自主移動機(jī)器人培訓(xùn)教材

自主移動機(jī)器人培訓(xùn)教材全自主移動機(jī)器人第一頁，共二十九頁，編輯于2023年，星期三全自主移動機(jī)器人深圳市鷗鵬科技有限公司簡介深圳市鷗鵬科技有限公司(Open

Technology

Ltd)

是一家專業(yè)從事機(jī)電一體化和專業(yè)機(jī)器人創(chuàng)新產(chǎn)品研究、開發(fā)、生產(chǎn)和銷售的高新技術(shù)企業(yè)，開發(fā)的具有自主知識產(chǎn)權(quán)的機(jī)電一體化和專業(yè)機(jī)器人集成技術(shù)及產(chǎn)品不僅可以廣泛的應(yīng)用于工業(yè)自動化領(lǐng)域，而且還可以廣泛的應(yīng)用于普通高等院校和職業(yè)技術(shù)學(xué)院的自動化和機(jī)電一體化等相關(guān)專業(yè)的實(shí)訓(xùn)、教學(xué)和研究。本手冊主要圍繞普通高等院校和職業(yè)技術(shù)學(xué)院的數(shù)控原理與數(shù)控技術(shù)、專業(yè)機(jī)器人和控制原理和控制工程等綜合創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)室的建設(shè)來介紹產(chǎn)品，但這些產(chǎn)品并不僅僅限于教學(xué)應(yīng)用，他們的大多數(shù)產(chǎn)品都可以直接應(yīng)用于工業(yè)領(lǐng)域。

更詳細(xì)信息請登錄：第二頁，共二十九頁，編輯于2023年，星期三全自主移動機(jī)器人自主移動機(jī)器人簡介Robocup足球機(jī)器人世界杯是目前世界上規(guī)模最大的智能機(jī)器人聯(lián)盟。Robocup中型組足球機(jī)器人是目前Robocup足球機(jī)器人比賽中最富挑戰(zhàn)性的課題之一，博得許多機(jī)器人研究機(jī)構(gòu)和大學(xué)的青睞。DM-B系列智能機(jī)器人系統(tǒng)既能夠面向RobotCup中型組足球機(jī)器人競賽提供一個標(biāo)準(zhǔn)比賽任務(wù)。能夠用于如實(shí)時計算機(jī)視覺、多機(jī)器人協(xié)作算法等其他多種研究。

