孫波+劉永嘉+王繼慧

摘 要：本課題用慧魚(yú)模型設(shè)計(jì)并構(gòu)建了一種小型自動(dòng)割草機(jī)器人器人模型?；埕~(yú)創(chuàng)意組合模型是一種技術(shù)含量較高，經(jīng)拼接后形成的工程類模型，是展示科學(xué)原理和科學(xué)技術(shù)的理想教學(xué)器材。本文設(shè)計(jì)是以德國(guó)慧魚(yú)創(chuàng)意積木所搭建而成的模擬機(jī)器人為基本構(gòu)架，運(yùn)用電腦界面板去控制驅(qū)動(dòng)割草機(jī)器人器人，使機(jī)器人的行為動(dòng)作達(dá)到我們的要求。通過(guò)慧魚(yú)模型拼接組裝，程序編制，任務(wù)達(dá)到要求，簡(jiǎn)明扼要的闡釋了機(jī)械之間的配合關(guān)系，各種傳感器安裝使用，軟件編寫(xiě)，實(shí)現(xiàn)對(duì)電磁線圈的控制，操作簡(jiǎn)單易懂，更加方便快捷。

關(guān)鍵詞：慧魚(yú)；智能機(jī)器人；循跡；邊界識(shí)別

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2017.08.180

1 割草機(jī)器人功能實(shí)現(xiàn)

1.1 割草機(jī)器人割草功能

割草機(jī)器人的割草功能實(shí)現(xiàn)是由電動(dòng)機(jī)通過(guò)蝸輪蝸桿連接到頭實(shí)現(xiàn)。小型電動(dòng)機(jī)連接齒輪箱，然后在連接上刀頭來(lái)控制刀片轉(zhuǎn)速，實(shí)現(xiàn)割草過(guò)程。

1.2 邊界識(shí)別功能

邊界識(shí)別的實(shí)現(xiàn)是利用循跡傳感器可以尋找到白色表面的黑色邊界的功能，割草機(jī)器人左右輪各用直流雙向電機(jī)驅(qū)動(dòng)，所以通過(guò)設(shè)置兩個(gè)輪子的轉(zhuǎn)速?gòu)亩_(dá)到控制轉(zhuǎn)向的目的。

1.3 避障功能

割草機(jī)器人車(chē)頭安裝兩個(gè)活動(dòng)擋板，擋板底下安裝兩個(gè)微動(dòng)開(kāi)關(guān)I3，I4。當(dāng)前方障礙推動(dòng)擋板會(huì)觸碰微動(dòng)開(kāi)關(guān)I3，I3觸動(dòng)，控制系統(tǒng)會(huì)控制機(jī)器人M1旋轉(zhuǎn)，M2旋轉(zhuǎn)，使機(jī)器人偏移避開(kāi)障礙。

2 割草機(jī)器人的控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

2.1 軟件介紹

慧魚(yú)控制器模擬運(yùn)動(dòng)過(guò)程的實(shí)現(xiàn)需要通過(guò)ROBOPro軟件來(lái)進(jìn)行編程。ROBOpro軟件在Windows平臺(tái)上運(yùn)行，使用圖形化的控制單元，流程圖式的圖框編程過(guò)程。

2.2 控制程序編制

軟件設(shè)計(jì)的程序大體可分為割草、循跡邊界識(shí)別、避障和計(jì)時(shí)循環(huán)四大部分。程序?qū)?shí)現(xiàn)開(kāi)始機(jī)器人前進(jìn)→割草刀片旋轉(zhuǎn)→避障→邊界識(shí)別→循環(huán)計(jì)時(shí)等動(dòng)作。

a.子程序。

① Random。該程序執(zhí)行，初始值為0，一個(gè)路徑傳至random計(jì)數(shù)量，另一個(gè)路徑執(zhí)行值為一，進(jìn)行判斷Z>15是否成立，若為否則+1繼續(xù)進(jìn)行判斷，并且傳至下一個(gè)程序，同時(shí)等待0.06秒后繼續(xù)判斷。若為是，則重新開(kāi)始循環(huán)。

