移動機器人路徑跟蹤實驗課件

機器人路徑跟蹤實驗

能力風(fēng)暴第一部分一.控制主板結(jié)構(gòu)說明

(11)擴展電源插座：用于給探索者上擴展的直流電機口0～3和移動輪電機驅(qū)動口0～1提供額外的電源，電源極性請見板上的標注，附加電源的規(guī)格為5～7節(jié)1.5伏干電池或7～8節(jié)1.2伏串聯(lián)充電電池，但一般要求等效電壓等于或略高于連接于(8)的電池電壓；(12)電源開關(guān)：用于打開和關(guān)閉探索者；(13)電源指示：綠顏色的發(fā)光二極管，用于指示探索者是否處于工作狀態(tài)；(14)電壓低指示：紅顏色的發(fā)光二極管，燈亮?xí)r，表示電源電壓太低；(15)功能按鈕：該按鈕占用通用數(shù)字輸入口7，在用戶程序中可以獲得該按鈕的狀態(tài)，另外，該按鈕與復(fù)位按鈕聯(lián)合使用可以使控制板進入特殊啟動模式，從而能夠進行操作系統(tǒng)的裝入；(16)復(fù)位按鈕：按下此按鈕使控制板復(fù)位，當與功能按鈕聯(lián)合使用可以使控制板進入特殊啟動模式，從而可以進行操作系統(tǒng)的裝入，具體做法是先按下功能按鈕并保持，然后按一下復(fù)位按鈕；(17)通用數(shù)字口0-6、8-9：通用數(shù)字輸入口，從左至右編號為0到6和8-9；(18)通用模擬口7-4：通用模擬輸入口，從左至右編號為7到4；(19)通訊指示：黃顏色的發(fā)光二極管，燈閃爍時，表示控制板正與PC機進行通訊；(20)串行通訊插座：RS232串行通訊接口；(21)麥克風(fēng)：用于采集聲音信號，占用通用模擬接口2；(22)紅外調(diào)節(jié)1：用于調(diào)節(jié)紅外發(fā)射管1的發(fā)射強度；(23)紅外發(fā)送1：紅外發(fā)射管1插座；(24)紅外接收：紅外接受頭插座；(25)紅外發(fā)送0：紅外發(fā)射管0插座；(26)紅外調(diào)節(jié)0：用于調(diào)節(jié)紅外發(fā)射管0的發(fā)射強度；光敏傳感器1：預(yù)設(shè)的光敏電阻插座1，與右邊的光敏傳感器對應(yīng)，也可以作為通用模擬輸入口使用，編號為1；光敏傳感器0：預(yù)設(shè)的光敏電阻插座0，與左邊的光敏傳感器對應(yīng)，也可以作為通用模擬輸入口使用，編號為0；擴展接口：該擴展接口插座與LCD插座一起構(gòu)成了探索者的擴展總線；紅外頻率調(diào)節(jié)：用于調(diào)節(jié)紅外振蕩電路的頻率，使其位于38KHz左右；(31)快速充電：若需對電池組進行快速充電，應(yīng)將該跳線座短路；(32)蜂鳴器：可以在用戶程序的控制下產(chǎn)生不同頻率的聲響。二.C語言基礎(chǔ)和JC◆C基礎(chǔ)main()函數(shù)◆JC簡介交互式C語言（簡稱JC）是用于能力風(fēng)暴個人機器人(基于68HC11)的專用開發(fā)系統(tǒng)。JC由兩部分組成：編譯環(huán)境（包含交互式命令行編輯和調(diào)試功能）和能力風(fēng)暴操作系統(tǒng)。JC實現(xiàn)了C語言的一個子集，它包括控制語句（for，while，ifelse），局部變量和全局變量，數(shù)組，指針，結(jié)構(gòu)體，16位和32位整數(shù)，和32位浮點數(shù)?！暨\行JC首先要安裝JC。把能力風(fēng)暴接到你計算機的一個串口上，打開能力風(fēng)暴電源開關(guān)，并運行JC。電源開關(guān)撥至“下載”位置（左邊），JC將引導(dǎo)你首先下載操作系統(tǒng)；若控制板上已有操作系統(tǒng)，將電源開關(guān)撥到“運行”位置（右邊），運行JC時，JC將初始化能力風(fēng)暴內(nèi)存并下載系統(tǒng)庫函數(shù)。1.輸出控制●函數(shù)stop()關(guān)閉兩個電機

●motor(intm,intp)用于電機功率水平的控制

●voiddrive(inttrans_vel,introt_vel)同時設(shè)定兩個電機的速度，控制能力風(fēng)暴的平移和旋轉(zhuǎn)。trans_vel平移速度，rot_vel旋轉(zhuǎn)速度。rot_vel<0能力風(fēng)暴順時針旋轉(zhuǎn)，rot_vel>0能力風(fēng)暴逆時針旋轉(zhuǎn)。該函數(shù)將左輪速度設(shè)為(trans_vel-rot_vel)，右輪速度設(shè)為(trans_vel+rot_vel)。

