畢業(yè)論文-基于PXA270的機(jī)器人控制系統(tǒng)的設(shè)計與實現(xiàn)

1、.基于PXA270的機(jī)器人控制系統(tǒng)的設(shè)計與實現(xiàn)畢業(yè)設(shè)計報告課題： 基于PXA270的機(jī)器人控制系統(tǒng)的設(shè)計與實現(xiàn)系 部： 機(jī)電工程學(xué)院專 業(yè)： 電氣自動化班 級： 自動化姓 名： 學(xué) 號： 指導(dǎo)老師： 2016.1;43目錄摘要3第一章 緒論41.1 研究背景41.2選題的背景41.3競賽細(xì)則61.4 本文研究的主要內(nèi)容7第二章 武術(shù)擂臺機(jī)器人設(shè)計方案82.1 機(jī)器人總體設(shè)計方案82.2 機(jī)械模塊設(shè)計82.3控制系統(tǒng)模塊102.4 電源電路設(shè)計112.5驅(qū)動模塊設(shè)計122.6通信模塊的選用142.7采集模塊設(shè)計142.8驅(qū)動模塊設(shè)計182.9通信模塊192.10本章小結(jié)22第三章 控制

2、系統(tǒng)的軟件設(shè)計243.1軟件總體策略設(shè)計243.2尋找柱子策略設(shè)計253.3尋找銅鑼策略設(shè)計263.4紅外檢測策略設(shè)計273.5旋轉(zhuǎn)策略設(shè)計293.6灰度策略設(shè)計303.7本章小結(jié)30第四章調(diào)試與在線監(jiān)控324.1開發(fā)環(huán)境324.2程序模塊設(shè)計的實現(xiàn)324.3調(diào)試流程404.4監(jiān)控流程444.5本章小結(jié)46第五章 總結(jié)和展望485.1總結(jié)485.2展望48結(jié) 束 語49謝 辭50參考文獻(xiàn)51附錄53摘 要 由于現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的飛速發(fā)展，機(jī)器人技術(shù)已被廣泛應(yīng)用在社會的各個領(lǐng)域。工業(yè)機(jī)器人，它誕生于制造業(yè)，是新一代的生產(chǎn)工具，這是新一代動力機(jī)械和電腦控制后，人的體力和智力的發(fā)展。機(jī)器人技術(shù)的應(yīng)用是一

3、個國家工業(yè)自動化水平發(fā)展的一個重要標(biāo)志。近年來，我國的許多高校和企業(yè)已經(jīng)在不同的領(lǐng)域開發(fā)的機(jī)器人。本課題為機(jī)器人武術(shù)挑戰(zhàn)賽為基礎(chǔ)的規(guī)則行動，實現(xiàn)擂臺賽機(jī)器人控制系統(tǒng)的任務(wù)，開放的平臺有詳細(xì)的研究和設(shè)計。武術(shù)擂臺賽是中國機(jī)器人大賽暨RoboCup公開賽中的一個對抗性的比賽，在比賽中的機(jī)器人通過攝像頭，馬達(dá)，齒輪和各種傳感器來感知環(huán)境信息和位置，然后用相應(yīng)的執(zhí)行機(jī)構(gòu)來完成相關(guān)的任務(wù)。本文以高性能的處理器Marvell的XScale PXA270處理器作為控制系統(tǒng)的核心設(shè)計，其目的在于提供一個可靠的，開放的控制系統(tǒng)。以滿足機(jī)器人武術(shù)擂臺賽的要求。同時，本文研究了機(jī)器人的運(yùn)動控制方法，以及控制系統(tǒng)能夠

4、滿足實時性，高速和高精度要求。在本文中，武術(shù)擂臺競賽機(jī)器人控制系統(tǒng)分為四個模塊：機(jī)械模塊，主控制模塊，驅(qū)動模塊和數(shù)據(jù)采集模塊。機(jī)械模塊為基本模塊的安裝和功能實現(xiàn)機(jī)器人的載體。接著，主控制模塊選擇高性能的Xscale PXA270的，適用于電動機(jī)控制。該驅(qū)動模塊是整個機(jī)器人的動力機(jī)制。信息取得模塊負(fù)責(zé)環(huán)境信息的感知，并且信息被發(fā)送給主控制系統(tǒng)。其次，控制系統(tǒng)的硬件電路設(shè)計和實現(xiàn)，主要包括電源電路、舵機(jī)控制電路、攝像頭及音頻電路、網(wǎng)絡(luò)接口等。在實現(xiàn)硬件平臺的基礎(chǔ)上對控制系統(tǒng)的軟件部分進(jìn)行了模塊化的設(shè)計，通過系統(tǒng)調(diào)試和測試的硬件和軟件是質(zhì)在系統(tǒng)的要求作為一個整體來滿足設(shè)計要求。 關(guān)鍵詞：機(jī)器人；Mu

5、ltiFlex；創(chuàng)意設(shè)計；模塊化設(shè)計。第一章 緒論1.1 研究背景1920年，捷克的作家恰佩克卡雷爾在一部科幻劇本，第一次提出了機(jī)器人的概念，那時候人們把機(jī)器人作為新科技的一個專用名詞。1950年，美國作家阿西莫夫首先提出Robotics，即機(jī)器人學(xué)，同時提出了的“機(jī)器人三原則”的理論，是公認(rèn)的機(jī)器人的研究和發(fā)展的基本準(zhǔn)則。1954年，美國的喬治·德沃爾創(chuàng)造了第一個可編程的機(jī)器人，機(jī)器人逐漸向現(xiàn)實轉(zhuǎn)變，為現(xiàn)代機(jī)器人的發(fā)展奠定了基礎(chǔ)。現(xiàn)代科技的發(fā)展給了機(jī)器人技術(shù)無限的創(chuàng)新能量。目前，在國內(nèi)外各種機(jī)器人和機(jī)械手成為研究的熱點，研究現(xiàn)狀和趨勢如下： 1.機(jī)械結(jié)構(gòu)模塊化開發(fā)。例如，將具有減速

6、器的馬達(dá)模塊，檢測系統(tǒng)，伺服馬達(dá)等獨(dú)立的模塊整合，以達(dá)到減少體積，精確控制的目的；關(guān)節(jié)模塊和連桿模塊用于構(gòu)建所述機(jī)器人在重組，這是方便的機(jī)器人的組件的形式。2. 采用PC機(jī)控制系統(tǒng)控制機(jī)器人，這是標(biāo)準(zhǔn)化和網(wǎng)絡(luò)管理的發(fā)展趨勢;3.設(shè)備的模塊化開發(fā)，一體化持續(xù)改進(jìn)的。這使得系統(tǒng)的可靠性、操作性、可維護(hù)性有了很大的提高。4.傳感器使用在機(jī)器人的設(shè)計中越來越重要。一次性使用系統(tǒng)的位置和速度不能滿足現(xiàn)代機(jī)器人的需要。目前的視覺傳感器、力傳感器成為用于組裝和焊接機(jī)器人中不可缺少的傳感器。多傳感器融合技術(shù)也是近年來一個新的研究領(lǐng)域，多傳感器融合技術(shù)有助于遙控機(jī)器人實現(xiàn)了決策控制。智能機(jī)器人的關(guān)鍵技術(shù)是配置技

