基于Arduino技术的搬运机器人设计与编程(一)——Arduino主基板及红外传感器的应用
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本系列论 文 基 于 )*+,-./技 术& 将 分 两 次 介 绍 搬运机器人设计的几个关键性技术环节&从硬件结 构到程序设计&给 出 一 个 相 对 完 整 的 机 器 人 设 计 的 技术 说 明& 期 望 更 多 的 同 学 了 解 )*+,-./技 术 并 参 与到机器人的制作 中 来D图 " 是 搬 运 机 器 人 的 结 构 示意图D
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#! 李振宇()*+
首都师范大学学报!自然科学版"
"#$% 年
)NJGF2&"% 单 片 机D如 图 & 所 示D)*+,-./基 于 )>= 平台&对 )>=库 进 行 了 二 次 编 译 封 装D通 俗 地 讲& )*+,-./技术使编程人员不直接面对单片 机&而 是封 装后 的单片 机&是 将 单 片 机 各 类 端 口 ) 寄 存 器) 定 时 器)中断等内部元器件打包封装&编程人员通过函数 调用即可完成单片机的配置并且使用D
关 键 词 %搬 运 机 器 人 &)*+,-./&红 外 传 感 器 &程 序 设 计 D 中 图 分 类 号 %;I"5&
=>引>言
中国教育机器人大赛是由中国人工智能协会主 办)以大专院校学生为参赛主体的全国性赛事&现已 举办六届D首都师范 大 学 数 学 科 学 学 院 本 科 生 组 队 参加了 "#$9 年在华中科技大学举行的比赛&获得团 体一等奖&有效促进了学院的实践教学活动D
收 稿 日 期 *"#$5 Z$# Z$%
图 $!搬运比赛路线图示
图 "!搬运机器人结构示意图
?>&5;48:< 主基板
)*+,-./技术是一 个 基 于 单 片 机 并 且 开 放 源 代 码的 硬 件 平 台& 同 时 配 有 一 套 专 为 )*+,-./板 编 写 程序 的 开 发 环 境D硬 件 平 台 即 )*+,-./主 基 板 的 核 心部 件 是 单 片 机& 比 如& 可 以 采 用 )NJGC公 司 的
杂的硬件环境配置&这对单片机的普及有着极其重 要的意义D
@>红外循线传感器
多数 情 况 下&搬 运 机 器 人 要 沿 着 宽 度 为 "# JJ 的黑色’ 米( 字线行驶 ! 如 图 $ " D即 使 为 了 寻 找 物 块 暂时脱离’ 米( 字线&也需 要 实 时 返 回 到 线 上 以 完 成 搬运任务D
###)*+,-./主基板及红外传感器的应用
李振宇
! 首都师范大学数学科学学院&北京!$###(%"
摘要
!!中国教育机器人大赛是由中国人工智能协会主办)以 大 专 院 校 学 生 为 参 赛 主 体 的 全 国 性 赛 事D本 文 对 搬 运 机 器人 )*+,-./主基板的基本原理)红外传感器的应用做了技 术 分 析D作 为 搬 运 机 器 人 制 作 的 前 端 输 入 部 件&红 外 传 感器构成了搬运机器人的循线和所搬运物块测距部分’ 卷!第 ( 期 "#$% 年 % 月
首都师范大学学报!自然科学版" X/,*.2C/K:2P-N2CE/*J2C‘.-QG*H-NL
! E2N,*2C@3-G.3G?+-N-/."
