傳感器與電機控制郵箱：

USTBRobocon2011培訓（二）Contents機器人的整體設計1機器人的動力系統(tǒng)2機器人的感知系統(tǒng)3巡線算法4機器人的整體設計

要做好機器人，首先需要考慮的是我們做的機器人到底像不像“人”？電控系統(tǒng)的組成電控系統(tǒng)結構框圖機器人的動力系統(tǒng)

機器人的動力來源：電機舵機氣動裝置：氣缸、人工肌肉……直流電機構成：減速箱和直流電機

電機拖動系統(tǒng)：電動機傳動機構控制設備電源負載

減速箱又名“減速機”等，是一種降低電機轉速和放大電機扭矩的裝置。直流電機的機械特性n：轉速U：電壓T：轉矩紅線為正極，黑線為負極電流紅進黑出，電機正轉電流紅出黑進，電機反轉直流電機的調速方式

PWM：pulsewidthmodulatorPWM波調速：改變電壓的占空比，使平均電壓隨占空比的變化而變化，從而達到調節(jié)電機轉速的目的。如果脈沖周期足夠短，電機就能很平滑的轉動。一般取周期為5ms。直流電機的H橋驅動方式繼電器的換向速度為2ms；H橋換向速度低于1us電路比較復雜，若是同臂導通，會燒毀MOS管甚至電池MOS管導通后，D和S之間的電阻<0.1歐我們使用專門的H橋芯片IR2104其他電機控制方式電機控制盒專用電機控制芯片如L293、L298N、LMD18200、LG9110等……直流電機的速度閉環(huán)即使電機兩端電壓不變，如果負載變化，電機的轉速也會變化。如果使用光電編碼器，測量電機的轉速，與理想的轉速做PID調節(jié)，就能保持電機在變化負載下的恒速。直流電機的速度閉環(huán)光電編碼器的信號處理電路74LS14整形，74LS74鑒向舵機舵機是一種航模用品，優(yōu)點是重量輕、力矩較大、控制簡單（PWM波）

輸出角度值：0-180°（理論值）控制信號：周期20ms的矩形波，脈沖寬度從0.5ms-2.5ms線性對應舵盤的位置0－180度。機器人的感知系統(tǒng)機器人的感知系統(tǒng)由傳感器組成。傳感器相當于機器人的五官，在機器人控制中起著至關重要的作用。典型的傳感器有：光電傳感器(反射，對射)，紅外傳感器光纖傳感器行程開關磁傳感器(霍爾元件)

超聲波傳感器旋轉編碼器(光碼盤)陀螺儀、加速度計、電子羅盤圖像傳感器(CCD,CMOS)……光電巡線傳感器：發(fā)射電路注意：⒈我們使用的接收管只能接收調制光，因此發(fā)射管必須經過調制電路發(fā)射調制光，否則接收管無法接收光信號；⒉調制管管腳（正面看）：中間+5V，左OUT，右懸空光電巡線傳感器：發(fā)射電路發(fā)射管分類：LED發(fā)光二極管——基本技術要求最低，也是最基本最常見的巡線傳感器。有可見光和紅外兩種。由于普通連續(xù)光傳感器易受外部環(huán)境光線干擾，對環(huán)境的適應能力較差，所以要使用經過調制管調制的LED光電傳感器來避免外部連續(xù)光的干擾。激光發(fā)射管——進階采用激光發(fā)射管與可見光LED原理相同，但是由于激光的特性(功率大、不易散射)可以得到較遠的接收距離(即前瞻)。前瞻決定反應速度，所以采用激光發(fā)射管的車相對于LED有著較大的優(yōu)勢，更容易提速和控制。但是，激光傳感器也有著造價非常高，驅動電路復雜、接收時容易相互干擾，調試難度很大，容易燒壞等缺點光電巡線傳感器：接收電路注意：⒈接收管信號端接發(fā)光二極管顯示，串聯(lián)的電阻也同時起到輸出信號上拉的作用⒉接收管管腳（正面看）：中間OUT，左負右正接受電路的主要元件是接收管，是光敏三極管的一種。一般的接收管接收到光時輸出低電平(輸出0)，即在白條上接收不到光時為高電平(輸出1)，即在場地其他顏色上白線檢測光電傳感器

