服務(wù)機(jī)器人應(yīng)用開(kāi)發(fā)（初級(jí)） 課件 項(xiàng)目3、4 巡線機(jī)器人、導(dǎo)盲避障機(jī)器人

項(xiàng)目三巡線機(jī)器人服務(wù)機(jī)器人應(yīng)用開(kāi)發(fā)UBTECHCONTENTS01.學(xué)習(xí)目標(biāo)UBTECH02.內(nèi)容結(jié)構(gòu)03.任務(wù)背景04.任務(wù)描述05.知識(shí)鏈接06.任務(wù)實(shí)施07.擴(kuò)展任務(wù)08.項(xiàng)目小結(jié)學(xué)習(xí)目標(biāo)1.了解電機(jī)的工作原理；2.了解灰度傳感器的工作原理；3.熟練掌握按照說(shuō)明書(shū)裝配小車；4.通過(guò)程序調(diào)用setMotorTurn()控制電機(jī)驅(qū)動(dòng)；5.通過(guò)程序調(diào)用getGrayAllValue()讀取灰度傳感器數(shù)值；內(nèi)容結(jié)構(gòu)任務(wù)背景巡線機(jī)器人是以移動(dòng)機(jī)器人作為載體，如3-1所示，以可見(jiàn)光攝像機(jī)、紅外熱成像儀、其它檢測(cè)儀器作為載荷系統(tǒng)，以機(jī)器視覺(jué)、電磁場(chǎng)、GPS、GIS的多場(chǎng)信息融合作為機(jī)器人自主移動(dòng)與自主巡檢的導(dǎo)航系統(tǒng)，以嵌入式計(jì)算機(jī)作為控制系統(tǒng)的軟硬件開(kāi)發(fā)平臺(tái)；具有障礙物檢測(cè)識(shí)別與定位、自主作業(yè)規(guī)劃、自主越障、對(duì)輸電線路及其線路走廊自主巡檢、巡檢圖像和數(shù)據(jù)的機(jī)器人本體自動(dòng)存儲(chǔ)與遠(yuǎn)程無(wú)線傳輸、地面遠(yuǎn)程無(wú)線監(jiān)控與遙控、電能在線實(shí)時(shí)補(bǔ)給、后臺(tái)巡檢作業(yè)管理與分析診斷等功能。任務(wù)描述本項(xiàng)目主要任務(wù)有：1、制作一個(gè)基于uKitExplore的輪式巡線機(jī)器人；2、uKitExplore作為機(jī)器人的大腦，灰度傳感器作為機(jī)器人的感官，電機(jī)作為機(jī)器人運(yùn)動(dòng)部件，三者結(jié)合共同作用下，實(shí)現(xiàn)輪式巡線機(jī)器人巡線運(yùn)動(dòng)；（一）（二）（三）（四）（五）知識(shí)鏈接認(rèn)識(shí)電機(jī)認(rèn)識(shí)灰度傳感器認(rèn)識(shí)int變量認(rèn)識(shí)void函數(shù)局部變量與全局變量知識(shí)鏈接一、認(rèn)識(shí)電機(jī)電機(jī)就是一種將電能與機(jī)械能相互轉(zhuǎn)換的電磁機(jī)械裝置。電機(jī)一般有兩種應(yīng)用形式：第一種是把機(jī)械能轉(zhuǎn)換為電能，稱之為發(fā)電機(jī)；第二種是把電能轉(zhuǎn)換為機(jī)械能，稱之為電動(dòng)機(jī)。電動(dòng)機(jī)（Motors：也稱為馬達(dá)）是把電能轉(zhuǎn)換成機(jī)械能的一種設(shè)備。它利用通電導(dǎo)線在磁場(chǎng)中受到力的作用，從而旋轉(zhuǎn)的裝置。受力方向遵循“左手定則”。電機(jī)的工作原理知識(shí)鏈接一、認(rèn)識(shí)電機(jī)左手定則是判斷通電導(dǎo)線處于磁場(chǎng)中時(shí)，所受安培力F的方向、磁感應(yīng)強(qiáng)度B的方向、通電導(dǎo)體棒的電流l三者方向之間的關(guān)系的定律。