《机器人入门》2009年亚太大学生机器人大赛——胜利鼓乐班级：计算机控制姓名：闻学号：

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《机器人入门》2009年亚太大学生机器人大赛——胜利鼓乐

《机器人入门》

2009年亚太大学生机器人大赛——胜利鼓乐

班级：计算机控制姓名：闻** 学号：

在工业界，机器人的应用已经是很普通的事了。当前，有必要开发新型机器人的是某些领域，如照顾老人和残疾人、紧急救援，等等。要求新型机器人能成为人们日常生活的一部分并能照顾人类。除了具有普通机器人所需的速度、能力和精度外，它们必须有友情与合作等一些人类品质。以此新观点设计的机器人，可望满足未来日益增长的需求。滑杆—竞赛主题的核心

图 1 日本传统轿子—滑杆

本年度竞赛的核心是滑杆，是一种传统的日本轿子或前现代时期的废物。人们常常坐着滑杆到远处去。这种滑杆是在一根挑杠上悬挂一个篮子，如照片所示。它由两名男子一前一后挑着。

古时候旅行是很不顺利的。旅途上有山，陡坡、蜿蜒的小路。抬滑杆的两名挑夫必须密切合作以减小摇摆，安全地完成旅行。

安全的重要性

机器人本身的安全是安全举办比赛的首要问题。作为机器人的设计者的参赛队对其机器人的安全负有责任。

参赛队必须和竞赛主办者密切合作以确保比赛的绝对安全。

安全必须始终放在首位，在各种情况下，它必须考虑到所有参与竞赛的人，如工作人员、参赛者和观众。

因此，在申请参赛前，参赛队应充分注意其机器人的安全性。

规则

比赛概要

胜利鼓乐是根据假想的日本古代抬着滑杆旅行而设计的比赛。

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在前面的自动机器人挑夫和在后面

的手动机器人挑夫配合，用滑杆把自动

机器人旅客抬到目的地，旨在在另一队

之前走完旅程。路上会有各种任务，如

爬山和穿过树林。滑杆和机器人旅客不

能掉下。

自动机器人旅客到达的目标区后必

须击打三面胜利鼓。三面传统的日本鼓垂直安放在平台上。最先击打了三面鼓的参赛队获胜。

当然，机器人要想顺利完成各种动作，必须要有许多传感器作为感觉、触觉、视觉等以实现相应的功能。下面我们来了解下本次机器人大赛所用到的传感器。

传感器是一种物理装置或生物器官，能够探测、感受外界的信号、物理条件（如光、热、湿度）或化学组成（如烟雾），并将探知的信息传递给其他装置或器官。

在信息采集和路径选择方面采用红外传感器、碰撞传感器和指南针混合寻迹方案。这种方案用红外光电传感器实现“近视”检测，由于红外检测速度快，可对近处的偏差进行快速反映；给主控器充足的时间做出刹车、减速及转弯的决策，可提供的信息量大，采用红外检测和指南针检测相结合检测的迹方案，可大大改善购物车行走路径的准确性，提高购物车的稳定性。

图3 光电传感器的基本结构

光敏电阻

光敏电阻的工作原理是基于内光电效应。在半导体光敏材料的两端装上电极引线，将其封在带有透明窗的管壳里就构成了光敏电阻。光敏电阻的特性和参数如下：

1）暗电阻光敏电阻置于室温、全暗条件下的稳定电阻值称为暗电阻，此时流过电阻的电流称为暗电流。

2)亮电阻光敏电阻置于室温和一定光照条件下测得稳定电阻值称为亮电阻，此时流过电阻的电流称为亮电流。

4、伏安特性光敏电阻两端所加的电压和流过光敏电阻的电流间的关系称为伏安特性，如图5所示。从图中可知，伏安特性近似直线，但使用时应限制光敏电阻两端的电压，以免超过虚线所示的功耗区。

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图4 光敏电阻的伏安特性

5、光电特性光敏电阻两极间电压固定不变时，光照度与亮电流间的关系称为光电特性。光敏电阻的光电特性呈非线性，这是光敏电阻的主要缺点之一。

6、光谱特性入射光波长不同时，光敏电阻的灵敏度也不同。入射光波长与光敏器件相对灵敏度间的关系称为光谱特性。使用时可根据被测光的波长范围，选择不同材料的光敏电阻。

7、响应时间光敏电阻受光照后，光电流需要经过一段时间（上升时间）才能达到其稳定值。同样，在停止光照后，光电流也需要经过一段时间（下降时间）才能恢复到其暗电流值，这就是光敏电阻的时延特性。光敏电阻上升响应时间和下降响应时间约为10-1～10-3s，即频率响应为10Hz～1000Hz，可见光敏电阻不能用在要求快速响应的场合，这是光敏电阻的一个主要缺点。

8、温度特性光敏电阻受温度影响甚大，温度上升，暗电流增大，灵敏度下降，这也是光敏电阻的另一缺点。

9、频率特性频率特性是指外加电压和入射光强一定是，光电流I与入射光的调制频率f之间的关系，I （f），光电二极管的频率特性较光电三极管的频率特性好，这是由于光电三极管的基射结存在电容和载流子基区需要时间的缘故。利用内光电效率原理制造的光电元件的频率特性最差，这是由于俘获载流子和释放电荷都需要一定时间的缘故

红外传感器

红外技术发展到现在，已经为大家所熟知，这种技术已经在现代科技、国防和工农业等领域获得了广泛的应用。红外传感系统是用红外线为介质的测量系统，按照功能能够分成五类：（1）辐射计，用于辐射和光谱测量；（2）搜索和跟踪系统，用于搜索和跟踪红外目标，确定其空间位置并对它的运动进行跟踪；（3）热成像系统，可产生整个目标红外辐射的分布图像；（4）红外测距和通信系统；（5）混合系统，是指以上各类系统中的两个或者多个的组合。

红外传感器根据探测机理可分成为：光子探测器（基于光电效应）和热探测器（基于

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热效应）。

光在半导体中传播时的衰减是由于价带电子吸收光子而从价带跃迁到导带的结果，这种吸收光子的过程称为本征吸收。硅的本征吸收系数随入射光波长变化的曲线如图所示。由图可见，在红外部分吸收系数小，紫外部分吸收系数大。这就表明，波长短的光子衰减快，穿透深度较浅，而波长长的光子则能进入硅的较深区域。

对于光电器件而言，还常用量子效率来表征光生电子流与入射光子流的比值大小。其物理意义是指单位时间内每入射一个光子所引起的流动电子数。根据理论计算可以得到， P区在不同结深时量子效率随波长变化的曲线如图所示。浅的PN结有较好的蓝紫光灵敏度，深的PN结则有利于红外灵敏度的提高，半导体色敏器件正是利用了这一特性。红外传感器的采集调试

3个红外传感器的布局采用上1下2的布局方式，这样能够充分检测货架信息，在软件设计上大体程序如下：

AD_value = Read_Sensor();//得到传感器状态

if((AD_value&0xE7)==0) error = error0; //判断位置

else if((AD_value&0xF0)!=0xF0){ //判断状态

if((AD_value&0x80)==0) error = -error6;

else if((AD_value&0xC0)==0) error = -error5;

else if((AD_value&0x40)==0) error = -error4;

else if((AD_value&0x60)==0) error = -error3;

else if((AD_value&0x20)==0) error = -error2;

else if((AD_value&0x30)==0) error = -error1;

else if((AD_value&0x10)==0) error = error0;

}