机器人循线算法原理与实践转收

1、机器人循线算法原理与实践（转收）硬件基本构架对于机器人的循线，为了获得场地上白线（黑线）的信息，硬件结构一般有如下 几种种类。1、红外对管阵列。采取这种方式的机器人比较多，尤其在各种机器人竞赛中， 几乎是标准配置。 但是这种技术有一个致命的弱点， 就是对于场地光线的干扰特 别敏感，而且也很难把红色和白线区别开来， 所以使用受到一定的限制。 一般解 决这类问题的方法是在红外光上加载一个调制波， 通过检测这个调制波来消除场 地光线的干扰，至于如何解决红色和白色的区别问题，那就几乎是五花八门了。2、光纤传感器阵列。采用这种传感器阵列的原因是，光纤非常细，在单位面积 内可以安装更多的传感器， 从而获得

2、更精确地场地信息。 当然，钱也也花得更多。3、 线性CCD这种硬件方法几乎是一种对场地信息分辨率的BT追求，如果说红 外对管阵列还是离散信息的话，那么线性CCD就是线性的连续数据。当然驱动它 也不是一件容易的事情，对于单片机也有更高的速度要求。4、视觉。废话少说否则明天我都别想吃饭。基本原理所谓循线，就是通过一定的传感器探测地面色调迥异的两种色彩从而获 得引导线位置， 修正机器人运动路径的一种技术。 说的太拗口了。 不说太多 理论的东西，我们就从基于红外对管阵列的循线技术来说起。假设，我们使用的是黑底白线的场地。红外对管阵列由3个红外对管1字摆开组成。白线的宽度略小于或等于红外对管阵列的宽度。

3、1、数据的采集。对于机器人来说， 通过传感器感知周围事物的信息， 利用这些信息并不 作太多智能上的计算而直接通过一定的转换， 指导机器人的运动这种形式在 人工智能学上叫做机器人的“反应范式”。 所以，我们要想让我们的机器人能够 寻着我们给定的轨迹线运动， 第一步就必须让他感知到轨迹线的存在。 一般的做 法就是通过AD采样，获得红外对管（传感器）反馈回来的电压信息。然而，这 样获得的电压值信息是无法直接指导运动的， 必须把他们转化为二值的 （也就是 二进制信息，1表示线存在，0表示线不存在）信息，然后通过处理每一个管子 反馈回来的二值信息获得白线的位置信息。技术点AAD信号的阀值化。（你可以参考

4、其它的算法，获得比较详尽的技术，我这里只是举例一二）所谓阀值化， 就是通过一定的范围把握， 从而把线性的数据转化为离散 数据的一种变换。简单的说，就是通过分段函数的方法，将数据分类。在我们这 个应用中，就是想方设法使AD采集回来的电压值变化为一个恰恰能够准确表示 白线位置信息的二进制信息，1代表白线存在，0代表白线不存在。由于白色和 黑色在电压差异上非常之巨大， 所以可以简单的通过一个标志线来区分它们， 当 电压值高于这个标志线了，就把他标志为1，否则就标志为0，算法描述为：if （AdValuei MarkLing）elseLineInfori1;LineInfori = 0;这样做非常简单

5、， 适合于比较标准的场地， 然而对于那些模糊了的场地或者是非 标准场地， 虽然人的肉眼能够看出来， 但是对于机器人来说， 可能看到的就是花 白的一片或者是黑色的夜幕。 当标志线值过高时， 机器人能看到的只是那些特别 明显的白线，其他则是黑色的夜幕，很容易丢失轨迹线；当标志线值过低时，机 器人眼中就是白茫茫的一片毛刺。 总而言之， 对场地的适应性非常差。 解决方法 是，通过设定两个标志线来标定轨迹线信息，当AD值高于某一值时，标志1;当AD值低于另外某一值时，则标定0。算法描述为：if (AdValuei High_MarkLine)LineInfori = 1;else if (AdValue

6、i 技术点B动态预值。(你可以参考其它的算法，获得比较详尽的技术，我 这里只是举例一二) 当然，这种算法在简单的机器人循线中不是很常用。比较常见，适应性强的方法 是，首先从AD值中找到一个中间值作为MarkLine，(或者可以从AD值中找那 些比较接近最大值和最小值之差的0.618倍的数值) ，然后再使用第一种方法标 记，这样的算法叫做动态预值。如果把这种算法应用于第二种当然也不多啦。2、数据的简单加工第一个循线程序。到目前为止，我们已经把AD的值的数组转变为了一个表示白线位置的 二进制位的数组我们不妨直接把他用一个字节表示哈。 那么，这个字节的状 态就表示了当前白线的位置信息。 再假设，我们