7、術(shù)的融合。在一般情況下，機(jī)器人的發(fā)展是大致如下兩個方向：一種是智能機(jī)器人，使用多傳感器、多控制器、先進(jìn)的控制算法、復(fù)雜的機(jī)械和電氣控制的系統(tǒng)；第二個是方向性，機(jī)器人的研究和應(yīng)用是密切相關(guān)的，例如，對于工業(yè)機(jī)器人的研究，其要求研究對象和生產(chǎn)加工的需求有著密切的聯(lián)系，為特定任務(wù)來完成特定設(shè)定，在同一時間，以滿足工作的要求。1.2選題的背景近年來，為了實現(xiàn)科學(xué)技術(shù)振興國家的戰(zhàn)略，中國舉行了各類機(jī)器人大賽，這為學(xué)生提供了一個平臺來展示自己的想象力和創(chuàng)造力。在武術(shù)擂臺賽技術(shù)挑戰(zhàn)中，場地圖示如下：圖1-1武術(shù)擂臺1比賽擂臺（即場地，如圖1所示）尺寸為長，寬分別為2400毫米，高150毫正方形平臺，工作臺表

8、面即擂臺場。從外面看，以四色的中心角呈黑色到灰色白色漸變。兩個斜坡的位于的場地的兩個角，從機(jī)器人的起始區(qū)域的開始，沿著傾斜上升。該場地是圍繞著一個方形的黑色柵欄，距離平臺700毫米高500毫米。比賽開始后，柵欄的區(qū)域中不得出現(xiàn)任何障礙物或人。2起始區(qū)域和斜坡涂敷有正藍(lán)色和黃色的標(biāo)志。起步區(qū)的平板尺寸為300x400毫米。3斜坡長度400毫米，寬400毫米，斜坡和平臺齊平，即150毫米為頂部的高度。4擂臺場地的材料是木，地表面的最大承載能力可達(dá)50千克。表面材料為亞光PVC膜，各種顏色和所使用的線條是由電腦彩色印刷的形式生產(chǎn)。5技術(shù)挑戰(zhàn)賽，對于使用圓柱尺寸：直徑為100毫米，高300毫米，重量0

9、。5千克左右，白色的表面（技術(shù)挑戰(zhàn)賽，兩個圓柱，分別是白色和綠色）塑料電工膠帶。它的重心位于幾何中心。圖1-2比賽專用圓柱6現(xiàn)場的照明：該部位的區(qū)域的賽場，照明的照度在600Lux到1200Lux，應(yīng)柔軟，均勻，區(qū)域照明差不超過300Lux。實際場地四角將安裝兩個20W的節(jié)能燈，色溫40006000K，光源高度為2和2.5米之間。1.3競賽細(xì)則 1.比賽中的所有內(nèi)容必須由機(jī)器人自主完成。2.競賽內(nèi)容：機(jī)器人自主地從黃色出發(fā)區(qū)走到平臺上，找到麥克風(fēng)的位置，由揚(yáng)聲器為主體進(jìn)行自我介紹;然后找到放置繡球的圓柱臺，拿起球自主扔進(jìn)了臺（不能將圓柱弄倒），然后找到銅鑼，用手或腳擊打銅鑼。完成以上動作后，回

10、到場地中央，自行表演一段傳統(tǒng)武術(shù)動作，最后向觀眾語音致謝，并自主地走下擂臺。（實際無白色引導(dǎo)軌跡）。整個內(nèi)容的最大時間限制是 3 分鐘。 各尺寸規(guī)格如下：1) 放置繡球和麥克風(fēng)的圓柱體為 PVC 材質(zhì)，； 2) 正綠色和正黃色圓形圖案直徑為 500mm；材質(zhì)為 PVC 亞光膜；其位置大約在擂臺中心與對應(yīng)角 連線的中點。注意：為鼓勵實時非特定物體識別技術(shù)的應(yīng)用，實際開賽前，各道具的位置擺放可能有 100200mm 的尺寸偏差。但一旦開始比賽后將沿用第一次擺放的位置。3) 繡球采用紡布，軟表面，直徑120毫米左右，重量約為0。3千克，繞了一個4-5條200300毫米絲帶。照片示于圖6：圖1-3比賽

11、專用繡球4) 放置繡球的柱子為白色，放置麥克風(fēng)的柱子為綠色，砂袋的架子為黃色； 5) 銅鑼為黃銅材質(zhì)，噴涂黃色（顏色接近與黃色圓形圖案和出發(fā)區(qū)）直徑約 200毫米，中心高約 300400毫米，重約 3千克；1.4 本文研究的主要內(nèi)容 研究機(jī)器人是一個很好的學(xué)習(xí)平臺，通過機(jī)器人的裝配，可以讓我們了解單片機(jī)的輸入和輸出接口特性以及傳感器的作用。同時，通過機(jī)器人的編程，可以提高我們C語言的運(yùn)用能力，通過不同編程語言實現(xiàn)一些動作能夠讓我們從中掌握和理解分析問題和解決問題的根本方法。本文主要研究武術(shù)擂臺機(jī)器人的整體結(jié)構(gòu)。在理論上和實際應(yīng)用上盡可能的使機(jī)器人實現(xiàn)高靈活的運(yùn)動狀態(tài)。根據(jù)比

12、賽規(guī)則和以往的經(jīng)驗。提出結(jié)構(gòu)設(shè)計方案，設(shè)計武術(shù)擂臺機(jī)器人的結(jié)構(gòu)。機(jī)器人各部分設(shè)計包括控制部分、驅(qū)動部分、檢測部分。三部分對機(jī)器人設(shè)計都是至關(guān)重要的。對機(jī)器人進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計，確定了機(jī)器人的整體布局。本文設(shè)計了機(jī)器人的主要活動部件、外殼、電機(jī)和輪子。針對距離、位置等的測試。選擇了紅外傳感器。選擇由博創(chuàng)科技公司提供的各種零件。對機(jī)器人進(jìn)行搭建。并且對機(jī)器人運(yùn)動狀態(tài)進(jìn)行測試和分析。以及為了達(dá)到更好的狀態(tài)。對機(jī)器人測試中的不足之處進(jìn)行改進(jìn)。第二章 武術(shù)擂臺機(jī)器人設(shè)計方案2.1 機(jī)器人總體設(shè)計方案基于中國機(jī)器人大賽暨RoboCup公開賽，機(jī)器人設(shè)計以模擬人形為基礎(chǔ)，底盤采用強(qiáng)度大的DB材質(zhì)，并以花鍵和螺母加

13、以緊固。使用四個防滑輪胎行走，手臂與腰身采用舵機(jī)控制，至于感知方面，我們使用了大量傳感器和攝像頭，包括灰度、紅外、測距傳感器等。機(jī)器人以完成指定動作為設(shè)計目的。圖2-1機(jī)器人總體方案圖2-2機(jī)器人總體方案2.2 機(jī)械模塊設(shè)計圖2-3機(jī)器人底部設(shè)計2.2.1運(yùn)動系統(tǒng)底盤采用四個Faulhaber大功率減速電機(jī)，以提供大的輸出扭矩。底盤使用雙DB材質(zhì)板，四個減速電機(jī)分布在底板的左右兩側(cè)，四個電機(jī)安置在底盤的菱角處，這樣有利于齒輪的精確輸出。并且在底板安置了四個灰度傳感器和一個紅外傳感器進(jìn)行檢測，然后反饋給控制系統(tǒng)。圖2-4機(jī)器人腰部設(shè)計腰部采用四個CDS5516數(shù)字舵機(jī)控制機(jī)器人進(jìn)行一定動作，比如

