視覺制導(dǎo)課程論文

1、機(jī)電一體化與機(jī)器人技術(shù) 機(jī)電動力試驗(yàn)平臺機(jī)電一體化與機(jī)器人技術(shù)論 文姓名： 學(xué)號： 同組成員： 完成日期： 目錄一. 硬件平臺綜述31.1 機(jī)電一體化方面1.2小車整體組成二. 方案論證62.1 比賽要求2.2方案的制定與論證三. 方案實(shí)現(xiàn)6四. 完成情況7五. 總結(jié)75.1不足的或者可以改進(jìn)的地方 5.2 個(gè)人的心得與體會六. 附錄7小車代碼7七參考書目9一. 硬件平臺綜述1.1 機(jī)電一體化方面機(jī)電一體化技術(shù)是將機(jī)械技術(shù)、電工電子技術(shù)、微電子技術(shù)、信息技術(shù)、傳感器技術(shù)、接口技術(shù)、信號變換技術(shù)等多種技術(shù)進(jìn)行有機(jī)地結(jié)合，并綜合應(yīng)用到實(shí)際中去的綜合技術(shù)。它著重以電子硬件、電腦程式或軟件，對機(jī)械進(jìn)行

2、控制，有別于以往機(jī)械工程專科較少觸及電子方面?，F(xiàn)代化的自動生產(chǎn)設(shè)備幾乎可以說都是機(jī)電一體化的設(shè)備。當(dāng)中較為人熟悉的機(jī)電一體化成品為機(jī)器人，其技術(shù)亦會應(yīng)用到工業(yè)生產(chǎn)中所使用的機(jī)械臂及生產(chǎn)線自動化上。不單在工業(yè)生產(chǎn)上，在一般我們常接觸的，如小至體內(nèi)微血管手術(shù)機(jī)械臂，大至航天飛機(jī)、空間站都有應(yīng)該其技術(shù)?，F(xiàn)時(shí)不少固有的產(chǎn)品亦開始加入自動化控制的元件，如汽車及鐵路。機(jī)電一體化系統(tǒng)一般由五大要素組成，分別是結(jié)構(gòu)組成要素、動力組成要素、運(yùn)動組成要素、感知組成要素、職能組成要素五大組成要素有機(jī)結(jié)合而成。機(jī)械本體（結(jié)構(gòu)組成要素）是系統(tǒng)的所有功能要素的機(jī)械支持結(jié)構(gòu)，一般包括有機(jī)身、框架、支撐、聯(lián)接等。動力驅(qū)動部分

3、（動力組成要素）依據(jù)系統(tǒng)控制要求，為系統(tǒng)提供能量和動力以使系統(tǒng)正常運(yùn)行。測試傳感部分（感知組成要素）對系統(tǒng)的運(yùn)行所需要的本身和外部環(huán)境的各種參數(shù)和狀態(tài)進(jìn)行檢測，并變成可識別的信號，傳輸給信息處理單元，經(jīng)過分析、處理后產(chǎn)生相應(yīng)的控制信息?？刂萍靶畔⑻幚聿糠郑毮芙M成要素）將來之測試傳感部分的信息及外部直接輸入的指令進(jìn)行集中、存儲、分析、加工處理后，按照信息處理結(jié)果和規(guī)定的程序與節(jié)奏發(fā)出相應(yīng)的指令，控制整個(gè)系統(tǒng)有目的的運(yùn)行。執(zhí)行機(jī)構(gòu)（運(yùn)動組成要素）<BR>根據(jù)控制及信息處理部分發(fā)出的指令，完成規(guī)定的動作和功能。構(gòu)成機(jī)電一體化系統(tǒng)的五大組成要素其內(nèi)部及相互之間都必須遵循結(jié)構(gòu)耦合、運(yùn)動傳遞

