移動(dòng)機(jī)器人路徑跟蹤實(shí)驗(yàn)課件

機(jī)器人路徑跟蹤實(shí)驗(yàn)

能力風(fēng)暴第一部分一.控制主板結(jié)構(gòu)說明

(11)擴(kuò)展電源插座：用于給探索者上擴(kuò)展的直流電機(jī)口0～3和移動(dòng)輪電機(jī)驅(qū)動(dòng)口0～1提供額外的電源，電源極性請(qǐng)見板上的標(biāo)注，附加電源的規(guī)格為5～7節(jié)1.5伏干電池或7～8節(jié)1.2伏串聯(lián)充電電池，但一般要求等效電壓等于或略高于連接于(8)的電池電壓；(12)電源開關(guān)：用于打開和關(guān)閉探索者；(13)電源指示：綠顏色的發(fā)光二極管，用于指示探索者是否處于工作狀態(tài)；(14)電壓低指示：紅顏色的發(fā)光二極管，燈亮?xí)r，表示電源電壓太低；(15)功能按鈕：該按鈕占用通用數(shù)字輸入口7，在用戶程序中可以獲得該按鈕的狀態(tài)，另外，該按鈕與復(fù)位按鈕聯(lián)合使用可以使控制板進(jìn)入特殊啟動(dòng)模式，從而能夠進(jìn)行操作系統(tǒng)的裝入；(16)復(fù)位按鈕：按下此按鈕使控制板復(fù)位，當(dāng)與功能按鈕聯(lián)合使用可以使控制板進(jìn)入特殊啟動(dòng)模式，從而可以進(jìn)行操作系統(tǒng)的裝入，具體做法是先按下功能按鈕并保持，然后按一下復(fù)位按鈕；(17)通用數(shù)字口0-6、8-9：通用數(shù)字輸入口，從左至右編號(hào)為0到6和8-9；(18)通用模擬口7-4：通用模擬輸入口，從左至右編號(hào)為7到4；(19)通訊指示：黃顏色的發(fā)光二極管，燈閃爍時(shí)，表示控制板正與PC機(jī)進(jìn)行通訊；(20)串行通訊插座：RS232串行通訊接口；(21)麥克風(fēng)：用于采集聲音信號(hào)，占用通用模擬接口2；(22)紅外調(diào)節(jié)1：用于調(diào)節(jié)紅外發(fā)射管1的發(fā)射強(qiáng)度；(23)紅外發(fā)送1：紅外發(fā)射管1插座；(24)紅外接收：紅外接受頭插座；(25)紅外發(fā)送0：紅外發(fā)射管0插座；(26)紅外調(diào)節(jié)0：用于調(diào)節(jié)紅外發(fā)射管0的發(fā)射強(qiáng)度；光敏傳感器1：預(yù)設(shè)的光敏電阻插座1，與右邊的光敏傳感器對(duì)應(yīng)，也可以作為通用模擬輸入口使用，編號(hào)為1；光敏傳感器0：預(yù)設(shè)的光敏電阻插座0，與左邊的光敏傳感器對(duì)應(yīng)，也可以作為通用模擬輸入口使用，編號(hào)為0；擴(kuò)展接口：該擴(kuò)展接口插座與LCD插座一起構(gòu)成了探索者的擴(kuò)展總線；紅外頻率調(diào)節(jié)：用于調(diào)節(jié)紅外振蕩電路的頻率，使其位于38KHz左右；(31)快速充電：若需對(duì)電池組進(jìn)行快速充電，應(yīng)將該跳線座短路；(32)蜂鳴器：可以在用戶程序的控制下產(chǎn)生不同頻率的聲響。二.C語言基礎(chǔ)和JC◆C基礎(chǔ)main()函數(shù)◆JC簡(jiǎn)介交互式C語言（簡(jiǎn)稱JC）是用于能力風(fēng)暴個(gè)人機(jī)器人(基于68HC11)的專用開發(fā)系統(tǒng)。JC由兩部分組成：編譯環(huán)境（包含交互式命令行編輯和調(diào)試功能）和能力風(fēng)暴操作系統(tǒng)。JC實(shí)現(xiàn)了C語言的一個(gè)子集，它包括控制語句（for，while，ifelse），局部變量和全局變量，數(shù)組，指針，結(jié)構(gòu)體，16位和32位整數(shù)，和32位浮點(diǎn)數(shù)?！暨\(yùn)行JC首先要安裝JC。把能力風(fēng)暴接到你計(jì)算機(jī)的一個(gè)串口上，打開能力風(fēng)暴電源開關(guān)，并運(yùn)行JC。電源開關(guān)撥至“下載”位置（左邊），JC將引導(dǎo)你首先下載操作系統(tǒng)；若控制板上已有操作系統(tǒng)，將電源開關(guān)撥到“運(yùn)行”位置（右邊），運(yùn)行JC時(shí)，JC將初始化能力風(fēng)暴內(nèi)存并下載系統(tǒng)庫函數(shù)。1.輸出控制●函數(shù)stop()關(guān)閉兩個(gè)電機(jī)