14、在抱柱子處需要機(jī)器人稍后仰，在靠近綠色柱子的地方稍前傾，在武術(shù)擂臺的中央表演區(qū)域，需要機(jī)器人前傾后仰等。圖2-5機(jī)器人手臂設(shè)計機(jī)器人以模擬人形為基礎(chǔ)，兩側(cè)手臂各采用三個CDS5516數(shù)字舵機(jī)控制機(jī)器人抱柱子、繡球、擊鑼等相關(guān)動作。2.2.2感知系統(tǒng)圖2-6傳感器正面設(shè)計正面使用五個紅外傳感器，用來檢測和精確對齊包括柱子、銅鑼等一些主要目標(biāo)的距離。右側(cè)使用一個紅外傳感器，用來退后檢測白色柱子，使機(jī)器人旋轉(zhuǎn)正對柱子。底部采用四個灰度傳感器，分別收集不同區(qū)域的閾值，確定機(jī)器人的位置和移動方向，從而反饋給控制系統(tǒng)，及時自我調(diào)正。機(jī)器人胸部的測距傳感器，用來不斷檢測與目標(biāo)的直線距離，使機(jī)器人及時作出相應(yīng)

15、動作。2.3控制系統(tǒng)模塊表1 MultiFLEX2-PXA270控制器的電氣規(guī)范項目數(shù)據(jù)說明電池電壓6.58.4VDC使用2節(jié)鋰聚合物電池，標(biāo)稱電壓7.4V，使用過程電壓范圍為6.5V8.4V充電電壓控制器內(nèi)置智能充電器，充電過程會自動調(diào)節(jié)電壓。外接電源12V外接直流穩(wěn)壓電源，電壓 12V，正常使用電流05A保護(hù)反接保護(hù)過流保護(hù)長時間電源反接仍可能損壞控制器。過流保護(hù)生效后，需要重新上電才能工作。靜態(tài)功耗1.5W無外接設(shè)備下的靜態(tài)功耗。保護(hù)電流68A超過此電流后，自動切斷。約10秒后才能再次工作。I/O電平低電平 < GND + 1.5V；高電平 > VCC 1.5V數(shù)字量輸入/輸

16、出12個GND/VCC/SIG三線制（SIG可以設(shè)為輸入或者輸出，在NorthSTAR軟件中配置或通過協(xié)議配置）。模擬量輸入8個GND/VCC/SIG三線制，10位精度機(jī)器人舵機(jī)接口6個1M速率的半雙工異步串行總線，理論可接255個機(jī)器人舵機(jī)，由于供電能力限制，建議同時使用時不超過30個。舵機(jī)工作電壓等于控制器工作電壓。R/C舵機(jī)接口8個GND/VCC/SIG 三線制（SIG為信號輸出），工作電壓5VUSB接口4個USB2.0在接口板上有兩個對外USB接口，一個USB接口固化為無線網(wǎng)卡專用端口，一個USB接口固化為調(diào)試接口。以太網(wǎng)接口1個100M自適應(yīng)以太網(wǎng)接口音頻接口1輸入1輸出無線通訊支持

17、54M無線以太網(wǎng)卡（選配部件） 圖2-7 PXA270控制器控制系統(tǒng)采用MultiFLEX2-PXA270控制器，數(shù)字舵機(jī)0到7號，AD接口0到11號，IO接口0到11號。使用網(wǎng)線與PC機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)通信，使用USB口與攝像頭連接。2.4 電源電路設(shè)計MultiFLEX2-PXA270控制器內(nèi)置一組7.4V的鋰離子電池。（PXA270與外圍電路連接）電源模塊提供了最小系統(tǒng)的核心電路板上的電源以及伺服驅(qū)動電路。圖2-8 PXA270內(nèi)部電路圖2-9 控制器及舵機(jī)電源根據(jù)電路的需要，電源為8.4V，AD和IO傳感器，USB等，需要5V電源供電，基于此基礎(chǔ)上，為電路接入8.4V電源或直接連接電池，使用L

18、M25576電源穩(wěn)壓芯片使8.4V電源轉(zhuǎn)換到5V電源。2.5驅(qū)動模塊設(shè)計 圖2-10舵機(jī)實物圖圖2-11 驅(qū)動電路大扭矩：16Kgfcm的輸出轉(zhuǎn)矩的連續(xù)旋轉(zhuǎn)，大于為20kgfcm位置以保持扭矩; 高速：最高0.16s/60的輸出速度;位置伺服控制模式下轉(zhuǎn)動范圍0300;在速度控制模式下可連續(xù)旋轉(zhuǎn)，速度控制;6.8V14V的電源電壓范圍寬;總線連接，理論上可以串聯(lián)連接254單位;0.32位分辨率;波特率高達(dá)1M;兩個端子輸出軸，適合安裝在機(jī)器人的關(guān)節(jié);0.25KHz的伺服更新率;高精密金屬齒輪組，雙滾珠軸承;有位置，溫度，電壓，速度反饋;結(jié)O型密封圈，防塵防水濺。圖2-12 舵機(jī)電路這里將Rob

19、otis UART直接連接到舵機(jī)的信號線，以及該網(wǎng)絡(luò)的另一端兩個74HCl26緩沖器被連接到主控制芯片的TXD0和RXD0，然后通過主控制核心。芯片的兩個IO端口，用來確定數(shù)據(jù)發(fā)送或接收數(shù)據(jù)。當(dāng)PA0高TXD0為低，PA1已經(jīng)實現(xiàn)自主控制，如圖上圖中，U1B，TXD0信號傳導(dǎo)，數(shù)據(jù)可以被發(fā)送到轉(zhuǎn)向舵機(jī)。相反，當(dāng)PA1是高和PA0低，TXD0失去了控制，而RXD0已經(jīng)實現(xiàn)的自主控制，主控制卡可以接收舵機(jī)返回的數(shù)據(jù)。2.6通信模塊的選用機(jī)器人控制系統(tǒng)，其設(shè)計在本文中主要使用兩種通信方法：USB實現(xiàn)串行端口、網(wǎng)線實現(xiàn)串行端口。即全雙工串行通信和半雙工串行通信。RS422 接口采用 RJ11 接口插座

20、，對應(yīng)的 RJ11 插頭如圖 2-13 所示，線序定義如表所示：圖2-13傳輸網(wǎng)線（CJ-45）表2網(wǎng)線內(nèi)部線序表水晶頭線序定義顏色1、VCC白2、GND黑3、422_A紅4、422_B綠5、422_Y黃6、422_Z藍(lán)由于控制器模塊已集成串行端口，所以我們使用網(wǎng)線接入，實現(xiàn)數(shù)據(jù)下載反饋。2.7采集模塊設(shè)計2.7.1傳感器選型及其原理1紅外接近傳感器原理：它被用于檢測光束的遮擋或反射，由同步電路選擇，從而檢測對象。光電開關(guān)在發(fā)射機(jī)將輸入電流轉(zhuǎn)換成光信號，接收器可以根據(jù)接收的光的強(qiáng)度檢測目標(biāo)對象。工作原理如下圖所示圖2-13紅外接近傳感器工作原理表3光電開關(guān)分類表漫反射式光電開關(guān)是一組有發(fā)射器和

