基于慧魚模型的割草機器人設計

孫波+劉永嘉+王繼慧

摘 要：本課題用慧魚模型設計并構建了一種小型自動割草機器人器人模型。慧魚創意組合模型是一種技術含量較高，經拼接后形成的工程類模型，是展示科學原理和科學技術的理想教學器材。本文設計是以德國慧魚創意積木所搭建而成的模擬機器人為基本構架，運用電腦界面板去控制驅動割草機器人器人，使機器人的行為動作達到我們的要求。通過慧魚模型拼接組裝，程序編制，任務達到要求，簡明扼要的闡釋了機械之間的配合關系，各種傳感器安裝使用，軟件編寫，實現對電磁線圈的控制，操作簡單易懂，更加方便快捷。

關鍵詞：慧魚；智能機器人；循跡；邊界識別

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

1 割草機器人功能實現

1.1 割草機器人割草功能

割草機器人的割草功能實現是由電動機通過蝸輪蝸桿連接到頭實現。小型電動機連接齒輪箱，然后在連接上刀頭來控制刀片轉速，實現割草過程。

1.2 邊界識別功能

邊界識別的實現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，割草機器人左右輪各用直流雙向電機驅動，所以通過設置兩個輪子的轉速從而達到控制轉向的目的。

1.3 避障功能

割草機器人車頭安裝兩個活動擋板，擋板底下安裝兩個微動開關I3，I4。當前方障礙推動擋板會觸碰微動開關I3，I3觸動，控制系統會控制機器人M1旋轉，M2旋轉，使機器人偏移避開障礙。

2 割草機器人的控制系統設計

2.1 軟件介紹

慧魚控制器模擬運動過程的實現需要通過ROBOPro軟件來進行編程。ROBOpro軟件在Windows平臺上運行，使用圖形化的控制單元，流程圖式的圖框編程過程。

2.2 控制程序編制

軟件設計的程序大體可分為割草、循跡邊界識別、避障和計時循環四大部分。程序將實現開始機器人前進→割草刀片旋轉→避障→邊界識別→循環計時等動作。

a.子程序。

① Random。該程序執行，初始值為0，一個路徑傳至random計數量，另一個路徑執行值為一，進行判斷Z>15是否成立，若為否則+1繼續進行判斷，并且傳至下一個程序，同時等待0.06秒后繼續判斷。若為是，則重新開始循環。

② Turning random。轉向程序是循跡的反應程序，程序運行，電動機M1M2同時順時針旋轉，機器人后退，然后延時0.5秒后，M1逆時針轉動，M2繼續順時針轉動，完成機器人后退轉向。最后根據隨機計數模塊給定的計數值，等待執行后M1M2同時逆時針轉動，機器人繼續前進。

③Avoiding right。該子程序為右避障程序，程序執行，電動機M1M2順時針轉動，機器人后退，后退60毫米后停止等待，接收到信號時，機器人電動機M1繼續順時針轉動，M2逆時針轉動，機器人割草機器人完成轉彎，轉55毫米距離后停止等待，之后接收到信號停止等待0.5秒后前進。

④Avoiding left。該子程序為左避障程序，程序執行，電動機M1，M2順時針轉動，機器人后退，后退60毫米后停止等待，接收到信號時，機器人電動機M1逆時針轉動，M2順時針轉動，機器人割草機器人完成轉彎，轉70毫米距離后停止等待，之后接收到信號停止等待0.5秒后前進。

b.主程序。將每個字程序嵌入到主程序中，完成主程序圖。主程序啟動，電機M1，M2，M3同時啟動，隨機計數程序同時啟動。緊接著通過I3，I4判斷A是否為零，若為零則進行避障程序，若不為零，則繼續通過I1，I2判斷A（I1，I2的邏輯關系）是否為零。若為零則進行循跡子程序，若不為零則返回上一程序繼續循環。主程序圖如下：

3 割草機器人的運行調試

總體來說，整個智能車系統的構建滿足了設計的需求。由于設計和其他客觀條件的限制，在調試過程中進行了一些改進。主要有以下兩個方面：（1）循跡系統本來運用一個循跡調節線路，可是在運行過程中出現了卡死跟無法靈活調整方向的現象，后來重新設計，后采用兩個調節線路，使機器人更加智能化化調節自身行駛路線；（2）在調試過程中，增加了一個隨機計數過程，此過程增加了割草機器人每個環節的連貫性和整體的智能性。

4 結論

本次設計構建割草機器人模型，此模型是以慧魚創意組合模型為平臺，通過ROBO TX接口板與ROBO Pro軟件的程序設計形成了自動循跡避障割草功能。本設計通過傳感器判斷并檢測障礙物、通過軌跡傳感器進行循跡，并對割草機器人的循跡、避障功能進行了研究，完成了硬件制作及軟件設計，成功實現了自動割草循跡智能避障功能。

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