趋光机器人课程设计报告.doc

趋光机器人设计 学院：自动化学院 系别：智能科学与技术 班级：智能1002 时间：2013.4.12013.4.131，课程设计简述本次实验是以MultlFlex AVR2 为核心，从而控制光源传感器和红外传感器。其中光源传感器主要检测自然光的光强，红外传感器在一定范围是否有物体，如果光源与红外动态发生变化，MultlFlexAVR2 主控器就会动态控制小车执行相对应的趋光与避障的功能。2，课程设计目的与要求 1、使用创意之星机器人套件组装趋光机器人。 2、机器人能够辨别光源的方向并跟随光源移动。 3、机器人拥有避障功能。 3、设计相应软件程序，并下载至机器人完成设计要求。3，软件设计总体图4，趋光机器人实物图5，趋光机器人软件设计原理图 6，软件程序设计 （1）趋光模块 模块逻辑图： 模块原理： 本模块采用光源传感器，其在一定范围内可以检测到自然光的光强，其输出量为模拟量，范围在01023。轮式趋光机器人采用左右两个光源传感器，从而实现趋光功能。如果检测到轮式机器人左边光亮时，小车向左转；如果检测到轮式机器人右边光亮时，小车向右转；当检测到轮式机器人左右两边光亮接近时，小车直前行。（2） 避障模块模块逻辑图： 模块原理： 本模块采用红外传感器，其在一定范围内可以检测到是否有物体存在，当其前方有物体存在时，输出量为0，反之为1。轮式趋光机器人采用左右两个红外传感器，从而实现避障功能。如果检测到轮式机器人左边有障碍物时，小车向右转；如果检测到轮式机器人右边有障碍物时，小车向左转；当检测到轮式机器人左右两边都有障碍物时，小车向后退。7，趋光机器人整体设计（1）模块分组趋光机器人主要由四个模块组成：趋光机器人避障模块，趋光机器人趋光模块，趋光机器人主控器模块，趋光机器人车体模块。（2）各模块功能A） 趋光机器人避障模块： 介绍： 本模块采用红外接近传感器，其俗称光电开关。它是利用被检测物对光束的遮挡或反射,由同步回路选通电路,从而检测物体有无的。光电开关将输入电流在发射器上转换为光信号射出,接收器再根据接收到的光线的强弱或有无对目标物体进行探测。 漫反射式光电开关:它是一种集发射器和接收器于一体的传感器,当有被检测物体经过时,物体将光电开关发射器发射的足够量的光线反射到接收器,于是光电开关就产生了开关信号。当被检测物体的表面光亮或其反光率极高时,漫反射式的光电开关是首选的检测模式。 “创意之星”机器人套件配套了2 个漫反射式光电开关,其有效距离约为20cm。 如下图，“创意之星”机器人所使用的红外光电开关型号为E18-B0,规格数据为VCC:5V。 工作电流:小于100mA。 输出形式:NPN 三极管OC 输出。 封装形式:工程塑料。 红外接近传感器的是开关量传感器,接IO0IO11 的任意一个接口都可以通过NorthSTAR进行数值读取和编程。由于输出是开关量,只能判断在测量距离内有无障碍物,不能给出障碍的实际距离。但是该传感器带有一个灵敏度调节旋钮,可以调节传感触发的距离。“创意之星”套件在出厂前已经将感应触发距离调整到约20cm。 原理： 本模块采用红外传感器，其在一定范围内可以检测到是否有物体存在，当其前方有物体存在时，输出量为0，反之为1。轮式趋光机器人采用左右两个红外传感器，从而实现避障功能。如果检测到轮式机器人左边有障碍物时，小车向右转；如果检测到轮式机器人右边有障碍物时，小车向左转；当检测到轮式机器人左右两边都有障碍物时，小车向后退。 B)趋光机器人趋光模块 介绍： 本模块采用光强传感器对可见光波长的光照强度(专业术语即“照度”)很敏感,其核心元件是一只光敏电阻,其输出信号为与光强相关的模拟信号。 下图 是“创意之星”的光强传感器,输出模拟量信号,接AD0AD7 的任意一个接口都可以通过NorthSTAR 进行数值读取和编程。 原理：本模块采用光源传感器，其在一定范围内可以检测到自然光的光强，其输出量为模拟量，范围在01023。轮式趋光机器人采用左右两个光源传感器，从而实现趋光功能。如果检测到轮式机器人左边光强比右边的光强大150的阀值时，小车向左转；如果检测到轮式机器人右边比左边的光强小150的阀值时，小车向右转；当检测到轮式机器人左右两边光强在150的阀值之间时，小车直前行。在车体的上前方，安装有舵机，主要是为了实现光强传感器的左右旋转，当发现左前方光强比较强时，车头的光强传感器便继续往左旋转，进行目标搜索，同理右前方也是如此。此种做法的优势，便是可以增大小车趋光的搜索范围，加大趋光搜索力度。D)趋光机器人主控器模块 实物图： 介绍： MultiFLEX2-AVR 控制器是一款小型机器人通用控制器。MultiFLEX2-AVR 控制器功能高度集成,具有众多IO、AD 接口,能够控制R/C 舵机、机器人舵机,具有RS-232 接口和RS-422总线接口,能够胜任常规机器人控制;MultiFLEX2-AVR 控制器开发简单,使用图形化集成开发环境,只需编写程序逻辑流程就能够自动生成C 代码,下载到控制器后就可实现机器人的各种功能控制。