对面稳了队-杨家辉技术报告

1、浙江 大 学中控杯技术题目：对抗赛258队伍：队伍信息学号长号杨家辉（队长）3160105037李家桥3160105242王玮3160103117一、方案总述1、机器人功能设计主机器人应具备的基本功能有：前后左右移动、收集比赛场地内的能量环、收集增益环。(1)选用控制开发板：Arduino Mega 2560特征：采用 USB 接口的电路板，具有 54 路数字输入输出，其中 15 路可作为输出，15 路模拟输入，4 路 UART 接口，一个 16MHz 晶体振荡器，一个 USB 口，一个电源 插座，一个 ICSP header 和一个复位按钮。(2)配套硬件：五路循迹模块，LM2596S 可调

2、降压模块，L298N 电机驱动模块，数字控制气泵，机械臂、舵机 MG966R、直流电机。(3)整体机器人采取三轮式（两个普通轮+一个全向轮）,底层由电机、车轮、五路循迹传感器和超声波传感器等组成。选取普通车轮和直流电机实现小车的基本运动。通过比较常见的 HY-SRF05 五针超声波模块测距和 MPU6500 六轴姿态加速度陀螺仪模块实现小车的定位，进一步控制小车的运动策略。五路循迹传感器用来实现小车的巡线功能。中层用于放置航模电池、驱动电路以及控制电路等等。上层设置有机械臂和吸盘结构，用于能量环的吸取和放置，吸盘的最大吸力为 3kg，完全足够吸起能量环。2、取胜思路和可行性分析机器人基本采取巡

3、线策略，机器人用于堵住对手的机器人启动区和吸取对手已经放置好的能量环。主机器人用于收集能量环和暂存能量环。底盘上留有螺孔来固定五路巡线传感器，通过其对黑白的分辨，来识别当前所处的地面状态，可以较为准确地控制前进或后退，以及转弯的角度等等。以及可以通过计小车通过“路口”数的方式来大致确定小车的位置。但同时，这也是大多数人都会想到的方式，也因此容易被针对红外寻线很容易扰，如之前校赛中出现的“卷纸”因为要寻线，所以不是所有地方能方便地到达，也几乎只能“直来直去”这样一方面走不了“最短 路线”，一方面也容易被预判和封堵。在不使用红外巡线方案的情况下，拟采用超声波测距模块和陀螺仪模块对小车的位姿进行调整

4、，通过测量电机的转速等参数得到电机运行的距离和轨迹。在抓取能量环的方式上，没有使用以往比赛中常见的机械臂+机械爪结构，而是采取机械臂+真空吸盘结构，可以较快较可靠地吸取与放置能量环。3、涉及研制重点小车位姿确定和调整小车抓取能量块的可靠性小车对物等突况的应对方案小车对对方小车的干扰二、机械结构设计小车所用的底盘以及防护罩示意图如下图所示上图中，对底盘而言，底盘中部及车尾部分的两侧均有一段较窄（及图中从左边沿到右边沿的长度）的部分，是四个车轮的位置，这样可以使轮胎不过分突出、车身相对较均匀。很多个的小的圆形为通孔，方便螺丝、螺柱的穿过与固定（这些螺孔的 位置是在基本确定其他所有零件、模块的尺寸和

5、螺丝、螺柱的位置后才设计的， 并留有一些富余）。底盘上较大的镂空部分用于走线和外加零件的固定。在小车中层设置暂存能量块的空区域，减少小车往返收集区的次数。小车的抓取部分采用机械臂+真空吸盘的结构，能够较好地抓取和放置能量环，在具体比赛的过程中机械臂可作出向前伸出、向后收起、向下放置和向上抬起等动作，以收集、暂存、放置能量环。三、电路设计（1）电路功能描述电路整体框图电源选择 12V 航模锂电池，其特点是输出电流较大，驱动能力较强，比较容易满足要求。其余电压等级采用降压模块得到，图中为了简洁，只画出一个，实际对应多个。主控采用 Arduino Mega2560，主要是考虑到其引脚比较多，适用于外