●motor(intm,intp)用于電機(jī)功率水平的控制

●voiddrive(inttrans_vel,introt_vel)同時(shí)設(shè)定兩個(gè)電機(jī)的速度，控制能力風(fēng)暴的平移和旋轉(zhuǎn)。trans_vel平移速度，rot_vel旋轉(zhuǎn)速度。rot_vel<0能力風(fēng)暴順時(shí)針旋轉(zhuǎn)，rot_vel>0能力風(fēng)暴逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)。該函數(shù)將左輪速度設(shè)為(trans_vel-rot_vel)，右輪速度設(shè)為(trans_vel+rot_vel)。

2.傳感器輸入●數(shù)字輸入intdigital(intp)返回?cái)?shù)字口p上傳感器的值，（1為真，0為假）。如果從傳感器數(shù)字硬件讀到的值為零伏或邏輯零，digital()函數(shù)將返回真?！衲M輸入intanalogport(intp)返回模擬口p上傳感器的值。返回值是0到255間的整數(shù)值。如果該傳感器在硬件上只有開關(guān)兩種狀態(tài)，則硬件上的數(shù)字讀數(shù)為1時(shí)返回值為255（就象一個(gè)數(shù)字開關(guān)斷開，電位被拉高一樣，導(dǎo)致一個(gè)最高讀數(shù)），當(dāng)硬件的數(shù)字讀數(shù)為0，則返回0（就象一個(gè)數(shù)字開關(guān)合上，電位接地）。系統(tǒng)設(shè)定的傳感器端口全局變量:intphoto_right=photo(1); 右光敏電阻intphoto_left=photo(2); 左光敏電阻intmicrophone=2; 麥克風(fēng)

●紅外線系統(tǒng)紅外線系統(tǒng)由兩部分構(gòu)成：兩個(gè)紅外線發(fā)送器，以及一個(gè)紅外線接收器

左右兩個(gè)方向的紅外線發(fā)送器分別發(fā)射一定頻率的紅外線脈沖信號(hào)，紅外線接收器可以檢測(cè)出這種頻率的紅外調(diào)制信號(hào)紅外線系統(tǒng)探測(cè)障礙的有效距離是10~80厘米intir_detector()返回值0b00:沒有接收到紅外,0b01:右邊接收到,0b10:左邊接收到,0b11:兩邊都接收到?！衽鲎矙z測(cè)在能力風(fēng)暴四周有一個(gè)碰撞環(huán)，上面有四個(gè)碰撞傳感器，可以檢測(cè)是否撞上障礙以及碰撞發(fā)生的方位intbumper()

碰撞傳感器檢測(cè)。返回值低4位的意義，位0=>右前，位1=>左前，位2=>右后，位3=>左后。如果實(shí)際檢測(cè)方位與此處定義不一致，請(qǐng)調(diào)整碰撞傳感器的安裝位置●voidmsleep(longmsec)等待一段等于或稍大于指定的msec時(shí)間(毫秒)后再執(zhí)行后面的語句。sec是一個(gè)長(zhǎng)整數(shù)。例:msleep(1500L);/*等待1.5秒*/

■多任務(wù)

