Transcript 機電整合新興科技 創意專題機器人自走車

高中資訊學科中心
機器人自走車專題製作
-瓦力機器人自走車
-Wali robot
演講人:國立彰化師大附工
機電科主任:楊 昭 德
e-mail:[email protected]
壹、機器人三大法則
 艾西莫夫（Isaac Asimov, 1920-1992）二十世紀科幻文壇的
超級大師，也是舉世聞名的全能通俗作家。是公認的「現代機器人小
說之父」。他於一九四二年所創立的「機械人三大法則」：
第一法則
: 機器人不得傷害人類，或坐視人類受到傷害而袖手旁觀。
第二法則 :
除非違背第一法則，機器人必須服從人類的命令。
第三法則 : 在不違背第一法則及第二法則的情況下，機器人必須保護自己。
2012/10/23
機器人自走車專題製作
2
貳、教育機器人系列
-創意機器人教學開發系列(1/5)
基礎教育機器人
坦克
創意機器人開
發教學平台
2012/10/23
紅螞蟻
自走車
機器人自走車專題製作
innoBot
自走車
3
2012/10/23
機器人自走車專題製作
4
2012/10/23
機器人自走車專題製作
5
-展示教學機器人系列(2/5)
人形機器人
6軸
2012/10/23
12 軸
16 軸
機器人自走車專題製作
19 軸
6
-比賽教學機器人系列(3/5)
輪型機器人
紅螞蟻
自走車
2012/10/23
坦克
innoBot
自走車
競速車
機器人自走車專題製作
越野車
Mini-Ubot
7
-展示教學機器人系列(4/5)
仿生機器人
小蜘蛛
2012/10/23
大蜘蛛
機器人自走車專題製作
機械蛇
8
-機電整合感測器系列(5/5)
感測器控制模組
16軸機器人
控制板
2012/10/23
32軸機器人
控制板
機器人自走車專題製作
各種感測器模組
9
叁、安裝系統—
innoBASICTM Workshop
終端視窗
檔案管理視窗
訊息輸出視窗
2012/10/23
程式編輯視窗
機器人自走車專題製作
10
肆、瓦力機器人自走車
-Wali robot
2012/10/23
機器人自走車專題製作
11
伍、TCRT5000循跡感測器(1/3)
2012/10/23
機器人自走車專題製作
12
伍、 TCRT5000循跡感測器(2/3)





應用方向:
可應用在輪型平台循跡控制上。
可應用近距離物體碰撞偵測上。
可用於近距離非接觸開關。
光感編碼器應用
2012/10/23
機器人自走車專題製作
13
伍、 TCRT5000循跡感測器(3/3)
 使用條件:
 辨別兩種不同顏色表面。
 利用可變電阻調整辨識敏感度 。
 偵測距離為0.2~30mm
(最大偵測距離為0.2~60mm) 。
 輸入電壓3~5V。
2012/10/23
機器人自走車專題製作
14
陸、操作與使用(1/2)
有反射訊號時會亮
紅燈 無反射則不亮
此處為螺絲固定孔可前
後滑移調整至最佳位置
2012/10/23
電源5V
電源GND
機器人自走車專題製作
逆時針旋轉感度
增加順時針旋轉
感度減少
有接收到反射時輸出0
無反射時輸出1
15
陸、
操
作
與
使
用
(2/2)
2012/10/23
最佳辨識距離為d=2mm
建議偵測距離為0.2~30mm
最大偵測距離為0.2~60mm
離地距離越近則辨識解析度越高
離地距離越遠則辨識解析度越低
機器人自走車專題製作
16
柒、超音波模組(1/3)
應用方向：
可做為偵測距離之工具。
配合移動機構(機器人、
自走車…等)，可達到避
障的功能，保護機構。
2012/10/23
機器人自走車專題製作
17
柒、超音波感測器原理介紹
(2/3)
 人耳朵所可以聽見的波動，頻率約在16HZ到
20KHZ之間，如果［波動］的頻率高於此範圍，
人類則無法聽見，稱之為超音波。
 距離量測之超音波感測器，是利用超音波感測
器之發射器發出超音波至接收器收到由目標物體
反射所需的時間(t)來獲得被測物與測量源之間
的距離。
※其關係式如下︰
距離＝音速(c)╳時間(t/2)
2012/10/23
機器人自走車專題製作
18
柒、超音波模組(3/3)
2012/10/23
機器人自走車專題製作
19
捌、伺服馬達控制與應用(1/5)
 伺服機內部架構
一個微型伺服機內部包括了一個小型直流馬達、
一組變速齒輪組、一個回饋可調電位器及一塊電
子控制板。
由高速轉動的直流馬達提供原始動力，帶動變速
齒輪組，使之產生高扭力的輸出。
且齒輪組的變速比越大，伺服機的輸出扭力也
越大，也就是說越能承受更大的力量，但轉動的
速度也相對變低。
2012/10/23
機器人自走車專題製作
20
捌、伺服馬達控制與應用
(2/5)
 伺服機的工作原理
 減速齒輪組由馬達驅動，其輸出端帶動一個
線性的比例電位器作位置檢測，該電位器把轉
角座標轉換成為一比例電壓回饋給控制線路板
 控制線路板將與其輸入的控制脈波信號比較
，產生糾正脈波，並驅動馬達正向或是反向轉
動，使齒輪組的輸出位置與期望值相符，令糾
正脈波趨於為零，從而達到使伺服機精確定位
的目的。
