《基于诺宝RC环境下的机器人走简单轨迹.docVIP

基于诺宝RC环境下的机器人走简单轨迹 李发成 摘要：机器人走轨迹是诺宝RC的最基本应用之一，也是机器人常规比赛项目之一，走轨迹包含了程序设计的三种基本结构,能充分体现程序设计的基本思想和方法，有助于学生对程序设计思想和方法的理解。 本文研究的主要内容是机器人走简单轨迹，按机器人行走的的方式分类有“沿边法”和“靠中法”；按程序结构的分类有“单分支对称结构”、“二重分支对称结构”和“三重分支非对称结构”。 本文通过对二种行走方式和三种程序结构的研究和对比，揭示它们之间的内在联系，通过实验分析，归纳程序与参数组合搭配对机器人行走速度和稳定性的影响。 关键词：机器人，走轨迹，轨迹识别传感器，轨迹变量，沿边法，靠中法 机器人走轨迹看似简单，但深究起来还是比较复杂的，还别说含直锐角转弯、缺口、终点标志、色带瑕疵、障碍、传感源、宽窄不一等复杂的场地，就算对于简单轨迹还是有许多情况需要讨论的。本文讨论的目的是通过研究各种程序和参数的变化，对走轨迹进行定性和定量的分析和研究，总结出程序和参数的组合优劣，使机器人行走的路径尽量的短、速度尽量的快、稳定性尽量的高。 第一章 基础知识 一、走轨迹与轨迹变量 1、机器人走轨迹的概念：机器人走轨迹是指机器人在色带上行走，有时可能会临时偏离色带，但必需能再次寻找到色带，如下图1： （图1） 2、轨迹变量：机器人通过“轨迹识别传感器”获取轨迹变量的值，轨迹变量的值有0、2、3、1四个，这四个值与机器人和色带的相对位置对应关系如下图2。 　（左0）　 　 （　2　）　　（　3　）　　　（　1　）　　　（右0） 　　　　　　　　　　　　　　（图2） 当轨迹传感器的两个探测头都没有落在色带上时，轨迹变量＝＝0。 当右探测头落在色带上而左探测头不在色带上时，轨迹变量＝＝2。 当轨迹传感器的两个探测头都落在色带上时，轨迹变量＝＝3。 当左探测头落在色带上而右探测头不在色带上时，轨迹变量＝＝1。 无论机器人走轨迹程序的思路如何，都是依据上面图形和数值的对应关系来设计的。 二、有关说明和准备工作 （一）有关说明 1、为了实验方便和节省成本，本文所讨论的内容大部分是指在诺宝RC10.1的“仿真”界面下，除非在仿真界面下不能实现时，才在“实物器材环境”下。 2、“色带”与“轨迹”的概念：本文章中说到的“色带”是指给机器人预定的“跑道”，“轨迹”有时是指“色带”，又时是指机器人运动后留下的真实轨迹，程序设计的意图是让机器人的轨迹落在色带上，但实际情况往往并非时时如此，如图1。 3、轨迹识别传感器的位置：仿真界面中机器人前面的两个小黑点并不是轨迹传感器的左右两个探测器，而是“输出模块”中的“发光灯”。轨迹识别传感器的两个探测器应该是在机器人头部中间的地方，且离的很近，仿真机器人没有标示出来，但从实际行走过程可以观察出来。虽然如此，但为了能直观的说明机器人位置与轨迹变量的关系，本文中“错误”地把这两个黑点当成传感器的两个探测头，可能会更好理解一些。 4、“左0”与“右0”的概念：“轨迹变量＝＝0”时，是需要讨论的，它是一个比较复杂的值，程序的优劣之一是看对0的处理，在简单轨迹中会遇到0，在复杂轨迹中更会遇到。为了对0有更好的理解和掌握，本文引入“左0”和“右0”的概念，无论那一种轨迹程序，都必须遵循“左0右转”、“右0左转”的原则。 5、区域：本文有时会按轨迹变量的值来称呼色带区域，从左到右，把色带划分为以下区域：左0区、2区、3区、1区、右0区，所谓k区域，是指轨迹变量等于k的色带区域，其中0≤k≤3,k∈Z。 6、本论文中速度的概念包含: （1）单独电机自身的转速； （2）左右电机的相对模糊速度，比如“左快右慢”、“左慢右快”等用语； （3）机器人的整体速度。 为了不引起混淆，以下把电机自身的转速说成“马力”。 7、假设轨迹的有效（因为轨迹不全是规则且直的）宽度为Width，机器人轨迹识别传感器的两只探测头扫描不是一个点而是有一个范围，假设这个范围的最小距离是Distancemin，则只有当Distancemin＜＝Width时，才可能两个探测器“同时”探测到色带。 对于窄色带，即色带宽度＜轨迹传感器左右探测头的距离的色带，比如在一条宽度为0.5cm的简单轨迹线上，从左向右连续移动机器人，则“轨迹变量”的值变化如下： 　　　　 　　　　　　（ 左0 ）　（ 2 ）　（中0 ）　（ 1 ） （ 右0 ） 　　　　　　　　　　　　　　　　（图3） 轨迹传感器的两个探头，不妨称之为两只“眼睛”，其曈距为1.2CM，大眼角距为0.8CM。在实际比赛中，简单轨迹的色带宽度一般为2CM左右，在仿真界面中，色带的最小宽度也只能设置为2CM，如果您非要设置更小的宽度比如1CM时，会提醒“宽度应大于等于2”。