2.傳感器輸入●數(shù)字輸入intdigital(intp)返回數(shù)字口p上傳感器的值，（1為真，0為假）。如果從傳感器數(shù)字硬件讀到的值為零伏或邏輯零，digital()函數(shù)將返回真?！衲M輸入intanalogport(intp)返回模擬口p上傳感器的值。返回值是0到255間的整數(shù)值。如果該傳感器在硬件上只有開關(guān)兩種狀態(tài)，則硬件上的數(shù)字讀數(shù)為1時返回值為255（就象一個數(shù)字開關(guān)斷開，電位被拉高一樣，導(dǎo)致一個最高讀數(shù)），當硬件的數(shù)字讀數(shù)為0，則返回0（就象一個數(shù)字開關(guān)合上，電位接地）。系統(tǒng)設(shè)定的傳感器端口全局變量:intphoto_right=photo(1); 右光敏電阻intphoto_left=photo(2); 左光敏電阻intmicrophone=2; 麥克風(fēng)

●紅外線系統(tǒng)紅外線系統(tǒng)由兩部分構(gòu)成：兩個紅外線發(fā)送器，以及一個紅外線接收器

左右兩個方向的紅外線發(fā)送器分別發(fā)射一定頻率的紅外線脈沖信號，紅外線接收器可以檢測出這種頻率的紅外調(diào)制信號紅外線系統(tǒng)探測障礙的有效距離是10~80厘米intir_detector()返回值0b00:沒有接收到紅外,0b01:右邊接收到,0b10:左邊接收到,0b11:兩邊都接收到?！衽鲎矙z測在能力風(fēng)暴四周有一個碰撞環(huán)，上面有四個碰撞傳感器，可以檢測是否撞上障礙以及碰撞發(fā)生的方位intbumper()

碰撞傳感器檢測。返回值低4位的意義，位0=>右前，位1=>左前，位2=>右后，位3=>左后。如果實際檢測方位與此處定義不一致，請調(diào)整碰撞傳感器的安裝位置●voidmsleep(longmsec)等待一段等于或稍大于指定的msec時間(毫秒)后再執(zhí)行后面的語句。sec是一個長整數(shù)。例:msleep(1500L);/*等待1.5秒*/

■多任務(wù)

（1）多任務(wù)敘述

JC的一個強大的功能是它的多任務(wù)設(shè)置。在運行期間，進程可以被動態(tài)地建立和撤消。多個進程運行通過分時間片實現(xiàn)的。每個進程一次只執(zhí)行一定數(shù)量的時間片。每個進程都有自己的棧，用于函數(shù)調(diào)用傳遞參數(shù)，存放局部變量，存放函數(shù)調(diào)用的返回地址。棧的大小在進程創(chuàng)建時確定。一個進程棧的缺省大小為256字節(jié)。

(2)創(chuàng)建新進程

intstart_process(function-call(...),[TICKS],[STACK-SIZE])

start_process取得一個進程標識，創(chuàng)建一個進程。有兩個可選參數(shù)：進程的時間片數(shù)和棧大小。

返回一個整數(shù)，它就是新進程的進程ID。start_process(check_sensor(2),1,50);將創(chuàng)建一個check_sensor進程，它每次運行１毫秒，棧大小為50個字節(jié)

（3）撤消進程

intkill_process(intpid);通過將進程ID傳給kill_process來撤消一個進程。kill_process返回值表明撤消進程是否成功。如果返回值是０，表明進程被撤消。如果返回１，表示沒有找到該進程。下面的代碼顯示創(chuàng)建一個check_sensor進程，１秒鐘后終止該進程的例子：voidmain(){intpid;pid=start_process(check_sensor(2));sleep(1.0);kill_process(pid);}設(shè)計目的：利用68HC11強大的可擴展性以及眾多的剩余輸入/輸出端口，為探索者機器人增添傳感器模塊，以此來完善其與外界交互的能力，使其在迷宮運行中能更好的保持自身的姿態(tài)。設(shè)計方案：設(shè)計圍繞規(guī)范探索者機器人的行走路徑來進行，在場地中布置白色軌跡線，讓探索者機器人順沿軌跡進行移動。設(shè)計思想：提取行走路徑信息（利用自然界光、熱、質(zhì)量、電、聲等），轉(zhuǎn)化為可識別的電信號，根據(jù)電信號變化識別路徑，再對機器人行走作相應(yīng)的調(diào)整。