2012/10/23
機器人自走車專題製作
21
捌、伺服馬達控制與應用
(3/5)
 如何控制伺服機
 360°伺服機是藉由0.5～2.5ms HIGH PULSE 50Hz
0.5ms
的脈波訊號做控制，1.5ms HIGH PULSE是位於
停止的狀態；小於1.5ms時順時針轉動，愈小愈快
；大於1.5ms時逆時針轉動，愈大愈快。
※每顆伺服機的控制寬度會有少許的差距，0.5～
2.5ms為參考值，實際上會有些許的誤差。
2012/10/23
機器人自走車專題製作
1.5ms
2.5ms
週 週 20ms
22
捌、伺服馬達控制與應用(4/5)
 伺服機的電源引線有三條，如右圖所示。
 伺服機三條線中，白色的線是控制線，接
到控制晶片上。中間紅色的是伺服機工作
電源線，一般工作電源是5V。第三條是
地線。
 註：電路圖中以W(白)、R(紅)、B(黑)做為
引線代號。
2012/10/23
機器人自走車專題製作
23
捌、伺服馬達控制與應用(5/5)
 控制360°伺服機的正、反轉與停止實驗目
地：加強Pulseout的應用實例，與了解360°
VDD P11
W
R
B
伺服機的控制方式。
 實驗電路：於電路的連接上，使用
Education Board的X4位置上所提供的伺服
GND
機腳座，連接時請注意引線的顏色。
 W(白)、R(紅)、B(黑)。
2012/10/23
機器人自走車專題製作
24
玖、程式設計：
0
Dim X As Word
1
Sub MAIN( )
‘產生一個無窮迴圈
2
Low 11
‘產生一個101次的迴圈
3
Do
‘於引腳11上產生，寬度為0.5ms脈波
4
‘順時針快轉
‘強制程式等待16毫秒
5
For X＝0 To 100
‘於引腳11上產生，寬度為1.4ms脈波
6
Pulseout 11, 100
7
Pause 16
8
Next
9
‘順時針慢轉
10
For X＝0 To 100
11
Pulseout 11, 280
12
Pause 16
13
Next
14
‘停止
15
For X＝0 To 100
16
Pulseout 11, 300
17
Pause 16
2012/10/23
‘於引腳11上產生，寬度為1.5ms的脈波
機器人自走車專題製作
25
18
Next
19
‘逆時針慢轉
20
For X＝0 To 100
21
Pulseout 11, 320
22
Pause 16
23
Next
24
‘逆時針快轉
25
For X＝0 To 100
26
Pulseout 11, 500
27
Pause 16
28
Next
29
Loop
30
End Sub
‘於引腳11上產生，寬度為1.6ms的脈波
‘於引腳11上產生，寬度為2.5ms的脈波
實驗結果：
將伺服機分別以快速順轉、慢速順轉、停止、慢速反轉、快速反轉做一個迴圈。
※每個伺服機控制的應對脈波寬度會有少許的不同，需視情況調整。
2012/10/23
機器人自走車專題製作
26
拾、控制自走車
 控制Innobot進行簡單自走
 實驗目的：
實際將「實驗」應用於Innobot的控制上，了解Innobot的動作。
 實驗電路：
VDD P10
VDD P11
W
R
B
W
R
B
GND
2012/10/23
GND
機器人自走車專題製作
27
2012/10/23
0
Dim X As Word
1
Sub MAIN( )
2
Low 10
3
Low 11
4
‘PIN 10左伺服機
5
‘快速前進
6
For X＝0 To 50
7
Pulseout 10, 500
8
Pulseout 11, 100
9
Pause 16
10
Next
11
‘快速後退
12
For X＝0 To 50
13
Pulseout 10, 100
14
Pulseout 11, 500
15
Pause 16
16
Next
17
‘停止
18
For X＝0 To 100
19
Pulseout 10, 300
PIN 11右伺服機
機器人自走車專題製作
28
2012/10/23
20
Pulseout 11, 300
21
Pause 16
22
Next
23
‘原地右轉
24
For X＝0 To 100
25
Pulseout 10, 320
26
Pulseout 11, 320
27
Pause 16
28
Next
29
‘原地左轉
30
For X＝0 To 100
31
Pulseout 10, 280
32
Pulseout 11, 280
33
Pause 16
34
Next
35
Pulseout 10, 300
36
Pulseout 11, 300
37
Pause 16
38
End Sub
機器人自走車專題製作
29
你一定要看喔!
這也太潮流了吧!
2012/10/23
如果…有如果就更美好了…
機器人自走車專題製作
30
拾壹、問題與討論
有獎徵答
2012/10/23
機器人自走車專題製作
31
END
演講完畢
謝謝你的聆聽
2012/10/23
機器人自走車專題製作
32