【文章內(nèi)容簡介】 在易燃易爆環(huán)境中得到了廣泛的使用?！?0kW[9][11]。行走機(jī)構(gòu)采用輪式驅(qū)動方式，主要功能是使機(jī)器人按照設(shè)定到達(dá)預(yù)先的位置。2個后輪由兩個24V伺服直流電動機(jī)控制，2個直流電動機(jī)安裝在機(jī)器人的后方，分別驅(qū)動驅(qū)動2個后輪，為機(jī)器人行動提供動力。車輪外加軟性橡膠材料，以增加車輪摩擦系數(shù)。至于機(jī)械手的提升則采用帶自鎖力的24V直流減速電動機(jī)，便于程序控制。2個萬向輪安裝在機(jī)器人的前方，為機(jī)器人本體提供穩(wěn)定的支撐，并跟隨驅(qū)動輪的運(yùn)動方向運(yùn)動。3．4 機(jī)器人機(jī)械手分析和輪子轉(zhuǎn)向分析 搬運(yùn)機(jī)器人的驅(qū)動方式是差動驅(qū)動。差動是指將兩個有差異的或兩個獨(dú)立的運(yùn)動合成為一個運(yùn)動。當(dāng)我們把兩個電機(jī)的運(yùn)動合成為一個運(yùn)動時，就形成了差動驅(qū)動。仔細(xì)觀察智能機(jī)器人的底盤，你會發(fā)現(xiàn)機(jī)器人有兩個直流電機(jī)。兩個直流電機(jī)分別控制兩個主動輪。在運(yùn)行時，我們可以分別設(shè)置兩個電機(jī)的轉(zhuǎn)速，組合起來就能使機(jī)器人實(shí)現(xiàn)各種運(yùn)動方式，如直行、轉(zhuǎn)彎、走弧線等，這就是差動驅(qū)動。機(jī)器人要準(zhǔn)確地走到設(shè)定的位置，才能執(zhí)行后面的抓舉和卸下物品的任務(wù)。機(jī)器人在地面上的移動方式為三車輪移動方式，即采用前輪輔助后輪驅(qū)動的移動配置方式。這種配置是前輪的萬向輪為隨動輪，僅僅起到支撐車體的作用，無任何導(dǎo)向作用。而后輪則分別為兩個獨(dú)立的驅(qū)動輪，利用它們的轉(zhuǎn)速差控制機(jī)器人的運(yùn)動方向。這種組合的特點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡單，易于控制，而且當(dāng)兩個驅(qū)動輪以相同速度、相反方向轉(zhuǎn)動時，車體只能繞兩個驅(qū)動輪連線的中點(diǎn)自轉(zhuǎn)，易于定位。： 機(jī)器人行走機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)示意圖電機(jī)調(diào)速一般采用四種模式：1）模信號調(diào)節(jié)速度；2）PWM方式；3）步進(jìn)模式；4）指令模式。即通過單片機(jī)串行口輸出采用ASCII碼形式的指令碼，給驅(qū)動器串口，以控制電機(jī)運(yùn)行。我們正是采用這種方式，例舉一個庫函數(shù)如下：DcMotor(DCMOTOR_mleft,0,100)。 DcMotor(DCMOTOR_mright,0,100)。wait(40)。 。另一個庫函數(shù)如下：DcMotor(DCMOTOR_mleft,1,0)。 DcMotor(DCMOTOR_mright,0,100)。wait(40)。 同樣的，只需把庫函數(shù)改成：DcMotor(DCMOTOR_mleft,0,100)。 DcMotor(DCMOTOR_mright,1,0)。wait(40)。 在機(jī)械手擋板這一塊，我們通過一個電機(jī)，一個減速器，加一個擋板，構(gòu)成我們的機(jī)械手，通過傳感器檢測來控制電機(jī)是擋板開啟和關(guān)閉，: 擋板結(jié)構(gòu)圖 擋板的工作原理是，當(dāng)?shù)孛婊叶葌鞲衅鳈z測到黑色線時候，通過控制電機(jī)開啟擋板，將小木塊“吞入”機(jī)器人底部的U形槽內(nèi)，然后當(dāng)小機(jī)器人吞下第二個小木塊后退的時候，控制電機(jī)關(guān)閉擋板。保證小木塊不會從U形槽內(nèi)出來。，為擋板開啟吸收小木塊。 擋板開啟吸收小木塊示意圖4 搬運(yùn)機(jī)器人傳感器系統(tǒng)及分析 整個傳感器系統(tǒng)包括微處理器模塊( SEP3203微處理器) 、傳感器測量模塊(地面灰度檢測卡傳感器、紅外線測距傳感器、數(shù)字指南針傳感器)、存儲器模塊( Flash 存儲器) 、數(shù)據(jù)通信模塊( 串口通信) 、電源模塊, 。 