科學DIY：會智能循線和避障的小車

自第一台工業機器人誕生以來，機器人的發展已經遍及機械、電子、冶金、交通、宇航、國防等領域。近年來機器人的智能水平不斷提高，並且迅速地改變著人們的生活方式。人們在不斷探討、改造、認識自然的過程中，製造能替代人勞動的機器一直是人類的夢想。

最近，思蒂姆的研究人員就研發製作了一輛循線車，別看它其貌不揚，但是超級聰明！可以自己識別腳下的線行進，而且遇到障礙物時會躲避！

到底是怎麼實現的呢？讓專業人員來為我們解釋一下：

循線過程

循線的過程其實就是不斷判斷循線感測輸出電壓值並做出相應判斷的過程。根據場地信息的不同，可以將循線分為兩個部分：

1）循線行進：

黑線較為平緩，沒有太大的轉彎（轉彎角度不超過270度）。這種情況，不需要依靠左右兩端的轉彎輔助探頭，只要當左側偏轉探頭探測的黑線時，右側輪子加快速度，從而使小車前進方向向左偏轉；同理，當右探頭偏轉探頭探測到黑線時，則相應的左輪加快速度，右輪減慢速度，使機器人前進方向向右偏轉。所以說，小車所謂的循線前進，其實是一次次搖晃前進的宏觀表現。

圖1 循線行進原理圖

2）循線轉彎：

當出現較大的轉彎（需要一次轉彎超過270度）。這種情況是通過左右兩端的轉彎輔助探頭分析出來的，其實是過程如下圖所示：

圖2 循線轉彎原理圖

同一側的盤轉探頭和轉彎探頭同時探測到黑線，小車判斷為轉彎狀況。小車先低速與轉彎方向異側的輪子前進，同側的輪子以與另一側輪子相同的速率倒退，這樣，小車便會繞著兩個輪子中心連線的中點原地轉彎。

內側（轉彎方向一側）偏轉探頭探測到黑線後停止轉彎，恢復到循線前進狀態。

避障模塊

這裡為了簡化，只給出簡易的三種避障方式：前方障礙、左方障礙和右方障礙。下面分別對其加以闡釋：

1）前方障礙:

當在小車前行的方向上存在障礙物時，車身前方的紅外感測器探測到障礙物。考慮到小車採用前輪驅動控制，如果此時後退，由於後面萬向輪的轉動方向此時可能會出現不確定的情形，導致控制失敗。因而，設計中採用「暫停「的方法——當小車探測到障礙時，電機停止運轉；當障礙物撤離時，電機恢復原有狀態。

圖3 前方障礙原理圖

2）左方障礙:

當在小車前行的方向的左邊存在障礙物時，車身左方的紅外感測器探測到障礙物。考慮到小車控制的精度問題，這裡只採用簡單的左轉彎控制，即右側車輪加快速度，左側的車輪反向加速，從而使小車前進方向迅速向左偏轉。具體如圖4所示：

圖4 左方障礙原理圖

3）右方障礙:

當在小車前行的方向的右邊存在障礙物時，車身右方的紅外感測器探測到障礙物。考慮到小車控制的精度問題，這裡只採用簡單的右轉彎控制，即左側車輪加快速度，右側的車輪反向加速，從而使小車前進方向迅速向右偏轉。具體示意如圖5：

圖5 右方障礙原理圖

你們明白了嗎？

如果小朋友們想自己組裝一個小車框架，需要在小車的左右兩邊分別加裝一個光電開關，實現小車的循跡功能，在小車的右邊水平固定一個光電開關，實現小車的避障功能。

這些組裝元件都可以在某寶買到，小朋友們可以自己動手組裝！一邊組裝一邊領悟其中的原理吧！

隨著科學技術的發展，機器人的感系統，對於視覺的各種技術而言圖像處理技術已相當發達，而基於圖像的理解技術還很落後，機器視覺需要通過大量的運算也只能識別一些結構化環境簡單的目標。視覺的典型應用領域為自主式智能導航一種實用有效的方法。

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