視覺制導課程論文

1、機電一體化與機器人技術 機電動力試驗平臺機電一體化與機器人技術論 文姓名： 學號： 同組成員： 完成日期： 目錄一. 硬件平臺綜述31.1 機電一體化方面1.2小車整體組成二. 方案論證62.1 比賽要求2.2方案的制定與論證三. 方案實現(xiàn)6四. 完成情況7五. 總結75.1不足的或者可以改進的地方 5.2 個人的心得與體會六. 附錄7小車代碼7七參考書目9一. 硬件平臺綜述1.1 機電一體化方面機電一體化技術是將機械技術、電工電子技術、微電子技術、信息技術、傳感器技術、接口技術、信號變換技術等多種技術進行有機地結合，并綜合應用到實際中去的綜合技術。它著重以電子硬件、電腦程式或軟件，對機械進行

2、控制，有別于以往機械工程?？戚^少觸及電子方面?，F(xiàn)代化的自動生產(chǎn)設備幾乎可以說都是機電一體化的設備。當中較為人熟悉的機電一體化成品為機器人，其技術亦會應用到工業(yè)生產(chǎn)中所使用的機械臂及生產(chǎn)線自動化上。不單在工業(yè)生產(chǎn)上，在一般我們常接觸的，如小至體內(nèi)微血管手術機械臂，大至航天飛機、空間站都有應該其技術?，F(xiàn)時不少固有的產(chǎn)品亦開始加入自動化控制的元件，如汽車及鐵路。機電一體化系統(tǒng)一般由五大要素組成，分別是結構組成要素、動力組成要素、運動組成要素、感知組成要素、職能組成要素五大組成要素有機結合而成。機械本體（結構組成要素）是系統(tǒng)的所有功能要素的機械支持結構，一般包括有機身、框架、支撐、聯(lián)接等。動力驅動部分

3、（動力組成要素）依據(jù)系統(tǒng)控制要求，為系統(tǒng)提供能量和動力以使系統(tǒng)正常運行。測試傳感部分（感知組成要素）對系統(tǒng)的運行所需要的本身和外部環(huán)境的各種參數(shù)和狀態(tài)進行檢測，并變成可識別的信號，傳輸給信息處理單元，經(jīng)過分析、處理后產(chǎn)生相應的控制信息?？刂萍靶畔⑻幚聿糠郑毮芙M成要素）將來之測試傳感部分的信息及外部直接輸入的指令進行集中、存儲、分析、加工處理后，按照信息處理結果和規(guī)定的程序與節(jié)奏發(fā)出相應的指令，控制整個系統(tǒng)有目的的運行。執(zhí)行機構（運動組成要素）<BR>根據(jù)控制及信息處理部分發(fā)出的指令，完成規(guī)定的動作和功能。構成機電一體化系統(tǒng)的五大組成要素其內(nèi)部及相互之間都必須遵循結構耦合、運動傳遞

4、、信息控制與能量轉換四大原則。接口耦合：兩個需要進行信息交換和傳遞的環(huán)節(jié)之間，由于信息模式不同（數(shù)字量與模擬量，串行碼與并行碼，連續(xù)脈沖與序列脈沖等）無法直接傳遞和交換，必須通過接口耦合來實現(xiàn)。而兩個信號強弱相差懸殊的環(huán)節(jié)之間，也必須通過接口耦合后，才能匹配。變換放大后的信號要在兩個環(huán)節(jié)之間可靠、快速、準確的交換、傳遞，必須遵循一致的時序、信號格式和邏輯規(guī)范才行，因此接口耦合時就必須具有保證信息的邏輯控制功能，使信息按規(guī)定的模式進行交換與傳遞。能量轉換：兩個需要進行傳輸和交換的環(huán)節(jié)之間，由于模式不同而無法直接進行能量的轉換和交流，必須進行能量的轉換，能量的轉換包括執(zhí)行器，驅動器和他們的不同類型

5、能量的最優(yōu)轉換方法及原理。信息控制：在系統(tǒng)中，所謂智能組成要素的系統(tǒng)控制單元，在軟、硬件的保證下，完成信息的采集、傳輸、儲存、分析、運算、判斷、決策，以達到信息控制的目的。對于智能化程度高的信息控制系統(tǒng)還包含了知識獲得、推理機制以及自學習功能等知識驅動功能。運動傳遞：運動傳遞使構成機電一體化系統(tǒng)各組成要素之間，不同類型運動的變換與傳輸以及以運動控制為目的的優(yōu)化。而所謂機電一體化產(chǎn)品，是以單片機為核心的控制系統(tǒng)，部分是電；還有伺服電機這樣執(zhí)行機構，二者統(tǒng)一于一定的機械結構下，并能完成特定的任務，構成機電一體化產(chǎn)品。1.2 小車整體組成視覺制導小車的基本組成部分是：1. 單片機及時鐘復位電路 P8