（1）多任務(wù)敘述

JC的一個(gè)強(qiáng)大的功能是它的多任務(wù)設(shè)置。在運(yùn)行期間，進(jìn)程可以被動(dòng)態(tài)地建立和撤消。多個(gè)進(jìn)程運(yùn)行通過分時(shí)間片實(shí)現(xiàn)的。每個(gè)進(jìn)程一次只執(zhí)行一定數(shù)量的時(shí)間片。每個(gè)進(jìn)程都有自己的棧，用于函數(shù)調(diào)用傳遞參數(shù)，存放局部變量，存放函數(shù)調(diào)用的返回地址。棧的大小在進(jìn)程創(chuàng)建時(shí)確定。一個(gè)進(jìn)程棧的缺省大小為256字節(jié)。

(2)創(chuàng)建新進(jìn)程

intstart_process(function-call(...),[TICKS],[STACK-SIZE])

start_process取得一個(gè)進(jìn)程標(biāo)識(shí)，創(chuàng)建一個(gè)進(jìn)程。有兩個(gè)可選參數(shù)：進(jìn)程的時(shí)間片數(shù)和棧大小。

返回一個(gè)整數(shù)，它就是新進(jìn)程的進(jìn)程ID。start_process(check_sensor(2),1,50);將創(chuàng)建一個(gè)check_sensor進(jìn)程，它每次運(yùn)行１毫秒，棧大小為50個(gè)字節(jié)

（3）撤消進(jìn)程

intkill_process(intpid);通過將進(jìn)程ID傳給kill_process來撤消一個(gè)進(jìn)程。kill_process返回值表明撤消進(jìn)程是否成功。如果返回值是０，表明進(jìn)程被撤消。如果返回１，表示沒有找到該進(jìn)程。下面的代碼顯示創(chuàng)建一個(gè)check_sensor進(jìn)程，１秒鐘后終止該進(jìn)程的例子：voidmain(){intpid;pid=start_process(check_sensor(2));sleep(1.0);kill_process(pid);}設(shè)計(jì)目的：利用68HC11強(qiáng)大的可擴(kuò)展性以及眾多的剩余輸入/輸出端口，為探索者機(jī)器人增添傳感器模塊，以此來完善其與外界交互的能力，使其在迷宮運(yùn)行中能更好的保持自身的姿態(tài)。設(shè)計(jì)方案：設(shè)計(jì)圍繞規(guī)范探索者機(jī)器人的行走路徑來進(jìn)行，在場(chǎng)地中布置白色軌跡線，讓探索者機(jī)器人順沿軌跡進(jìn)行移動(dòng)。設(shè)計(jì)思想：提取行走路徑信息（利用自然界光、熱、質(zhì)量、電、聲等），轉(zhuǎn)化為可識(shí)別的電信號(hào)，根據(jù)電信號(hào)變化識(shí)別路徑，再對(duì)機(jī)器人行走作相應(yīng)的調(diào)整。

實(shí)驗(yàn)耗材：1.比較器LM339N（4個(gè)集成）2.光敏電阻10K~20K,數(shù)量4個(gè)3.發(fā)光二級(jí)管4個(gè)電壓3V4.普通電阻1KΩ,4.7KΩ,15KΩ分別4個(gè)5.可調(diào)電阻0～10KΩ4個(gè)6.導(dǎo)線若干●采集信號(hào)●信號(hào)處理●信號(hào)輸入■控制過程實(shí)驗(yàn)方法利用傳感器探測(cè)路徑，判斷行走信息。如圖所示1、2、3、4為4組信號(hào)探測(cè)器。根據(jù)他們?cè)诎咨珔^(qū)域（行走軌跡）位置的不同，可輸出不同的信號(hào)。每組信號(hào)探測(cè)器利用LED光源與光敏傳感器組成一組傳感器探頭，用4組這樣的探頭組成的陣列來對(duì)白線進(jìn)行識(shí)別，判斷小車所處狀態(tài)，并作出相應(yīng)的反應(yīng)。如何實(shí)現(xiàn)路徑信息轉(zhuǎn)化為電信號(hào)？不同材質(zhì)對(duì)光的吸收和反射的能力不同背景反射能力差路徑反射能力高如下圖中所示，由半導(dǎo)體發(fā)光二極管LED與光敏電阻R構(gòu)成了探頭部分，由LED發(fā)射的光線照射到地面材質(zhì)上，再經(jīng)材質(zhì)的漫射或反射，光線照射在光敏電阻上，使其電阻值發(fā)生變化，不同材質(zhì)對(duì)光的吸收能力不同，則光敏電阻的阻值也隨之變化?！鲭娐?/p>

