服務(wù)機(jī)器人應(yīng)用開發(fā)（初級） 課件 項(xiàng)目3、4 巡線機(jī)器人、導(dǎo)盲避障機(jī)器人

項(xiàng)目三巡線機(jī)器人服務(wù)機(jī)器人應(yīng)用開發(fā)UBTECHCONTENTS01.學(xué)習(xí)目標(biāo)UBTECH02.內(nèi)容結(jié)構(gòu)03.任務(wù)背景04.任務(wù)描述05.知識鏈接06.任務(wù)實(shí)施07.擴(kuò)展任務(wù)08.項(xiàng)目小結(jié)學(xué)習(xí)目標(biāo)1.了解電機(jī)的工作原理；2.了解灰度傳感器的工作原理；3.熟練掌握按照說明書裝配小車；4.通過程序調(diào)用setMotorTurn()控制電機(jī)驅(qū)動；5.通過程序調(diào)用getGrayAllValue()讀取灰度傳感器數(shù)值；內(nèi)容結(jié)構(gòu)任務(wù)背景巡線機(jī)器人是以移動機(jī)器人作為載體，如3-1所示，以可見光攝像機(jī)、紅外熱成像儀、其它檢測儀器作為載荷系統(tǒng)，以機(jī)器視覺、電磁場、GPS、GIS的多場信息融合作為機(jī)器人自主移動與自主巡檢的導(dǎo)航系統(tǒng)，以嵌入式計(jì)算機(jī)作為控制系統(tǒng)的軟硬件開發(fā)平臺；具有障礙物檢測識別與定位、自主作業(yè)規(guī)劃、自主越障、對輸電線路及其線路走廊自主巡檢、巡檢圖像和數(shù)據(jù)的機(jī)器人本體自動存儲與遠(yuǎn)程無線傳輸、地面遠(yuǎn)程無線監(jiān)控與遙控、電能在線實(shí)時(shí)補(bǔ)給、后臺巡檢作業(yè)管理與分析診斷等功能。任務(wù)描述本項(xiàng)目主要任務(wù)有：1、制作一個(gè)基于uKitExplore的輪式巡線機(jī)器人；2、uKitExplore作為機(jī)器人的大腦，灰度傳感器作為機(jī)器人的感官，電機(jī)作為機(jī)器人運(yùn)動部件，三者結(jié)合共同作用下，實(shí)現(xiàn)輪式巡線機(jī)器人巡線運(yùn)動；（一）（二）（三）（四）（五）知識鏈接認(rèn)識電機(jī)認(rèn)識灰度傳感器認(rèn)識int變量認(rèn)識void函數(shù)局部變量與全局變量知識鏈接一、認(rèn)識電機(jī)電機(jī)就是一種將電能與機(jī)械能相互轉(zhuǎn)換的電磁機(jī)械裝置。電機(jī)一般有兩種應(yīng)用形式：第一種是把機(jī)械能轉(zhuǎn)換為電能，稱之為發(fā)電機(jī)；第二種是把電能轉(zhuǎn)換為機(jī)械能，稱之為電動機(jī)。電動機(jī)（Motors：也稱為馬達(dá)）是把電能轉(zhuǎn)換成機(jī)械能的一種設(shè)備。它利用通電導(dǎo)線在磁場中受到力的作用，從而旋轉(zhuǎn)的裝置。受力方向遵循“左手定則”。電機(jī)的工作原理知識鏈接一、認(rèn)識電機(jī)左手定則是判斷通電導(dǎo)線處于磁場中時(shí)，所受安培力F的方向、磁感應(yīng)強(qiáng)度B的方向、通電導(dǎo)體棒的電流l三者方向之間的關(guān)系的定律。將左手的食指，中指和拇指伸直，使其在空間內(nèi)相互垂直。掌心方向代表磁場的方向（從N級到S級），中指代表電流的方向（從正極到負(fù)極），那拇指所指的方向就是受力的方向。使用時(shí)可以記住，中指，食指，拇指指代“電，磁，力”。知識鏈接一、認(rèn)識電機(jī)按工作電源種類劃分：可分為直流電機(jī)和交流電機(jī)。直流電動機(jī)可劃分：無刷直流電動機(jī)和有刷直流電動機(jī)。交流電動機(jī)可劃分：單相電機(jī)和三相電機(jī)。按結(jié)構(gòu)和工作原理可劃分：異步電動機(jī)、同步電動機(jī)。按用途可劃分：驅(qū)動用電動機(jī)和控制用電動機(jī)。