突：

方案一軌跡顏色變化：這時(shí)能通過(guò)變換LED的顏色來(lái)對(duì)應(yīng)每個(gè)尋跡機(jī)器人的軌跡，如現(xiàn)在系統(tǒng)中有四個(gè)尋跡機(jī)器人，通過(guò)系統(tǒng)程序?qū)ほE機(jī)器人進(jìn)行顏色對(duì)應(yīng)，如表1中的對(duì)應(yīng)關(guān)系。當(dāng)四輛尋跡機(jī)器人在系統(tǒng)中同時(shí)移動(dòng)時(shí)，因?yàn)楦髯杂懈髯缘念伾壽E，所以不會(huì)產(chǎn)生沖突，如果他們的軌跡之間有交叉的時(shí)候，在交叉點(diǎn)上的LED統(tǒng)一為紫色，即紫色可以對(duì)應(yīng)所有的尋跡機(jī)器人，但紫色的優(yōu)先級(jí)低于其他顏色。顏色對(duì)應(yīng)如表1的對(duì)應(yīng)情況。

方案二軌跡動(dòng)態(tài)變化：LED沒有顏色變化，只有亮滅，每個(gè)尋跡機(jī)器人在前進(jìn)的過(guò)程中通過(guò)位置傳感器，只生成當(dāng)前位置地板和前方一塊地板的軌跡，這樣減少了軌跡的交叉，還能通過(guò)尋跡機(jī)器人的位置傳感器，在交點(diǎn)前的一個(gè)地板上讓優(yōu)先級(jí)低的尋跡機(jī)器人軌跡消失，當(dāng)優(yōu)先級(jí)高的尋跡機(jī)器人通過(guò)后，再讓優(yōu)先級(jí)低的尋跡機(jī)器人軌跡重新生成，避免了尋跡機(jī)器人間產(chǎn)生碰撞。

4軌跡可控的尋跡移動(dòng)系統(tǒng)應(yīng)用

正如在上面提到的，軌跡可控的移動(dòng)系統(tǒng)可以應(yīng)用在很多方面，如在家庭里面安裝了此系統(tǒng)，可以在家里放入多個(gè)尋跡機(jī)器人——輪椅機(jī)器人、掃地機(jī)器人、寵物機(jī)器人、管家機(jī)器人，此系統(tǒng)可以和人工智能很好的結(jié)合，實(shí)現(xiàn)真正的智能化。當(dāng)此系統(tǒng)運(yùn)用到餐廳里，通過(guò)地面上鋪設(shè)的軌跡地板，在廚房放好餐品后，輸入對(duì)應(yīng)的桌號(hào)，從而地板上生成軌跡光線，送餐機(jī)器人跟隨光線移動(dòng)而完成送餐。

5展望

在未來(lái)，當(dāng)這樣的移動(dòng)系統(tǒng)越來(lái)越多時(shí)，各個(gè)移動(dòng)系統(tǒng)接入網(wǎng)絡(luò)，系統(tǒng)與系統(tǒng)將可能進(jìn)行連接，也許以后的公園、超市、醫(yī)院、養(yǎng)老院都將是軌跡移動(dòng)系統(tǒng)大展身手的地方。

參考文獻(xiàn)

[1]宣利峰，熊繼平.基于自動(dòng)尋跡的智能公交車系統(tǒng)的設(shè)計(jì)及實(shí)現(xiàn)[A].第七屆全國(guó)信息獲取與處理學(xué)術(shù)會(huì)議論文集[C]，2009.

[2]高月華，基于紅外光電傳感器的智能車自動(dòng)尋跡系統(tǒng)設(shè)計(jì)[J].半導(dǎo)體光電，2009（01）.

[3]張鵬飛，江岸，基于Android系統(tǒng)的塔防類游戲開發(fā)[J].信息與電腦（理論版），2014（03）：47-50.