视觉制导课程论文

机电一体化与机器人技术机电动力试验平台PAGEPAGE9视觉制导机器人实验机电一体化与机器人技术论文姓名：学号：同组成员：完成日期：目录一.硬件平台综述…………3机电一体化方面1.2小车整体组成二.方案论证………………6比赛要求2.2方案的制定与论证三.方案实现………………6四.完成情况………………7五.总结……………………75.1不足的或者可以改进的地方5.2个人的心得与体会六.附录……………………7小车代码………………7七．参考书目………………9 一.硬件平台综述1.1机电一体化方面机电一体化技术是将机械技术、电工电子技术、微电子技术、信息技术、传感器技术、接口技术、信号变换技术等多种技术进行有机地结合，并综合应用到实际中去的综合技术。它着重以电子\o"硬件"硬件、\o"电脑程式"电脑程式或\o"软件"软件，对\o"机械"机械进行\o"控制"控制，有别于以往\o"机械工程"机械工程专科较少触及电子方面。现代化的自动生产设备几乎可以说都是机电一体化的设备。当中较为人熟悉的机电一体化成品为\o"机器人"机器人，其技术亦会应用到\o"工业生产（尚未撰写）"工业生产中所使用的\o"机械臂（尚未撰写）"机械臂及\o"生产线"生产线\o"自动化"自动化上。不单在工业生产上，在一般我们常接触的，如小至体内微血管手术\o"机械臂（尚未撰写）"机械臂，大至\o"航天飞机"航天飞机、\o"空间站"空间站都有应该其技术。现时不少固有的产品亦开始加入自动化控制的元件，如汽车及铁路。机电一体化系统一般由五大要素组成，分别是结构组成要素、动力组成要素、运动组成要素、感知组成要素、职能组成要素五大组成要素有机结合而成。机械本体（结构组成要素）是系统的所有功能要素的机械支持结构，一般包括有机身、框架、支撑、联接等。动力驱动部分（动力组成要素）依据系统控制要求，为系统提供能量和动力以使系统正常运行。测试传感部分（感知组成要素）对系统的运行所需要的本身和外部环境的各种参数和状态进行检测，并变成可识别的信号，传输给信息处理单元，经过分析、处理后产生相应的控制信息。控制及信息处理部分（职能组成要素）将来之测试传感部分的信息及外部直接输入的指令进行集中、存储、分析、加工处理后，按照信息处理结果和规定的程序与节奏发出相应的指令，控制整个系统有目的的运行。执行机构（运动组成要素）<BR>根据控制及信息处理部分发出的指令，完成规定的动作和功能。构成机电一体化系统的五大组成要素其内部及相互之间都必须遵循结构耦合、运动传递、信息控制与能量转换四大原则。接口耦合：两个需要进行信息交换和传递的环节之间，由于信息模式不同（数字量与模拟量，串行码与并行码，连续脉冲与序列脉冲等）无法直接传递和交换，必须通过接口耦合来实现。而两个信号强弱相差悬殊的环节之间，也必须通过接口耦合后，才能匹配。变换放大后的信号要在两个环节之间可靠、快速、准确的交换、传递，必须遵循一致的时序、信号格式和逻辑规范才行，因此接口耦合时就必须具有保证信息的逻辑控制功能，使信息按规定的模式进行交换与传递。能量转换：两个需要进行传输和交换的环节之间，由于模式不同而无法直接进行能量的转换和交流，必须进行能量的转换，能量的转换包括执行器，驱动器和他们的不同类型能量的最优转换方法及原理。信息控制：在系统中，所谓智能组成要素的系统控制单元，在软、硬件的保证下，完成信息的采集、传输、储存、分析、运算、判断、决策，以达到信息控制的目的。对于智能化程度高的信息控制系统还包含了知识获得、推理机制以及自学习功能等知识驱动功能。运动传递：运动传递使构成机电一体化系统各组成要素之间，不同类型运动的变换与传输以及以运动控制为目的的优化。而所谓机电一体化产品，是以单片机为核心的控制系统，部分是电；还有伺服电机这样执行机构，二者统一于一定的机械结构下，并能完成特定的任务，构成机电一体化产品。1.2小车整体组成视觉制导小车的基本组成部分是：单片机及时钟复位电路P89V51RB2电源电路LM2940CT（电源指示灯）串口通信及ISP接口蓝牙接口外电源接口，开关排针（电机接口），面包板图一：硬件标识图图二：视觉制导小车整体图1.2.1单片机电路板单片机P89V51RB2FN具有IAP（在应用中编程）功能，用户通过在应用程序中调用IAP子程序，可实现有选择的对FLASH块进行擦除和编程。我们可在KeiluVision4下用C语言和汇编语言混编的办法实现IAP调用的方法。最后通过flashmagic就可将程序烧入单片机中，实现相应的控制功能。1.2.2电机（1）电机技术规格：1.重量:45g2.扭力:3.4Kg-cm3.最大电压：6V4.平均速度：60rpm5.运动角度：360度6.尺寸:40.5x20x38mm7.特性：侧边有一个可微调中立点(stoppoint)的可变电阻，可控制不输出扭矩（2）电机的控制：1.下图显示信号是发送到与P1_1连接的伺服电机的校准信号，称为零点标定信号。伺服电机调节好之后，这个信号就可以指示电机保持静止。这个信号是由时间间隔为20ms的脉宽为1.5ms的一系列脉冲组成。实现的程序为：while(1){P1_1=1;delay_nus(1500);P1_1=1;图三：电机转速为0的控制信号时序图delay_nms(20);图三：电机转速为0的控制信号时序图}2.