還可以滿足機(jī)電，自動控制等課程的教學(xué)演示、工程實(shí)訓(xùn)，以提高學(xué)生的綜合創(chuàng)新能力。

可擴(kuò)展成工業(yè)領(lǐng)域和服務(wù)領(lǐng)域的智能無人小車和智能服務(wù)機(jī)器人。第三頁，共二十九頁，編輯于2023年，星期三全自主移動機(jī)器人DM-B系列智能機(jī)器人標(biāo)準(zhǔn)配置DM-B200:DM-B400:第四頁，共二十九頁，編輯于2023年，星期三全自主移動機(jī)器人自主移動機(jī)器人整體外形圖第五頁，共二十九頁，編輯于2023年，星期三全自主移動機(jī)器人自主移動機(jī)器人機(jī)械模塊機(jī)械外殼驅(qū)動輪全維視覺安裝架踢球機(jī)構(gòu)傳感器安裝位第六頁，共二十九頁，編輯于2023年，星期三全自主移動機(jī)器人自主移動機(jī)器人電氣控制模塊直流伺服電機(jī)電源系統(tǒng)運(yùn)動控制器螺線管第七頁，共二十九頁，編輯于2023年，星期三全自主移動機(jī)器人自主移動機(jī)器人傳感器模塊全維視覺前向視覺電子羅盤（可選）紅外傳感器（可選）超聲波傳感器（可選）第八頁，共二十九頁，編輯于2023年，星期三全自主移動機(jī)器人自主移動機(jī)器人使用接口連線筆記本啟動機(jī)器人上電硬件模塊測試硬件模塊測試硬件檢查第九頁，共二十九頁，編輯于2023年，星期三全自主移動機(jī)器人自主移動機(jī)器人軟件模塊運(yùn)動控制模塊視覺模塊策略模塊WindowsXPProfessional操作系統(tǒng)需要攝像頭驅(qū)動程序運(yùn)動控制動態(tài)鏈接庫TML_lib.dll，視覺動態(tài)庫omni_vision.dll,決策動態(tài)庫decision_making.lib和控制動態(tài)庫control.lib。推薦運(yùn)行在PCCPU800MHz以上，256M以上內(nèi)存環(huán)境。軟件運(yùn)行環(huán)境:第十頁，共二十九頁，編輯于2023年，星期三全自主移動機(jī)器人程序模塊劃分及工作流程一運(yùn)行于BlackGen上的程序從結(jié)構(gòu)上可以分為4個主要模塊：視覺模塊決策模塊運(yùn)動控制模塊通信模塊除BlackGen之外，還有一個教練（Coach）程序用于遠(yuǎn)程控制和查看當(dāng)前信息。BlackGen運(yùn)行在機(jī)器人的筆記本中，Coach運(yùn)行在場外的計算機(jī)里面，一個Coach程序可以控制多個BlackGen程序。第十一頁，共二十九頁，編輯于2023年，星期三全自主移動機(jī)器人程序模塊劃分及工作流程二第十二頁，共二十九頁，編輯于2023年，星期三全自主移動機(jī)器人程序模塊劃分及工作流程三BlackGen整個進(jìn)程由5個線程組成：視覺線程，決策線程運(yùn)動控制線程通信線程另外還有一個主線程，它是程序的入口，它先為整個進(jìn)程作一些必要的初始化，如：初始化攝像頭，讀取配置文件等。然后創(chuàng)建另外4個線程，接著就等待鍵盤輸入和處理指令，鍵盤輸入的指令有start（開始），stop（暫停），end（程序結(jié)束）。第十三頁，共二十九頁，編輯于2023年，星期三全自主移動機(jī)器人程序模塊劃分及工作流程四第十四頁，共二十九頁，編輯于2023年，星期三全自主移動機(jī)器人視覺模塊第十五頁，共二十九頁，編輯于2023年，星期三全自主移動機(jī)器人視覺模塊主要完成以下任務(wù)a)基于Camera類的視頻采集。b)基于CBaseVision類及其子類（CFrontVision和COmniVision）的圖像分析處理。c)兩個視覺的信息融合（updateWorld函數(shù)）。第十六頁，共二十九頁，編輯于2023年，星期三全自主移動機(jī)器人基于Camera類的視頻采集Camera類表示攝像頭設(shè)備，主要用來初始化攝像頭和從攝像頭中獲得的圖像原始數(shù)據(jù)，通過攝像頭獲得的是24位RGB格式的圖像數(shù)據(jù)。RGB（red，green，blue）是在三基色理論基礎(chǔ)上開發(fā)的相加混合顏色空間，這也是在圖像處理中通常采用的顏色空間，其中在320×240的圖像上每個象素點(diǎn)用3個Byte表示其RGB值。