6、接传感器较多的复杂系统。主控外接三部分，分别为传感器、通信和动作部分。传感器采用超声波检测距离；红外模块用于循迹；碰撞开关用于检测碰撞以及主机器人在场上自己重启时检测边界；陀螺仪用于检测角度，作为对巡线方式之处的补充。通信主要是完成主机器人和副机器人之间的通信，采用无线通信方式，编写通信协议，避免干扰并避免丢包。动作部分主要是左右轮的电机和吸盘结构中到的机械结构和电气结构，采用L298N 驱动电路控制电机的起停和正反转。副机器人相比主机器人进行一些简化，去掉碰撞开关部分（副机器人可以无限重启），去掉吸盘结构以及收集物块的机械结构，将整机做的更小，符合尺寸要求。（2）主控选型Arduino Me

7、ga2560Arduino Mega 是一块以 ATmega2560 为的微控制器开发板，本身具有54 组数字 I/Oinput/output 端（其中 14 组可做输出），16 组模拟比输入端，4 组 UARrdware serial ports），使用 16MHz crystal oscillator。由于具有 bootloader，因此能夠通过 USB 直接程序而不需经过其他外部烧写器。供电部份可选择由 USB 直接提供电源，或者使用 AC-to-DC adapter 及电池作为外部供电。Arduino Mega 的供电系统有两种选择，USB 直接供电或外部供电。电源供应的选择將会自动切

8、换。外部供电可选择 AC-to-DC adapter 或者电池，此控制板的极限电压范围为 6V12V，但倘若提供的电压小于 6V，I/O 口有可能无法提供到 5V 的电压，因此会出现不稳定；倘若提供的电压大于 12V，稳压裝置则会有可能发生过热保护，更有可能损坏 Arduino MEGA。因此建议的操作供电为6.512V，电源为 7V 或 12V。工作电压（电压/输入电压）：5V/7-12VCPU 频率：16MHz模拟口（输入/输出）：16/0数字口（IO/）：54/15EEPROMKB：4SRAMKB：8FlashKB：256USB 接口：A-BUART：4尺寸：108*54mm（3）传感器

9、选型1.陀螺仪选用 MPU6500 六轴姿态加速度陀螺仪模块，本陀螺仪较为常见，相关资料较多。选用模块具体说明如下：使用：MPU-6500供电电压：3-5V（低压差稳压）通信方式：标准 IIC/SPI 通信协议内置：16bit AD 转换器，16 位数据输出陀螺仪范围：250 500 1000 2000/s加速度范围：24816g引脚间距：2.54mm模块尺寸：15mm*25mm2.碰撞开关碰撞开关很常见，选择网上的几毛钱的普通的碰撞开关即可。3.红外巡线传感器选用TCRT5000 红外反射传感器模块，为常见的巡线方式的传感器。其红外二极管不断发射红外线，当发射出的红外线没有被反射回来或反射回

10、来的强度不够大时，红外接收管一直处于关断状态，此时模块输出，当检测到物体时，输出低电平，且模块的二极管点亮。比较关注的模块参数如下：检测距离：1-25mm工作电压：3.3-5V输出形式：数字量4.超声波测距选用比较常见的 HY-SRF05 五针超声波模块，之前用过该模块，因此知道其精确度满足要求。比较关注的参数如下：工作电压：5V工作电流：15mA远射程：4.5m近射程：2cm测量角度：15 度输入触发信号：10us 脉冲输出回响信号：输出 TTL 电平信号，与射程成比例（4）电路原理图由于不打算自己绘制 PCB 板，因此电路部分采用模块并拼接的方式，以下为分模块说明：1.L298N 电机驱动

11、电路：该 L298N 模块是直流电机的驱动模块，四个直流电机各控制一个车轮转动，从而驱动小车前进并使用差速方式转向。每块 L298N有H 桥驱动，可同时驱动直流电机维持不同的工作状态。2.循迹模块3.超声波模块四、机器人创新点1、本次放弃了采用机械臂+机械爪的抓取方式，而换用机械臂+真空吸盘的方式进行能量环的收集，增加了抓取的可靠性。2、在理想情况下，采取超声波测距和陀螺仪进行控制小车的运行，提高收集效率。3、机器人用于干扰对手的机器人运行以及偷取对手已经放入能量收集区的能量环。经费机械部分万向轮*840普通车轮*210亚克力板加工500收集装置加工200铝板及其他材料加工200电路及控制部分ardunio mega256080五路寻迹模块30电机驱动模块20稳压/降