21、接收器中的一個傳感器，當(dāng)檢測到對象，該對象將被發(fā)送到光電開關(guān)到足夠的光量反射到接收器。這個光電開關(guān)的開關(guān)量信號。當(dāng)檢測物體的表面光亮或它的反射率極高的上，漫反射型光電開關(guān)是首選的檢測模式。反射鏡反射式光電開關(guān)它在一個設(shè)置發(fā)射器和接收器，由光電開關(guān)發(fā)射機(jī)發(fā)射的光被反射回接收器，對象被檢測到并且完全阻斷光，這個光電開關(guān)就會產(chǎn)生一個檢測開關(guān)信號時。檢測方法都反應(yīng)比較快、高解析、精度度高、靈敏度高易散熱、無鉛，使用壽命比較長，符合RoHS標(biāo)準(zhǔn)，是新一代的綠色環(huán)保能源，而且可測參數(shù)多，它的結(jié)構(gòu)也比較簡單，形式靈活多樣對射式光電開關(guān)它包括發(fā)射器和接收器，發(fā)射機(jī)在結(jié)構(gòu)和光軸的位置相對于的接收機(jī)。當(dāng)對象是不透

22、明的，對射式光電開關(guān)是最可靠的檢測裝置。插槽型光電開關(guān)它通常采用標(biāo)準(zhǔn)的U型結(jié)構(gòu)，它的發(fā)射器和接收器都位于U形槽的兩側(cè)，合成一個光軸，當(dāng)對象是由U形槽檢測并阻止光軸的形成，光電開關(guān)形成開關(guān)信號。這個光電開關(guān)是適合對象高速運(yùn)動的檢測，并且它可以在透明和半透明的對象中分辨，使用安全和可靠。光纖式光電開關(guān)它使用塑料或玻璃光纖傳感器來引導(dǎo)光，可以對距離遠(yuǎn)的被檢測對象進(jìn)行檢測。光纖式光電開關(guān)精度高，反應(yīng)速度快，安裝環(huán)境可多樣選擇。由于比賽環(huán)境的復(fù)雜以及比賽場地的光亮等一些不可避免的問題，我們采用漫反射式光電開關(guān)。創(chuàng)意之星機(jī)器人套件有許多個漫反射光電開關(guān)，50cm左右的有效距離。通過漫反射型光電開關(guān)所發(fā)出的

23、光被反射回接收器，以使對象的表面反射率可以通過接收器的表面反射率來確定。粗糙表面的光強(qiáng)度小于所述光滑表面的光強(qiáng)度，并且該材料的反射率是影響光電開關(guān)的有效距離的重要參數(shù)。常見的材料的反射率示于下表中表4常用材料的反射率材料反射率材料反射率白畫紙90%不透明黑色塑料14%報紙55%黑色橡膠4%餐巾紙47%黑色布料3%包裝箱硬紙板68%未拋光白色金屬表面130%潔凈松木70%光澤淺色金屬表面150%干凈粗木板20%不銹鋼200%透明塑料杯40%木塞35%半透明塑料瓶62%啤酒泡沫70%不透明白色塑料87%人手掌心75%紅外線開關(guān)又稱紅外線光電開關(guān)，利用紅外光束的的遮光或反射紅外光束的特性，并通過檢測

24、到同時同步電路，選擇對應(yīng)檢測對象。優(yōu)點該對象不限定于金屬，所有能反射的物體都可以作為被檢測的對象?，F(xiàn)有的光電傳感器在近紅外光的波長為780nm，3um，并且具有產(chǎn)品相對穩(wěn)定的整合，以及數(shù)字電路也很簡單。所以我們使用這個傳感器用途：如圖所示，所用的“創(chuàng)意之星”機(jī)器人的紅外光電開關(guān)的型號為E18-B0，數(shù)據(jù)是：VCC：5V。工作電流：小于100mA。輸出方式：NPN晶體管OC輸出。封裝類型：工程塑料。圖2-14 紅外接近傳感器紅外接近傳感器是開關(guān)傳感器，任何接口的IO0IO11可以由NorthSTAR讀取和編程。因為輸出是開關(guān)量，只能判斷距離中的障礙物，不能給出障礙物的實際距離。但具有靈敏度調(diào)節(jié)旋

25、鈕的傳感器，可以調(diào)整感測觸發(fā)的距離。創(chuàng)意之星套件觸發(fā)距離已被設(shè)置為50cm左右。2.紅外測距傳感器原理：用于測量對象的前部，傳感器探頭之間的距離的。優(yōu)點是傳感器的體積小，重量輕（小于10克的重量）及接口簡單，而且它是用于微型機(jī)器人的理想選擇。GP2D12主要由紅外線發(fā)射器，PSD（位置敏感檢測器）以及相關(guān)的處理電路，紅外線發(fā)射器發(fā)射的紅外線光束，紅外線被反射回來，并投影到中心位置。優(yōu)點是和障礙物的反射角度不太相關(guān)，誤差的輸出值是非常小的。不同的反射率材料。但能保持一定范圍內(nèi)。下圖使用創(chuàng)意之星GP2D12紅外測距傳感器，和普通GP2D12不同的是，我們設(shè)計類似于貝殼頭的機(jī)器人，可以方便地安裝到創(chuàng)

26、意之星的一部分。紅外線范圍傳感器，用于將模擬傳感器，那么任何接口的AD0AD7可以由NorthSTAR進(jìn)行編程。傳感器規(guī)格如下：檢測范圍：10-80cm工作電壓：4-5。5V標(biāo)準(zhǔn)電流消耗：33-50mA輸出：非比例相關(guān)的模擬輸出，輸出電壓和檢測范圍MultiFLEX2-AVR控制器和MultiFLEX2-PXA270控制器的AD精度為10位，測量電壓范圍 05V，對應(yīng)輸出值 01023。您如果要得到真實的距離值需要做 2 次換算，假設(shè)您從NorthSTAR讀取的AD值為491，換算為真實電壓值為5*(491/1023)=2.4V，從2-15的對照圖可以知道當(dāng)前傳感器探頭到障礙物的距離是50cm

27、。 圖2-15 紅外測距傳感器3. 灰度傳感器灰度傳感器是由自身明亮的白色LED照明，以檢測對象，并且檢測對象的反射的LED。由于不同顏色的白色光的反射能力，最高的同種材料的白色反射，最低的黑色反射?；叶燃墏鞲衅鞯那岸擞幸粋€光敏電阻，優(yōu)點是它可以被用于檢測的反射光，這可以從所檢測的對象的灰度值來推斷的強(qiáng)度。圖2.16的灰度傳感器輸出的模擬信號的創(chuàng)意之星，那么任何接口的AD0AD7可以由NorthSTAR讀取和編程。在武術(shù)賽場上比賽的機(jī)器人或機(jī)器人足球比賽中，使用多個灰度傳感器陣列可以判斷出顏色漸變的場地。在機(jī)器人的情況下，可以作為一個傳感器來區(qū)分與周圍白線上。圖2-16 灰度傳感器4.視覺模塊

28、視覺傳感器，可被用作機(jī)器人的眼睛。 MultiFLEXTM2-PXA270控制器可以訪問常用的USB攝像頭，并且具有圖像搜索引擎，可以識別各種顏色，有綠色和白色兩種圓柱和黃銅鑼，使用攝像頭可以讓機(jī)器人更清楚地認(rèn)識圓柱顏色外觀的區(qū)別。272采集信息處理模擬信號：時間和價值是連續(xù)物理量稱為模擬量，如電壓，電流，聲音，速度，壓力，溫度等，我們將顯示該信號的物理量作為模擬信號，其中將工作在電子電路的模擬信號作為模擬信號，并且把傳感器輸出信號稱為模擬傳感器的模擬信號。開關(guān)信號：該計算機(jī)的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)是由0和1，所以0和1數(shù)據(jù)的兩個狀態(tài)是最容易處理。在數(shù)字信號，最簡單的信號是僅0和1的高低的水平。只有0和1的