驅(qū)動用電動機(jī)可劃分：電動工具用電動機(jī)、家電等?？刂朴秒妱訖C(jī)又劃分：步進(jìn)電動機(jī)和伺服電動機(jī)等電機(jī)的分類知識鏈接一、認(rèn)識電機(jī)電機(jī)連接在uKitExplore開發(fā)板的任意一個(gè)3PIN口即可。電機(jī)可以串聯(lián)多個(gè)，而多個(gè)電機(jī)是通過ID號加以區(qū)分和識別，在控制時(shí)注意電機(jī)的ID。硬件連接方面要使用USB線連接uKitExplore開發(fā)板和電腦，3PIN口接入電機(jī)、uKitExplore開發(fā)板接入電池并打開開關(guān)。電機(jī)使用方法知識鏈接二、認(rèn)識灰度傳感器灰度傳感器是一種模擬傳感器，有一只發(fā)光二極管和一只光敏電阻，安裝在同一面上。它利用不同顏色的檢測面對光的反射程度不同，光敏電阻對不同檢測面返回的光其阻值也不同的原理進(jìn)行顏色深淺檢測。在有效的檢測距離內(nèi)，發(fā)光二極管發(fā)出白光，照射在檢測面上，檢測面反射部分光線，光敏電阻檢測此光線的強(qiáng)度并將其轉(zhuǎn)換為機(jī)器人可以識別的信號?；叶葌鞲衅鞯墓ぷ髟碇R鏈接二、認(rèn)識灰度傳感器uKitRoute智能灰度傳感器，是一款顛覆傳統(tǒng)的高智能灰度傳感器，具有多檢測點(diǎn)、智能化、多功能化的特點(diǎn)。uKitRoute智能灰度傳感器通過顏色采集，可以感知任意兩種顏色然后輸出相應(yīng)的電平值。智能灰度傳感器知識鏈接二、認(rèn)識灰度傳感器灰度傳感器連接的時(shí)候使用7Pin的線，連接灰度口（Route）另外一頭連接uKitExplore開發(fā)板。通過手機(jī)掃描二維碼，可以查看具體步驟的操作視頻。注意，讀取數(shù)據(jù)時(shí)，需要將uKitRoute智能灰度傳感器朝地面方向的5個(gè)識別點(diǎn)都置于在同一個(gè)顏色中，這樣讀出來的數(shù)據(jù)會比較準(zhǔn)確，還有讀取數(shù)據(jù)時(shí)放置一格的連接件讀取數(shù)據(jù)會更加準(zhǔn)確。灰度傳感器的使用方法知識鏈接三、認(rèn)識int變量整數(shù)是編程中常用的一種數(shù)據(jù)，C語言通常使用int來定義整數(shù)（int是integer的簡寫）。在現(xiàn)代操作系統(tǒng)中，int一般占用4個(gè)字節(jié)（Byte）的內(nèi)存，共計(jì)32位（Bit）。如果不考慮正負(fù)數(shù)，當(dāng)所有的位都為1時(shí)它的值最大，為232-1=4,294,967,295≈43億，這是一個(gè)很大的數(shù)，實(shí)際開發(fā)中很少用到，而諸如1、99、12098等較小的數(shù)使用頻率反而較高。知識鏈接四、認(rèn)識void函數(shù)void的字面意思是“無類型”，常用來聲明一個(gè)函數(shù)，說明該函數(shù)不會返回任何數(shù)據(jù)，void意思是函數(shù)的數(shù)據(jù)類型空，即沒有返回值。無返回值的函數(shù)：該函數(shù)功能只是完成一個(gè)操作，應(yīng)將返回值類型定義為void，函數(shù)體內(nèi)可沒有return語句。有返回值的函數(shù)：該函數(shù)的最后會有一個(gè)返回值return，可以用來獲取該函數(shù)執(zhí)行結(jié)果返回給該函數(shù)，讓外部調(diào)用該函數(shù)的。知識鏈接五、局部變量與全局變量局部變量，也稱內(nèi)部變量，是指在一個(gè)函數(shù)內(nèi)部或復(fù)合語句內(nèi)部定義的變量。局部變量的作用域是定義該變量的函數(shù)或定義該變量的復(fù)合語句。局部變量的生存期是從函數(shù)被調(diào)用的時(shí)刻算起到函數(shù)返回調(diào)用處的時(shí)刻結(jié)束。