樂高實驗報告書

10機電一體化創(chuàng)綜合試驗學院: 機械與汽車工程學院專業(yè):姓名:學號:

機械電子工程名目\l“_TOC_250020“第一局部根底試驗 3\l“_TOC_250019“試驗1光電傳感器自動跟蹤小3\l“_TOC_250018“試驗目的 3\l“_TOC_250017“試驗要求 3\l“_TOC_250016“軟件設計 3\l“_TOC_250015“測試環(huán)境 3\l“_TOC_250014“試驗步驟 4\l“_TOC_250013“留意事項 4\l“_TOC_250012“試驗總結 4試驗2光電傳感器測距功能測試 5\l“_TOC_250011“試驗目的 5\l“_TOC_250010“試驗要求 5軟件設計 5測試環(huán)境 6試驗步驟 6調試與分析 7留意事項 9試驗總結 9試驗3光電傳感器位移傳感應用 10\l“_TOC_250009“試驗目的 10\l“_TOC_250008“試驗要求 10軟件設計 10\l“_TOC_250007“試驗步驟 11調試與分析 11留意事項 13試驗總結 14其次局部創(chuàng)試驗 15\l“_TOC_250006“雙輪自平衡機器人 15\l“_TOC_250005“試驗目的 15\l“_TOC_250004“試驗要求 15\l“_TOC_250003“試驗原理 15\l“_TOC_250002“試驗步驟 17\l“_TOC_250001“試驗過程 18試驗總結及留意事項 20\l“_TOC_250000“試驗感想 21試驗目的：