当更改脉冲的宽度是可以实现电机的顺时针和逆时针旋转：比如：使电机全速顺时针旋转的程序：while(1){P1_1=1;delay_nus(1300);P1_1=1;delay_nms(20);图四：电机全速顺时针转动的控制信号时序图}图四：电机全速顺时针转动的控制信号时序图使电机全速逆时针旋转的程序：while(1){P1_1=1;delay_nus(1700);P1_1=1;delay_nms(20);}当脉冲宽度在1300~1500之间时，电机可以顺时针旋转，当脉冲宽度在1500~1700之间时，可以实现电机逆时针旋转。实际情况可能稍有偏差，在上述值左右浮动。图五：电机全速逆时针转动的控制信号时序图二.方案论证图五：电机全速逆时针转动的控制信号时序图2.1比赛要求参赛小组统一采用竞赛组委会规定的电源、电机、单片机电路板。各组根据比赛需要，对小车的机械部分作改进，并自行搭建外围传感器电路或其他设计电路，编写程序，参加比赛。不得对小车的车体、电机以及电路板作破坏性的改动，不允许外加升压电源。必须使用单片机控制载波信号的红外传感器，不允许使用红外一体机。轮子大小不限。通过红外、光敏、CCD、巨磁电阻、光电编码器、颜色传感器等采集轨迹位置数据，控制机器人小车循着不同赛道上的黑色轨迹运动，在一定的误差范围内，以运动时间决出比赛名次。2.2方案的制定与论证我们使用的是带有桥的水平赛道，根据赛道的情况，我们决定：（1）、在小车的机械部分，直接使用购买的两边的车轮以及万向轮，考虑到电机为舵机，适用于舵机的车轮没有现成的大直径的车轮，所以买的车轮在尺寸上受到限制，不过比起自制车轮其优点是稳定性高，不会因为摇晃影响到红外探测。万向轮的转动角度为360度，比起之前只能前后的滚动的小球，明显减少了小车在前行及转动过程中的摩擦。（2）、在小车的软件编程部分，主要考虑的是90度转弯时，小车可能遇到的各种情况，并给出相应的编程上的改动。三.方案实现起初，考虑到车速的问题。不能外加电压，故而电压是一定的，也就是说电机给的最大转速是一定的，如果要加大车速，只能选择加大车轮的直径。初定车轮直径为120mm，基本材料选用光盘，内部的填充材料选择质量较轻的软泡沫板，外圈用橡胶皮以加大摩擦。然而在制作的过程中发现单单用软泡沫板作为填充材料，虽然可以减轻车轮质量方便舵机带动车轮运动，但是稳定性太差，极其容易损坏，而且两片光盘间的距离也不能完全固定，因为软泡沫板的可塑性太强，所以改用将软泡沫板的圆心处和中心对称的四个点镂空然后填充上硬泡沫板，并把中心处的硬泡沫板按照联轴器的形状镂空，将两个金属的联通器件和与能和舵机轴承处螺纹相契合的衔接材料用502胶固定在硬泡沫板上，泡沫板和光盘间用双面胶固定。然而最后的结果却不理想，晃动的程度太大，稳定性太差。几次修改后还是选择网上购买适合舵机的轮子。软件编程方面，大体和老师给的程序差不多，车子在轨道上试运行的时候，发现在直角转弯处很容易出现转出跑道的情况，后来将程序改成每次转弯（左转或右转）后都直走一小段时间，免得出现陷入死循环，走不出弯道的情况，后来根据轨道又对频率和循环次数做出相应的调整，具体程序见附件。四.完成情况我们组一开始是将编程、电路搭接和机械部分（如车轮子的改造）这三部分分开，分工合作，后来因为编程的调试和电路的改动以及机械部分的改动都是相关，故而最后没有明确分工，而是一起完成。小车最后能实现在轨道上走完一圈，计时用了1min27s，很长，后来将程序的循环次数改动了，走完一圈所花费的时间大幅度的减少，然而在直角的弯道处却不能保证次次都能顺利通过。五.总结5.1不足的或者可以改进的地方如果有足够的时间，我觉得可以对车子做如下改进：1、小车的车轮还是太小了，速度上很受限制，应该要自制车轮，可以购买联轴器以保障稳定性；2、在90度弯道时出现的情况种类很多，觉得应该再增加一个传感器，三个传感器探测地面，就可以分析和确保次次都能顺利通过弯道；3、小车在上坡时明显感到力度不够，然而外加电压受限制，不让使用变压模块，这点暂时没想到合适的解决方法。5.2个人的心得与体会自我感觉这段时间在技术上的学习虽然有限，不过在新知识的接受度上有了一个大的提高。具体到小车的制作过程上来的话，遗憾的是发现的问题不能很好的解决，高兴的是制作的过程中想法上有很大的跳跃。很希望在这种科技类的合作性学习中和大家一起获得提高。六.附录6.1、小车代码#include<BoeBot.h>#include<uart.h>#include<intrins.h>#defineirDetectLeftP1_5//左边红外接收连接到P15#defineirDetectRightP3_2//右边红外接收连接到P36intmain(void){inti,counter;intpulseCount;intpulseLeft;intpulseRight;uart_Init();printf("ProgramRunning!\n");for(counter=1;counter<=1000;counter++)//开始/复位信号{P1_3=1;delay_nus(1000);P1_3=0;delay_nus(1000);}while(1){if((irDetectLeft==0)&&(irDetectRight==0))//向前走灯亮时为0{pulseCount=1;pulseLeft=1300;pulseRight=1700;printf("forward\n");}elseif((irDetectLeft==1)&&(irDetectRight==0))//左转{pulseCount=4;pulseLeft=1700;pulseRight=1700;printf("right\n");}els