29、數(shù)字信號是被稱為切換信號，同樣可以是在傳感器只有高或低的電路水平被稱為開關(guān)傳感器輸出。從傳感器網(wǎng)絡(luò)的數(shù)據(jù)以收集來自外部數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成模擬和開關(guān)量信息的兩個不同的信息需要不同的接口和處理方法。可以被發(fā)送到主控制芯片識別，開關(guān)的量也比較簡單，只有相應(yīng)的接口電路，用于開關(guān)的量無需處理。2.8驅(qū)動模塊設(shè)計舵機(jī)控制有以下幾種方法：1）通過使用所述軟件的PWM信號波形，將GPIO端口的輸出由軟件進(jìn)行控制;2）使用的串行端口（機(jī)器人現(xiàn)在使用）和數(shù)字伺服通信，來實現(xiàn)轉(zhuǎn)向器的控制;3)通過定時器輸出PWM波，控制舵機(jī)運(yùn)動；- 45 -圖2-17舵機(jī)調(diào)式圖2-18舵機(jī)連接CDS5516有專用的調(diào)試環(huán)境Robot

30、Servo Terminal，在這個環(huán)境下，您可以設(shè)置舵機(jī)ID、波特率、工作模式、速度限制、角度限制、電壓限制等等。CDS5516采用總線式通訊, 需要注意的是：每個CDS5516需要使用不同ID；每串CDS5516的數(shù)量不能太多，最好是6個以下。正常工作下單個CDS5516的電流可能達(dá)到500mA1A，堵轉(zhuǎn)電流可達(dá)到2.5A，單組6個CDS5516的工作電流可能達(dá)到3-8A。這樣的電流會讓舵機(jī)線發(fā)熱，并產(chǎn)生比較大的電壓降，最后一個 CDS5516可能因為沿途舵機(jī)線的分壓而導(dǎo)致工作電壓過低，CDS5516在電壓過低時會出現(xiàn)復(fù)位、數(shù)據(jù)通訊不正常等等狀況。2.9通信模塊2.9.1網(wǎng)絡(luò)下載接口模塊U

31、P-調(diào)試多功能調(diào)試器集成USB到RS-232，半雙工異步串行總線，AVRISP下載三個功能，在“創(chuàng)意之星”套件里，我們可以用它來進(jìn)行程序下載、串口通訊和CDS5516調(diào)試。本節(jié)主要介紹如何用調(diào)試器進(jìn)行控制器的程序燒錄和串口通訊。如圖2.77所示為調(diào)試器的配線：圖2-19調(diào)試器配線 圖2-20 UP-Debugger 下載調(diào)試器配線一端是10針I(yè)DC頭，另一端是3針和5針杜邦頭，杜邦頭有“”的為GND。給控制器的ATmega128和ATmega8下載程序1、 將調(diào)試器設(shè)為AVRISP模式。2、 控制板上有M128_ISP和M8_ISP，分別是ATmega128和ATmega8的程序下載接口。3、

32、 把調(diào)試器的USB線接到PC機(jī)上，將5針杜邦頭接到控制器左側(cè)的M128_ISP或M8_ISP插針上，杜邦頭有“”號的為GND針腳，注意線的GND針腳和控制板的GND針腳對應(yīng)（第二版控制器的插針位置和第一版控制器不同，但線序相同）。圖2-21 下載和調(diào)試接口2.9.2網(wǎng)絡(luò)通信接口模塊圖2-22適配器屬性適配器位于本地連接處，將IP地址修改為192.168.0.12。并默認(rèn)網(wǎng)關(guān)192.168.0.1這樣才能通過PC機(jī)與各類傳感器相連接，以便方面查詢相應(yīng)的閾值。2.9.3攝像頭接口電路設(shè)計圖2-23攝像頭成像原理圖像的二值化的基本原理就是將圖像上的點的灰度置為0或255，也就是將整個圖像呈現(xiàn)出明顯的

33、黑白效果。即將256個亮度等級的灰度圖像通過適當(dāng)?shù)拈撝颠x取而獲得仍然可以反映圖像整體和局部特征的二值化圖像。在數(shù)字圖像處理中，二值圖像占有非常重要的地位，特別是在實用的圖像處理中，以二值圖像處理實現(xiàn)而構(gòu)成的系統(tǒng)是很多的，要進(jìn)行二值圖像的處理與分析，首先要把灰度圖像二值化，得到二值化圖像，這樣子有利于在對圖像做進(jìn)一步處理時，圖像的集合性質(zhì)只與像素值為0或255的點的位置有關(guān)，不再涉及像素的多級值，使處理變得簡單，而且數(shù)據(jù)的處理和壓縮量小.視覺模塊位于外掛設(shè)備，主要應(yīng)用于控制器實現(xiàn)有顏色的物體的識別。二值化主要通過標(biāo)定目標(biāo)顏色閾值，并將背景中相近的顏色去除掉，實現(xiàn)目標(biāo)物的識別。利用控制器上的USB

34、接口，通過以太網(wǎng)將PC機(jī)和控制器連接，調(diào)正H、S、I的設(shè)定范圍。這就是二值化。2.10本章小結(jié) 這章節(jié)武術(shù)擂臺賽機(jī)器人方案的分析和設(shè)計，包括機(jī)械，傳動，控制和信息獲取的四個部分。這四個部分是機(jī)器人的整體設(shè)計的體系結(jié)構(gòu)，在此基礎(chǔ)上，為硬件電路設(shè)計。表5為模塊系統(tǒng)結(jié)構(gòu)系統(tǒng)名稱型號功能描述數(shù)量控制決策系統(tǒng)MultiFLEXTM2-PXA270控制機(jī)器人的核心控制單元 1感知系統(tǒng)灰度傳感器確定機(jī)器人的位置和移動方向 2紅外測距傳感器 安裝在控制器上 調(diào)整機(jī)器人和柱子的精確距離5紅外測距傳感器 安裝在底盤上近距離檢測柱子，是機(jī)器人正對柱子1運(yùn)動系統(tǒng)Faulhaber大功率減速電機(jī)機(jī)器人底盤驅(qū)動，驅(qū)動機(jī)器

35、人運(yùn)動4CDS5516數(shù)字舵機(jī)（舵機(jī)模式）機(jī)器人機(jī)械臂，驅(qū)動機(jī)器人手臂運(yùn)動6CDS5516數(shù)字舵機(jī)（舵機(jī)模式）機(jī)器人腰部，驅(qū)動機(jī)器人軀干運(yùn)動4機(jī)械結(jié)構(gòu)創(chuàng)意之星及手工制作的部件搭建競賽機(jī)器人主體結(jié)構(gòu)/工作電源一組7.2V2.6Ah機(jī)器人系統(tǒng)電源1第三章 控制系統(tǒng)的軟件設(shè)計硬件是機(jī)器人控制系統(tǒng)的基礎(chǔ)，但只有硬件是不夠的。軟件是系統(tǒng)的靈魂。軟件只能根據(jù)硬件和游戲的實際要求寫入。機(jī)器人完成既定任務(wù)和功能。3.1軟件總體策略設(shè)計圖3-1 軟件總體策略本次項目的程序主要通過Nor-star圖形化編程環(huán)境來編寫和下載，主要邏輯和流程如下圖所示：首先，按從起始區(qū)域自主上臺，自主發(fā)現(xiàn)在起步區(qū)右側(cè)的綠色圓柱體的前