4、、信息控制與能量轉(zhuǎn)換四大原則。接口耦合：兩個(gè)需要進(jìn)行信息交換和傳遞的環(huán)節(jié)之間，由于信息模式不同（數(shù)字量與模擬量，串行碼與并行碼，連續(xù)脈沖與序列脈沖等）無法直接傳遞和交換，必須通過接口耦合來實(shí)現(xiàn)。而兩個(gè)信號強(qiáng)弱相差懸殊的環(huán)節(jié)之間，也必須通過接口耦合后，才能匹配。變換放大后的信號要在兩個(gè)環(huán)節(jié)之間可靠、快速、準(zhǔn)確的交換、傳遞，必須遵循一致的時(shí)序、信號格式和邏輯規(guī)范才行，因此接口耦合時(shí)就必須具有保證信息的邏輯控制功能，使信息按規(guī)定的模式進(jìn)行交換與傳遞。能量轉(zhuǎn)換：兩個(gè)需要進(jìn)行傳輸和交換的環(huán)節(jié)之間，由于模式不同而無法直接進(jìn)行能量的轉(zhuǎn)換和交流，必須進(jìn)行能量的轉(zhuǎn)換，能量的轉(zhuǎn)換包括執(zhí)行器，驅(qū)動器和他們的不同類型

5、能量的最優(yōu)轉(zhuǎn)換方法及原理。信息控制：在系統(tǒng)中，所謂智能組成要素的系統(tǒng)控制單元，在軟、硬件的保證下，完成信息的采集、傳輸、儲存、分析、運(yùn)算、判斷、決策，以達(dá)到信息控制的目的。對于智能化程度高的信息控制系統(tǒng)還包含了知識獲得、推理機(jī)制以及自學(xué)習(xí)功能等知識驅(qū)動功能。運(yùn)動傳遞：運(yùn)動傳遞使構(gòu)成機(jī)電一體化系統(tǒng)各組成要素之間，不同類型運(yùn)動的變換與傳輸以及以運(yùn)動控制為目的的優(yōu)化。而所謂機(jī)電一體化產(chǎn)品，是以單片機(jī)為核心的控制系統(tǒng)，部分是電；還有伺服電機(jī)這樣執(zhí)行機(jī)構(gòu)，二者統(tǒng)一于一定的機(jī)械結(jié)構(gòu)下，并能完成特定的任務(wù)，構(gòu)成機(jī)電一體化產(chǎn)品。1.2 小車整體組成視覺制導(dǎo)小車的基本組成部分是：1. 單片機(jī)及時(shí)鐘復(fù)位電路 P8

6、9V51RB22. 電源電路 LM2940CT（電源指示燈）3. 串口通信及ISP接口4. 藍(lán)牙接口5. 外電源接口，開關(guān)6. 排針（電機(jī)接口），面包板圖一：硬件標(biāo)識圖圖二：視覺制導(dǎo)小車整體圖1.2.1 單片機(jī)電路板單片機(jī)P89V51RB2FN具有IAP（在應(yīng)用中編程）功能，用戶通過在應(yīng)用程序中調(diào)用IAP子程序，可實(shí)現(xiàn)有選擇的對FLASH塊進(jìn)行擦除和編程。我們可在Keil uVision4下用C語言和匯編語言混編的辦法實(shí)現(xiàn)IAP調(diào)用的方法。最后通過flash magic 就可將程序燒入單片機(jī)中，實(shí)現(xiàn)相應(yīng)的控制功能。1.2.2 電機(jī)（1）電機(jī)技術(shù)規(guī)格：1. 重量: 45g2. 扭力: 3.4Kg

7、-cm3. 最大電壓：6V4. 平均速度：60 rpm5. 運(yùn)動角度：360度6. 尺寸: 40.5x 20 x 38mm7. 特性：側(cè)邊有一個(gè)可微調(diào)中立點(diǎn)(stop point)的可變電阻，可控制不輸出扭矩（2）電機(jī)的控制：1. 下圖顯示信號是發(fā)送到與P1_1連接的伺服電機(jī)的校準(zhǔn)信號，稱為零點(diǎn)標(biāo)定信號。伺服電機(jī)調(diào)節(jié)好之后，這個(gè)信號就可以指示電機(jī)保持靜止。這個(gè)信號是由時(shí)間間隔為20 ms 的脈寬為1.5 ms的一系列脈沖組成。實(shí)現(xiàn)的程序?yàn)椋簑hile(1) P1_1=1; delay_nus(1500);P1_1=1;圖三：電機(jī)轉(zhuǎn)速為0的控制信號時(shí)序圖delay_nms(20);2. 當(dāng)更改脈

