趨光機(jī)器人課程設(shè)計(jì)報(bào)告

1、 趨光機(jī)器人設(shè)計(jì) 學(xué)院：自動(dòng)化學(xué)院 系別：智能科學(xué)與技術(shù) 班級(jí)：智能1002 時(shí)間：2013.4.12013.4.131，課程設(shè)計(jì)簡(jiǎn)述本次實(shí)驗(yàn)是以MultlFlex AVR2 為核心，從而控制光源傳感器和紅外傳感器。其中光源傳感器主要檢測(cè)自然光的光強(qiáng)，紅外傳感器在一定范圍是否有物體，如果光源與紅外動(dòng)態(tài)發(fā)生變化，MultlFlexAVR2 主控器就會(huì)動(dòng)態(tài)控制小車(chē)執(zhí)行相對(duì)應(yīng)的趨光與避障的功能。2，課程設(shè)計(jì)目的與要求 1、使用創(chuàng)意之星機(jī)器人套件組裝趨光機(jī)器人。 2、機(jī)器人能夠辨別光源的方向并跟隨光源移動(dòng)。 3、機(jī)器人擁有避障功能。 3、設(shè)計(jì)相應(yīng)軟件程序，并下載至機(jī)器人完成設(shè)計(jì)要求。3，軟件設(shè)計(jì)總體圖

2、4，趨光機(jī)器人實(shí)物圖5，趨光機(jī)器人軟件設(shè)計(jì)原理圖 6，軟件程序設(shè)計(jì) （1）趨光模塊 模塊邏輯圖： 模塊原理： 本模塊采用光源傳感器，其在一定范圍內(nèi)可以檢測(cè)到自然光的光強(qiáng)，其輸出量為模擬量，范圍在01023。輪式趨光機(jī)器人采用左右兩個(gè)光源傳感器，從而實(shí)現(xiàn)趨光功能。如果檢測(cè)到輪式機(jī)器人左邊光亮?xí)r，小車(chē)向左轉(zhuǎn)；如果檢測(cè)到輪式機(jī)器人右邊光亮?xí)r，小車(chē)向右轉(zhuǎn)；當(dāng)檢測(cè)到輪式機(jī)器人左右兩邊光亮接近時(shí)，小車(chē)直前行。（2） 避障模塊模塊邏輯圖： 模塊原理： 本模塊采用紅外傳感器，其在一定范圍內(nèi)可以檢測(cè)到是否有物體存在，當(dāng)其前方有物體存在時(shí)，輸出量為0，反之為1。輪式趨光機(jī)器人采用左右兩個(gè)紅外傳感器，從而實(shí)現(xiàn)避障功

3、能。如果檢測(cè)到輪式機(jī)器人左邊有障礙物時(shí)，小車(chē)向右轉(zhuǎn)；如果檢測(cè)到輪式機(jī)器人右邊有障礙物時(shí)，小車(chē)向左轉(zhuǎn)；當(dāng)檢測(cè)到輪式機(jī)器人左右兩邊都有障礙物時(shí)，小車(chē)向后退。7，趨光機(jī)器人整體設(shè)計(jì)（1）模塊分組趨光機(jī)器人主要由四個(gè)模塊組成：趨光機(jī)器人避障模塊，趨光機(jī)器人趨光模塊，趨光機(jī)器人主控器模塊，趨光機(jī)器人車(chē)體模塊。（2）各模塊功能A） 趨光機(jī)器人避障模塊： 介紹： 本模塊采用紅外接近傳感器，其俗稱(chēng)光電開(kāi)關(guān)。它是利用被檢測(cè)物對(duì)光束的遮擋或反射,由同步回路選通電路,從而檢測(cè)物體有無(wú)的。光電開(kāi)關(guān)將輸入電流在發(fā)射器上轉(zhuǎn)換為光信號(hào)射出,接收器再根據(jù)接收到的光線的強(qiáng)弱或有無(wú)對(duì)目標(biāo)物體進(jìn)行探測(cè)。 漫反射式光電開(kāi)關(guān):它是一種