主要采用了directShow技術(shù)進(jìn)行視頻捕捉。Camera類的接口很簡單，為了方便使用，只有兩個公共函數(shù)：boolInit(intdev_num,char*pBuffer);執(zhí)行初始化攝像頭，在第一次從設(shè)備讀取圖像原始數(shù)據(jù)（RGB顏色模式）之前，一定要執(zhí)行初始化。第一個參數(shù)dev_num表示該設(shè)備的在當(dāng)前操作系統(tǒng)中的枚舉值；第二個參數(shù)pBuffer表示存放圖像原始數(shù)據(jù)的緩沖區(qū)，該緩沖區(qū)大小至少為3×320×240個BYTE。voidCaptureImage(char*pBuffer);捕捉圖像原始數(shù)據(jù)，參數(shù)pBuffer表示存放圖像原始數(shù)據(jù)的緩沖區(qū)。第十七頁，共二十九頁，編輯于2023年，星期三全自主移動機(jī)器人基于CBaseVision類及其子類的圖像分析處理軟件在識別中使用顏色分割的方法，軟件中需要識別八種顏色，我們通過對H、I、S三個數(shù)組都設(shè)成BYTE型，每一為為代表一種顏色，如果某個顏色分量的某個值屬于某中顏色，則對應(yīng)與該顏色的此顏色分量數(shù)組中的相應(yīng)位設(shè)為1，否則設(shè)為0，這樣通過用某個象素的H、I、S值作為H、I、S三個數(shù)組的索引對三個值進(jìn)行位與即可得到當(dāng)前象素屬于的顏色，也成為“8通道”的方法。這樣效率比較高。此部分已經(jīng)被封裝成vision.dll在程序中通過加載dll實(shí)現(xiàn)。其中的大部分文件的源代碼是開放的。第十八頁，共二十九頁，編輯于2023年，星期三全自主移動機(jī)器人CBaseVision類圖像處理的典型步驟第十九頁，共二十九頁，編輯于2023年，星期三全自主移動機(jī)器人CFrontVision類中圖像處理實(shí)現(xiàn)過程第二十頁，共二十九頁，編輯于2023年，星期三全自主移動機(jī)器人兩個視覺的信息融合軟件有兩個攝像頭采集視頻，采用的是不同的圖像處理方法，因此在視覺融合方面需要做一些工作。即不論所得的有效信息是從全維視覺得到還是從前向視覺得到，在決策模塊認(rèn)為是一致的。boolupdateWorld(CFrontVision&frontVision,boolfrontOK,COmniVision&omniVison,boolomniOK,World&w)更新信息函數(shù)。該函數(shù)為上面的結(jié)構(gòu)體中變量賦值。第一個參數(shù)frontVision指向前向視覺對象。第二個參數(shù)frontOk，true表示前向視覺參與視覺融合，false表示不參與。第三個參數(shù)omniVision指向全維視覺對象。第四個參數(shù)omniOk，true表示全維視覺參與視覺融合，false表示不參與。注：在軟件中主要是通過經(jīng)驗(yàn)來融合兩個視覺的信息。該部分應(yīng)該根據(jù)具體情況考慮修改。并且沒有寫單獨(dú)一個視覺的情況，如果需要可自己添加。第五個參數(shù)w，World對象中包含Vision2Player成員，該成員會被賦值。第二十一頁，共二十九頁，編輯于2023年，星期三全自主移動機(jī)器人決策模塊決策模塊的輸入是視覺模塊的輸出，是球場上各個對象的信息，如球相對于機(jī)器人的坐標(biāo)，兩個球門中心點(diǎn)相對于機(jī)器人的坐標(biāo)等等。決策模塊的輸出是具體的運(yùn)動參數(shù)，如左右輪速，它們將成為運(yùn)動控制模塊的輸入。在這里面運(yùn)動控制模塊所做的是根據(jù)過去部分的和當(dāng)前的視覺信息判斷出當(dāng)前狀態(tài)，根據(jù)這個狀態(tài)使用對應(yīng)的算法計算出適合的運(yùn)動參數(shù)。決策模塊主要是通過一個有限狀態(tài)自動機(jī)來完成決策過程的。而這個狀態(tài)機(jī)是通過讀取配置文件來構(gòu)建的。BlackGen在初始化的時候先讀取這個配置文件并在程序中構(gòu)建出一個狀態(tài)機(jī)供決策使用。