【正文】 原 地 旋 轉(zhuǎn)是否 圖 35 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(tái)后進(jìn)行第一次旋轉(zhuǎn)，此時(shí)將進(jìn)行前側(cè)兩輪向右轉(zhuǎn)，后側(cè)兩輪向左轉(zhuǎn)。另外機(jī)器人右側(cè)與底部都放置一個(gè)紅外傳感器 ，當(dāng)機(jī)器人在進(jìn)行后退作業(yè)，此時(shí)，這兩個(gè)傳感器就負(fù)責(zé)檢測(cè)到物體來(lái)達(dá)到定位的效果。 當(dāng) 5 號(hào) 傳感器檢測(cè)到目標(biāo)，此時(shí)已經(jīng)偏離目標(biāo)，原地右旋轉(zhuǎn) 45 度，使其正對(duì)目標(biāo)。當(dāng) 4號(hào)傳感器檢測(cè)到目標(biāo)，此時(shí)已經(jīng)微偏離目標(biāo)，原地 右 旋轉(zhuǎn) 15度，使其正對(duì)目標(biāo)。當(dāng) 3號(hào)傳感器檢測(cè)到目標(biāo)，此時(shí)已經(jīng)微偏離目標(biāo)，原地左旋轉(zhuǎn) 15度，使其正對(duì)目標(biāo)。當(dāng) 2 號(hào)傳感器檢測(cè)到目標(biāo)，此時(shí)已經(jīng)偏離目標(biāo)，原地左旋轉(zhuǎn) 45度，使其正對(duì)目標(biāo)。此時(shí)將進(jìn)行紅外識(shí)別物體策略。一般通過(guò)開(kāi)啟各種傳感器進(jìn)行定位，并將計(jì)算結(jié)果反饋給控制系統(tǒng)。此時(shí)將進(jìn)行紅外識(shí)別物體策略。一般通過(guò)開(kāi)啟各種傳感器進(jìn)行定位，并將計(jì)算結(jié)果反饋給控制系統(tǒng)。 最后，機(jī)器人返回到平臺(tái)中央上，武術(shù)表演，感謝下臺(tái)，演出結(jié)束。 為了確保成功撿起球和機(jī)器人手臂由下移動(dòng)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(guò)左邊的紅外接近傳感器和攝像頭檢測(cè)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(tái)。通過(guò)灰度傳感器探測(cè)的平臺(tái)優(yōu)勢(shì)，向前一定距離，機(jī)器人切換到狀態(tài)，然后打開(kāi)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。 軟件總體 策略 設(shè)計(jì) 開(kāi) 始軟 開(kāi) 關(guān)爬 坡找 綠 色 柱 子自 我 介 紹后 退 + 左 轉(zhuǎn)尋 找 繡 球舉 繡 球 + 推 到 柱 子前 進(jìn) + 右 轉(zhuǎn)尋 找 銅 鑼敲 鑼后 退 + 右 轉(zhuǎn) + 前 進(jìn) +左 轉(zhuǎn)謝 幕 表 演結(jié) 束總 體 策 略 設(shè) 計(jì) 圖 31 軟件總體策略 本次項(xiàng)目的程序主要通過(guò) Norstar 圖形化編程環(huán)境來(lái)編寫(xiě)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(tái)，自主發(fā)現(xiàn)在起步區(qū)右側(cè)的綠色圓柱體的前面。軟件只能根據(jù)硬件和游戲的實(shí)際要求寫(xiě)入。 表 5 為模塊系統(tǒng)結(jié)構(gòu) 系統(tǒng)名稱 型號(hào) 功能描述 數(shù)量 控制決策系統(tǒng) MultiFLEXTM2PXA270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(dòng)方向 2 紅外測(cè)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(cè)距傳感器 安裝在底盤(pán)上 近距離檢測(cè)柱子，是機(jī)器人正對(duì)柱子 1 運(yùn)動(dòng)系統(tǒng) Faulhaber大功率減速電機(jī) 機(jī)器人底盤(pán)驅(qū)動(dòng)，驅(qū)動(dòng)機(jī)器人運(yùn)動(dòng) 4 CDS5516數(shù)字舵機(jī)（舵機(jī)模式） 機(jī)器人機(jī)械臂，驅(qū)動(dòng) 機(jī)器人手臂運(yùn)動(dòng) 6 23 基于 PXA270 的機(jī)器人控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn) CDS5516數(shù)字舵機(jī)（舵機(jī)模式） 機(jī)器人腰部，驅(qū)動(dòng)機(jī)器人軀干運(yùn)動(dòng) 4 機(jī)械結(jié)構(gòu) 創(chuàng)意之星及手工制作的部件 搭建競(jìng)賽機(jī)器人主體結(jié)構(gòu) / 工作電源 一組 機(jī)器人系統(tǒng)電源 1 江蘇信息職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)報(bào)告 24 第三章 控制系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì) 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。 本章小結(jié) 這章節(jié)武術(shù)擂臺(tái)賽機(jī)器人方案的分析和設(shè)計(jì)，包括機(jī)械，傳動(dòng)，控制和信息獲取的四個(gè)部分。