普通光電傳感器，為紅色可見光帶調制的傳感器，其可見光的強度可通過的傳感器上的多圈電位器進行調節(jié)，即靈敏度可調。我們將其用來做機器人的到位判斷。

行程開關

行程開關可作為機構的定位傳感器。把行程開關安裝在移動部位的擋塊、凸輪的滑塊等零件，使機械式開關的觸點執(zhí)行開、關動作，從而獲得位置信號。

行程開關的常開端（NO）和常閉端（NC）分別接數字部分的地和正，中央觸點端（COM）則作為信號端帶上拉電阻和發(fā)光二極管接入單片機的輸入I/O。當行程開關受到觸發(fā)，中央觸點端與常開端接觸時，COM端輸出低電平，表示機構已經到位。霍爾傳感器

霍爾器件是一種磁傳感器。用它們可以檢測磁場及其變化，可在各種與磁場有關的場合使用?；魻柶骷曰魻栃獮槠涔ぷ骰A。霍爾器件有許多優(yōu)點，它們的結構牢固，體積小，重量輕，壽命長，安裝方便，功耗小，頻率高，耐震動，不怕灰塵、油污、水氣及煙霧等的污染和腐蝕。巡線算法傳感器狀態(tài)的獲取和編碼-7-5-3-11357本來傳感器狀態(tài)就少，所以要細分傳感器狀態(tài)，即每兩個傳感器在線上時，也是一種狀態(tài)。這樣的一排傳感器可以有16種狀態(tài)。傳感器狀態(tài)分析在線傳感器S1S1S2S2S1S2S3S2S3S3S2S3S4S3S4S4狀態(tài)定義A123345567在線傳感器S3S4S5S4S5S5S4S5S6S5S6S6S5S6S7S6S7S7狀態(tài)定義A78991011111213在線傳感器S6S7S8S7S8S8

都不在線狀態(tài)定義A13141516巡線傳感器狀態(tài)采集程序1讀取每一位接收管的狀態(tài)，并進行編碼2記錄通過的白線的數目巡線算法：PID控制原理連續(xù)系統(tǒng)的PID控制：巡線算法：PID控制原理連續(xù)系統(tǒng)PID的數字化：位置式：增量式：巡線算法：PID控制原理Pproportion比例：PID用于控制精度它直接影響精度,影響控制的結果

Iintegration積分：它相當于力學的慣性能使震蕩趨于平緩

Ddifferentiation微分：控制提前量它相當于力學的加速度影響控制的反應速度.太大會導致大的超調量使系統(tǒng)極不穩(wěn)定.太小會使反應緩慢.

一般而言PID調節(jié)是一個整體的說法在實際中PID的比例積分微分并非總是同時使用PI調節(jié)和PD調節(jié)使用較多.巡線算法：PID控制P控制PI控制PID控制巡線算法：PID控制的輸入位置信息：單排傳感器獲取傳感器與白線的位置信息。角度信息：2排傳感器的狀態(tài)差反應車體中心偏離白線中心的角度偏離角度=后排傳感器狀態(tài)值-前排傳感器狀態(tài)值巡線算法：PID控制流程采集前排傳感器狀態(tài)采集后排傳感器狀態(tài)角度PID位置PID計算得出兩輪需要的轉速單片機通過驅動控制電機PID參數測定方法

先比例，再積分，最后微分

（1）整定比例控制 將比例控制作用由小變到大，觀察各次響應，直至得到反應快、超調小的響應曲線。

（2）整定積分環(huán)節(jié)

若在比例控制下穩(wěn)態(tài)誤差不能滿足要求，需加入積分控制。

先將步驟（1）中選擇的比例系數減小為原來的50～80％，再將積分時間置一個較大值，觀測響應曲線。然后減小積分時間，加大積分作用，并相應調整比例系數，反復試湊至得到較滿意的響應，確定比例和積分的參數。

（3）整定微分環(huán)節(jié)

若經過步驟（2），PI控制只能消除穩(wěn)態(tài)誤差，而動態(tài)過程不能令人滿意，則應