傳感器系統(tǒng)框圖4．1 地面灰度傳感器 關(guān)于光敏器件 光敏傳感器是半導(dǎo)體材料的內(nèi)光電效應(yīng)的應(yīng)用。內(nèi)光電效應(yīng)分兩類，其一是光電導(dǎo)效應(yīng)：在光作用下，電子吸收光子能量，使半導(dǎo)體材料電導(dǎo)率顯著改變?；谶@種效應(yīng)的光電器件有光敏電阻；其二是光生伏特效應(yīng)：在光作用下，使半導(dǎo)體材料產(chǎn)生一定方向的電動勢?；谶@種效應(yīng)的光電器件有光電池、光敏二極管和光敏三極管等。 光敏電阻是由一些半導(dǎo)體材料（如CdS、ZnS、PbS 等）制成的電阻器件，它應(yīng)用了半導(dǎo)體材料的內(nèi)光電效應(yīng)原理。當(dāng)無光照射時，光敏電阻（暗電阻）值很大，電路中暗電流很小；當(dāng)光敏電阻受到一定波長范圍的光照射時，它的電阻（亮電阻）急劇減少，電路中光電流迅速增大。 光電池是一種能直接將光照度轉(zhuǎn)換為電動勢的半導(dǎo)體器件。按半導(dǎo)體材料的不同，有多種類型，如硅光電池、硒光電池、砷化鎵光電池等，其中作為能量轉(zhuǎn)換使用最廣的是硅光電池． 光敏二極管的結(jié)構(gòu)與一般二極管相似，其敏感元件是一個具有光敏特性的PN 結(jié)。它封裝在一個金屬管殼內(nèi)，管殼頂部裝有透光玻璃，入射光透過玻璃直接照射在管芯的PN 結(jié)上。電路中PN結(jié)一般處于反向工作狀態(tài)。光敏二極管在沒有光照射時，反向電阻大，反向電流（又稱暗電流）很小，處于截止?fàn)顟B(tài)。當(dāng)光照在PN 結(jié)上，使PN 結(jié)附近產(chǎn)生光生電子空穴對時，使少數(shù)載流子（電子）的濃度增加，因此通過PN 結(jié)的光電流也增加。通過外電路的光電流強(qiáng)度隨入射光照度變化，光敏二極管將光信號轉(zhuǎn)換為電信號輸出。 光敏三極管具有兩個PN 結(jié)，相當(dāng)于一個基極開路三極管，它在把光信號轉(zhuǎn)換成電信號的同時，并將信號電流放大。當(dāng)集電極加上正電壓，基極開路時，基極集電極處于反向偏置狀態(tài)。當(dāng)光照射在基集結(jié)上，就會在該P(yáng)N 結(jié)上產(chǎn)生光電流，形成基極電流，與三極管相似，集電極電流是基極光電流的幾十倍，因而光敏三極管可獲得電流增益。由于光敏三極管基極電流是由光電流供給，因此，一般基極不需外接點(diǎn)。 地面灰度傳感器組成及其用途灰度測量模塊是專為機(jī)器人設(shè)計(jì)的灰度傳感器。不同的物體對紅外線的反射率不同，黑色最低，白色最高；它通過發(fā)射紅外線并測量紅外線被反射的強(qiáng)度來輸出反映物體顏色的電壓信號，有效距離330毫米。 地面灰度傳感器實(shí)物圖： 地面灰度傳感器的性能指標(biāo)探測距離330mm工作電壓5V輸出電壓輸出量模擬量輸出，輸出電壓和探測物體顏色有關(guān) 地面灰度檢測卡可以檢測地面反射光線的強(qiáng)度，使機(jī)器人能識別地面顏色的深淺。地面灰度檢測卡在機(jī)器人比賽中得到廣泛應(yīng)用，如滅火比賽，足球比賽，排雷賽等等。 地面灰度傳感器的使用 地面灰度檢測卡利用光敏電阻的阻值會隨著光照強(qiáng)弱的變化而變化的這一特性。地面灰度傳感器通過發(fā)光二極管照亮地面，地面的反射光線被光敏電阻接收，電阻值根據(jù)反射光線強(qiáng)弱而改變。地面灰度深，光敏電阻值小；地面灰度淺，光敏電阻值大。然后，阻值的變化轉(zhuǎn)變成電信號，通過模擬口輸入到機(jī)器人主板上的微控制器，再由微控制器中的A/D 轉(zhuǎn)換器將電信號進(jìn)行轉(zhuǎn)換后供程序使用。運(yùn)行程序后，將機(jī)器人放在不同光線反射能力或不同顏色的物體表面上，觀察數(shù)據(jù)變化，數(shù)值范圍在0～255 之間。返回值越大，表明灰度值越?。ㄎ矬w表面顏色越暗）。4．2 紅外線測距傳感器 關(guān)于紅外線 紅外線由威廉－赫歇耳 Frederick William Herschel（17381822）發(fā)現(xiàn)的。威廉－赫歇耳是十八世紀(jì)最偉大的德國恒星天文學(xué)家。