自动躲闪玩具机器人制作

“自动躲闪玩具机器人”项目报告一、前期研究基础前期研究主要围绕机器人结构设计与电机选择方式进行。经探讨，初步设计了轮式机器人的整体结构，主要包括左右两个由电机驱动的轮子，前方万向导轮，以及布置于机器人周围的6个传感器。这种结构的优点是结构简单、易于实现、且能实现对周围物体的探测。图1机器人结构简图项目准备阶段对机器人驱动方式预想了两种实现方式，分别是直流电机驱动方式与步进电机驱动方式。直流电机具有转速高、转矩大的有点，缺点是转动精度不高，步进电机转动精度高，但转速低、转矩小。采用步进电机驱动方式时物体接近机器人的方位与电机运转步数、转角、机器人移动方向的关系见下表。表1信号源方位与电机运转状态表信号源方位电机1步数（比例）电机2步数（比例）转角（°）移动方向1000（1,1）22-260（1,1）3-22-60（-1,-1）4000（-1,-1）52-260（-1,-1）6-22-60（1,1）查找相关资料，在体积限制下，可供选择的步进电机有28byj48，该型号的步进电机减速比64，步距角5.625°，四相八拍，频率0.1MHz时，0.08ms一步，计算得每转用时5.12秒，小车轮子直径20mm时，行进速度12.26mm/m，也有相关资料显示该型号步进电机额定转速10r/min，速度较慢。另有35byj412型号123456右侧轮子左侧轮子传感器×6万向导轮电机，减速比42.5，步距角7.5°，仍然有转速过低的情况。在ISIS软件中设计采用步进电机的电路图，编写相关控制程序，并进行仿真。主控制程序如下：ucharcodetable1[]={0xcf,0x4f,0x6f,0x2f,0x3f,0x1f,0x9f,0x8f};/*正转表*/ucharcodetable2[]={0xcf,0x8f,0x9f,0x1f,0x3f,0x2f,0x6f,0x4f};/*反转表*/{if(yunzhuang==0){motor1=table2[count];motor2=table2[count];delay_1ms(1);}elseif(yunzhuang==1){motor1=table1[count];motor2=table2[count];delay_1ms(1);}elseif(yunzhuang==2){motor1=table2[count];motor2=table1[count];delay_1ms(1);}elseif(yunzhuang==3){motor1=table1[count];motor2=table1[count];delay_1ms(1);}elseif(yunzhuang==4){motor1=table1[count];motor2=table2[count];delay_1ms(1);}elseif(yunzhuang==5){motor1=table2[count];motor2=table1[count];delay_1ms(1);}elseif(yunzhuang==6){motor1=0xff;motor2=0xff;delay_1ms(50);zhuanjiao=0;}}图2步进电机驱动方式电路图经仿真验证，步进电机可以根据单片机输入信号的不同进行相应的正反转，但仍存在转速过低的问题。采用直流电机驱动方式时，控制原理与步进电机驱动方式相同。体积条件限制下，选用的直流电机为370直流减速电机，驱动电压3—24V，负载转速100r/min，转矩1.1kgcm，转速与转矩足够。但启动时间与制动时间未知，不能判断是否会导致转向精度难以控制。在ISIS软件中设计采用直流电机的电路图，编写相关控制程序，并进行仿真。主控制程序如下：{if(P20==0){delay_1ms(1);if(P20==0){yunzhuang=2;jili=1;zhuanjiao=20;}}elseif(P21==0){delay_1ms(1);if(P21==0){yunzhuang=3;jili=2;zhuanjiao=20;}}elseif(P22==0){delay_1ms(1);if(P22==0){yunzhuang=4;jili=3;zhuanjiao=20;}}elseif(P23==0){delay_1ms(1);if(P23==0){yunzhuang=1;jili=4;zhuanjiao=20;}}elseif(P24==0){delay_1ms(1);if(P24==0){yunzhuang=3;jili=5;zhuanjiao=20;}}elseif(P25==0){delay_1ms(1