將左手的食指，中指和拇指伸直，使其在空間內(nèi)相互垂直。掌心方向代表磁場(chǎng)的方向（從N級(jí)到S級(jí)），中指代表電流的方向（從正極到負(fù)極），那拇指所指的方向就是受力的方向。使用時(shí)可以記住，中指，食指，拇指指代“電，磁，力”。知識(shí)鏈接一、認(rèn)識(shí)電機(jī)按工作電源種類劃分：可分為直流電機(jī)和交流電機(jī)。直流電動(dòng)機(jī)可劃分：無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī)和有刷直流電動(dòng)機(jī)。交流電動(dòng)機(jī)可劃分：?jiǎn)蜗嚯姍C(jī)和三相電機(jī)。按結(jié)構(gòu)和工作原理可劃分：異步電動(dòng)機(jī)、同步電動(dòng)機(jī)。按用途可劃分：驅(qū)動(dòng)用電動(dòng)機(jī)和控制用電動(dòng)機(jī)。驅(qū)動(dòng)用電動(dòng)機(jī)可劃分：電動(dòng)工具用電動(dòng)機(jī)、家電等?？刂朴秒妱?dòng)機(jī)又劃分：步進(jìn)電動(dòng)機(jī)和伺服電動(dòng)機(jī)等電機(jī)的分類知識(shí)鏈接一、認(rèn)識(shí)電機(jī)電機(jī)連接在uKitExplore開(kāi)發(fā)板的任意一個(gè)3PIN口即可。電機(jī)可以串聯(lián)多個(gè)，而多個(gè)電機(jī)是通過(guò)ID號(hào)加以區(qū)分和識(shí)別，在控制時(shí)注意電機(jī)的ID。硬件連接方面要使用USB線連接uKitExplore開(kāi)發(fā)板和電腦，3PIN口接入電機(jī)、uKitExplore開(kāi)發(fā)板接入電池并打開(kāi)開(kāi)關(guān)。電機(jī)使用方法知識(shí)鏈接二、認(rèn)識(shí)灰度傳感器灰度傳感器是一種模擬傳感器，有一只發(fā)光二極管和一只光敏電阻，安裝在同一面上。它利用不同顏色的檢測(cè)面對(duì)光的反射程度不同，光敏電阻對(duì)不同檢測(cè)面返回的光其阻值也不同的原理進(jìn)行顏色深淺檢測(cè)。在有效的檢測(cè)距離內(nèi)，發(fā)光二極管發(fā)出白光，照射在檢測(cè)面上，檢測(cè)面反射部分光線，光敏電阻檢測(cè)此光線的強(qiáng)度并將其轉(zhuǎn)換為機(jī)器人可以識(shí)別的信號(hào)?；叶葌鞲衅鞯墓ぷ髟碇R(shí)鏈接二、認(rèn)識(shí)灰度傳感器uKitRoute智能灰度傳感器，是一款顛覆傳統(tǒng)的高智能灰度傳感器，具有多檢測(cè)點(diǎn)、智能化、多功能化的特點(diǎn)。uKitRoute智能灰度傳感器通過(guò)顏色采集，可以感知任意兩種顏色然后輸出相應(yīng)的電平值。智能灰度傳感器知識(shí)鏈接二、認(rèn)識(shí)灰度傳感器灰度傳感器連接的時(shí)候使用7Pin的線，連接灰度口（Route）另外一頭連接uKitExplore開(kāi)發(fā)板。通過(guò)手機(jī)掃描二維碼，可以查看具體步驟的操作視頻。注意，讀取數(shù)據(jù)時(shí)，需要將uKitRoute智能灰度傳感器朝地面方向的5個(gè)識(shí)別點(diǎn)都置于在同一個(gè)顏色中，這樣讀出來(lái)的數(shù)據(jù)會(huì)比較準(zhǔn)確，還有讀取數(shù)據(jù)時(shí)放置一格的連接件讀取數(shù)據(jù)會(huì)更加準(zhǔn)確?