1800 年，他仿照牛頓分解太陽光的方法，然后用溫度計(jì)去測量太陽光譜的各個部分，結(jié)果，他發(fā)現(xiàn)，溫度計(jì)置于光譜紅外端以外時，溫度計(jì)仍在上升，于是他發(fā)現(xiàn)了紅外線和太陽紅外輻射。威廉－赫歇耳的一個非常重要的發(fā)現(xiàn)就是1871 年發(fā)現(xiàn)太陽九大行星之一―天王星，這個發(fā)現(xiàn)曾轟動了世界，威廉－赫歇耳因?yàn)槠鋵茖W(xué)卓越貢獻(xiàn)，被當(dāng)選為皇家學(xué)會會員，榮獲科撲列勛章，并被聘為宮廷天文學(xué)家。 盡管人們很早就發(fā)現(xiàn)了紅外線，但受到紅外元器件的限制，紅外技術(shù)發(fā)展很緩慢，直到1940年德國研制出硫化鉛和幾種紅外透射材料后，紅外技術(shù)得到快速發(fā)展。 紅外線波圖 目前紅外技術(shù)已經(jīng)在各行各業(yè)起著重要的作用，如電視遙控器、紅外夜視儀等，在我國抗擊“非典”的戰(zhàn)役中扮演重要角色的紅外線測溫儀也是利用了紅外技術(shù)。 紅外測距傳感器原理 紅外傳感器基于三角測量原理。紅外發(fā)射器按照一定的角度發(fā)射紅外光束，當(dāng)遇到物體以后，光束會反射回來，（1）所示。反射回來的紅外光線被CCD檢測器檢測到以后，會獲得一個偏移值L，利用三角關(guān)系，在知道了發(fā)射角度a，偏移距L，中心矩X，以及濾鏡的焦距f以后，傳感器到物體的距離D就可以通過幾何關(guān)系計(jì)算出來了。 （1） 三角測量原理 可以看到，當(dāng)D的距離足夠近的時候，L值會相當(dāng)大，超過CCD的探測范圍，這時，雖然物體很近，但是傳感器反而看不到了。當(dāng)物體距離D很大時，L值就會很小。這時CCD檢測器能否分辨得出這個很小的L值成為關(guān)鍵，也就是說CCD的分辨率決定能不能獲得足夠精確的L值。要檢測越是遠(yuǎn)的物體，CCD的分辨率要求就越高。 傳感器的輸出是非線性的。所以，在實(shí)際使用前，最好能對所使用的傳感器進(jìn)行一下校正。對每個型號的傳感器創(chuàng)建一張曲線圖，以便在實(shí)際使用中獲得真實(shí)有效的測量數(shù)據(jù)。下圖是典型的輸出曲線圖。 輸出曲線 ，可以看到，當(dāng)被探測物體的距離小于10cm的時候，輸出電壓急劇下降，也就是說從電壓讀數(shù)來看，物體的距離應(yīng)該是越來越遠(yuǎn)了。但是實(shí)際上并不是這樣的，想象一下，你的機(jī)器人本來正在慢慢的靠近障礙物，突然發(fā)現(xiàn)障礙物消失了，一般來說，你的控制程序會讓你的機(jī)器人以全速移動，結(jié)果就是，砰的一聲。當(dāng)然了，解決這個方法也不是沒有，這里有個小技巧。只需要改變一下傳感器的安裝位置，使它到機(jī)器人的外圍的距離大于最小探測距離就可以了。: 可以避免探測誤差的安裝圖示 所有的模擬輸出，其輸出電壓和距離成反比，數(shù)字輸出只能檢測在范圍內(nèi)物體是存在還是不存在，而不能提供距離的檢測[18][19]。 紅外測距傳感器的用途及其組成 紅外測距傳感器是專為機(jī)器人設(shè)計(jì)的測距傳感器。它通過發(fā)射紅外線并測量紅外線被反射的強(qiáng)度來輸出反映和物體距離的電壓信號，有效距離 10～80厘米。：圖 紅外測距傳感器實(shí)物圖 紅外測距卡由PSD 距離傳感器、紅外測距接口卡組成。利用紅外測距原理，將物體的距離轉(zhuǎn)換成電壓信號。傳感器性能指標(biāo)如下：探測距離:1080cm工作電壓:標(biāo)準(zhǔn)電流消耗:3350 mA輸出量:模擬量輸出，輸出電壓和探測距離成比例 紅外測距卡能連續(xù)地讀出距離，將距離信號轉(zhuǎn)換為電壓，不需要多余的外圍控制電路。物體顏色對測量精度影響較小。具有操作簡單，價(jià)格便宜等優(yōu)點(diǎn)。 紅外測距傳感器的使用 運(yùn)行程序，將機(jī)器人從遠(yuǎn)到近靠近一障礙物，障礙物可以是墻面、書本、手掌等，觀察機(jī)器人LED 顯示屏上數(shù)據(jù)的變化。此時，顯示屏上數(shù)據(jù)并不是距離值，應(yīng)編制程序?qū)?shù)據(jù)進(jìn)行校正。4．3 數(shù)字指南針傳感器 關(guān)于指南針 在我國的史書