书城科普探索机器人的世界(海洋与科技探索之旅)
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第11章 循迹机器人——光电传感器的应用

近年来,机器人的发展遍及机械、电子、冶金、交通、宇航、国防等各个领域,机器人的智能水平也不断提高。在自主式智能导航系统中,机器人要实现自动导引就必须要感知导引线,即常说的“循迹”,这相当于赋予了机器人视觉功能。本单元中,我们就一起来制作一个能沿黑线走的机器人。

所谓循迹,就是通过用光电传感器探测地面上色调迥异的两种色彩(常见的为黑色和白色)来获得引导线位置,修正机器人运动路径的一种技术。

光电传感器工作时,接收端口会返回RCX的一些数值,我们所检测到的数值由光电传感器在其时所检测到的光强所决定。这些数值以0至100的形式返回,光值越大,数值就越大。

光感的放置方法如下。

思考1:我们在检测光值时最好用图52中哪种方法?为什么?

思考2:当光电传感器与被测物体间的距离不同时(图53),接收的光值也不同,动手试一试,看哪种方法测出的结果比较准确。

通常情况下,让机器人在黑白两种色调的地面上进行循迹时,需要通过光电传感器读取一个比较值,即引导线光值。最简单的计算方法如下:

比较值=(白色光值+黑色光值)÷除此之外,根据实际情况的不同还可以有其他计算比较值的方法。

光电传感器光电传感器是一种小型的电子设备,它可以检测出其接收到的光强的变化。早期的用来检测物体有无的光电传感器是一种小的金属圆柱形设备,发射器带有一个校准镜头,将光聚焦并射向接收器,接收器出电缆将这套装置接到一个真空管放大器上,金属圆筒内有一个小的白炽灯作为光源。这些小而坚固的白炽灯传感器就是今天光电传感器的雏形。

利用光电传感器让机器人沿黑线行走活动任务沿黑线走的机器人的结构可以根据你的喜好任意搭建。当然,我们讨论时使用的行进装置还是轮子。由于在循迹过程中机器人需要不断地修正运行方向,因此从动轮最好用摩擦力较小的滑轮,也可以用万向轮。

活动步骤单光感循迹算法活动提示程序中1号光感的比较值需要根据实际情况检测后再计算出,根据机器人的结构以及黑线的不同调整左前方、右前方。

活动步骤双光感循迹算法图55为机器人的两个光电传感器之间的距离大于黑线宽的情况。

算法中主要有三种需要考虑的因素:

(1)左右两个光感都不在黑线上,即黑线位于两个光感之间时,机器人直行。

(2)左光感位于黑线上时,机器人向左前方运行。

(3)右光感位于黑线上时,机器人向右前方运行。思考3:用一个光电传感器循迹的方法(算法)还有哪些思考4:两个光感之间的距离比黑线小时,机器人如何沿黑线前进机器人沿黑线追逐赛将两个制作好的循迹机器人分别放置于起始区,同时出发并沿黑线向前行驶,机器人的垂直阴影不得离开跑道。当某一机器人追上另一机器人时即获胜。

实践课堂检测单光感循迹机器人与双光感循迹机器人相比,哪一个性能更好,机器人面对十字交叉线时,需要直行通过,你能编写出程序吗知识链接资料机器人技术主题专家组,北方科技信息研究所。机器人技术与应用增刊[J]。2006.

答案提示阅读与思考思考1:使用第二种方法(光电传感器与被检测物体垂直)最好。因为光电传感器的红外光发射端发出红外光,经被测物体后进行发射,光电传感器的接收端接收反射回的光后再进行处理,计算出光值并传回RCX。只有光电传感器与被测物体垂直时接收的反射光最准确。

思考2:光电传感器与被测物体距离越近,检测的光值越准。距离越远,受环境光的干扰越大。

实践与思考思考3:请同学们自己思考,编程进行检验。

思考4:略。

检测与评估检测:

双光感性能更好。

通过十字交叉线时的算法:

至少要使用两个光电传感器。下面介绍一个光感的算法:

当左右两个光电传感器同时检测到黑线时,说明其正处于十字交叉线上,此时机器人直行。