4、集發(fā)射器和接收器于一體的傳感器,當(dāng)有被檢測(cè)物體經(jīng)過(guò)時(shí),物體將光電開(kāi)關(guān)發(fā)射器發(fā)射的足夠量的光線反射到接收器,于是光電開(kāi)關(guān)就產(chǎn)生了開(kāi)關(guān)信號(hào)。當(dāng)被檢測(cè)物體的表面光亮或其反光率極高時(shí),漫反射式的光電開(kāi)關(guān)是首選的檢測(cè)模式。 “創(chuàng)意之星”機(jī)器人套件配套了2 個(gè)漫反射式光電開(kāi)關(guān),其有效距離約為20cm。 如下圖，“創(chuàng)意之星”機(jī)器人所使用的紅外光電開(kāi)關(guān)型號(hào)為E18-B0,規(guī)格數(shù)據(jù)為VCC:5V。 工作電流:小于100mA。 輸出形式:NPN 三極管OC 輸出。 封裝形式:工程塑料。 紅外接近傳感器的是開(kāi)關(guān)量傳感器,接IO0IO11 的任意一個(gè)接口都可以通過(guò)NorthSTAR進(jìn)行數(shù)值讀取和編程。由于輸出是開(kāi)關(guān)量

5、,只能判斷在測(cè)量距離內(nèi)有無(wú)障礙物,不能給出障礙的實(shí)際距離。但是該傳感器帶有一個(gè)靈敏度調(diào)節(jié)旋鈕,可以調(diào)節(jié)傳感觸發(fā)的距離?！皠?chuàng)意之星”套件在出廠前已經(jīng)將感應(yīng)觸發(fā)距離調(diào)整到約20cm。 原理： 本模塊采用紅外傳感器，其在一定范圍內(nèi)可以檢測(cè)到是否有物體存在，當(dāng)其前方有物體存在時(shí)，輸出量為0，反之為1。輪式趨光機(jī)器人采用左右兩個(gè)紅外傳感器，從而實(shí)現(xiàn)避障功能。如果檢測(cè)到輪式機(jī)器人左邊有障礙物時(shí)，小車(chē)向右轉(zhuǎn)；如果檢測(cè)到輪式機(jī)器人右邊有障礙物時(shí)，小車(chē)向左轉(zhuǎn)；當(dāng)檢測(cè)到輪式機(jī)器人左右兩邊都有障礙物時(shí)，小車(chē)向后退。 B)趨光機(jī)器人趨光模塊 介紹： 本模塊采用光強(qiáng)傳感器對(duì)可見(jiàn)光波長(zhǎng)的光照強(qiáng)度(專(zhuān)業(yè)術(shù)語(yǔ)即“照度”)很敏

6、感,其核心元件是一只光敏電阻,其輸出信號(hào)為與光強(qiáng)相關(guān)的模擬信號(hào)。 下圖 是“創(chuàng)意之星”的光強(qiáng)傳感器,輸出模擬量信號(hào),接AD0AD7 的任意一個(gè)接口都可以通過(guò)NorthSTAR 進(jìn)行數(shù)值讀取和編程。 原理：本模塊采用光源傳感器，其在一定范圍內(nèi)可以檢測(cè)到自然光的光強(qiáng)，其輸出量為模擬量，范圍在01023。輪式趨光機(jī)器人采用左右兩個(gè)光源傳感器，從而實(shí)現(xiàn)趨光功能。如果檢測(cè)到輪式機(jī)器人左邊光強(qiáng)比右邊的光強(qiáng)大150的閥值時(shí)，小車(chē)向左轉(zhuǎn)；如果檢測(cè)到輪式機(jī)器人右邊比左邊的光強(qiáng)小150的閥值時(shí)，小車(chē)向右轉(zhuǎn)；當(dāng)檢測(cè)到輪式機(jī)器人左右兩邊光強(qiáng)在150的閥值之間時(shí)，小車(chē)直前行。在車(chē)體的上前方，安裝有舵機(jī)，主要是為了實(shí)現(xiàn)光

