机器人运动控制与循线机器人搭建指南

### 机器人运动控制与循线机器人搭建指南 #### 1. 机器人运动序列控制 机器人的运动控制可以通过特定的运动序列来实现。以下是一系列运动序列的详细说明： - **左转序列**：改变左手电机为反转，右手电机为正转。要使电机正转，将其方向引脚设置为 HIGH；反转则设置为 LOW。速度保持在 50%，即向两个电机的速度引脚写入值 128。此运动持续 1 秒，大约使机器人左转 90 度。之后电机停止 1 秒。代码如下： ```cpp digitalWrite(direction1, LOW); digitalWrite(direction2, HIGH); analogWrite(speed1, 128); analogWrite(speed2, 128); delay(1000); ``` - **前进序列**：让机器人再次以 50%的速度前进 2 秒，随后停止 1 秒。代码如下： ```cpp digitalWrite(direction1, HIGH); digitalWrite(direction2, HIGH); analogWrite(speed1, 128); analogWrite(speed2, 128); delay(2000); ``` - **右转序列**：改变轮子方向，使左手轮正转，右手轮反转，机器人顺时针旋转（右转）。速度设置为 64，即 25%占空比，旋转持续 2 秒，大约使机器人右转 180 度。代码如下： ```cpp digitalWrite(direction1, HIGH); digitalWrite(direction2, LOW); analogWrite(speed1, 64); analogWrite(speed2, 64); ``` 这四个序列组合起来，能让机器人前进 2 秒、停止、左转 90 度、停止、再次前进 2 秒、停止，然后以较慢速度右转 180 度，之后重复该过程。不过，你可能需要根据自己的机器人调整时间和速度，因为不同的电压、电机齿轮比等因素都会影响机器人的运动。 #### 2. 电机扩展板的使用 在这个项目中，新使用的硬件是电机扩展板。扩展板是一块预先制作好的电路板，尺寸适合安装在 Arduino 上。它有引脚与 Arduino 的引脚相连，顶部有母插座，这样你仍然可以通过扩展板访问这些引脚。不同类型的扩展板会占用 Arduino 的一些引脚，例如 Ardumoto 扩展板会使用数字引脚 10、11、12 和 13。 扩展板的优点是，只需插入并上传必要的代码，就能为 Arduino 增加额外的功能。常见的扩展板类型包括以太网访问、GPS、继电器控制、SD 和 Micro SD 卡访问、LCD 显示、电视连接、无线通信、触摸屏、点阵显示和 DMX 灯光控制等。 #### 3. 循线机器人项目 现在，我们将利用前面学到的电机控制技能，来构建一个能够检测并跟随地板上黑线的机器人。这种机器人在工厂中被广泛应用，被称为自动导引车（AGVs）。 ##### 3.1 所需零件 |零件名称|数量| | ---- | ---- | |小型轻量级机器人底座|1 个| |电机扩展板|1 个| |限流电阻|4 个| |1KΩ 电阻|3 个| |白色 LED|4 个| |光敏电阻（LDR）|3 个| |直流电机|2 个 或者 两轮机器人底座| |电池组|1 个| ##### 3.2 电路连接步骤 1. 按照特定电路图连接电路，扩展板的四个输出分别连接到电机 A 和电机 B。 2. 四个 LED 可以是任何颜色，但白色 LED 最佳，因为它们以最低电流输出最大亮度。将四个 LED 与引脚 9 并联，并使用适当的限流电阻。 3. 将三个光敏电阻连接到模拟引脚 0、1 和 2。光敏电阻的一侧接地，另一侧通过 1K 欧姆电阻连接到 +5V。模拟引脚的电线连接在电阻和光敏电阻引脚之间。 为了方便测试，可以使用面包板。但制作机器人时，需要制作一个传感器条，将四个 LED 和三个光敏电阻安装在一起，使它们紧密排列并指向同一方向。将传感器条安装在机器人的前侧，使 LED 和光敏电阻距离地面约 1 厘米或半英寸。电池组应放置在机器人底座的中心，并用 Velcro 固定，以保持负载平衡。 ##### 3.3 代码实现 以下是循线机器人的代码： ```cpp // Project 30 - Line Following Robot #define lights 9 int LDR1, LDR2, LDR3; // sensor values // calibration offsets int leftOffset = 0, rightOffset = 0, centre = 0; // pins for motor speed and direction int speed1 = 3, speed2 = 11, direction1 = 12, direction2 = 13; // starting speed and rotation offset int startSpeed = 70, rotate = 30; // sensor threshold int threshhold = 5; // initial speeds of left and right motors int left = startSpeed, right = startSpeed; // Sensor calibration routine void calibrate() { for (int x = 0; x < 10; x++) { // run this 10 times to obtain average digitalWrite(lights, HIGH); // lights on delay(100); LDR1 = analogRead(0); // read the 3 sensors LDR2 = analogRead(1); LDR3 = analogRead(2); leftOffset = leftOffset + LDR1; // add value of left sensor to total centre = centre + LDR2; // add ```