；叶葌鞲衅鞯氖褂梅椒ㄖR(shí)鏈接三、認(rèn)識(shí)int變量整數(shù)是編程中常用的一種數(shù)據(jù)，C語(yǔ)言通常使用int來(lái)定義整數(shù)（int是integer的簡(jiǎn)寫）。在現(xiàn)代操作系統(tǒng)中，int一般占用4個(gè)字節(jié)（Byte）的內(nèi)存，共計(jì)32位（Bit）。如果不考慮正負(fù)數(shù)，當(dāng)所有的位都為1時(shí)它的值最大，為232-1=4,294,967,295≈43億，這是一個(gè)很大的數(shù)，實(shí)際開(kāi)發(fā)中很少用到，而諸如1、99、12098等較小的數(shù)使用頻率反而較高。知識(shí)鏈接四、認(rèn)識(shí)void函數(shù)void的字面意思是“無(wú)類型”，常用來(lái)聲明一個(gè)函數(shù)，說(shuō)明該函數(shù)不會(huì)返回任何數(shù)據(jù)，void意思是函數(shù)的數(shù)據(jù)類型空，即沒(méi)有返回值。無(wú)返回值的函數(shù)：該函數(shù)功能只是完成一個(gè)操作，應(yīng)將返回值類型定義為void，函數(shù)體內(nèi)可沒(méi)有return語(yǔ)句。有返回值的函數(shù)：該函數(shù)的最后會(huì)有一個(gè)返回值return，可以用來(lái)獲取該函數(shù)執(zhí)行結(jié)果返回給該函數(shù)，讓外部調(diào)用該函數(shù)的。知識(shí)鏈接五、局部變量與全局變量局部變量，也稱內(nèi)部變量，是指在一個(gè)函數(shù)內(nèi)部或復(fù)合語(yǔ)句內(nèi)部定義的變量。局部變量的作用域是定義該變量的函數(shù)或定義該變量的復(fù)合語(yǔ)句。局部變量的生存期是從函數(shù)被調(diào)用的時(shí)刻算起到函數(shù)返回調(diào)用處的時(shí)刻結(jié)束。局部變量知識(shí)鏈接五、局部變量與全局變量在所有函數(shù)外部定義的變量稱為全局變量（GlobalVariable），它的作用域默認(rèn)是整個(gè)程序，也就是所有的源文件。全局變量（一）（二）（三）任務(wù)1：搭建機(jī)器人結(jié)構(gòu)任務(wù)2：硬件連接任務(wù)3：編程實(shí)現(xiàn)巡線機(jī)器人任務(wù)實(shí)施任務(wù)實(shí)施任務(wù)1：搭建機(jī)器人結(jié)構(gòu)利用uKitExplore電子件和外觀結(jié)構(gòu)件，按照說(shuō)明書(shū)的步驟和注意事項(xiàng)，搭建一個(gè)巡線機(jī)器人。任務(wù)實(shí)施任務(wù)1：搭建機(jī)器人結(jié)構(gòu)自動(dòng)巡線小車模型包含灰度傳感器、前部、主控板和后部四個(gè)部分，首先搭建前部。搭建小車前部任務(wù)實(shí)施任務(wù)1：搭建機(jī)器人結(jié)構(gòu)完成頭部之后，搭建主控部分。搭建主控部分任務(wù)實(shí)施任務(wù)1：搭建機(jī)器人結(jié)構(gòu)搭建后部任務(wù)實(shí)施任務(wù)1：搭建機(jī)器人結(jié)構(gòu)搭建完巡線小車，就可以在兩驅(qū)小車的基礎(chǔ)上增加灰度傳感器，即可完成自動(dòng)巡線小車模型，將各個(gè)部分組合起來(lái)，自動(dòng)巡線小車模型就搭建完成了。