局部變量知識鏈接五、局部變量與全局變量在所有函數(shù)外部定義的變量稱為全局變量（GlobalVariable），它的作用域默認(rèn)是整個(gè)程序，也就是所有的源文件。全局變量（一）（二）（三）任務(wù)1：搭建機(jī)器人結(jié)構(gòu)任務(wù)2：硬件連接任務(wù)3：編程實(shí)現(xiàn)巡線機(jī)器人任務(wù)實(shí)施任務(wù)實(shí)施任務(wù)1：搭建機(jī)器人結(jié)構(gòu)利用uKitExplore電子件和外觀結(jié)構(gòu)件，按照說明書的步驟和注意事項(xiàng)，搭建一個(gè)巡線機(jī)器人。任務(wù)實(shí)施任務(wù)1：搭建機(jī)器人結(jié)構(gòu)自動巡線小車模型包含灰度傳感器、前部、主控板和后部四個(gè)部分，首先搭建前部。搭建小車前部任務(wù)實(shí)施任務(wù)1：搭建機(jī)器人結(jié)構(gòu)完成頭部之后，搭建主控部分。搭建主控部分任務(wù)實(shí)施任務(wù)1：搭建機(jī)器人結(jié)構(gòu)搭建后部任務(wù)實(shí)施任務(wù)1：搭建機(jī)器人結(jié)構(gòu)搭建完巡線小車，就可以在兩驅(qū)小車的基礎(chǔ)上增加灰度傳感器，即可完成自動巡線小車模型，將各個(gè)部分組合起來，自動巡線小車模型就搭建完成了。搭建灰度傳感器任務(wù)實(shí)施任務(wù)2：硬件連接該項(xiàng)目需要連接電機(jī)和灰度傳感器，灰度傳感器連接在uKitExplore開發(fā)板上X3的7PIN接口即可。在控制時(shí)注意電機(jī)和舵機(jī)的ID，電機(jī)是依靠ID來控制的。硬件連接方面要使用USB線連接uKitExplore開發(fā)板和電腦，3PIN口接入電機(jī)、uKitExplore開發(fā)板接入電池即可。這里我們接入1號電機(jī)、2號電機(jī)、灰度傳感器。任務(wù)實(shí)施任務(wù)3：編程實(shí)現(xiàn)巡線機(jī)器人輸入完成后，點(diǎn)擊“編譯”檢查代碼有無錯(cuò)誤。確保沒有錯(cuò)誤后就可以開始上傳了，點(diǎn)擊“上傳”之后IDE會把代碼發(fā)送給uKitExplore開發(fā)板。完成以上步驟后，會看到小車沿著黑線行駛。編程拓展任務(wù)巡線小車是通過地上的黑色線來判斷運(yùn)動的路線的，如果遇到一個(gè)黑色十字交叉，即遇到十字路口，小車該如何運(yùn)動呢？項(xiàng)目小結(jié)本項(xiàng)目中，先學(xué)習(xí)了電機(jī)、灰度傳感器的工作原理，通過將灰度傳感器安裝在小車上從而構(gòu)成具備巡線功能的智能小車，最后在ArduinoIDE中通過編寫程序讓小車能夠識別路線后并正確運(yùn)行，從而達(dá)到巡線的功能。THANKSBUSINESSDESIGN服務(wù)機(jī)器人應(yīng)用開發(fā)項(xiàng)目四

導(dǎo)盲避障機(jī)器人服務(wù)機(jī)器人應(yīng)用開發(fā)UBTECHCONTENTS01.學(xué)習(xí)目標(biāo)UBTECH02.內(nèi)容結(jié)構(gòu)03.任務(wù)背景04.任務(wù)描述05.知識鏈接06.任務(wù)實(shí)施07.擴(kuò)展任務(wù)08.項(xiàng)目小結(jié)學(xué)習(xí)目標(biāo)1.進(jìn)一步了解電機(jī)的工作原理；2.進(jìn)一步掌握灰度傳感器的工作原理；3.了解舵機(jī)的工作原理；4.了解超聲波傳感器的工作原理；5.熟練掌握通過程序調(diào)用setMotorTurn()控制電機(jī)驅(qū)動；6.熟練掌握通過程序調(diào)用setServoAngle()控制舵機(jī)轉(zhuǎn)動；7.