36、面。這需要精確的設(shè)定時間為機(jī)器人前進(jìn)，右轉(zhuǎn)，為了確保機(jī)器人在最短的時間可以檢測綠色圓筒。通過灰度傳感器探測的平臺優(yōu)勢，向前一定距離，機(jī)器人切換到狀態(tài)，然后打開攝像頭找到綠色柱子從而達(dá)到機(jī)器人的定位精度，采用紅外距離傳感器和紅外接近傳感器靠近綠色缸即可。在該機(jī)器人達(dá)到綠色柱子，并通過麥克風(fēng)的自我介紹，考慮到攝像頭上的白色校正受外部環(huán)境因素是大的，麥克風(fēng)的位置和放置的白色圓柱距離更近的，所以機(jī)器人后退和左轉(zhuǎn)，利用紅外接近傳感器來檢測繡球放在白色的圓柱。為了確保成功撿起球和機(jī)器人手臂由下移動首先，要滿足繡球的圓柱體，手臂加力，繡球從白色圓筒脫離，走到拋繡球的邊緣地方，后退左轉(zhuǎn)180度前進(jìn)，通過左邊的

37、紅外接近傳感器和攝像頭檢測白色柱子停下左轉(zhuǎn)，兩只手護(hù)住白色柱子，將柱子推至邊緣，先后退右在后退，前進(jìn)走到柱子旁邊，用左手將柱子打下臺。下一步是找到銅鑼，先使機(jī)器人前進(jìn)一段距離，通過紅外測距傳感器檢測到銅鑼，然后右轉(zhuǎn)，通過攝像頭找到綠色的柱子，前進(jìn)當(dāng)左側(cè)檢測到停止前進(jìn)，用左手擊打，鑼響起。最后，機(jī)器人返回到平臺中央上，武術(shù)表演，感謝下臺，演出結(jié)束。3.2尋找柱子策略設(shè)計尋找柱子圖3-2 尋找柱子邏輯機(jī)器人尋找柱子主要應(yīng)用于上臺后尋找綠色柱子進(jìn)行自我介紹、后退尋找柱子進(jìn)行抱繡球、前進(jìn)尋找柱子并成功推下臺等三個方面。一般通過開啟各種傳感器進(jìn)行定位，并將計算結(jié)果反饋給控制系統(tǒng)。首先先通過紅外對齊目標(biāo)，

38、獲得相應(yīng)的坐標(biāo)，并前進(jìn)至靠近目標(biāo)一定距離的位置，停止進(jìn)行下一輪判斷。此時將進(jìn)行紅外識別物體策略。3.3尋找銅鑼策略設(shè)計圖3-3 尋找銅鑼邏輯機(jī)器人進(jìn)行尋找銅鑼主要應(yīng)用于擊鑼和通過銅鑼后退定位武術(shù)擂臺表演的位置信息等方面。一般通過開啟各種傳感器進(jìn)行定位，并將計算結(jié)果反饋給控制系統(tǒng)。首先先通過紅外對齊目標(biāo)，獲得相應(yīng)的坐標(biāo)，并前進(jìn)至靠近目標(biāo)一定距離的位置，停止進(jìn)行下一輪判斷。此時將進(jìn)行紅外識別物體策略。3.4紅外檢測策略設(shè)計圖3-4通過紅外檢測邏輯紅外傳感器檢測物體應(yīng)用于尋找柱子、銅鑼等方面，當(dāng)1號傳感器檢測到目標(biāo)，此時已經(jīng)偏離目標(biāo)，原地左旋轉(zhuǎn)60度，使其正對目標(biāo)。當(dāng)1、2號傳感器檢測到目標(biāo)，此時已

39、經(jīng)偏離目標(biāo)，原地左旋轉(zhuǎn)45度，使其正對目標(biāo)。當(dāng)2號傳感器檢測到目標(biāo)，此時已經(jīng)稍偏離目標(biāo)，原地左旋轉(zhuǎn)30度，使其正對目標(biāo)。當(dāng)2、3號傳感器檢測到目標(biāo)，此時已經(jīng)微偏離目標(biāo)，原地左旋轉(zhuǎn)15度，使其正對目標(biāo)。當(dāng)3號傳感器檢測到目標(biāo)，此時正對目標(biāo)，直行到目標(biāo)出進(jìn)行下一步操作。當(dāng)3、4號傳感器檢測到目標(biāo)，此時已經(jīng)微偏離目標(biāo)，原地右旋轉(zhuǎn)15度，使其正對目標(biāo)。當(dāng)4號傳感器檢測到目標(biāo)，此時已經(jīng)稍偏離目標(biāo)，原地右旋轉(zhuǎn)30度，使其正對目標(biāo)。當(dāng)4、5號傳感器檢測到目標(biāo)，此時已經(jīng)偏離目標(biāo)，原地右旋轉(zhuǎn)45度，使其正對目標(biāo)。當(dāng)5號傳感器檢測到目標(biāo)，此時已經(jīng)偏離目標(biāo)，原地右旋轉(zhuǎn)60度，使其正對目標(biāo)。另外機(jī)器人右側(cè)與底部都放置

40、一個紅外傳感器，當(dāng)機(jī)器人在進(jìn)行后退作業(yè)，此時，這兩個傳感器就負(fù)責(zé)檢測到物體來達(dá)到定位的效果。至于旋轉(zhuǎn)方面，不同地方旋轉(zhuǎn)方法不同。3.5旋轉(zhuǎn)策略設(shè)計圖3-5 左右旋轉(zhuǎn)邏輯不同地方旋轉(zhuǎn)的方法與方向都不同，當(dāng)機(jī)器人位于上臺后進(jìn)行第一次旋轉(zhuǎn)，此時將進(jìn)行前側(cè)兩輪向右轉(zhuǎn)，后側(cè)兩輪向左轉(zhuǎn)。當(dāng)機(jī)器人位于抱繡球處，因為扔完繡球后，機(jī)器人背面比賽擂臺，此時就要原地左轉(zhuǎn)，前側(cè)兩輪向左轉(zhuǎn)，后側(cè)兩輪向右轉(zhuǎn)。而且需要旋轉(zhuǎn)一周，由于旋轉(zhuǎn)過快無法及時反饋信息，所以將一周旋轉(zhuǎn)分成兩次90度的直角旋轉(zhuǎn)。至于左側(cè)兩輪旋轉(zhuǎn)和右側(cè)兩輪旋轉(zhuǎn)，一般用在尋找柱子和銅鑼。因為接近目標(biāo)，所以需要效率高的旋轉(zhuǎn)使機(jī)器人更容易尋找目標(biāo)。至于擂臺四周的

41、行走，我們使用灰度傳感器來進(jìn)行正確定位。3.6灰度策略設(shè)計圖3-6 通過灰度檢測邏輯機(jī)器人在整個任務(wù)過程中，很多次需要接近邊緣進(jìn)行作業(yè)。比如扔繡球、推柱子下臺以及最后下臺都需要接近邊緣。扔繡球、推柱子下臺都使用前置和后置灰度傳感器進(jìn)行檢測。最后下臺需要使用底盤四個灰度進(jìn)行檢測。37本章小結(jié)這一章主要闡述各種策略檢測，這為機(jī)器人控制提供了理論基礎(chǔ)的研究。1）機(jī)器人的整體性能的研究內(nèi)容包括：自主機(jī)芯，自動測距，智能判斷，智能決策和執(zhí)行。2）其中，我們?yōu)榱藴?zhǔn)確尋找柱子并對準(zhǔn)柱子中央，充分的運(yùn)用了紅外接近傳感器、紅外測距傳感器和攝像頭，我們采用攝像頭尋找和識別顏色代替機(jī)器人的“眼睛”，來找到并確認(rèn)柱子