7、強(qiáng)傳感器的左右旋轉(zhuǎn)，當(dāng)發(fā)現(xiàn)左前方光強(qiáng)比較強(qiáng)時(shí)，車(chē)頭的光強(qiáng)傳感器便繼續(xù)往左旋轉(zhuǎn)，進(jìn)行目標(biāo)搜索，同理右前方也是如此。此種做法的優(yōu)勢(shì)，便是可以增大小車(chē)趨光的搜索范圍，加大趨光搜索力度。D)趨光機(jī)器人主控器模塊 實(shí)物圖： 介紹： MultiFLEX2-AVR 控制器是一款小型機(jī)器人通用控制器。MultiFLEX2-AVR 控制器功能高度集成,具有眾多IO、AD 接口,能夠控制R/C 舵機(jī)、機(jī)器人舵機(jī),具有RS-232 接口和RS-422總線接口,能夠勝任常規(guī)機(jī)器人控制;MultiFLEX2-AVR 控制器開(kāi)發(fā)簡(jiǎn)單,使用圖形化集成開(kāi)發(fā)環(huán)境,只需編寫(xiě)程序邏輯流程就能夠自動(dòng)生成C 代碼,下載到控制器后就可實(shí)

8、現(xiàn)機(jī)器人的各種功能控制。開(kāi)放所有底層函數(shù)接口。 功能概述：對(duì)照?qǐng)D示意圖2.10,MultiFLEX2-AVR 控制器功能如下所示:ATmega12816MHz6 個(gè)機(jī)器人舵機(jī)接口,完全兼容RobotisDynamixelAX12+8 個(gè)R/C 舵機(jī)接口12 個(gè)TTL 電平的雙向I/O 口,GND/SIG/VCC 三線制8 個(gè)AD 轉(zhuǎn)換器接口(05V)2 個(gè)RS-422 總線接口(可掛接1-127 個(gè)422 設(shè)備)1 個(gè)無(wú)源蜂鳴器通過(guò)RS-232 與上位機(jī)通訊,可選無(wú)線通訊模組使用USB 接口的AVR-ISP 下載調(diào)試器E)趨光機(jī)器人車(chē)體模塊 模型圖： 介紹： 趨光機(jī)器人主題架構(gòu)采用輪式驅(qū)動(dòng)，利

9、用四個(gè)舵機(jī)工作于電機(jī)模式從而驅(qū)動(dòng)四個(gè)輪子實(shí)現(xiàn)前行，左轉(zhuǎn)，右轉(zhuǎn)，后退功能，車(chē)體前方采用采用支架結(jié)構(gòu)，中間安裝一個(gè)舵機(jī)，從而實(shí)現(xiàn)車(chē)體頭部左右轉(zhuǎn)動(dòng)尋找光源的功能；主控器安裝于車(chē)體后部，從而實(shí)現(xiàn)整個(gè)車(chē)體的控制功能。 原理： 趨光機(jī)器人下體四輪采用萬(wàn)向輪驅(qū)動(dòng)方式，有利于車(chē)體360度的方向行走，它的靈活性比平行使輪式安裝的車(chē)體靈活性更高。也更加的有優(yōu)勢(shì)。7，收獲與體會(huì)通過(guò)這次設(shè)計(jì)，我們懂得了學(xué)習(xí)的重要性，了解到理論知識(shí)與實(shí)踐相結(jié)合的重要意義，學(xué)會(huì)了堅(jiān)持、耐心和努力，同時(shí)也熟悉了紅外傳感器和感光傳感的工作方式，此外，設(shè)計(jì)時(shí)要有一個(gè)清晰的思路和一個(gè)完整的的軟件流程圖；在設(shè)計(jì)時(shí)，不能妄想一次就將整個(gè)程序設(shè)計(jì)好，

