趨光機器人課程設(shè)計報告

1、 趨光機器人設(shè)計 學(xué)院：自動化學(xué)院 系別：智能科學(xué)與技術(shù) 班級：智能1002 時間：2013.4.12013.4.131，課程設(shè)計簡述本次實驗是以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自然光的光強，紅外傳感器在一定范圍是否有物體，如果光源與紅外動態(tài)發(fā)生變化，MultlFlexAVR2 主控器就會動態(tài)控制小車執(zhí)行相對應(yīng)的趨光與避障的功能。2，課程設(shè)計目的與要求 1、使用創(chuàng)意之星機器人套件組裝趨光機器人。 2、機器人能夠辨別光源的方向并跟隨光源移動。 3、機器人擁有避障功能。 3、設(shè)計相應(yīng)軟件程序，并下載至機器人完成設(shè)計要求。3，軟件設(shè)計總體圖

2、4，趨光機器人實物圖5，趨光機器人軟件設(shè)計原理圖 6，軟件程序設(shè)計 （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)可以檢測到自然光的光強，其輸出量為模擬量，范圍在01023。輪式趨光機器人采用左右兩個光源傳感器，從而實現(xiàn)趨光功能。如果檢測到輪式機器人左邊光亮?xí)r，小車向左轉(zhuǎn)；如果檢測到輪式機器人右邊光亮?xí)r，小車向右轉(zhuǎn)；當(dāng)檢測到輪式機器人左右兩邊光亮接近時，小車直前行。（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)可以檢測到是否有物體存在，當(dāng)其前方有物體存在時，輸出量為0，反之為1。輪式趨光機器人采用左右兩個紅外傳感器，從而實現(xiàn)避障功

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

4、集發(fā)射器和接收器于一體的傳感器,當(dāng)有被檢測物體經(jīng)過時,物體將光電開關(guān)發(fā)射器發(fā)射的足夠量的光線反射到接收器,于是光電開關(guān)就產(chǎn)生了開關(guān)信號。當(dāng)被檢測物體的表面光亮或其反光率極高時,漫反射式的光電開關(guān)是首選的檢測模式。 “創(chuàng)意之星”機器人套件配套了2 個漫反射式光電開關(guān),其有效距離約為20cm。 如下圖，“創(chuàng)意之星”機器人所使用的紅外光電開關(guān)型號為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關(guān)量傳感器,接IO0IO11 的任意一個接口都可以通過NorthSTAR進(jìn)行數(shù)值讀取和編程。由于輸出是開關(guān)量

5、,只能判斷在測量距離內(nèi)有無障礙物,不能給出障礙的實際距離。但是該傳感器帶有一個靈敏度調(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)可以檢測到是否有物體存在，當(dāng)其前方有物體存在時，輸出量為0，反之為1。輪式趨光機器人采用左右兩個紅外傳感器，從而實現(xiàn)避障功能。如果檢測到輪式機器人左邊有障礙物時，小車向右轉(zhuǎn)；如果檢測到輪式機器人右邊有障礙物時，小車向左轉(zhuǎn)；當(dāng)檢測到輪式機器人左右兩邊都有障礙物時，小車向后退。 B)趨光機器人趨光模塊 介紹： 本模塊采用光強傳感器對可見光波長的光照強度(專業(yè)術(shù)語即“照度”)很敏

6、感,其核心元件是一只光敏電阻,其輸出信號為與光強相關(guān)的模擬信號。 下圖 是“創(chuàng)意之星”的光強傳感器,輸出模擬量信號,接AD0AD7 的任意一個接口都可以通過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)可以檢測到自然光的光強，其輸出量為模擬量，范圍在01023。輪式趨光機器人采用左右兩個光源傳感器，從而實現(xiàn)趨光功能。如果檢測到輪式機器人左邊光強比右邊的光強大150的閥值時，小車向左轉(zhuǎn)；如果檢測到輪式機器人右邊比左邊的光強小150的閥值時，小車向右轉(zhuǎn)；當(dāng)檢測到輪式機器人左右兩邊光強在150的閥值之間時，小車直前行。在車體的上前方，安裝有舵機，主要是為了實現(xiàn)光

7、強傳感器的左右旋轉(zhuǎn)，當(dāng)發(fā)現(xiàn)左前方光強比較強時，車頭的光強傳感器便繼續(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，便是可以增大小車趨光的搜索范圍，加大趨光搜索力度。D)趨光機器人主控器模塊 實物圖： 介紹： MultiFLEX2-AVR 控制器是一款小型機器人通用控制器。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、機器人舵機,具有RS-232 接口和RS-422總線接口,能夠勝任常規(guī)機器人控制;MultiFLEX2-AVR 控制器開發(fā)簡單,使用圖形化集成開發(fā)環(huán)境,只需編寫程序邏輯流程就能夠自動生成C 代碼,下載到控制器后就可實

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

9、用四個舵機工作于電機模式從而驅(qū)動四個輪子實現(xiàn)前行，左轉(zhuǎn)，右轉(zhuǎn)，后退功能，車體前方采用采用支架結(jié)構(gòu)，中間安裝一個舵機，從而實現(xiàn)車體頭部左右轉(zhuǎn)動尋找光源的功能；主控器安裝于車體后部，從而實現(xiàn)整個車體的控制功能。 原理： 趨光機器人下體四輪采用萬向輪驅(qū)動方式，有利于車體360度的方向行走，它的靈活性比平行使輪式安裝的車體靈活性更高。也更加的有優(yōu)勢。7，收獲與體會通過這次設(shè)計，我們懂得了學(xué)習(xí)的重要性，了解到理論知識與實踐相結(jié)合的重要意義，學(xué)會了堅持、耐心和努力，同時也熟悉了紅外傳感器和感光傳感的工作方式，此外，設(shè)計時要有一個清晰的思路和一個完整的的軟件流程圖；在設(shè)計時，不能妄想一次就將整個程序設(shè)計好，

10、反復(fù)修改、不斷改進(jìn)是程序設(shè)計的必經(jīng)之路；在設(shè)計課程過程中遇到問題是很正常的，我們應(yīng)該將每次遇到的問題記錄下來，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題。開始設(shè)計的時候，采用四輪萬向輪驅(qū)動方式，但是由于實際的限制，車體只能夠安裝普通的輪子，這樣導(dǎo)致，萬向輪驅(qū)動的方式的優(yōu)勢沒有發(fā)揮出來，采用普通輪式的輪子，在車體行進(jìn)的過程之中，會導(dǎo)致電機輸出能量的浪費，當(dāng)然其效果比如萬向輪驅(qū)動的方式佳。同時在設(shè)計趨光頭部的時候，在底下加了舵機，這樣更加有利于光強傳感器的左右旋轉(zhuǎn)，使得車體在搜索目標(biāo)范圍的時候其范圍與靈活性大大加強，實驗證明這樣做的優(yōu)勢是很大的。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)光強傳感器 int thing1 = 0; /右側(cè)紅外傳感器 int left = 0; /左側(cè)光強傳感器 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