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基于笔记本电脑的移动机器人

基于笔记本电脑的移动机器人

2013/9/10 9:33:13

这个项目是由TeleToyland和RoboRealm合作完成的。我们的机器人由一台普通的笔记本电脑和一个由电机和轮子驱动的平台组成。我们刻意保持机器人平台的易于搭建性,我们希望利用这个工程来展示搭建一个机器人平台并不难,期待看到更多的朋友加入进来。
第一步:准备材料
电机:我们使用从网上购买的由电机、轮子、光电编码器组装好的套件。这将比我们自己动手组装的更加可靠和稳定。在我们这个作品中,并没有应用到光电编码器,但是在机器人开发中光电编码器绝对是一个值得一用的传感器。
我们还从网上购买了一个万向轮,我们的机器人采用的是两个电机带动的驱动轮加一个由万向轮作为平衡轮的驱动方式。电机驱动方面,我们采用了两个HB-25电机控制模块。
其余部分,一块12"x10"大,1/2"厚的胶合板,两块木块,一些螺栓螺帽。
第二步:搭建移动平台
因为电机的尺寸,我们无法直接将电机安装在胶合板上,因此我决定在胶合板上安装两个垫块来安装电机。在两个木块上各打两个通孔,在胶合板上同样位置也打两个通孔,并且在孔中装入两个膨胀管,利用沉头螺钉将胶合板、垫块、电机连接在一起。这样我们就搭建起了一个简单的可移动机器人平台。
第三步:将万向轮固定在机器人平台上
在机器人平台后部中间位置按照万向轮末端三个固定孔的位置打好三个通孔,使用沉头螺栓配合螺母将万向轮固定在机器人平台上,与两个电机上带动的轮子形成一个稳定的三点支撑。
第四步:电机控制模块、电池、开关
我们将HB-25电机控制模块安装在电机的后面,这样可以将中间的大部分空间留给电池组。
将电机与电机控制模块连接,将电机线剪成合适的长度,一端固定在电机上,另一端固定一个金属的连接片,这样可以便于拆装。注意一定要控制好电机线的长度,过短不便连接,如果过长则需要将过长的导线固定好,避免卷入电机。
我们把电源开关装在胶合板的下面,这样可以保证机器人移动平台正面的简洁。
第五步:伺服控制与把手
控制HB-25怎样去控制电机运动有很多种方法,我们在网上找到了直接利用计算机usb口来进行控制的模块。
到目前为止,我们并没有用到电机上自带的光电编码器,将来在进一步的开发中可能会用到。在一些复杂一点的控制中,光电编码器将是不可或缺的传感器。
所有的机器人都需要一个方便的把手!在我们的这个作品中,我们用了一点剩下的铝板的边角料,在机器人胶合板的后部打了两个孔,用螺钉将把手固定在了机器人上。
第六步:笔记本
在机器人的前部固定了两个排列在一起的摄像头,这两个摄像头采得的图像用来使机器人避开前方的障碍物。两个摄像头通过USB接口将图像数据传给计算机。我们的笔记本是一台MSI-Winbook笔记本,它可以很好的固定在机器人的移动平台上。我们选择这款笔记本的原因一个是外形尺寸比较合适,还有一个就是价格较低($350)。现在我们用一个USB接口来控制电机,还有两个USB接口来连接摄像头,好在MSI-Winbook刚好有三个USB口,这样我们就不需要再扩展USB口了。现在机器人用的还是自己的电池。
第七步:软件
我们在笔记本电脑上运行自己编写的图像处理软件,可以分辨出机器人前方障碍物的位置。机器人上的两个摄像头被手动调成了不同的焦距。一个摄像头焦距调的比较近,另一个正相反。这样我们可以通过比较两个摄像头得到的不同图像来确定障碍物的位置。这种算法虽然在距离精度上差一些,但是求解速度非常快。下面的图像显示了两个摄像头对机器人面前的不同距离的可乐罐和DrPepper罐采集到的图像。我们可以明显的看到两个摄像头的不同焦距产生的效果,我们的算法就是根据两幅不同焦距的图片来判断哪个障碍物离自己更近一点。
注意下面的图像,左侧的图像远处的罐子正处在焦距上,近处的罐子则有些失焦了。右侧的图像则正好相反。通过判断图像的边缘强度可以判断哪个对象正处在焦距上,哪个对象失焦。
每个图像都被分割成三个垂直的部分:左、中、右。我们可由此来判断障碍物的方位,来控制机器人转向。

希望这个作品能够在电机驱动和软件控制上给你一些启示,我们的结论是搭建一个如此的由笔记本驱动的移动机器人是非常便于扩展和定制的。
祝你成功!

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