② Turning random。轉(zhuǎn)向程序是循跡的反應(yīng)程序，程序運(yùn)行，電動(dòng)機(jī)M1M2同時(shí)順時(shí)針旋轉(zhuǎn)，機(jī)器人后退，然后延時(shí)0.5秒后，M1逆時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)，M2繼續(xù)順時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)，完成機(jī)器人后退轉(zhuǎn)向。最后根據(jù)隨機(jī)計(jì)數(shù)模塊給定的計(jì)數(shù)值，等待執(zhí)行后M1M2同時(shí)逆時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)，機(jī)器人繼續(xù)前進(jìn)。

③Avoiding right。該子程序?yàn)橛冶苷铣绦?，程序?zhí)行，電動(dòng)機(jī)M1M2順時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)，機(jī)器人后退，后退60毫米后停止等待，接收到信號(hào)時(shí)，機(jī)器人電動(dòng)機(jī)M1繼續(xù)順時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)，M2逆時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)，機(jī)器人割草機(jī)器人完成轉(zhuǎn)彎，轉(zhuǎn)55毫米距離后停止等待，之后接收到信號(hào)停止等待0.5秒后前進(jìn)。

④Avoiding left。該子程序?yàn)樽蟊苷铣绦?，程序?zhí)行，電動(dòng)機(jī)M1，M2順時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)，機(jī)器人后退，后退60毫米后停止等待，接收到信號(hào)時(shí)，機(jī)器人電動(dòng)機(jī)M1逆時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)，M2順時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)，機(jī)器人割草機(jī)器人完成轉(zhuǎn)彎，轉(zhuǎn)70毫米距離后停止等待，之后接收到信號(hào)停止等待0.5秒后前進(jìn)。

b.主程序。將每個(gè)字程序嵌入到主程序中，完成主程序圖。主程序啟動(dòng)，電機(jī)M1，M2，M3同時(shí)啟動(dòng)，隨機(jī)計(jì)數(shù)程序同時(shí)啟動(dòng)。緊接著通過(guò)I3，I4判斷A是否為零，若為零則進(jìn)行避障程序，若不為零，則繼續(xù)通過(guò)I1，I2判斷A（I1，I2的邏輯關(guān)系）是否為零。若為零則進(jìn)行循跡子程序，若不為零則返回上一程序繼續(xù)循環(huán)。主程序圖如下：

3 割草機(jī)器人的運(yùn)行調(diào)試

總體來(lái)說(shuō)，整個(gè)智能車(chē)系統(tǒng)的構(gòu)建滿足了設(shè)計(jì)的需求。由于設(shè)計(jì)和其他客觀條件的限制，在調(diào)試過(guò)程中進(jìn)行了一些改進(jìn)。主要有以下兩個(gè)方面：（1）循跡系統(tǒng)本來(lái)運(yùn)用一個(gè)循跡調(diào)節(jié)線路，可是在運(yùn)行過(guò)程中出現(xiàn)了卡死跟無(wú)法靈活調(diào)整方向的現(xiàn)象，后來(lái)重新設(shè)計(jì)，后采用兩個(gè)調(diào)節(jié)線路，使機(jī)器人更加智能化化調(diào)節(jié)自身行駛路線；（2）在調(diào)試過(guò)程中，增加了一個(gè)隨機(jī)計(jì)數(shù)過(guò)程，此過(guò)程增加了割草機(jī)器人每個(gè)環(huán)節(jié)的連貫性和整體的智能性。

4 結(jié)論

本次設(shè)計(jì)構(gòu)建割草機(jī)器人模型，此模型是以慧魚(yú)創(chuàng)意組合模型為平臺(tái)，通過(guò)ROBO TX接口板與ROBO Pro軟件的程序設(shè)計(jì)形成了自動(dòng)循跡避障割草功能。本設(shè)計(jì)通過(guò)傳感器判斷并檢測(cè)障礙物、通過(guò)軌跡傳感器進(jìn)行循跡，并對(duì)割草機(jī)器人的循跡、避障功能進(jìn)行了研究，完成了硬件制作及軟件設(shè)計(jì)，成功實(shí)現(xiàn)了自動(dòng)割草循跡智能避障功能。

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