《机器人技术应用》 课件 10 能力风暴应用

第10章能力风暴应用教学目标《机器人技术应用》掌握用能力风暴机器人的红外传感器设计跟踪机器人、用碰撞传感器设计避开障碍物机器人、用声音传感器设计声控机器人、用红外和碰撞传感器设计走迷宫机器人的方法。目录页PAGEOFCONTENT10.1跟踪机器人10.2避开障碍物机器人10.3声控机器人10.4走迷宫机器人10.1跟踪机器人10.1.1红外传感器能力风暴运用了2只红外发射管（970nm）和一只红外接收模块构成红外传感系统，主要用来检测前方、左前方和右前方的障碍，检测距离范围为10～80cm，甚至更远。用户可以通过调节两个电位器来调节左右两个红外的检测距离，顺时针红外发射强度减小，检测距离近，逆时针红外发射强度增大，检测距离远。注意强红外线可以穿透塑料，在机器人的上盖中传播，造成接收信号始终表现为有障碍。解决办法是在红外发射管上套上黑纸环，使其侧面不能透出红外线。同时也要避免地面的反射影响。10.1跟踪机器人红外传感器的库函数是ir_detector()，在程序运行过程中此库函数仅在被调用到时执行一次，即采集数据一次。在软件编辑框中输入如右侧程序块：#include"AS_UIII_LIB.h"voidmain(){intir;while(1){ir=ir_detector();Printf("ir=%d\n",ir);wait(0.2);}}10.1跟踪机器人编译成功后下载这一段程序并运行，LCD上显示：ir=0 （表示此时没有障碍）如果用一张白纸分别挡在能力风暴智能机器人的前方、左方和右方，液晶显示器上显示的ir的值都不一样，可总结如下：无障碍左方