第一局部根底試驗試驗1 光電傳感器自動跟蹤小車①了解光電傳感器感光特性；②把握LEGO根本模型的搭建；③根本把握ROBOLAB軟件；試驗要求：①搭建牢靠的小車模型Z軟件設計：寫出程序如下：測試環(huán)境：如下圖：試驗步驟：參考附錄步驟搭建小車模型。ROBOLAB編寫程序。將小車與電腦用USBNXTROBOLABRUN按鈕，傳送程序。道小車能平穩(wěn)地運行。留意事項：的不利影響。Z字形。試驗總結Z字形行走。四周環(huán)境對小車有肯定的影響，但只要依據環(huán)境調試到適宜的光感值，小車就能正常運行。體會：用ROBOLAB編寫程序時各個圖標比較難找，但是生疏了各個界面之后就可以很快找到了。樂高機器人具有簡潔簡潔操作的優(yōu)點，通過簡潔的圖形編程就可以對它進展掌握了，這同時也激發(fā)了學習的興趣。這次的樂高機ROBOLAB的根底。試驗2 光電傳感器測距功能測試試驗目的：①了解光電傳感器測距的特性曲線；②把握LEGO根本模型的搭建；ROBOLAB軟件。試驗要求：①用LEGO積木搭建小車模式，并在車頭安置光電傳感器。程中進展光強值采集。③繪制出時間－光強曲線，推導出位移－光強曲線及方程。軟件設計：編寫程序流程圖如下：開頭開頭設置采樣函數電機轉動24次〔0.05S/次〕電機停機音樂響完畢寫出程序如下：測試環(huán)境：紅板光電傳感器紅板光電傳感器直尺可參考左圖傳動機構設計。試驗步驟：搭建小車模型，參考附錄步驟或自行設計ROBOLAB編寫上述程序。將小車與電腦用USBNXTROBOLAB的RUN按鈕，傳送程序。取一紅顏色的紙板豎直擺放，并在桌面平面與紙板垂直方向放置直尺，用于記錄小車行走的位移。NXT的紅色按鈕啟動小車，進展光強信號的采樣。從直尺上讀取小車的位移。的數據采集按鈕，進展數據采集，將數據放入紅色容器。共進展四次數據采集。均線及擬和線處理。移同時間的關系〔近似為勻速直線運動系表達式。調試與分析0.05s1.2s。采得數據如下所示：數據顯示ROBOLAB的數據計算工具中得到平均后的光電傳感器特性曲線，如以下圖所示：平均線對上述平均值曲線進展線性擬合，得到的光強與時間的線性擬合函數：擬和線以上四條曲線在一個圖中顯示如下：強的擬合函數：由上圖可得光強與時間的關系為：y=-25.261858×t+56.524457;量取位移為4.5cm，用時1.2s，得：x=3.75×t ;光強與位移的關系為：y=-6.73649547×x+56.524457 ;移信號有著良好的線性關系，可以利用光強值進展位移掌握。但我們也可以0.1s0.8s之間。故只能用于短距離測控。留意事項：最大限度的削減環(huán)境光對試驗的不利影響。方式，強制小車直線運動。條件下，白板的反射光強曲線較陡。盡量的慢，得到較為抱負的曲線。試驗總結：但我們也看到，這種工作方式簡潔受環(huán)境的影響，產生較大的誤差。另外，它也只適合于短距離的測量，這是由于其與位移的線性關系打算的。最終，這次試驗也為下次試驗供給了理論支撐和相關數據確實定。體會的地方〔如桌子下方。試驗3 光電傳感器位移傳感應用試驗目的：把握利用光感的局部線性特征進展測距的方法。試驗要求：3CM、2CM、1CM時各停頓5秒鐘并以不同音調提示到達指定位置。3CM位置。測量小車到達各目標位置的實際位置。③重復試驗三次并記錄相關數據。軟件設計：編寫程序流程圖如下：開頭開頭1s電機正轉N光強值是否上升到指定Y電機停機5光強值是否上升到指定YN電機停機5光強值是否上升到指定YN電機停機5電機正轉光強值是否下降到指定YN電機停機5光強值是否下降到指定YN完畢寫出程序如下：試驗步驟：參考附錄搭建小車模型。ROBOLAB編寫上述程序。將小車與電腦用USBNXTROBOLABRUN按鈕，下載程序。用于記錄小車與紅板之間的距離。4cmNXT的紅色將記錄的數據記錄在自制的表格中。調試與分析利用上次試驗推導出光強與位移的方程：y=-6.73649547×x+56.524457得出：x=1cm時,y=49.8611≈50;x=2cm時,y=43.16889≈43;x=3cm時,y=36.46665≈36;利用上述數據進展程序設置，雖然小車能夠按要求在不同的距離停頓，記錄的試驗數據：預定停機位置3cm2cm1cm2cm3cm各位置掌握閾值36%43％50％43％36％次〕2.0cm1.2cm0.5cm1.5cm2.6cm實際停機位置〔其次2.0cm1.1cm0.3cm1.6cm2.5cm次〕實際停機位置〔第三1.8cm1.0cm0.4cm1.5cm2.4cm次〕實際停機位置〔平1.9cm1.1cm0.4cm1.5cm2.5cm均〕均〕誤差1.1cm0.9cm0.6cm0.5cm0.5cm運行程序，得到以下圖：觀測上圖，可以覺察小車并未在我們設定的掌握閾值處停頓。在向前運動中，停頓位置的實際光強值比預設的大。而在回程中，停頓位置的光強值比我們預設的小，故可以推想由于小車的慣性及電機自身的因素，故可以依據現場狀況，調整掌握閾值，到達較好的掌握效果。g) 依據現場狀況調整掌握閾值后的記錄表格：預定停機位置 3cm 2cm1cm2cm3cm修改前各位置掌握閾值 36％ 43％50％43％36％修改后各位置掌握閾值 33％ 37％44％42％35％實際停機位〔第一次〕2.9cm 2.2cm1.1cm2.1cm3.0cm實際停機位〔其次次〕2.8cm 2.1cm1.0cm2.0cm3.1cm實際停機位〔第三次〕3.0cm 2.1cm1.1cm2.1cm3.0cm實際停機位置〔平均〕 2.9cm 2.1cm1.1cm2.1cm3.0cm誤差 0.1cm -0.1cm-0.1cm-0.1cm0cm調整掌握閾值后采集的數據：依據上圖可以覺察，小車實際停頓位置的光強值為34，39，47。將這些數據代入上次試驗得出的方程，覺察處在這些光強之下的位移都比估量值大，說明上一個試驗得出的方程存在誤差，把一開頭的加速運動簡化為勻速直線運動處理所產生的。留意事項：器的自身光源，最大限度的削減環(huán)境光對試驗的不利影響。小車在行進之中，并不能保證軌跡完全與紅板垂直，可以實行固定后輪的方式，強制小車直線運動。由于光電傳感器的自身光源為紅色光，故承受紅板反射效果最好。在同等條件下，白板的反射光強曲線較陡。為準確的掌握。讀取直尺數值時盡量保持以垂直桌面的角度，減小誤差。試驗總結：的位移掌握。但由于受環(huán)境光，以及小車的慣性等因素的影響，利用上次試驗的方式來進展位移值的讀取。紅板光電傳感器直尺紅板光電傳感器直尺其次局部創(chuàng)性試驗-------雙輪自平衡機器人試驗目的LEGO傳感器的相關功能并嫻熟應用LEGO根本模型的搭建，③嫻熟把握ROBOTC軟件，探究機器人的自動掌握調整算法爭論。試驗要求利用LEGO積木搭建一輛兩輪機器人小車，并配置所需傳感器 一個光感傳感器；利用ROBOTCPIDkp，ki，〔當有外界擾動時，機器人小車也能快速做出反響使自己處于一個平衡狀態(tài)。試驗原理PIDKpTiTdPID算法比較簡潔，器的輸出和輸入的關系是：Tu(kT) K{ e( kT)p Ti試驗承受：