熟練掌握通過程序調(diào)用readUItrasonicDistance()讀取超聲波傳感器數(shù)值。內(nèi)容結(jié)構(gòu)任務(wù)背景對于視障人士來說如何掌握行走的方式和特性是日常生活的重要部份，他們可以依賴一定的輔助設(shè)施，比如傳統(tǒng)的盲杖、加入聲波探測障礙物的電子盲杖，還有其他的盲人導(dǎo)航設(shè)備等等，這一切都有它們的優(yōu)點(diǎn)和缺點(diǎn)。而導(dǎo)盲避障機(jī)器人屬于智能特種機(jī)器人，可以巡曲線運(yùn)行并避開障礙物，可用于醫(yī)療服務(wù)、智能導(dǎo)航等領(lǐng)域。任務(wù)描述本項(xiàng)目主要任務(wù)有：1、認(rèn)識基于Arduino的開發(fā)平臺uKitExplore及其構(gòu)成；2、能夠?qū)崿F(xiàn)機(jī)器人自主循線避障行走。（一）（二）（三）（四）知識鏈接認(rèn)識舵機(jī)認(rèn)識超聲波傳感器static與靜態(tài)變量const與常量知識鏈接一、認(rèn)識舵機(jī)舵機(jī)（Servo）是一種位置（角度）伺服的驅(qū)動器，適用于那些需要角度不斷變化并可以保持的控制系統(tǒng)。機(jī)連接在uKitExplore開發(fā)板的任意一個(gè)3PIN口即可。舵機(jī)可以串聯(lián)多個(gè)。在控制時(shí)注意舵機(jī)的ID。舵機(jī)是依靠ID來控制的。硬件連接方面要使用USB線連接uKitExplore開發(fā)板和電腦，3PIN口接入舵機(jī)、uKitExplore開發(fā)板接入電池即可。舵機(jī)的工作原理知識鏈接二、認(rèn)識超聲波傳感器超聲波傳感器是將超聲波信號轉(zhuǎn)換成其他能量信號（通常是電信號）的傳感器。超聲波是振動頻率高于20kHz的機(jī)械波。超聲波對液體、固體的穿透本領(lǐng)很大，尤其是在陽光不透明的固體中。超聲波碰到雜質(zhì)或分界面會產(chǎn)生顯著反射形成反射回波，碰到活動物體能產(chǎn)生多普勒效應(yīng)。本項(xiàng)目需要用到超聲波傳感器元件,硬件連接方面要使用USB線連接uKitExplore開發(fā)板和電腦，3PIN口接入電機(jī)、uKitExplore開發(fā)板接入電池并打開開關(guān)。知識鏈接三、static與靜態(tài)變量static關(guān)鍵字用于創(chuàng)建只對某一函數(shù)可見的變量。然而，和局部變量不同的是，局部變量在每次調(diào)用函數(shù)時(shí)都會被創(chuàng)建和銷毀，靜態(tài)變量只會在函數(shù)第一次調(diào)用的時(shí)候被創(chuàng)建和初始化，靜態(tài)變量在函數(shù)調(diào)用結(jié)束之后仍然保持著原來的數(shù)據(jù)。知識鏈接四、const與常量const關(guān)鍵字代表常量。它是一個(gè)變量限定符，用于修改變量的性質(zhì)，使其變?yōu)橹蛔x狀態(tài)。這意味著該變量，雖然可以和任何相同類型的其他變量一樣使用，但不能改變其值。如果嘗試為一個(gè)const變量賦值，編譯時(shí)將會報(bào)錯(cuò)。任務(wù)實(shí)施（一）（二）（三）任務(wù)1：搭建機(jī)器人結(jié)構(gòu)任務(wù)2：硬件連接任務(wù)3：在ArduinoIDE中編程任務(wù)實(shí)施任務(wù)1：搭建機(jī)器人結(jié)構(gòu)搭建一輛自動巡線避障小車所需的組件如圖所示。安裝開發(fā)板驅(qū)動任務(wù)實(shí)施任務(wù)1：搭建機(jī)器人結(jié)構(gòu)1.搭建避障小車模型2.搭建主控板3.搭建動力模塊4.搭建灰度傳感器模塊任務(wù)實(shí)施任務(wù)2：硬件連接1.連接舵機(jī)、電機(jī)、超聲波傳感器2.連接傳感器3.連接電腦任務(wù)實(shí)施任務(wù)3：在Ar