42、的準(zhǔn)確位置，在靠近柱子過程中為了不把柱子撞倒，我們采用紅外測距傳感器來和柱子保持距離，為了保證機(jī)器人能夠準(zhǔn)確的對準(zhǔn)柱子中央，我們通過5個紅外接近傳感器來進(jìn)行糾偏，這樣讓機(jī)器人可以正對柱子中央，達(dá)到相對應(yīng)的位置技術(shù)挑戰(zhàn)賽。3）危險狀態(tài)：為了保證的機(jī)器人需要確定其危險的狀態(tài)，這主要是由兩方面決定的正常操作：首先，要設(shè)置機(jī)器人巡航的危險半徑，并確定危險半徑;其次，邊緣是由紅外接近傳感器來確定。4）執(zhí)行步驟：在一般情況下，機(jī)器人一般是通過設(shè)置延遲執(zhí)行的動作，這種方法簡單，但也有因為這種編程思想的明顯缺陷，系統(tǒng)執(zhí)行是一個單一的線程狀態(tài)，即，所述系統(tǒng)，當(dāng)系統(tǒng)已滿資源延遲系統(tǒng)，這種情況會出現(xiàn)在系統(tǒng)延遲處理，

43、即使系統(tǒng)無法應(yīng)對。為了解決這個問題，它是需要劃分任務(wù)分成多個步驟。多線程處理的實施不會使某個進(jìn)程占用的系統(tǒng)資源，保證了機(jī)器人的穩(wěn)定性和安全性。5）優(yōu)先級設(shè)置：在主程序功能模塊的優(yōu)先級設(shè)置是實現(xiàn)功能模塊和實施策略，實現(xiàn)的邏輯順序是保證重要保障系統(tǒng)中的每個策略的系統(tǒng)安全運(yùn)行必須要檢查其優(yōu)先順序，優(yōu)先級應(yīng)該是第一個實現(xiàn)，如機(jī)器人的危險狀態(tài)的檢測，以確保順利完成任務(wù)。特別是在多模塊執(zhí)行時，確定的優(yōu)先級是非常重要的。第四章調(diào)試與在線監(jiān)控4.1開發(fā)環(huán)境本文中的機(jī)器人是一個獨(dú)立的控制系統(tǒng)，因此調(diào)試工具操作方便?？紤]到方方面面的因素，本文選取的Visual C +微軟。Visual C +微軟（C + MSV

44、C，視覺，VC +或VC）是Microsoft公司推出的Win32環(huán)境程序，面向?qū)ο蟮目梢暬删幊滔到y(tǒng)的開發(fā)。它不僅具有自動生成程序框架，靈活，方便的管理，代碼編寫和界面設(shè)計的優(yōu)點，并可以開發(fā)出多種方案，還可以通過簡單的設(shè)置方案框架，支持?jǐn)?shù)據(jù)庫接口，OLE2，的WinSock網(wǎng)絡(luò)，3D控制接口。圖4-1編寫窗口圖4-2編譯窗口圖4-3編譯窗口4.2程序模塊設(shè)計的實現(xiàn)4.2.1 IO端口分配表表1為IO端口分配表IO端口對應(yīng)硬件AD端口對應(yīng)硬件USB接口0前方左邊接近傳器0后方灰度傳感器攝像頭1前方左中接近傳器11、2號舵機(jī)2前方中間接近傳器23、4號舵機(jī)3前方右中接近傳器35、6、7號舵機(jī)4

45、前方右邊接近傳器47、8、9號舵機(jī)5后方左邊接近傳器510、11號舵機(jī)6左邊接近傳感器7后方右邊接近傳器4.2.2尋找柱子策略通過紅外傳感器對準(zhǔn)柱子，首先定義一個函數(shù)，不斷循環(huán)選擇不同位置的的紅外進(jìn)行檢測和反饋數(shù)值，當(dāng)紅外傳感器檢測到靠近目標(biāo)時，此時進(jìn)入不同選擇項。當(dāng)1號傳感器檢測到目標(biāo)，此時已經(jīng)偏離目標(biāo)，原地左旋轉(zhuǎn)60度，使其正對目標(biāo)。當(dāng)1、2號傳感器檢測到目標(biāo)，此時已經(jīng)偏離目標(biāo)，原地左旋轉(zhuǎn)45度，使其正對目標(biāo)。當(dāng)2號傳感器檢測到目標(biāo)，此時已經(jīng)稍偏離目標(biāo)，原地左旋轉(zhuǎn)30度，使其正對目標(biāo)。當(dāng)2、3號傳感器檢測到目標(biāo)，此時已經(jīng)微偏離目標(biāo)，原地左旋轉(zhuǎn)15度，使其正對目標(biāo)。當(dāng)3號傳感器檢測到目標(biāo)，此

46、時正對目標(biāo)，直行到目標(biāo)出進(jìn)行下一步操作。當(dāng)3、4號傳感器檢測到目標(biāo)，此時已經(jīng)微偏離目標(biāo)，原地右旋轉(zhuǎn)15度，使其正對目標(biāo)。當(dāng)4號傳感器檢測到目標(biāo)，此時已經(jīng)稍偏離目標(biāo)，原地右旋轉(zhuǎn)30度，使其正對目標(biāo)。當(dāng)4、5號傳感器檢測到目標(biāo)，此時已經(jīng)偏離目標(biāo)，原地右旋轉(zhuǎn)45度，使其正對目標(biāo)。當(dāng)5號傳感器檢測到目標(biāo)，此時已經(jīng)偏離目標(biāo)，原地右旋轉(zhuǎn)60度。詳細(xì)程序設(shè)計見附錄53頁。4.2.3尋找銅鑼策略尋找銅鑼前期利用紅外傳感器進(jìn)行精確定位，當(dāng)1號傳感器檢測到目標(biāo)，此時已經(jīng)偏離目標(biāo)，原地左旋轉(zhuǎn)60度，使其正對目標(biāo)。當(dāng)1、2號傳感器檢測到目標(biāo)，此時已經(jīng)偏離目標(biāo)，原地左旋轉(zhuǎn)45度，使其正對目標(biāo)。當(dāng)2號傳感器檢測到目標(biāo)，此

47、時已經(jīng)稍偏離目標(biāo)，原地左旋轉(zhuǎn)30度，使其正對目標(biāo)。當(dāng)2、3號傳感器檢測到目標(biāo)，此時已經(jīng)微偏離目標(biāo)，原地左旋轉(zhuǎn)15度，使其正對目標(biāo)。當(dāng)3號傳感器檢測到目標(biāo)，此時正對目標(biāo)，直行到目標(biāo)出進(jìn)行下一步操作。當(dāng)3、4號傳感器檢測到目標(biāo)，此時已經(jīng)微偏離目標(biāo)，原地右旋轉(zhuǎn)15度，使其正對目標(biāo)。當(dāng)4號傳感器檢測到目標(biāo)，此時已經(jīng)稍偏離目標(biāo)，原地右旋轉(zhuǎn)30度，使其正對目標(biāo)。當(dāng)4、5號傳感器檢測到目標(biāo)，此時已經(jīng)偏離目標(biāo)，原地右旋轉(zhuǎn)45度，使其正對目標(biāo)。當(dāng)5號傳感器檢測到目標(biāo)，此時已經(jīng)偏離目標(biāo)，原地右旋轉(zhuǎn)60度。完成上述步驟，靠近銅鑼時，啟用攝像頭并且使用打開攝像頭的二值化，銅鑼的閾值是207,112，99,29。尋找到