10、反復(fù)修改、不斷改進(jìn)是程序設(shè)計(jì)的必經(jīng)之路；在設(shè)計(jì)課程過(guò)程中遇到問(wèn)題是很正常的，我們應(yīng)該將每次遇到的問(wèn)題記錄下來(lái)，并分析清楚，然后想出解決的辦法，以免下次再碰到同樣的問(wèn)題。開(kāi)始設(shè)計(jì)的時(shí)候，采用四輪萬(wàn)向輪驅(qū)動(dòng)方式，但是由于實(shí)際的限制，車(chē)體只能夠安裝普通的輪子，這樣導(dǎo)致，萬(wàn)向輪驅(qū)動(dòng)的方式的優(yōu)勢(shì)沒(méi)有發(fā)揮出來(lái)，采用普通輪式的輪子，在車(chē)體行進(jìn)的過(guò)程之中，會(huì)導(dǎo)致電機(jī)輸出能量的浪費(fèi)，當(dāng)然其效果比如萬(wàn)向輪驅(qū)動(dòng)的方式佳。同時(shí)在設(shè)計(jì)趨光頭部的時(shí)候，在底下加了舵機(jī)，這樣更加有利于光強(qiáng)傳感器的左右旋轉(zhuǎn)，使得車(chē)體在搜索目標(biāo)范圍的時(shí)候其范圍與靈活性大大加強(qiáng)，實(shí)驗(yàn)證明這樣做的優(yōu)勢(shì)是很大的。也得到了比較好的效果。8，附錄與元器件

11、清單： 9. 軟件程序源碼#include Apps/SystemTask.huint8 SERVO_MAPPING5 = 1,2,3,4,5;int main() int lig = 0; /左輪速度 int right = 0; /右側(cè)光強(qiáng)傳感器 int thing1 = 0; /右側(cè)紅外傳感器 int left = 0; /左側(cè)光強(qiáng)傳感器 int thing = 0; /左側(cè)紅外傳感器 int ligNum = 0; /右輪速度 int midNumber = 0; /左右光強(qiáng)的差值 MFInit(); /初始化 MFInitServoMapping(&SERVO_MAPPING0,5)

12、; MFSetPortDirect(0x00000FFC); MFSetServoMode(1,0); MFSetServoMode(2,1); MFSetServoMode(3,1); MFSetServoMode(4,1); MFSetServoMode(5,1); thing1 = 1; thing = 1; lig = lig + 423; ligNum = ligNum + 423; while (1) left = MFGetAD(2); DelayMS(2); right = MFGetAD(3); thing = MFGetDigiInput(0); thing1 = MFGe

13、tDigiInput(1); midNumber = left - right; if (thing=0) /左側(cè)檢測(cè)到障礙物，右轉(zhuǎn) MFSetServoPos(1,423,512); MFSetServoRotaSpd(2,512); MFSetServoRotaSpd(3,512); MFSetServoRotaSpd(4,512); MFSetServoRotaSpd(5,512); MFServoAction(); DelayMS(500); if (thing1=0) /右側(cè)檢測(cè)到障礙物，左轉(zhuǎn) MFSetServoPos(1,423,512); MFSetServoRotaSpd(2

14、,-512); MFSetServoRotaSpd(3,-512); MFSetServoRotaSpd(4,-512); MFSetServoRotaSpd(5,-512); MFServoAction(); DelayMS(500); if (thing=0)&(thing1=0) /左右側(cè)均檢測(cè)到障礙物，后退 MFSetServoPos(1,423,512); MFSetServoRotaSpd(2,512); MFSetServoRotaSpd(3,-512); MFSetServoRotaSpd(4,512); MFSetServoRotaSpd(5,-512); MFServoAc

15、tion(); DelayMS(500); if (midNumber=150) /左側(cè)光強(qiáng)大于右側(cè)150，左轉(zhuǎn) lig = lig + 40; if (lig=550) lig = 423; MFSetServoPos(1,lig,512); MFSetServoRotaSpd(2,-512); MFSetServoRotaSpd(3,-512); MFSetServoRotaSpd(4,-512); MFSetServoRotaSpd(5,-512); MFServoAction(); DelayMS(100); if (midNumber=-150) /右側(cè)光強(qiáng)大于左側(cè)150，右轉(zhuǎn) ligNum = ligNum - 40; if (ligNum=272) ligNum = 423; MFSetServoPos(1,ligNum,512); MFSetServoRotaSpd(2,512); MFSetServoRotaSpd(3,512); MFSetServoRotaSp