8、沖的寬度是可以實(shí)現(xiàn)電機(jī)的順時(shí)針和逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)：比如：使電機(jī)全速順時(shí)針旋轉(zhuǎn)的程序：while(1) P1_1=1; delay_nus(1300);P1_1=1;delay_nms(20);圖四：電機(jī)全速順時(shí)針轉(zhuǎn)動的控制信號時(shí)序圖使電機(jī)全速逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)的程序：while(1) P1_1=1; delay_nus(1700);P1_1=1;delay_nms(20);當(dāng)脈沖寬度在13001500之間時(shí)，電機(jī)可以順時(shí)針旋轉(zhuǎn)，當(dāng)脈沖寬度在15001700之間時(shí)，可以實(shí)現(xiàn)電機(jī)逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)。實(shí)際情況可能稍有偏差，在上述值左右浮動。圖五：電機(jī)全速逆時(shí)針轉(zhuǎn)動的控制信號時(shí)序圖二. 方案論證2.1比賽要求參賽小組統(tǒng)一采

9、用競賽組委會規(guī)定的電源、電機(jī)、單片機(jī)電路板。各組根據(jù)比賽需要，對小車的機(jī)械部分作改進(jìn)，并自行搭建外圍傳感器電路或其他設(shè)計(jì)電路，編寫程序，參加比賽。不得對小車的車體、電機(jī)以及電路板作破壞性的改動，不允許外加升壓電源。必須使用單片機(jī)控制載波信號的紅外傳感器，不允許使用紅外一體機(jī)。輪子大小不限。通過紅外、光敏、CCD、巨磁電阻、光電編碼器、顏色傳感器等采集軌跡位置數(shù)據(jù)，控制機(jī)器人小車循著不同賽道上的黑色軌跡運(yùn)動，在一定的誤差范圍內(nèi)，以運(yùn)動時(shí)間決出比賽名次。2.2方案的制定與論證我們使用的是帶有橋的水平賽道，根據(jù)賽道的情況，我們決定：（1）、在小車的機(jī)械部分，直接使用購買的兩邊的車輪以及萬向輪，考慮到

10、電機(jī)為舵機(jī)，適用于舵機(jī)的車輪沒有現(xiàn)成的大直徑的車輪，所以買的車輪在尺寸上受到限制，不過比起自制車輪其優(yōu)點(diǎn)是穩(wěn)定性高，不會因?yàn)閾u晃影響到紅外探測。萬向輪的轉(zhuǎn)動角度為360度，比起之前只能前后的滾動的小球，明顯減少了小車在前行及轉(zhuǎn)動過程中的摩擦。（2）、在小車的軟件編程部分，主要考慮的是90度轉(zhuǎn)彎時(shí)，小車可能遇到的各種情況，并給出相應(yīng)的編程上的改動。三. 方案實(shí)現(xiàn) 起初，考慮到車速的問題。不能外加電壓，故而電壓是一定的，也就是說電機(jī)給的最大轉(zhuǎn)速是一定的，如果要加大車速，只能選擇加大車輪的直徑。初定車輪直徑為120mm，基本材料選用光盤，內(nèi)部的填充材料選擇質(zhì)量較輕的軟泡沫板，外圈用橡膠皮以加大摩擦。

11、然而在制作的過程中發(fā)現(xiàn)單單用軟泡沫板作為填充材料，雖然可以減輕車輪質(zhì)量方便舵機(jī)帶動車輪運(yùn)動，但是穩(wěn)定性太差，極其容易損壞，而且兩片光盤間的距離也不能完全固定，因?yàn)檐浥菽宓目伤苄蕴珡?qiáng)，所以改用將軟泡沫板的圓心處和中心對稱的四個(gè)點(diǎn)鏤空然后填充上硬泡沫板，并把中心處的硬泡沫板按照聯(lián)軸器的形狀鏤空，將兩個(gè)金屬的聯(lián)通器件和與能和舵機(jī)軸承處螺紋相契合的銜接材料用502膠固定在硬泡沫板上，泡沫板和光盤間用雙面膠固定。然而最后的結(jié)果卻不理想，晃動的程度太大，穩(wěn)定性太差。幾次修改后還是選擇網(wǎng)上購買適合舵機(jī)的輪子。軟件編程方面，大體和老師給的程序差不多，車子在軌道上試運(yùn)行的時(shí)候，發(fā)現(xiàn)在直角轉(zhuǎn)彎處很容易出現(xiàn)轉(zhuǎn)出跑