利用控制器上的 USB 接口，通過(guò)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。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(shí)用的圖像處理中，以二值圖像處理實(shí)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(duì)圖像做進(jìn)一步 處理時(shí)，圖像的集合性質(zhì)只與像素值為 0 或 255 的點(diǎn)的位置有關(guān)，不再涉及像素的多級(jí)值，使處理變得簡(jiǎn)單，而且數(shù)據(jù)的處理和壓縮量小 . 視覺(jué)模塊位于外掛設(shè)備，主要應(yīng)用于控制器實(shí)現(xiàn)有顏色的物體的識(shí)別。 攝像頭接口電路設(shè)計(jì) 景 物圖 像 傳 感 器數(shù) 字 信 號(hào) 處 理 芯 片電 腦圖 像顯 示 器U S B接 口A /D鏡 頭 圖 223 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(diǎn)的灰度置為 0或 255，也就是將整個(gè)圖像呈現(xiàn)出明顯的黑白效果。 圖 221 下載和調(diào)試接口 網(wǎng)絡(luò)通信接口模塊 21 基于 PXA270 的機(jī)器人控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn) 圖 222 適配器屬性 適配器位于本地連接處，將 IP 地址修改為 。 控制板上有 M128_ISP 和 M8_ISP，分別是 ATmega128 和 ATmega8 的程序下載接口。如圖 示為調(diào)試器的配線： 江蘇信息職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)報(bào)告 20 圖 219 調(diào)試器配線 圖 220 UPDebugger 下載調(diào)試器 配線一端是 10針 IDC 頭，另一端是 3針和 5 針杜邦頭，杜邦頭有“△”的為GND。 通信模塊 網(wǎng)絡(luò)下載接口模塊 UP調(diào)試多功能調(diào)試器集成 USB 到 RS232，半雙工異步串行總線， AVRISP 下載三個(gè)功能，在“創(chuàng)意之 星”套件里，我們可以用它來(lái)進(jìn)行程序下載、串口通訊和 CDS5516調(diào)試。正常工作下單個(gè) CDS5516 的電流可能達(dá)到500mA~1A，堵轉(zhuǎn)電流可達(dá)到 ，單組 6個(gè) CDS5516 的工作電流可能達(dá)到 38A。 3)通過(guò)定時(shí)器輸出 PWM 波，控制舵機(jī)運(yùn)動(dòng)； 19 基于 PXA270 的機(jī)器人控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn) 圖 217 舵機(jī)調(diào)式 圖 218 舵機(jī)連接 CDS5516 有專用的調(diào)試環(huán)境 RobotServo Terminal，在這個(gè)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。 驅(qū)動(dòng)模塊設(shè)計(jì) 舵機(jī)控制有以下幾種方法： 1）通過(guò)使用所述軟件的 PWM 信號(hào)波形，將 GPIO 端口的輸出由軟件進(jìn)行控制 。 從傳感器網(wǎng)絡(luò)的數(shù)據(jù)以收集來(lái)自外部數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成模擬和開(kāi)關(guān)量信息的兩個(gè)不同的信息需要不同的接口和處理方法。在數(shù)字信號(hào)，最簡(jiǎn)單的信號(hào)是僅 0 和 1 的高低的水平。 2． 7． 2 采集信息處理 模擬信號(hào)：時(shí)間和價(jià)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(hào)的物理量作為模擬信號(hào)，其中將工作在電子電路的模擬信號(hào)作為模擬信號(hào)，并且 把傳感器輸出信號(hào)稱為模擬傳感器的模擬信號(hào)。 江蘇信息職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)報(bào)告 18 圖 216 灰度傳感器 視覺(jué)傳感器，可被用作機(jī)器人的眼睛。在武術(shù)賽場(chǎng)上比賽的機(jī)器人或機(jī)器人足球比賽中，使用多個(gè)灰度傳感器陣列可以判斷出顏色漸變的場(chǎng)地。灰度級(jí)傳感器的前端有一個(gè)光敏電阻， 優(yōu)點(diǎn)是 它可以被用于檢測(cè)的反射光，這可以從所檢測(cè)的對(duì)象的灰度值來(lái)推斷的強(qiáng)度。 圖 215 紅外測(cè)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(cè)對(duì)象，并且檢測(cè)對(duì)象的反射的 LED。 5V 標(biāo)準(zhǔn)電流消耗： 3350mA 輸出： 非 比例相關(guān)的模擬輸出，輸出電壓和檢測(cè)范圍 MultiFLEX?2AVR 控制器和 MultiFLEX?2PXA270 控制器的 AD 精度為 10 位，測(cè)量電壓范圍 0~5V，對(duì)應(yīng)輸出值 0~1023。紅外線范圍傳感器，用于將模擬傳感器，那么任何接口的 AD0? AD7 可以由 NorthSTAR 進(jìn)行編程。 但能保持一定范圍內(nèi)。 優(yōu)點(diǎn)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。 