48、合適的擊鑼位置，然后右手臂抬起，不斷來回?fù)舸?。完成既定任?wù)。詳細(xì)程序設(shè)計見附錄57頁。4.2.4尋找邊緣策略機(jī)器人在位于扔繡球和推下柱子時，都使用灰度傳感器不斷檢測是否已經(jīng)到達(dá)擂臺邊緣。不斷獲取灰度信息，當(dāng)前置灰度傳感器檢測到閾值過大，超過既定范圍，此時，機(jī)器人向后退行，同樣，當(dāng)后置灰度傳感器檢測到超出范圍，機(jī)器人前進(jìn)。左右灰度傳感器一般用在直角邊，配合前后灰度傳感器使用，詳細(xì)程序設(shè)計見附錄55頁。擂臺的灰度呈圓形分布。如下圖所示，這樣才能不斷反饋信息給控制系統(tǒng)，使機(jī)器人不掉下擂臺。圖4-4擂臺賽場地圖4.3調(diào)試流程N(yùn)orthSTAR具有調(diào)試和在線監(jiān)控功能，可以實時查詢傳感器的值、舵機(jī)位置，或

49、者設(shè)置舵機(jī)速度和位置。NorthSTAR中的調(diào)試功能分為兩種：模塊調(diào)試和流程圖調(diào)試。模塊調(diào)試有“IO Input”模塊，“AD Input”模塊和“Servo” 模塊調(diào)試三種。當(dāng)控制器選擇為MultiFlex2-PXA270時，打開“IO Input”模塊屬性，如圖4-11所示。用網(wǎng)線連接上位機(jī)和控制器，點擊“Connect”按鈕，稍等片刻建立連接后，“Query”啟用，此時選擇要查詢的通道，點擊“Query”即可進(jìn)行查詢。如果控制器為MultiFlex2-AVR，模塊屬性如圖4-5所示。把調(diào)試器接到控制器上，將模式設(shè)置為AVRISP模式，點擊“Start service”啟動服務(wù)，開始下載服

50、務(wù)程序。服務(wù)程序下載完成之后，將調(diào)試器設(shè)置為RS-232模式，打開串口，此時“Query”啟用，點擊即可查詢當(dāng)前中通道的IO值。圖4-5“IO Input”模塊調(diào)試MutliFlex2-PXA270 “AD Input”模塊和“IO Input”模塊的調(diào)試功能用法相同。如圖4-5，“Servo”模塊的調(diào)試和“IO Input”調(diào)試模塊相似。如圖4-6所示。當(dāng)控制器為MultiFLEX2-PXA270控制器時，先和控制器建立網(wǎng)絡(luò)連接，然后就可以查詢舵機(jī)位置、保存舵機(jī)位置、調(diào)試舵機(jī)、卸載舵機(jī)。圖4-6“Servo”模塊調(diào)試MutliFlex2-PXA270 舵機(jī)模式此外可以通過“Query IO/

51、AD”功能查詢當(dāng)前IO或者AD通道的值，如圖4-6所示。還可以通過“Test Servo”功能單獨(dú)調(diào)試舵機(jī)，如圖4-7所示。具體操作和模塊調(diào)試類似。圖4-7 IOMultiFLEX2-PXA270控制器圖4-8“Test Servo”MultiFLEX2-PXA270控制器流程圖調(diào)試時，從菜單ToolsàDebug調(diào)出“Debug”對話框，如圖4-8為調(diào)試窗口。調(diào)試有兩種模式：單步（Step）和連續(xù)（Continue）。點擊開始，在“Step”模式下，可以不斷點擊“Next”按鈕，軟件就會按照流程圖的邏輯從“start”模塊一直執(zhí)行到“end”模塊后停止；在“Continue”模式下

52、，“Next”按鈕處于禁用狀態(tài)，軟件會自動從“start”模塊執(zhí)行到“end”模塊。在“Continue”模式下，可以點擊“Pause”來暫時停止調(diào)試，然后可以點擊“Resume”恢復(fù)調(diào)試。點擊“Stop”可以終止調(diào)試。流程圖中當(dāng)前執(zhí)行的模塊會處于選中狀態(tài)。在“Step”模式下，可以在點擊“Next”之前修改任意模塊的屬性，然后點擊“Next”，將按照修改后的屬性執(zhí)行；“Continue”模式下，流程圖不可編輯，只有停止調(diào)試后才可以編輯。 調(diào)試前，需要先和控制器建立連接：MultiFlex2-PXA270需要建立網(wǎng)絡(luò)連接，。圖4-9 調(diào)試流程圖表2 調(diào)式記錄離柱子距離4244464850525

53、6586062646668從出發(fā)穩(wěn)定運(yùn)行的平均時間20.119.818.921.420.120.519.218.418.216.915.413.112.5危險次數(shù)0000000011101其他異常情況無忽然轉(zhuǎn)向無無無忽然轉(zhuǎn)向無忽然轉(zhuǎn)向無忽然轉(zhuǎn)向無無無電量0.80.80.711111111114.4監(jiān)控流程圖4-10 各傳感器調(diào)試情況機(jī)器人通過網(wǎng)線與PC機(jī)連接，設(shè)置IP地址為192.168.0.111?；叶葌鞲衅骱途嚯x傳感器為AD數(shù)據(jù)，紅外傳感器為IO數(shù)據(jù)。不同傳感器具有不同作用。圖4-11攝像頭二值化使用機(jī)器人通過捕捉圖像信息來對齊柱子和銅鑼，利用圖中的二值化，采用不同的RGB值，不斷調(diào)正個色

54、值的大小，使其完全覆蓋被檢測物體。實現(xiàn)精確定位，完成既定目標(biāo)。4.5本章小結(jié)在機(jī)器人控制，最基本的要求是保證機(jī)器人不能有脫落的部位，以便確保機(jī)器人可以正常位置調(diào)整的領(lǐng)域中，防止機(jī)器人在任務(wù)摔下平臺，機(jī)器人邊緣檢測是非常重要的。機(jī)器人的邊緣檢測主要依賴于在底部的灰度傳感器，并在底盤的前部加有紅外接近傳感器。首先，紅外線傳感器是開關(guān)傳感器，它主要由一對紅外信號發(fā)射器和接收器二極管，利用紅外線反射原理到障礙物的距離的檢測;灰度傳感器是一種模擬傳感器，主要由一個發(fā)光二極管和一個發(fā)光二極管的兩個光。主要使用于不同顏色的表面的內(nèi)置光敏電阻反射光檢測。首先，利用紅外范圍內(nèi)傳感器的檢測是否移動到原點的邊緣，當(dāng)沒有檢測到邊緣，它可以被認(rèn)為是機(jī)器人在安全范圍內(nèi)。此時，機(jī)器人可以繼續(xù)保持其巡航狀態(tài)，使用灰度感器來計算其位置和空間狀態(tài)，使用該結(jié)果來調(diào)整機(jī)器人的運(yùn)動狀態(tài)。其次，當(dāng)紅外線距離測量到的邊緣，有幾種情況：1機(jī)器人已達(dá)到場邊緣;2紅外測距傳感器失效;3紅外傳感器檢測到黑或吸收平面紅外線。在這種情況下，需要使用灰度傳感器驗證的底盤。如果灰度級傳感器在安全范圍內(nèi)發(fā)現(xiàn)，就可以判斷所述紅外線傳感器可以是第二或第三例。當(dāng)灰度級傳感器返回值的異常，該機(jī)器人具有到