开放所有底层函数接口。 功能概述：对照图示意图2.10,MultiFLEX2-AVR 控制器功能如下所示:ATmega12816MHz6 个机器人舵机接口,完全兼容RobotisDynamixelAX12+8 个R/C 舵机接口12 个TTL 电平的双向I/O 口,GND/SIG/VCC 三线制8 个AD 转换器接口(05V)2 个RS-422 总线接口(可挂接1-127 个422 设备)1 个无源蜂鸣器通过RS-232 与上位机通讯,可选无线通讯模组使用USB 接口的AVR-ISP 下载调试器E)趋光机器人车体模块 模型图： 介绍： 趋光机器人主题架构采用轮式驱动，利用四个舵机工作于电机模式从而驱动四个轮子实现前行，左转，右转，后退功能，车体前方采用采用支架结构，中间安装一个舵机，从而实现车体头部左右转动寻找光源的功能；主控器安装于车体后部，从而实现整个车体的控制功能。 原理： 趋光机器人下体四轮采用万向轮驱动方式，有利于车体360度的方向行走，它的灵活性比平行使轮式安装的车体灵活性更高。也更加的有优势。7，收获与体会通过这次设计，我们懂得了学习的重要性，了解到理论知识与实践相结合的重要意义，学会了坚持、耐心和努力，同时也熟悉了红外传感器和感光传感的工作方式，此外，设计时要有一个清晰的思路和一个完整的的软件流程图；在设计时，不能妄想一次就将整个程序设计好，反复修改、不断改进是程序设计的必经之路；在设计课程过程中遇到问题是很正常的，我们应该将每次遇到的问题记录下来，并分析清楚，然后想出解决的办法，以免下次再碰到同样的问题。开始设计的时候，采用四轮万向轮驱动方式，但是由于实际的限制，车体只能够安装普通的轮子，这样导致，万向轮驱动的方式的优势没有发挥出来，采用普通轮式的轮子，在车体行进的过程之中，会导致电机输出能量的浪费，当然其效果比如万向轮驱动的方式佳。同时在设计趋光头部的时候，在底下加了舵机，这样更加有利于光强传感器的左右旋转，使得车体在搜索目标范围的时候其范围与灵活性大大加强，实验证明这样做的优势是很大的。也得到了比较好的效果。8，附录与元器件清单： 9. 软件程序源码#include Apps/SystemTask.huint8 SERVO_MAPPING5 = 1,2,3,4,5;int main() int lig = 0; /左轮速度 int right = 0; /右侧光强传感器 int thing1 = 0; /右侧红外传感器 int left = 0; /左侧光强传感器 int thing = 0; /左侧红外传感器 int ligNum = 0; /右轮速度 int midNumber = 0; /左右光强的差值 MFInit(); /初始化 MFInitServoMapping(&SERVO_MAPPING0,5); 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 = MFGetDigiInput(1); midNumber = left - right; if (thing=0) /左侧检测到障碍物，右转 MFSetServoPos(1,423,512); MFSetServoRotaSpd(2,512); MFSetServoRotaSpd(3,512); MFSetServoRotaSpd(4,512); MFSetServoRotaSpd(5,512); MFServoAction(); DelayMS(500); if (thing1=0) /右侧检测到障碍物，左转 MFSetServoPos(1,423,512); MFSetServoRotaSpd(2,-512); MFSetServoRotaSpd(3,-512); MFSetServoRotaSpd(4,-512); MFSetServoRotaSpd(5,-512); MFServoAction(); DelayMS(500); if (thing=0)&(thing1=0) /左右侧均检测到障碍物，后退 MFSetServoPos(1,423,512); MFSetServoRotaSpd(2,512); MFSetServoRotaSpd(3,-512); MFSetServoRotaSpd(4,512); MFSetServoRotaSpd(5,-512); MFServoAction(); DelayMS(500); if (midNumber=150) /左侧光强大于右侧150，左转 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) /右侧光强大于左侧150，右转 ligNum = ligNum - 40; if (ligNum=272) ligNum = 423; MFSetServoPos(1,ligNum,512); MFSetServoRotaSpd(2,512); MFSetServoRotaSpd(3,512); M