#! 李振宇()*+
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基于 &5;48:< 技术的搬运机器人设计与编程" 一#
)*+,-./语 言 体 系 是 基 于 )>=Z:编 程 语 言& 使 用者只需要 拥 有 :语 言 基 础& 即 可 快 速 上 手D其 程 序结构由两个独特 的 函 数 构 成*HGN,P ! " 与 C//P ! " D 前者 可 以 实 现 对 )*+,-./主 基 板 的 各 项 设 置& 后 者 实现程序的无限循环执行D
循线任务就是要能够使机器人无论直行)后退) 以及完成 # b$%#g转角 后 始 终 保 证 机 器 人 的 正 确 姿 态 和 沿 着 设 计 路 径 行 走 D为 了 保 证 循 线 精 度 &本 例 采 用 ( 个 86Z@0&(#$ 红外传感 器D该 传 感 器 遇 黑 色 返 回值为高电平&否则为低电平D排列如图 ( 所示D
图 &!)*+,-./‘EB主基板
通常&基本配置 的 )*+,-./主 基 板 有 $( 个 数 字 端 口& 9 个 模 拟 端 口D编 程 人 员 通 过 调 用 函 数 P-.6/+G! " 可 以 设 定 数 字 端 口 的 输 入 或 者 输 出 模 式&调用函数 +-F-N2CS*-NG! " 可 以 实 现 数 字 端 口 的 写 操作&函数 2.2C/F=G2+! " 可 以 实 现 模 拟 端 口 的 读 操 作&读入的模拟信号已经过 $# 位 )e8转换&其 数值 介于 # b$#"& 之 间D单 片 机 )NJGF2&"% 拥 有 三 个 定 时器& 调 用 函 数 ;-JG*$D-.-N-2C-VG! " 可 以 初 始 化 ;-JG*$ 定 时 器& 默 认 计 时 为 $HD另 外& 调 用 函 数 -.NG**,PH! " 可 以 开 启 中 断&函 数 ./-.NG**,PNH! " 则 关 闭 中 断 D不 一 而 足 D
该项赛事的参赛选手自行设计机器人并植入 独立编写 的 控 制 程 序&组 装 制 作 成 具 有 自 动 识 别 功 能 的 搬 运 机 器 人 D比 赛 要 求 机 器 人 将 五 个 不 同 颜色! 黄)白)红)黑)蓝" 的 物 块&从 随 机 摆 放 的内 圈 位 置 ! )b<" & 逐 次 推 移 到 外 圈 对 应 颜 色 的 靶 点 区 域 &如 图 $ 所 示 D比 赛 成 绩 根 据 物 块 置 入 目 标 靶 区 的 准 确 度 ! 环 数 " 以 及 完 成 任 务 时 间 确 定 D参 赛 选 手 通 过 比 赛 不 仅 能 使 自 身 的 6:‘编 程 能 力 获 得提高&还能 通 过 车身 组 装 等环 节 掌 握 机 械 电 子 学 等 相 关 知 识 D优 胜 选 手 可 以 获 得 中 国 人 工 智 能 协 会 颁 发 的 证 书 D该项赛事还将继续进行下去D
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关 键 词 %搬 运 机 器 人 &)*+,-./&红 外 传 感 器 &程 序 设 计 D 中 图 分 类 号 %;I"5&
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中国教育机器人大赛是由中国人工智能协会主 办)以大专院校学生为参赛主体的全国性赛事&现已 举办六届D首都师范 大 学 数 学 科 学 学 院 本 科 生 组 队 参加了 "#$9 年在华中科技大学举行的比赛&获得团 体一等奖&有效促进了学院的实践教学活动D
收 稿 日 期 *"#$5 Z$# Z$%
图 $!搬运比赛路线图示
图 "!搬运机器人结构示意图
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)*+,-./技术是一 个 基 于 单 片 机 并 且 开 放 源 代 码的 硬 件 平 台& 同 时 配 有 一 套 专 为 )*+,-./板 编 写 程序 的 开 发 环 境D硬 件 平 台 即 )*+,-./主 基 板 的 核 心部 件 是 单 片 机& 比 如& 可 以 采 用 )NJGC公 司 的