7、已经写好了几个函数用来分别控 制小车的左右运动。那么我们就可以通过以下的简单方式来实现循线了。/用字节的高三位表示三个管子检测到的白线信息。switch (LineInforByte)case 0b11100000:/全部在白线上Motor_Left_GoFront(FullSpeed);Motor_Right_GoFront(FullSpeed);break;case 0b01100000: /明显车子向左偏了哈Motor_Left_GoFront(FullSpeed);Motor_Right_GoFront(NormalSpeed);break;case 0b00100000:Motor_

8、Left_GoFront(FullSpeed);Motor_Right_GoFront(LowSpeed);break;/其他情况仿照上面自己写了哈。default:Motor_Left_GoFront(StopNow);Motor_Right_GoFront(StopNow);break呵呵，这样就完成了一个循线小车的程序了哈。简单吧。顺便说明一下下，Motor_Lef_GoFront()函数是一个控制电机PWM输出的函数。FullSpeed NormalSpeed LowSpeed StopNow StopFree是一些控制PW啲 宏定义，你可以修改这些宏定义的值来实现以上的功能。 我想，

9、你看了这个程序 应该已经对循线的基本原理了然于胸了吧。哈哈哈哈哈哈哈哈。3、数据的高级加工复杂地面情况的模糊识别算法。以上的算法的确可以应付规范场地下的情况了， 但是由于其类似查表式的 数据处理方式，一旦出现真值表中没有的情况哪怕是很明显的直线存在 机器人都没有办法处理了。典型的就是在地上有大块的白色斑点， 导致机器人对 白线视而不见。解决以上问题的方法还要从人眼识别白线的原理上说起。 在破坏严重的场地上，人类的眼睛仍然可以识别出原先的白线， 这是为什么呢？通过重心。人类 的眼睛通过捕捉白线的重心确立白线的大体轨迹， 从而辨认出白线的位置。从概应力，就需要增加传感器的数目。我们不妨用8个红外管

10、作为传感器。这样通过处理后获得的场地信息就整整1个字节了。假设1个光电管的1拥有1单位的重 量，八个光电管的坐标分别为-7-5-3-11 3 5 7,其间距都是2个单位，通过置信公式很容易计算出质心的坐标，通过这个坐标和0的绝对值， 就可以知道当前机器人偏离白线的多少，而这个偏离值则可以通过简单的比例直率的角度上说， 在破坏严重的场地上，的，即使不同，由于白线本身的存在， 只要简单的获得地面浅色标志的重心， 用物理学上质心的算法获得这一信息。出现在白线两边的浅色干扰的概率是一样 其重心至少是不会偏离白线很远的，所以， 就可以大体确立白线的所在。我们可以利 忘了说一点，要想机器人增强对环境的适接

11、指导运动函数。典型实例如下：*函数说明：电机动作调速函 数*说明： 该函数放在定时器或者主循环里面用于产生软PWM*/void SpeedPWM(char PWMLine)char PWMLine_L = PWMLine; charPWMLine_R = PWMLine; staticcharPWMCount_L = 0;staticchar PWMCount_R= 0;char Temp = 0;if(FollowLineEnable = True)Temp = (char)fabs(float)CG_X);if (AdcValueFlag = 0)Temp = 0;elseif (CG_X

12、 0)if (Temp4) = PWMLine_R)PWMLine_R -= (Temp5)+Temp2);elsePWMLine_R = 0;elseif (Temp4) = PWMLine_L)PWMLine_L -= (Temp Fastest)PWMCount_L = Stop;if (PWMCount_R Fastest)PWMCount_R= Stop;if (PWMCount_L PWMLine_L)switch (GoDirection)case Front:Motor_Left_GoFront;break; case Back: Motor_Left_GoBack;break

13、; case Left: Motor_Left_GoFront;break;case Right:Motor_Left_GoBack;break; case Stop: Motor_Left_Stop_Free;break;else if (PWMCount_R PWMLine_R)switch (GoDirection)case Front:Motor_Right_GoFront; break;case Back:Motor_Right_GoBack; break;case Left:Motor_Right_GoBack; break;case Right:Motor_Right_GoFro

14、nt; break;case Stop:Motor_Right_Stop_Free; break;elseMotor_Right_Stop_Free;*函数说明：获取偏离轨迹线的数值*输入：表明寻线状态的字节*说明*通过类质心算法获取当前机器人偏离轨迹线的量*-表示偏左+表示偏右*/signedsignedsignedcharGetCG_X(unsigned charAdcValues)charchara = 0; Temp = 0;signed char Totals = 0;for (a = 0;a8;a+)if (AdcValues 7)Temp += (-7)+ (a1);Totals+;if (Tot