);if(P25==0){yunzhuang=4;jili=6;zhuanjiao=20;}}}{if(yunzhuang==1){motor=0x55;delay_1ds(200);}elseif(yunzhuang==2){motor=0x33;delay_1ds(200);}elseif(yunzhuang==3){motor=0x35;delay_1ds(200);}elseif(yunzhuang==4){motor=0x53;delay_1ds(200);}elseif(yunzhuang==5){motor=0x77;}}{if(jili==1||jili==2||jili==6){motor=0x77;delay_1ds(100);motor=0x33;delay_1ds(200)}elseif(jili==3||jili==4||jili==5){motor=0x77;delay_1ds(100);motor=0x55;delay_1ds(200);}else{motor=0x77;}}break;}}图3直流电机驱动方式电路图经仿真，电机可以根据单片机输入信号的不同进行相应的正反转。综合考虑两种电机驱动方式，步进电机的缺点较为明显，且难以克服，决定采用直流电机驱动方式。二、项目难点与解决方案项目具体进行过程中，受限于团队知识能力与资金问题，遇到了多个难点，经过不懈努力，逐一克服了难点，完成了项目。1.传感器选择问题玩具机器人零件采购时，对红外传感器的使用并没有相关经验，不知道具体那种传感器的效果较好，故先后采购了单个超声波传感器、红外传感器与人体红外感应模块三种传感器，经试验验证，红外传感器具有识别度高，识别角度精确与识别距离可控的优势，相比于另两种传感器更加适合应用于玩具机器人。确定选用红外传感器后，方才采购了所需的另外5个传感器，参与到玩具机器人的组装之中。图4选用的红外传感器单元2.玩具机器人整体结构设计问题整体结构设计的首要问题是整体结构的组装问题，直接通过现有材料组装机器人主体具有较大难度，且难以寻找足够多的合适的材料。经查阅资料，翻看他人在此领域的经验，确定以采购单个标准化零件进行组装为主要思路，先后采购了横条型塑料零件、直角形零件与板状零件多个，其余相关材料包括不同型号的螺钉、螺母、六角头铜柱多个。最终通过这些标准化零件实现了玩具机器人基础结构的组装，避免了采用自制件可能会出现的一些问题。图5采购的标准化零件玩具机器人基础结构组装好后的问题是传感器、电源、控制系统、驱动芯片的布置问题，对这个问题并没有非常有效的解决方案，只有通过多次试验，确定了最终的布置方案，完成了整体结构的组装。3.供电方案的设计玩具机器人整体结构上有6个传感器、1个单片机与一个电机驱动模块，共8处需要供电的单元，若采用单独供电方式势必极大地增加玩具机器人的体积与重量，成本也会相应的增加，最终采用单电源并联供电方式，即一处电源给8个单元供电，这就能够克服上述问题，自己焊接一块小型的分电源电路板，通过导线实现了电源与8个单元的连接。三、实物简介最终组装好的玩具机器人主要由电源、基础结构、感应系统、控制系统、电机5部分组成，主要功能为判断进入机器人周围的物体并进行自动躲闪。电源为4节1.5V干电池串联所组成的电池组，提供电压6V。基础结构包括玩具机器人主体、前方万向导轮、左右轮。机器人主体用来承载各组成部分，前方万向导轮可根据左右轮的运动形式改变运动方向，左右轮的转向不同时，玩具机器人的运动方向也不同。感应系统由布置在机器人周围的6个红外传感器组成，感应距离可通过调节系统中的滑动变阻器进行调节，在本系统中，预先设置的感应距离为3~5cm。控制系统由单片机与电机驱动模块组成，单片机接受传感器的输入信号，并将信号输出给电机驱动模块，电机驱动模块根据输入信号输出信号给两个电机。电机由两个直流减速电机组成，可细分为直流电机与减速器两部分，电机的转向由电机驱动模块的输出信号确定，两个电机分别驱动玩具机器人的左右轮。在光线不太强烈的场所，打开玩具机器人前侧开关，单片机与电机驱动模块的红色指示灯亮起，红外传感器的绿色电源灯亮起，从不同方向接近红外传感器，玩具机器人会进行相应方向的躲闪运动。四、有待改进之处受资金限制，本项目所用红外传感器结构较为简单，由于红外传感器对光线较为敏感，若传感器对应方向光线太强，会造成传感器判断错误，影响玩具机器人整体反应，可考虑采用性能更高的传感器。玩具机器人整体体积偏大，可适当调整其组成结构，或者重新一体化设计其基础结构，实现体积与质量的优化。玩具机器人电路连接方式为导线连接，若得到足够资金支持，可考虑电路集成，优化电路的结构。