杂的硬件环境配置&这对单片机的普及有着极其重 要的意义D
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多数 情 况 下&搬 运 机 器 人 要 沿 着 宽 度 为 "# JJ 的黑色’ 米( 字线行驶 ! 如 图 $ " D即 使 为 了 寻 找 物 块 暂时脱离’ 米( 字线&也需 要 实 时 返 回 到 线 上 以 完 成 搬运任务D
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摘要
!!中国教育机器人大赛是由中国人工智能协会主办)以 大 专 院 校 学 生 为 参 赛 主 体 的 全 国 性 赛 事D本 文 对 搬 运 机 器人 )*+,-./主基板的基本原理)红外传感器的应用做了技 术 分 析D作 为 搬 运 机 器 人 制 作 的 前 端 输 入 部 件&红 外 传 感器构成了搬运机器人的循线和所搬运物块测距部分’ 卷!第 ( 期 "#$% 年 % 月
首都师范大学学报!自然科学版" X/,*.2C/K:2P-N2CE/*J2C‘.-QG*H-NL
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)*+,-./语 言 体 系 是 基 于 )>=Z:编 程 语 言& 使 用者只需要 拥 有 :语 言 基 础& 即 可 快 速 上 手D其 程 序结构由两个独特 的 函 数 构 成*HGN,P ! " 与 C//P ! " D 前者 可 以 实 现 对 )*+,-./主 基 板 的 各 项 设 置& 后 者 实现程序的无限循环执行D
循线任务就是要能够使机器人无论直行)后退) 以及完成 # b$%#g转角 后 始 终 保 证 机 器 人 的 正 确 姿 态 和 沿 着 设 计 路 径 行 走 D为 了 保 证 循 线 精 度 &本 例 采 用 ( 个 86Z@0&(#$ 红外传感 器D该 传 感 器 遇 黑 色 返 回值为高电平&否则为低电平D排列如图 ( 所示D
图 &!)*+,-./‘EB主基板
通常&基本配置 的 )*+,-./主 基 板 有 $( 个 数 字 端 口& 9 个 模 拟 端 口D编 程 人 员 通 过 调 用 函 数 P-.6/+G! " 可 以 设 定 数 字 端 口 的 输 入 或 者 输 出 模 式&调用函数 +-F-N2CS*-NG! " 可 以 实 现 数 字 端 口 的 写 操作&函数 2.2C/F=G2+! " 可 以 实 现 模 拟 端 口 的 读 操 作&读入的模拟信号已经过 $# 位 )e8转换&其 数值 介于 # b$#"& 之 间D单 片 机 )NJGF2&"% 拥 有 三 个 定 时器& 调 用 函 数 ;-JG*$D-.-N-2C-VG! " 可 以 初 始 化 ;-JG*$ 定 时 器& 默 认 计 时 为 $HD另 外& 调 用 函 数 -.NG**,PH! " 可 以 开 启 中 断&函 数 ./-.NG**,PNH! " 则 关 闭 中 断 D不 一 而 足 D
该项赛事的参赛选手自行设计机器人并植入 独立编写 的 控 制 程 序&组 装 制 作 成 具 有 自 动 识 别 功 能 的 搬 运 机 器 人 D比 赛 要 求 机 器 人 将 五 个 不 同 颜色! 黄)白)红)黑)蓝" 的 物 块&从 随 机 摆 放 的内 圈 位 置 ! )b<" & 逐 次 推 移 到 外 圈 对 应 颜 色 的 靶 点 区 域 &如 图 $ 所 示 D比 赛 成 绩 根 据 物 块 置 入 目 标 靶 区 的 准 确 度 ! 环 数 " 以 及 完 成 任 务 时 间 确 定 D参 赛 选 手 通 过 比 赛 不 仅 能 使 自 身 的 6:‘编 程 能 力 获 得提高&还能 通 过 车身 组 装 等环 节 掌 握 机 械 电 子 学 等 相 关 知 识 D优 胜 选 手 可 以 获 得 中 国 人 工 智 能 协 会 颁 发 的 证 书 D该项赛事还将继续进行下去D