右方

前方十进制表示： 0 1

2

410.1跟踪机器人红外接收模块集成了红外接收管、前置放大器、限幅放大器、带通滤波器、峰值检波器、整前电路和输出放大电路，灵敏度很高。有时从红外管侧面和后面漏出的红外光也会被接受模块探测到，在能力风暴智能机器人上，两个红外发射管和一个红外接收器都是先装在套管里再固定在外壳上的，有效的避免了这种情况的发生。10.1跟踪机器人红外传感器是靠发射并接收由障碍物反射回来的红外光来判断是否有障碍。右图中所示即为前方有障碍时的情况，红外光以60度的散角向外发射，阴影区域分别是左右两个红外的反射光区域，而红外的接收模块正好处于左右两个反射光区域内，能接收到左右两个红外发射管的反射光，由前所述即认为此时前方有障碍，事实也是如此。10.1跟踪机器人在此，应特别注意红外接收模块只是在接收到了一定强度的红外光时才起到质的变化，认为有障碍。所以，当障碍物太细时，能力风暴智能机器人会检测不到；当障碍物是黑色或深色时，会吸收大部分的红外光，而只反射回一小部分，有时会使接收模块接收到的红外光强度不够，不足以产生有障碍的信号。10.1跟踪机器人10.1.2传感器测试红外传感器检测障碍的过程如下：1．左右发射管均关闭，红外探测器探测一次当前信号，并保存下来以跟后面采集到的数据比较。2．当程序中调用ir_detector()时，启动红外发射探测系统。首先，左红外发射管发射一次，延时2ms后红外探测器探测一次信号；然后，右红外发射管发射一次，延时2ms后红外探测器探测一次信号。红外探测器通过IR口采样当前值，并保存下来。由于先后时间的不同，就可以分别探测左右两边的红外信号。10.1跟踪机器人红外传感器检测障碍的过程如下：3．调用一次ir_detector()函数，红外探测系统开启一次。完成后，左右发射管关闭。根据采集的数据可以判别是否有反射，只有在初始探测无反射而第二次探测有反射时，左反射管才是有反射的，这样系统才认为左方有障碍。同理，初始探测无反射而第三次探测有反射时，右反射管才是有反射的，右方被认为有障碍。采用这种方法可以抑制许多环境红外噪音。10.1跟踪机器人运行以下程序后，当前方有障碍时能力风暴智能机器人会有什么反应？#include"AS_UIII_LIB.h"voidmain(){unsignedcharir;while(1){ir=ir_detector();if(ir!=0){motor(1,-30);motor(2,-30);wait(0.5);motor(1,0);motor(2,0);}motor(1,30);motor(2,30);}}10.1跟踪机器人10.1.3程序设计与实现课堂任务：运用流程图编程方式，编写一个跟踪机器人的程序，让能力风暴机器人可以跟随人行走。10.2避开障碍物机器人10.2.1碰撞传感器碰撞传感器是使能力风暴智能机器人有感知碰撞环上的碰撞信息能力的传感器。在能力风暴智能机器人的左前、右前、左后、右后设置有四个碰撞开关（常开），它们与碰撞环共同构成了碰撞传感器。碰撞环与底盘柔性连接，在受力后与底盘产生相对位移，触发固连在底盘上相应的碰撞开关，使之闭合。10.2避开障碍物机器人我们把来自四周的碰撞分为八个方向：碰撞传感器方位10.2避开障碍物机器人原理对应于每一个方向的碰撞，用户是怎样得到一个二进制数值的呢？在能力风暴智能机器人里，四个碰撞开关接在一个电阻网络里，通过采集模拟口上电压值的变化，来识别出哪个或哪些碰撞开关闭合，从而判断出哪个方向有碰撞。10.2避开障碍物机器人10.2.2传感器测试我们在VJC环境中，编写一个碰撞检测程序，来理解如何在程序中使用碰撞开关。1进入VJC的图形化编程界面，将“控制模块库”中的“永远循环”模块拖入到流程图生成区并与“主程序”相连；2将“传感器模块”库中模块连接到循环内部，见图3-8；3将“执行器模块”中的“显示模块”连接到程序中；4设置“显示”模块（见图3-7），在“显示”模块上双击左键，在弹出“设置显示模块”对话框选中“引用变量”，会出现“变量百宝箱”对话框，点击“碰撞检测”图标，在碰撞变量引用中点击“碰撞变量一”，按确定键；5在“显示”模块正下方，连接“任务结束”模块，完成碰撞检测程序的编写。10.2避开障碍物机器人10.2避开障碍物机器人下载并运行此程序，观察LCD上的显示：bmp_1=0（表示此时没有碰撞）若LCD上显示：bmp_1=4（表示左后方受到碰撞）在其它方向施加碰撞，LCD显示的值将不同，四个方向发生碰撞时返回值的意义为：1=>左前方受碰；2=>右前方受碰；4=>左后方受碰；8=〉右后方受碰。10.2避开障碍物机器人我们在VJC2.0环境中，提供了一个碰撞检测程序的库函数，来理解如何在程序中使用碰撞开关。检测碰撞环的库函数为intbumper()，检测左后、右后、左前、右前以及前、后、左、右总共八个方向的碰撞。函数bumper()返回碰撞开关信号8个方向的值：无0，左前1，右前2，左后4，右后8，前3，后12，左5，右10。10.2避开障碍物机器人10.2.3程序设计与实现课堂任务：运用流程图编程方式，编写一个机器人避开障碍物的程序，让直线行走中的能力风暴机器人，分别在正前方、左前、右前方碰到障碍物后，原地旋转180°、右转90°、左转90°后，再直线行走。10.3声控机器人10.3.1声音传感器能力风暴智能机器人上的麦克风(microphone)是能够识别声音声强大小的声音传感器。麦克风采集到的信号通过LM386（U14）进行放大，放大倍数为200（由C21确定），输出信号接至AD8。没有声音时，电压为2.5V左右，函数microphone()对数据进行处理，使返回值为0～1023。10.3声控机器人当有声音时，LM386的输出电压在2.5V上下波动。AD8测得的电压和2.5V相减的绝对值越大，则声音越大。R46，C42构成高频滤波，滤去线路板其他元器件产生的高频噪声。10.3声控机器人10.3.2传感器测试在C语言中，声音传感器的库函数是microphone()，在程序运行过程中此库函数仅在被调用到时执行一次，即采集数据一次。10.3声控机器人在软件的程序编辑窗口中输入如下程序：#include"AS_UIII_LIB.h"voidmain(){intmic;while(1){mic=microphone();printf("mic=%d\n",mic);wait(0.2);}}10.3声控机器人编译程序并下载运行，如果周围的环境很静LCD上显示：mic=12（表示此时很安静，用户显示可能不是12）对着microphone发出一些声音，可以看到microphone的值不断变化。它的变化范围是0～1023。判断以下程序能让机器人做出什么动作反应？10.3声控机器人#include"AS_UIII_LIB.h"voidmain(){intb=1;intmic;while(1){mic=microphone();printf("mic=%d\n",mic);wait(0.5);if(mic>80)b=b*(-1);if(b==-1){motor(1,40);motor(2,40);}if(b==1){motor(1,0);motor(2,0);}}}10.3声控机器人运行上面的程序，第一次声音大于一定值(范例中为80，可根据具体情况调整)时，能力风暴智能机器人全速前进，第二次声音大于一定值时能力风暴智能机器人停止运动；如此循环。10.3声控机器人10.3.3程序设计与实现课堂练习：对于直线行走中的能力风暴机器人，第一次声音大于一定值40时，机器人原地左转180°后再直线行走，第二次声音大于一定值时能力风暴智能机器人原地右转180°后再直线行走，如此循环。10.4走迷宫机器人10.4.1传感器选择方法一：选用两对红外传感器；一对在前，一对在右；如果右边的传感器检测到好多范围之内有障碍物就让小车前进，如果前面的传感器检测到障碍物就左转，在次让右边传感器控制前进，这样就达到了小车跟随迷宫的右壁走出迷宫。方法二：选用一对红外传感器和碰撞传感器；红外安装在前面；程序一开始就给一个前进的信号，碰撞传感器碰撞到后给一个左转90度信号，如果红外传感器没有检测到障碍物就前进，如果红外传感器检测到障碍物就再给一个左转180度的信号后再前进。10.4走迷宫机器人10.4.1传感器选择方法三：选用超声波传感器；安装在前面；程序一开始给一个前进信号，如果超声波传感器检测到前面一定范围内有障碍物就左转。