搭建灰度傳感器任務(wù)實(shí)施任務(wù)2：硬件連接該項(xiàng)目需要連接電機(jī)和灰度傳感器，灰度傳感器連接在uKitExplore開(kāi)發(fā)板上X3的7PIN接口即可。在控制時(shí)注意電機(jī)和舵機(jī)的ID，電機(jī)是依靠ID來(lái)控制的。硬件連接方面要使用USB線連接uKitExplore開(kāi)發(fā)板和電腦，3PIN口接入電機(jī)、uKitExplore開(kāi)發(fā)板接入電池即可。這里我們接入1號(hào)電機(jī)、2號(hào)電機(jī)、灰度傳感器。任務(wù)實(shí)施任務(wù)3：編程實(shí)現(xiàn)巡線機(jī)器人輸入完成后，點(diǎn)擊“編譯”檢查代碼有無(wú)錯(cuò)誤。確保沒(méi)有錯(cuò)誤后就可以開(kāi)始上傳了，點(diǎn)擊“上傳”之后IDE會(huì)把代碼發(fā)送給uKitExplore開(kāi)發(fā)板。完成以上步驟后，會(huì)看到小車沿著黑線行駛。編程拓展任務(wù)巡線小車是通過(guò)地上的黑色線來(lái)判斷運(yùn)動(dòng)的路線的，如果遇到一個(gè)黑色十字交叉，即遇到十字路口，小車該如何運(yùn)動(dòng)呢？項(xiàng)目小結(jié)本項(xiàng)目中，先學(xué)習(xí)了電機(jī)、灰度傳感器的工作原理，通過(guò)將灰度傳感器安裝在小車上從而構(gòu)成具備巡線功能的智能小車，最后在ArduinoIDE中通過(guò)編寫程序讓小車能夠識(shí)別路線后并正確運(yùn)行，從而達(dá)到巡線的功能。THANKSBUSINESSDESIGN服務(wù)機(jī)器人應(yīng)用開(kāi)發(fā)項(xiàng)目四

導(dǎo)盲避障機(jī)器人服務(wù)機(jī)器人應(yīng)用開(kāi)發(fā)UBTECHCONTENTS01.學(xué)習(xí)目標(biāo)UBTECH02.內(nèi)容結(jié)構(gòu)03.任務(wù)背景04.任務(wù)描述05.知識(shí)鏈接06.任務(wù)實(shí)施07.擴(kuò)展任務(wù)08.項(xiàng)目小結(jié)學(xué)習(xí)目標(biāo)1.進(jìn)一步了解電機(jī)的工作原理；2.進(jìn)一步掌握灰度傳感器的工作原理；3.了解舵機(jī)的工作原理；4.了解超聲波傳感器的工作原理；5.熟練掌握通過(guò)程序調(diào)用setMotorTurn()控制電機(jī)驅(qū)動(dòng)；6.熟練掌握通過(guò)程序調(diào)用setServoAngle()控制舵機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)；7.熟練掌握通過(guò)程序調(diào)用readUItrasonicDistance()讀取超聲波傳感器數(shù)值。內(nèi)容結(jié)構(gòu)任務(wù)背景對(duì)于視障人士來(lái)說(shuō)如何掌握行走的方式和特性是日常生活的重要部份，他們可以依賴一定的輔助設(shè)施，比如傳統(tǒng)的盲杖、加入聲波探測(cè)障礙物的電子盲杖，還有其他的盲人導(dǎo)航設(shè)備等等，這一切都有它們的優(yōu)點(diǎn)和缺點(diǎn)。而導(dǎo)盲避障機(jī)器人屬于智能特種機(jī)器人，可以巡曲線運(yùn)行并避開(kāi)障礙物，可用于醫(yī)療服務(wù)、智能導(dǎo)航等領(lǐng)域。