12、道的情況，后來將程序改成每次轉(zhuǎn)彎（左轉(zhuǎn)或右轉(zhuǎn)）后都直走一小段時(shí)間，免得出現(xiàn)陷入死循環(huán)，走不出彎道的情況，后來根據(jù)軌道又對頻率和循環(huán)次數(shù)做出相應(yīng)的調(diào)整，具體程序見附件。四. 完成情況 我們組一開始是將編程、電路搭接和機(jī)械部分（如車輪子的改造）這三部分分開，分工合作，后來因?yàn)榫幊痰恼{(diào)試和電路的改動以及機(jī)械部分的改動都是相關(guān)，故而最后沒有明確分工，而是一起完成。小車最后能實(shí)現(xiàn)在軌道上走完一圈，計(jì)時(shí)用了1min27s，很長，后來將程序的循環(huán)次數(shù)改動了，走完一圈所花費(fèi)的時(shí)間大幅度的減少，然而在直角的彎道處卻不能保證次次都能順利通過。五. 總結(jié)5.1不足的或者可以改進(jìn)的地方如果有足夠的時(shí)間，我覺得可以對車

13、子做如下改進(jìn)：1、小車的車輪還是太小了，速度上很受限制，應(yīng)該要自制車輪，可以購買聯(lián)軸器以保障穩(wěn)定性；2、在90度彎道時(shí)出現(xiàn)的情況種類很多，覺得應(yīng)該再增加一個(gè)傳感器，三個(gè)傳感器探測地面，就可以分析和確保次次都能順利通過彎道；3、小車在上坡時(shí)明顯感到力度不夠，然而外加電壓受限制，不讓使用變壓模塊，這點(diǎn)暫時(shí)沒想到合適的解決方法。5.2 個(gè)人的心得與體會自我感覺這段時(shí)間在技術(shù)上的學(xué)習(xí)雖然有限，不過在新知識的接受度上有了一個(gè)大的提高。具體到小車的制作過程上來的話，遺憾的是發(fā)現(xiàn)的問題不能很好的解決，高興的是制作的過程中想法上有很大的跳躍。很希望在這種科技類的合作性學(xué)習(xí)中和大家一起獲得提高。六. 附錄6.1

14、、小車代碼#include<BoeBot.h>#include<uart.h>#include <intrins.h>#define irDetectLeft P1_5 /左邊紅外接收連接到P15#define irDetectRight P3_2 /右邊紅外接收連接到P36int main(void) int i,counter; int pulseCount; int pulseLeft; int pulseRight; uart_Init(); printf("Program Running!n"); for(counter=1;c

15、ounter<=1000;counter+)/開始/復(fù)位信號 P1_3=1; delay_nus(1000); P1_3=0; delay_nus(1000); while(1) if(irDetectLeft=0)&&(irDetectRight=0) /向前走燈亮?xí)r為0 pulseCount=1; pulseLeft=1300; pulseRight=1700; printf("forwardn"); else if(irDetectLeft=1)&&(irDetectRight=0) /左轉(zhuǎn) pulseCount=4; pulse

16、Left=1700; pulseRight=1700; printf("rightn"); else if(irDetectLeft=0)&&(irDetectRight=1) /右轉(zhuǎn) pulseCount=4; pulseLeft=1300; pulseRight=1300; printf("leftn"); for(i=0;i<pulseCount;i+) P1_1=1; delay_nus(pulseLeft); P1_1=0; P1_0=1; delay_nus(pulseRight); P1_0=0; delay_nms(20); if(irDetectLeft=0)&&(irDetectRig