用戶可以根據(jù)自己的需要針對不同情況編寫不同的配置文件。第二十二頁，共二十九頁，編輯于2023年，星期三全自主移動機(jī)器人決策模塊的原理第二十三頁，共二十九頁，編輯于2023年，星期三全自主移動機(jī)器人決策模塊的原理找球（FindBall）就是當(dāng)視覺沒有在圖像上識別出球時所處的狀態(tài)，機(jī)器人采用自轉(zhuǎn)的方式找球，如果看到球，跳到拿球狀態(tài)。拿球（GoToBall）就是機(jī)器人看見球了，但是球還沒進(jìn)入機(jī)器人的帶球機(jī)構(gòu)，這個狀態(tài)的動作需要一個具體的算法，一個已知目標(biāo)點(diǎn)求左右輪速的算法。當(dāng)看不見球了狀態(tài)跳到找球，如果球進(jìn)入機(jī)器人的帶球機(jī)構(gòu)時跳到帶球狀態(tài)。帶球（DriveToGoal）就是球在帶球機(jī)構(gòu)中，而球門并不在機(jī)器人的射程中所處的狀態(tài)，機(jī)器人針對對方球門的位置算出不同的左右輪速，同樣這里也需要一個特定的算法。如果球不見了狀態(tài)跳到找球，如果球脫離了帶球狀態(tài)跳到拿球狀態(tài)，如果對方球門看不見則跳到找球門的狀態(tài)，如果對方球門進(jìn)入射程范圍就跳到射門狀態(tài)。找球門（FindOppGoal）就是球在機(jī)器人的帶球機(jī)構(gòu)中，但是機(jī)器人看不見對方球門，機(jī)器人需要帶著球找對方球門。這里我們直接設(shè)置左右輪速（25，40）走圓弧來完成這個工作。射門（Kick）是球在帶球機(jī)構(gòu)中，對方球門又在射程中，機(jī)器人打開踢球機(jī)構(gòu)把球彈出。同樣如果球不見了就跳到找球狀態(tài)。第二十四頁，共二十九頁，編輯于2023年，星期三全自主移動機(jī)器人具體決策線程的流程第二十五頁，共二十九頁，編輯于2023年，星期三全自主移動機(jī)器人教練與通信模塊通信模塊的主要作用就是監(jiān)聽網(wǎng)絡(luò)等待教練程序發(fā)過來的指令。在這里我們只定義了兩種指令：‘s’（小寫s）代表start開始，‘S’（大寫s）代表stop暫停教練程序與通信模塊是通過數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)Referee2Player來完成的。structReferee2Player{charcmd;roleTyperole;};其中cmd為指令（即‘s’和‘S’），role還沒有實(shí)際的用途。第二十六頁，共二十九頁，編輯于2023年，星期三全自主移動機(jī)器人運(yùn)動控制模塊BlackGen機(jī)器人采用TECHNOSOFT公司的IPM100運(yùn)動控制板作為運(yùn)動控制器，用來將上位機(jī)指令轉(zhuǎn)換為運(yùn)動輸出。BlackGen采用運(yùn)動控制動態(tài)鏈接庫TML_lib.dll來完成對IPM板的控制，而控制工作主要在ipm類里面實(shí)現(xiàn)。第二十七頁，共二十九頁，編輯于2023年，星期三全自主移動機(jī)器人運(yùn)動控制模塊接口說明主要成員函數(shù)：boolIpm::initIpm()初始化控制板。intIpm::readASPD()讀取實(shí)際的左右輪速并把結(jié)果保存在R_ASPD和L_ASPD這兩個成員變量中。

boolIpm::DetectBlock(doublelwset,doublerwset)判斷機(jī)器人的左右輪是否處在堵轉(zhuǎn)狀態(tài)，輸入為lwset和rwset實(shí)際向IPM板發(fā)送的左右輪速。函數(shù)給bLBlocking和bRBlocking兩個成員變量賦值，這兩個變量分別代表了左右輪是否堵轉(zhuǎn)。第一個參數(shù)lwset為發(fā)到IPM板上的左輪速第二個參數(shù)rwset為發(fā)到IPM板上的右輪速boolIpm::LoadConfig(constchar*filename)讀取配置文件，得到初始化參數(shù)。第一個參數(shù)filename為IPM板相關(guān)的配置文件，默認(rèn)為《ipm.cfg》voidIpm::axisOff()讓機(jī)器人處