6、9V51RB22. 電源電路 LM2940CT（電源指示燈）3. 串口通信及ISP接口4. 藍牙接口5. 外電源接口，開關6. 排針（電機接口），面包板圖一：硬件標識圖圖二：視覺制導小車整體圖1.2.1 單片機電路板單片機P89V51RB2FN具有IAP（在應用中編程）功能，用戶通過在應用程序中調用IAP子程序，可實現(xiàn)有選擇的對FLASH塊進行擦除和編程。我們可在Keil uVision4下用C語言和匯編語言混編的辦法實現(xiàn)IAP調用的方法。最后通過flash magic 就可將程序燒入單片機中，實現(xiàn)相應的控制功能。1.2.2 電機（1）電機技術規(guī)格：1. 重量: 45g2. 扭力: 3.4Kg

7、-cm3. 最大電壓：6V4. 平均速度：60 rpm5. 運動角度：360度6. 尺寸: 40.5x 20 x 38mm7. 特性：側邊有一個可微調中立點(stop point)的可變電阻，可控制不輸出扭矩（2）電機的控制：1. 下圖顯示信號是發(fā)送到與P1_1連接的伺服電機的校準信號，稱為零點標定信號。伺服電機調節(jié)好之后，這個信號就可以指示電機保持靜止。這個信號是由時間間隔為20 ms 的脈寬為1.5 ms的一系列脈沖組成。實現(xiàn)的程序為：while(1) P1_1=1; delay_nus(1500);P1_1=1;圖三：電機轉速為0的控制信號時序圖delay_nms(20);2. 當更改脈

8、沖的寬度是可以實現(xiàn)電機的順時針和逆時針旋轉：比如：使電機全速順時針旋轉的程序：while(1) P1_1=1; delay_nus(1300);P1_1=1;delay_nms(20);圖四：電機全速順時針轉動的控制信號時序圖使電機全速逆時針旋轉的程序：while(1) P1_1=1; delay_nus(1700);P1_1=1;delay_nms(20);當脈沖寬度在13001500之間時，電機可以順時針旋轉，當脈沖寬度在15001700之間時，可以實現(xiàn)電機逆時針旋轉。實際情況可能稍有偏差，在上述值左右浮動。圖五：電機全速逆時針轉動的控制信號時序圖二. 方案論證2.1比賽要求參賽小組統(tǒng)一采

9、用競賽組委會規(guī)定的電源、電機、單片機電路板。各組根據(jù)比賽需要，對小車的機械部分作改進，并自行搭建外圍傳感器電路或其他設計電路，編寫程序，參加比賽。不得對小車的車體、電機以及電路板作破壞性的改動，不允許外加升壓電源。必須使用單片機控制載波信號的紅外傳感器，不允許使用紅外一體機。輪子大小不限。通過紅外、光敏、CCD、巨磁電阻、光電編碼器、顏色傳感器等采集軌跡位置數(shù)據(jù)，控制機器人小車循著不同賽道上的黑色軌跡運動，在一定的誤差范圍內(nèi)，以運動時間決出比賽名次。2.2方案的制定與論證我們使用的是帶有橋的水平賽道，根據(jù)賽道的情況，我們決定：（1）、在小車的機械部分，直接使用購買的兩邊的車輪以及萬向輪，考慮到

10、電機為舵機，適用于舵機的車輪沒有現(xiàn)成的大直徑的車輪，所以買的車輪在尺寸上受到限制，不過比起自制車輪其優(yōu)點是穩(wěn)定性高，不會因為搖晃影響到紅外探測。萬向輪的轉動角度為360度，比起之前只能前后的滾動的小球，明顯減少了小車在前行及轉動過程中的摩擦。（2）、在小車的軟件編程部分，主要考慮的是90度轉彎時，小車可能遇到的各種情況，并給出相應的編程上的改動。三. 方案實現(xiàn) 起初，考慮到車速的問題。不能外加電壓，故而電壓是一定的，也就是說電機給的最大轉速是一定的，如果要加大車速，只能選擇加大車輪的直徑。初定車輪直徑為120mm，基本材料選用光盤，內(nèi)部的填充材料選擇質量較輕的軟泡沫板，外圈用橡膠皮以加大摩擦。