實驗耗材：1.比較器LM339N（4個集成）2.光敏電阻10K~20K,數(shù)量4個3.發(fā)光二級管4個電壓3V4.普通電阻1KΩ,4.7KΩ,15KΩ分別4個5.可調(diào)電阻0～10KΩ4個6.導(dǎo)線若干●采集信號●信號處理●信號輸入■控制過程實驗方法利用傳感器探測路徑，判斷行走信息。如圖所示1、2、3、4為4組信號探測器。根據(jù)他們在白色區(qū)域（行走軌跡）位置的不同，可輸出不同的信號。每組信號探測器利用LED光源與光敏傳感器組成一組傳感器探頭，用4組這樣的探頭組成的陣列來對白線進行識別，判斷小車所處狀態(tài)，并作出相應(yīng)的反應(yīng)。如何實現(xiàn)路徑信息轉(zhuǎn)化為電信號？不同材質(zhì)對光的吸收和反射的能力不同背景反射能力差路徑反射能力高如下圖中所示，由半導(dǎo)體發(fā)光二極管LED與光敏電阻R構(gòu)成了探頭部分，由LED發(fā)射的光線照射到地面材質(zhì)上，再經(jīng)材質(zhì)的漫射或反射，光線照射在光敏電阻上，使其電阻值發(fā)生變化，不同材質(zhì)對光的吸收能力不同，則光敏電阻的阻值也隨之變化?！鲭娐?/p>

●LED半導(dǎo)體發(fā)光二極管

●光敏電阻

●可微調(diào)電阻●運算放大器

●接線頭、電阻和導(dǎo)線分立的單組傳感器電路電路圖電路設(shè)計LM339N芯片圖總體布局圖電路板制作過程注意的幾點：㈠錫焊技術(shù)

ProperSolderingTechniqueDonotholdtheironagainstthejointforanextendedperiodoftime(morethan10seconds),sincemanyelectroniccomponentsortheprintedcircuitboarditselfcanbedamagedbyprolonged,excessiveheat.Toomuchheatcancausethetracesontheprintedcircuitboardtoburnoff.Impropersolderingtechnology

㈡電子器件的極性Diodes:Diodeshavetwoleads,calledtheanodeandcathode.Whentheanodeisconnectedtopositivevoltagewithrespecttothecathode,currentcanflowthroughthediode.Ifpolarityisreversed,nocurrentflowsthroughthediode.Somecomponentsthatareparticularlysensitivetoheatdamageare:diodes,ICs,andtransistors.㈢組元架置LED1光敏電阻軌道LED1光敏電阻軌道光敏電阻阻值變小光敏電阻阻值變大輸出信號為低電平輸出信號為高電平探測器在軌道上探測器不在軌道上指示燈LED2亮指示燈LED2暗控制程序設(shè)計當今的機器人的人工智能，為一種簡單的邏輯智能，處理器嚴格按照程序員編寫好的算法機制對信息做嚴格的一成不變的處理。所謂機器人“智能”的實現(xiàn)，大概可以歸納為三塊：攝入信息流；處理信息并作出判斷；根據(jù)判斷輸出信息流；

本設(shè)計方案也就是圍繞這三個步驟進行的。

■信息攝入

把采集并處理后的輸出信號傳遞給控制主板的通用數(shù)字輸入口。采用探索者函數(shù)庫中的數(shù)字數(shù)字輸入函數(shù)：intdigitalport(intp)信息處理，P為數(shù)字輸入口編號。其返回數(shù)字口p上傳感器的值。如果從傳感器數(shù)字硬件讀到的值為零伏或邏輯零，peek()函數(shù)將返回真，為0。例如：傳感器1的輸出信號接至數(shù)字輸入口5端。

傳感器1在軌道上

→輸出信號1端為高電平→peek（0x4000）

將傳感器1、2、3、4的輸出信號分別接至數(shù)字輸入口5、6、8、9端。in1in2in3in4in5in6in7通用數(shù)字輸入口0～9in8Peek()=00001111（1）在軌道上，直走1324（3）偏左了，向右斜走1324（2）偏右了，向左斜走1324機器人行走的可能情況（5）偏左多了，向右走1324（4）偏右多了，向左走1324（6）右切入，向左拐1324（7）左切入，向右拐1324（8）岔口1324（9）懸空1324除了攝入信息，程序還應(yīng)能把零散的初始信息稍加整理

in5

in6

in7

in8信息邏輯判斷機制：peek()或著read()函數(shù)讀取數(shù)字輸入端口得信息。機器人所處狀態(tài)對應(yīng)傳感器狀態(tài)在軌輕微左偏嚴重左偏輕微右偏嚴重右偏左切入右切入脫軌路口■信息輸出（電機動作驅(qū)動指令輸出）：

根據(jù)不同的判斷得出的結(jié)論，程序根據(jù)預(yù)先設(shè)計的邏輯對電機發(fā)出不同的驅(qū)動命令，以動態(tài)的糾正探索者的行走路徑，使其始終不脫離預(yù)定軌跡；程序體設(shè)計：把上述的幾個部分結(jié)合起來，就可以編寫出探索者機器人的尋跡子程序，下邊就是該子程序的算法流程框圖：程序：Viodmain()