【正文】 循跡機器人設(shè)計 4 3 設(shè)計方框圖 圖 31 主程序流程 結(jié)束 系統(tǒng) 初始化 開始 任務(wù)計數(shù)器歸零 任務(wù)計數(shù)器 +1 是否完成全部任務(wù) 循跡子程序 是否完成本次任務(wù) Ｙ Ｎ Ｙ Ｎ 循跡機器人設(shè)計 5 4 硬件系統(tǒng)設(shè)計 機器人按照規(guī)定的線路從 A 地運輸貨物到 B 地，然后再原路返回重復(fù)搬運過程，下圖 41 為循跡機器人的軌道線路圖。傳感器的種類繁多，有測距傳感器、視覺傳感器、接觸覺等等不同類型的傳感器，本次設(shè)計運用的傳感器主要是用來檢測路線、檢測障礙物和測距的，分別用紅外傳感器 和 超聲波傳感器。 圖 42 傳感器子流程圖 未偏 獲取傳感器信息 轉(zhuǎn)換為機身偏離狀況 直線行駛函數(shù) 較大偏離 微偏 微調(diào)函數(shù) 調(diào)整函數(shù) 循跡機器人設(shè)計 6 軌跡檢測 對于循跡機器人的軌跡檢測，在本設(shè)計中用的是紅外傳感器， 紅外光的發(fā)送接收選用型號為 ST168 的對管當(dāng)小車在白色地面行駛時裝在車下的紅外發(fā)射管發(fā)射紅外線信號經(jīng)白色反射后被接收管接收一旦接收管接收到信號 ,那么圖中光敏三極管將導(dǎo)通比較器輸出為低電平 。當(dāng) I/O口檢測到的信號為高電平時 ,表明紅外光被地上的黑 色引導(dǎo)線吸收了 ,表明小車處在黑色的引導(dǎo)線上同理當(dāng) I/O口檢測到的信號為低電平時表明小車行駛在白色地面上此種方法簡單價格便宜靈敏度可調(diào)但是容易受到周圍環(huán)境的影響 ,特別是在較強的日光燈下 ,對檢測到的信號有一定影響。 圖 43 黑線檢測流程圖 否 自動循跡程序 是否檢測到黑線 左轉(zhuǎn) 是 右轉(zhuǎn) 前進 探測黑線 判斷處理程序 循跡機器人設(shè)計 7 圖 441 紅外探頭位置 其電路原理圖為圖 442 所示。 紅外線 傳感器 能在機器人前進的過程中檢測其測量范圍內(nèi)是否存在障礙物，它是一種非接觸式的測障開關(guān)，其原理與雷達相似，發(fā)射紅外線，遇到障礙物會被反射回來，這時傳感器就認(rèn)為發(fā)現(xiàn)了障礙物。 運用紅外測障傳感器的優(yōu)點在于其成本較低，電路簡單，檢測范圍大，并且如果在電路中加上一個 電位器可以隨時調(diào)節(jié)傳感器的檢測范圍，控制起來更靈活也更好看，但是其缺點便事多個紅外傳感器之間容易互相干擾。理論上光電傳感器只要位于被測區(qū)域反射表面可受到光源照射同時又能被接收管接收到的范圍就能進行檢測，然而這是一 種理想的結(jié)果。如果直接用發(fā)射和接收管進行測量將因為干擾產(chǎn)生錯誤信號，采用對反射光強進行測量的方法可以提高系統(tǒng)的可靠性和準(zhǔn)確性。 圖 46 紅外發(fā)射接受原理 否 獲取傳感器信息 黑線上是否有障礙物 是 右轉(zhuǎn) 前進 10cm 左轉(zhuǎn)前進 5cm 后左轉(zhuǎn) 前進 10cm 并檢測黑線 繼續(xù)前進 循跡機器人設(shè)計 9 設(shè)計 考慮到 機器人 必須能夠前進、倒退、停止，并能靈活轉(zhuǎn)向，在左右兩輪各裝一個電機分別進行驅(qū)動。為了能控制車輪的轉(zhuǎn)速，可以采取 PWM 調(diào)速法，即由單片機的 IOBIOB9 輸出一系列頻率固定的方波，再通過功率放大來驅(qū)動電機，在單片機中編程改變輸出方波的占空比就可以改變加到電機上的平均電壓，從而可以改變電機的轉(zhuǎn)速。 驅(qū)動 電機的選擇 由于 系統(tǒng)為智能的循跡機器人，對于其驅(qū)動輪的驅(qū)動電機的選擇就顯得十分重要。 由于其轉(zhuǎn)過的角度可以精確的定位，可以實現(xiàn)小車前進路程和位置的精確定位。經(jīng)綜合比較考慮， 我們放棄了此方案。直流減速電機轉(zhuǎn)動力矩大，體積小，重量輕，裝配簡單，使用方便。 電機的驅(qū)動電路如圖 47 所示。其驅(qū)動電機的流程見圖 48. 圖 48 電機驅(qū)動流程 直流電機的特性 圖 45 直流電動機的機械特性 圖 46 PMW脈沖寬度調(diào)制示意圖 （ 1） 額定功率 ：是指軸上輸出的機械功率，單位為 kW。 （ 3） 額定電流 ：允許流過的最大電流，單位為 A(安 )。 橋驅(qū)動原理 圖 49 H 橋原理圖 H 橋原理簡述 ：所謂 H 橋驅(qū)動電路是為了直流電機而設(shè)計的一種常見電路，它主要實現(xiàn)直流電機的正反向驅(qū)動，其典型電路形式如 上 圖 49. 邏輯信號轉(zhuǎn)換 光耦隔離 H橋 驅(qū)動電機 循跡機器人設(shè)計 11 其工作過程如下： 當(dāng) 開關(guān) A、 D 接通，電機為正向轉(zhuǎn)動 ； 當(dāng) 開關(guān) B、 C 接通時，直流電機將反向轉(zhuǎn)動 ； 當(dāng) 將 B 、 D 開關(guān)（或 A、 C）接通，則電機慣性轉(zhuǎn)動產(chǎn)生的電勢將被短路，形成阻礙運動的反電勢， 形成 “ 剎車 ” 作用 當(dāng) 4 個開關(guān)全部斷開，則電機產(chǎn)生的電勢將無法形成電路，從而也就不會產(chǎn)生阻礙運動的反電勢，電機將慣性轉(zhuǎn)動較長時間，這叫電機的惰行。 如果同側(cè)的三極管同時導(dǎo)通，那么電流就會從正極通過兩個三極管直接回到負(fù)極，此時，容易發(fā)生燒壞三極管的現(xiàn)象，因此在實際電路中通常要用硬件電路控制三極管的通斷。 循跡機器人設(shè)計 12 5 機器 人的軟件設(shè)計 智能尋跡機器人采用現(xiàn)在較為流行的 8 位單片機作為系統(tǒng)大腦。 40 腳的 DIP 封裝使它擁有 32 個完全IO(GPIO— 通用輸入輸出 )端口，通過對這些端口加以信號輸入電路，控制電路，執(zhí)行電路共同完成尋跡機器人。紅外傳感器能把被測物體的紅外線反射能量很好地轉(zhuǎn)換成電信號，并將電信號傳輸給單片機，因此循線的探測任務(wù)我們就交給了紅外傳感器。 圖 51 蔽障軟件流程圖 如上圖 51所示為循跡機器人在行進過程中躲避障礙物的軟件流程圖，清楚的 表示出了機器人是如何蔽障的。 既然有蔽障的軟件流程，那么在進行蔽障之前，肯定要先使 機器人能沿著預(yù)定的黑線運動，完成從 A 點到 B