11、然而在制作的過程中發(fā)現(xiàn)單單用軟泡沫板作為填充材料，雖然可以減輕車輪質量方便舵機帶動車輪運動，但是穩(wěn)定性太差，極其容易損壞，而且兩片光盤間的距離也不能完全固定，因為軟泡沫板的可塑性太強，所以改用將軟泡沫板的圓心處和中心對稱的四個點鏤空然后填充上硬泡沫板，并把中心處的硬泡沫板按照聯(lián)軸器的形狀鏤空，將兩個金屬的聯(lián)通器件和與能和舵機軸承處螺紋相契合的銜接材料用502膠固定在硬泡沫板上，泡沫板和光盤間用雙面膠固定。然而最后的結果卻不理想，晃動的程度太大，穩(wěn)定性太差。幾次修改后還是選擇網(wǎng)上購買適合舵機的輪子。軟件編程方面，大體和老師給的程序差不多，車子在軌道上試運行的時候，發(fā)現(xiàn)在直角轉彎處很容易出現(xiàn)轉出跑

12、道的情況，后來將程序改成每次轉彎（左轉或右轉）后都直走一小段時間，免得出現(xiàn)陷入死循環(huán)，走不出彎道的情況，后來根據(jù)軌道又對頻率和循環(huán)次數(shù)做出相應的調整，具體程序見附件。四. 完成情況 我們組一開始是將編程、電路搭接和機械部分（如車輪子的改造）這三部分分開，分工合作，后來因為編程的調試和電路的改動以及機械部分的改動都是相關，故而最后沒有明確分工，而是一起完成。小車最后能實現(xiàn)在軌道上走完一圈，計時用了1min27s，很長，后來將程序的循環(huán)次數(shù)改動了，走完一圈所花費的時間大幅度的減少，然而在直角的彎道處卻不能保證次次都能順利通過。五. 總結5.1不足的或者可以改進的地方如果有足夠的時間，我覺得可以對車

13、子做如下改進：1、小車的車輪還是太小了，速度上很受限制，應該要自制車輪，可以購買聯(lián)軸器以保障穩(wěn)定性；2、在90度彎道時出現(xiàn)的情況種類很多，覺得應該再增加一個傳感器，三個傳感器探測地面，就可以分析和確保次次都能順利通過彎道；3、小車在上坡時明顯感到力度不夠，然而外加電壓受限制，不讓使用變壓模塊，這點暫時沒想到合適的解決方法。5.2 個人的心得與體會自我感覺這段時間在技術上的學習雖然有限，不過在新知識的接受度上有了一個大的提高。具體到小車的制作過程上來的話，遺憾的是發(fā)現(xiàn)的問題不能很好的解決，高興的是制作的過程中想法上有很大的跳躍。很希望在這種科技類的合作性學習中和大家一起獲得提高。六. 附錄6.1

14、、小車代碼#include<BoeBot.h>#include<uart.h>#include <intrins.h>#define irDetectLeft P1_5 /左邊紅外接收連接到P15#define irDetectRight P3_2 /右邊紅外接收連接到P36int main(void) int i,counter; int pulseCount; int pulseLeft; int pulseRight; uart_Init(); printf("Program Running!n"); for(counter=1;c

15、ounter<=1000;counter+)/開始/復位信號 P1_3=1; delay_nus(1000); P1_3=0; delay_nus(1000); while(1) if(irDetectLeft=0)&&(irDetectRight=0) /向前走燈亮時為0 pulseCount=1; pulseLeft=1300; pulseRight=1700; printf("forwardn"); else if(irDetectLeft=1)&&(irDetectRight=0) /左轉 pulseCount=4; pulse

16、Left=1700; pulseRight=1700; printf("rightn"); else if(irDetectLeft=0)&&(irDetectRight=1) /右轉 pulseCount=4; pulseLeft=1300; pulseRight=1300; printf("leftn"); for(i=0;i<pulseCount;i+) P1_1=1; delay_nus(pulseLeft); P1_1=0; P1_0=1; delay_nus(pulseRight); P1_0=0; delay_nms(20); if(irDetectLeft=0)&&(irDetectRig