kj0k

TejT

[ e kT (e kT )]}(5.4)u(kT )

e(kT )Kp

kij0

e(jt)K

[e(kt)e(kT T)]d

(5.5)p式中Kp

K K Ti pTi

T為采樣周期；K K Tdd pT 稱為微分系數。機器人安裝有一個光電傳感器，通過這個傳感器把位置信息反響到掌握器，掌握器通過PID算法算出機器人運動的方向和速度，從而實現機器人的平衡。掌握系統(tǒng)的構造框圖如下：輸入信方向輸入信方向PID掌握器穩(wěn)定位速度機器人反響離地面的距機器人掌握框圖now，算出偏差errolpid〔u(kT)5個速度檔，所以程序初始化，設采樣目前光算出偏差，定平衡位置光now微分和積分設定速度上下限等待采樣周期的時間驅動機器人算法流程圖

Kp，T，T外，還需要確定系i 統(tǒng)的采樣周期To〔對象i PID調整器參數整定的各種方法。3種方法：待機器人穩(wěn)定后，程序等待一段固定的時間。由于機器人穩(wěn)定后，并開一段時間所產生的擾動并不固定。待機器人穩(wěn)定后，突然轉變轉變傳感器的值。同樣的道理，機器人穩(wěn)無論大小和方向都不穩(wěn)定。在試驗前先測定平衡位置的光感值，機器人運行前讓光電傳感器離開要重測定穩(wěn)定位置的光感值。第三個方法滿足了PIDK

p

p調整時間加長。當K

太大時，系統(tǒng)會趨于不穩(wěn)定。假設Kp

太小，又會使系統(tǒng)的動pK

，在系統(tǒng)穩(wěn)定的狀況下，可以減小穩(wěn)態(tài)誤差，提高控pK

只是減小穩(wěn)態(tài)誤差，卻不能完全消退穩(wěn)態(tài)誤差。p積分掌握TiTiTi偏小，振蕩TiTi積分掌握TiTi太大時，積分作用太弱，以至不能減小穩(wěn)態(tài)誤差。微分掌握可以改善動態(tài)性能，如超調量削減，調整時間ts

縮短，允許加大比Td

偏大時，超調量也較大，調整時間t也較長。只有適宜時，可以得到比較滿足的過渡過程。s

=20，Kp

=2，Kd

的。試驗步驟參照《LEGOLEGO積木搭建試驗所需的機器人小車并安裝必要的傳感器；利用PID掌握算法，設計程序流程圖；學習ROBOCTC的編程方法，初步把握一些功能函數的調用，并利用ROBOTC編寫掌握程序；下載程序到NXT使得小車能夠長時間保持平衡狀態(tài)；編寫課程設計說明書，完成試驗。試驗過程：⑴機器人搭建如以下圖(2)試驗程序//*!!Sensor,S2,Light,sensorLightActive,,!!*////*!!!!*////*!!Start automatically code. !!*////*!!Sensor, S2,sensorLightActive, , !!*////*!!Motor, motorA,tmotorNxtEncoderClosedLoop, //*!!Sensor, S2,sensorLightActive, , !!*//

configurationLight,motorA,Light,//*!!!!*////*!!Start automatically generated configurationcode. !!*////*!!Sensor, S2, Light,sensorLightActive, , !!*////*!!Motor, motorA, motorA,tmotorNxtEncoderClosedLoop, !!*////*!!Motor, motorB, motorB,tmotorNxtEncoderClosedLoop, !!*////*!!!!*////*!!Start automatically generated configurationcode. !!*//consttSensorsLight =(tSensors)S2; //sensorLightActive//*!!!!*//const tMotor motorA = (tMotor) motorA;//tmotorNxtEncoderClosedLoop//*!!!!*//const tMotor motorB = (tMotor) motorB;//tmotorNxtEncoderClosedLoop//*!!!!*////*!!CLICKtoedit”wizard”createdsensor&motorconfiguration.!!*////*!!Sensor, S3, Light,sensorLightActive, , !!*////*!!!!*////*!!Start automatically generated configurationcode. !!*//taskmain{doubleerr,errold,errdiff,errint=0;doublekp=20;doubleki=2;doublekd=12.5;doublenow;// doublescale=2;doublepid;/*nSyncedMotors=synchAB;nSyncedTurnRatio=100;*/bFloatDuringInactiveMotorPWM=false;intoffset=SensorValue[Light];//intoffset=SensorValue[Light];//nMotorPIDSpeedCtrl[motorA]=mtrSpeedReg;wait1M