任務(wù)描述本項(xiàng)目主要任務(wù)有：1、認(rèn)識(shí)基于Arduino的開(kāi)發(fā)平臺(tái)uKitExplore及其構(gòu)成；2、能夠?qū)崿F(xiàn)機(jī)器人自主循線避障行走。（一）（二）（三）（四）知識(shí)鏈接認(rèn)識(shí)舵機(jī)認(rèn)識(shí)超聲波傳感器static與靜態(tài)變量const與常量知識(shí)鏈接一、認(rèn)識(shí)舵機(jī)舵機(jī)（Servo）是一種位置（角度）伺服的驅(qū)動(dòng)器，適用于那些需要角度不斷變化并可以保持的控制系統(tǒng)。機(jī)連接在uKitExplore開(kāi)發(fā)板的任意一個(gè)3PIN口即可。舵機(jī)可以串聯(lián)多個(gè)。在控制時(shí)注意舵機(jī)的ID。舵機(jī)是依靠ID來(lái)控制的。硬件連接方面要使用USB線連接uKitExplore開(kāi)發(fā)板和電腦，3PIN口接入舵機(jī)、uKitExplore開(kāi)發(fā)板接入電池即可。舵機(jī)的工作原理知識(shí)鏈接二、認(rèn)識(shí)超聲波傳感器超聲波傳感器是將超聲波信號(hào)轉(zhuǎn)換成其他能量信號(hào)（通常是電信號(hào)）的傳感器。超聲波是振動(dòng)頻率高于20kHz的機(jī)械波。超聲波對(duì)液體、固體的穿透本領(lǐng)很大，尤其是在陽(yáng)光不透明的固體中。超聲波碰到雜質(zhì)或分界面會(huì)產(chǎn)生顯著反射形成反射回波，碰到活動(dòng)物體能產(chǎn)生多普勒效應(yīng)。本項(xiàng)目需要用到超聲波傳感器元件,硬件連接方面要使用USB線連接uKitExplore開(kāi)發(fā)板和電腦，3PIN口接入電機(jī)、uKitExplore開(kāi)發(fā)板接入電池并打開(kāi)開(kāi)關(guān)。知識(shí)鏈接三、static與靜態(tài)變量static關(guān)鍵字用于創(chuàng)建只對(duì)某一函數(shù)可見(jiàn)的變量。然而，和局部變量不同的是，局部變量在每次調(diào)用函數(shù)時(shí)都會(huì)被創(chuàng)建和銷毀，靜態(tài)變量只會(huì)在函數(shù)第一次調(diào)用的時(shí)候被創(chuàng)建和初始化，靜態(tài)變量在函數(shù)調(diào)用結(jié)束之后仍然保持著原來(lái)的數(shù)據(jù)。知識(shí)鏈接四、const與常量const關(guān)鍵字代表常量。它是一個(gè)變量限定符，用于修改變量的性質(zhì)，使其變?yōu)橹蛔x狀態(tài)。這意味著該變量，雖然可以和任何相同類型的其他變量一樣使用，但不能改變其值。如果嘗試為一個(gè)const變量賦值，編譯時(shí)將會(huì)報(bào)錯(cuò)。任務(wù)實(shí)施（一）（二）（三）任務(wù)1：搭建機(jī)器人結(jié)構(gòu)任務(wù)2：硬件連接任務(wù)3：在ArduinoIDE中編程任務(wù)實(shí)施任務(wù)1：搭建機(jī)器人結(jié)構(gòu)搭建一輛自動(dòng)巡線避障小車所需的組件如圖所示。安裝開(kāi)發(fā)板驅(qū)動(dòng)任務(wù)實(shí)施任務(wù)1：搭建機(jī)器人結(jié)構(gòu)1.搭建避障小車模型2.搭建主控板3.搭建動(dòng)力模塊4.搭建灰度傳感器模塊任務(wù)實(shí)施任務(wù)2：硬件連接1.連接舵機(jī)、電機(jī)、超聲波傳感器2.連接傳感器3.連接電腦任務(wù)實(shí)施任務(wù)3：在Ar