●LED半導(dǎo)體發(fā)光二極管

●光敏電阻

●可微調(diào)電阻●運(yùn)算放大器

●接線頭、電阻和導(dǎo)線分立的單組傳感器電路電路圖電路設(shè)計(jì)LM339N芯片圖總體布局圖電路板制作過程注意的幾點(diǎn)：㈠錫焊技術(shù)

ProperSolderingTechniqueDonotholdtheironagainstthejointforanextendedperiodoftime(morethan10seconds),sincemanyelectroniccomponentsortheprintedcircuitboarditselfcanbedamagedbyprolonged,excessiveheat.Toomuchheatcancausethetracesontheprintedcircuitboardtoburnoff.Impropersolderingtechnology

㈡電子器件的極性Diodes:Diodeshavetwoleads,calledtheanodeandcathode.Whentheanodeisconnectedtopositivevoltagewithrespecttothecathode,currentcanflowthroughthediode.Ifpolarityisreversed,nocurrentflowsthroughthediode.Somecomponentsthatareparticularlysensitivetoheatdamageare:diodes,ICs,andtransistors.㈢組元架置LED1光敏電阻軌道LED1光敏電阻軌道光敏電阻阻值變小光敏電阻阻值變大輸出信號(hào)為低電平輸出信號(hào)為高電平探測(cè)器在軌道上探測(cè)器不在軌道上指示燈LED2亮指示燈LED2暗控制程序設(shè)計(jì)當(dāng)今的機(jī)器人的人工智能，為一種簡(jiǎn)單的邏輯智能，處理器嚴(yán)格按照程序員編寫好的算法機(jī)制對(duì)信息做嚴(yán)格的一成不變的處理。所謂機(jī)器人“智能”的實(shí)現(xiàn)，大概可以歸納為三塊：攝入信息流；處理信息并作出判斷；根據(jù)判斷輸出信息流；

本設(shè)計(jì)方案也就是圍繞這三個(gè)步驟進(jìn)行的。

■信息攝入

把采集并處理后的輸出信號(hào)傳遞給控制主板的通用數(shù)字輸入口。采用探索者函數(shù)庫中的數(shù)字?jǐn)?shù)字輸入函數(shù)：intdigitalport(intp)信息處理，P為數(shù)字輸入口編號(hào)。其返回?cái)?shù)字口p上傳感器的值。如果從傳感器數(shù)字硬件讀到的值為零伏或邏輯零，peek()函數(shù)將返回真，為0。例如：傳感器1的輸出信號(hào)接至數(shù)字輸入口5端。

傳感器1在軌道上

→輸出信號(hào)1端為高電平→peek（0x4000）

將傳感器1、2、3、4的輸出信號(hào)分別接至數(shù)字輸入口5、6、8、9端。in1in2in3in4in5in6in7通用數(shù)字輸入口0～9in8Peek()=00001111（1）在軌道上，直走1324（3）偏左了，向右斜走1324（2）偏右了，向左斜走1324機(jī)器人行走的可能情況（5）偏左多了，向右走1324（4）偏右多了，向左走1324（6）右切入，向左拐1324（7）左切入，向右拐1324（8）岔口1324（9）懸空1324除了攝入信息，程序還應(yīng)能把零散的初始信息稍加整理

in5

in6

in7

in8信息邏輯判斷機(jī)制：peek()或著read()函數(shù)讀取數(shù)字輸入端口得信息。機(jī)器人所處狀態(tài)對(duì)應(yīng)傳感器狀態(tài)在軌輕微左偏嚴(yán)重左偏輕微右偏嚴(yán)重右偏左切入右切入脫軌路口■信息輸出（電機(jī)動(dòng)作驅(qū)動(dòng)指令輸出）：

根據(jù)不同的判斷得出的結(jié)論，程序根據(jù)預(yù)先設(shè)計(jì)的邏輯對(duì)電機(jī)發(fā)出不同的驅(qū)動(dòng)命令，以動(dòng)態(tài)的糾正探索者的行走路徑，使其始終不脫離預(yù)定軌跡；程序體設(shè)計(jì)：把上述的幾個(gè)部分結(jié)合起來，就可以編寫出探索者機(jī)器人的尋跡子程序，下邊就是該子程序的算法流程框圖：程序：Viodmain()