優(yōu)點(diǎn)是 傳感器的體積小，重量輕（小于 10 克的重量）及接口簡(jiǎn)單，而且它是用于微型機(jī)器 人的理想選擇。創(chuàng)意之星套件 觸發(fā)距離 已被設(shè)置為 50cm 左右。因?yàn)檩敵鍪情_(kāi)關(guān)量，只能判斷距離中的障礙物，不能給 出 障礙物的實(shí)際距離。封裝類型：工程塑料。工作電流： 小于 100mA?，F(xiàn)有的光電傳感器在近紅外光的波長(zhǎng)為 780nm， 3um，并且具有產(chǎn)品相對(duì)穩(wěn)定的整合，以及數(shù)字電路也很簡(jiǎn)單。 常見(jiàn)的材料的反射率示于下表中 江蘇信息職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)報(bào)告 16 表 4 常用材料的反射率 材料 反射率 材料 反射率 白畫(huà)紙 90% 不透明黑色塑料 14% 報(bào)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(kāi)關(guān)又稱 紅外線光電開(kāi)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(guò) 檢測(cè)到同時(shí)同步電路 ， 選擇 對(duì)應(yīng) 檢測(cè)對(duì)象 。通過(guò)漫反射型光電開(kāi)關(guān)所發(fā)出的光被反射回接收器，以使對(duì)象的表 面反射率可以通過(guò)接收器的表面反射率來(lái)確定。 由于比賽環(huán)境的復(fù)雜以及比賽場(chǎng)地的 光亮等一些不可避免的問(wèn)題，我們采用漫反射式光電開(kāi)關(guān) 。 光纖式光電開(kāi)關(guān) 它使用塑料或玻璃光纖傳感器來(lái)引導(dǎo)光，可以對(duì)距離遠(yuǎn)的被檢測(cè)對(duì)象進(jìn)行檢測(cè)。 插槽型光電開(kāi)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(gè)光軸， 當(dāng)對(duì)象是由 U形槽檢測(cè)并阻止光軸的形成，光電開(kāi)關(guān)形成開(kāi)關(guān)信號(hào)。 檢測(cè)方法都反應(yīng)比較快、高解析、精度度高、靈敏度高易散熱、無(wú)鉛，使用壽命比較長(zhǎng)，符合 RoHS標(biāo)準(zhǔn)，是新一代的綠色環(huán)保能源，而且可測(cè)參數(shù)多，它的結(jié)構(gòu)也比較簡(jiǎn)單，形式靈活多樣 對(duì)射式光電開(kāi)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(duì)于的接收機(jī)。當(dāng)檢測(cè)物體的表面光亮或它的反射率極高的上，漫反射型光電開(kāi)關(guān)是首選的檢測(cè)模式。工作原理如下 圖 所示 圖 213 紅外接近傳感器工作原理 15 基于 PXA270 的機(jī)器人控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn) 表 3 光電開(kāi)關(guān)分類 表 漫反射式光電開(kāi)關(guān) 是一組有發(fā)射器和接收器中的一個(gè)傳感器，當(dāng)檢測(cè)到對(duì)象，該對(duì)象將被發(fā)送到光電開(kāi)關(guān)到足夠的光量反射到接收器。 采集模塊設(shè)計(jì) 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(cè)光束的遮擋或反射，由同步電路選擇，從而檢測(cè)對(duì)象。 即 全雙工串 行通信和半雙工串行通信。相反，當(dāng) PA1 是高和 PA0 低， TXD0 失去了控制，而 RXD0 已經(jīng)實(shí)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) 。 芯片的兩個(gè) IO端口， 用來(lái) 確定數(shù)據(jù)發(fā)送或接收數(shù)據(jù)。結(jié) O型密封圈，防塵防水濺。高精密金屬齒輪組，雙滾珠軸承 。兩個(gè)端子輸出軸，適合安裝在機(jī)器人的關(guān)節(jié) 。 位分辨率 。? 14V 的電源電壓范圍寬 。位置伺服控制模式下轉(zhuǎn)動(dòng)范圍 0? 300。 驅(qū)動(dòng)模塊設(shè)計(jì) 圖 210 舵機(jī)實(shí)物圖 13 基于 PXA270 的機(jī)器人控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn) 圖 211 驅(qū)動(dòng)電路 大扭矩： 16Kgf?cm 的輸出轉(zhuǎn)矩的連續(xù)旋轉(zhuǎn)，大于為 20kgf?cm 位置以保持扭矩 。 （ 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(dòng)電路。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。 R/C 舵機(jī)接口 8 個(gè) GND/VCC/SIG 三線制（ SIG 為信號(hào)輸出），工作電壓 5V USB 接口 4 個(gè) 在接口板上有兩個(gè)對(duì)外 USB 接口，一個(gè) USB 接口固化為無(wú)線網(wǎng)卡專用端口，一個(gè) USB 接口固化為調(diào)試接口。 模擬量輸入 8 個(gè) GND/VCC/SIG 三線制， 10 位精度 機(jī)器人舵機(jī)接口 6 個(gè) 1M 速率的半雙工異步串行總線