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TFmini与舵机结合的机器人小车避障应用方案



  • 1.试验设备及接线
    1.1实验设备
    • MiniQ 桌面机器人底盘
    1.png

    • 底盘直径:122mm
    • 轮子直径:42mm
    • 底盘高度:15mm
    • 兼容 Arduino 标准板及 Romeo 控制器固定孔
    • 电机参数:
      • N20 电机电压:3-9V
      • 无负载转速:13000rpm
      • 50:1 减速箱
      • 260rpm@6V
      • 40mA@6V
      • 360mA 堵转@6V
      • 10 盎司英寸扭矩@6V

    • Romeo 三合一 Arduino 兼容控制器
    2.png

    • 采用 Atmel Atmega328 单片机
    • Arduino UNO bootloader
    • 完全兼容 Aruduino UNO 的端口布局
    • 集成 APC220 无线数传和 DF-BluetoothV3(SKU:TEL0026)蓝牙模块接口
    • 支持 5 组 I2C 总线接口
    • 支持两路电机驱动,峰值电流 2A,4 个控制口使用跳线切换
    • 外部输入电压范围:6V~20V
    • 更详细的参数介绍详见附录的网页地址。

    • MiniQ 小车上层安装板
    3.png
    • Benewake TFmini 标版
    4.png
    TFmini 详细参数见 TFmini 使用说明。

    • 9g 舵机
    5.png
    1.2接线
    6.png
    2.小车避障原理
    小车启动后,小车开始向前运动。当雷达探测到前方阈值内有障碍物时,小车停止运动,开始左右扫描寻路。舵机搭载 TFmini 从 90°开始向 180°扫描,然后从 180°向 0°扫描。
    7.png
    当扫描方向无障碍物时,小车向此方向转向,舵机回正到 90°。若从左至右扫描一圈都没有可以行进的路线,则小车后退,舵机回正。
    逻辑流程图如下所示:
    8.png
    3.注意事项
    • 当前避障原理模型只用来抛砖引玉,探索用 TFmini 避障的可行性,并不能大范围的适用于大规模的商业场景,如有需要,应以专业软件开发人员的代码为准。
    • 搭载的外部电源过重时,会影响小车车轮的摩擦力,可能两个车轮的转速不一致,导致小车并不能按照轨迹行驶。
    • 小车车轮在光滑地面有可能造成空转的现象,导致小车不能走直线。
    • 如果单独对 TFmini 外部供电,则需将外部电源和控制板共地处理。
    • 如果搭载更高复杂度的程序,要考虑芯片的能力,当前开发板在跑程序时已经发现会有卡顿的现象。
    4.附录
    4.1代码
    #include <Servo.h>
    Servo myservo;
    int pos=90; //定义舵机角度
    bool flag=true;//定义舵机转向
    float dist_f;//定义 foward 方向距离
    float dist_s;//定义 sideway 方向距离
    int E1=5; //定义 M1 使能
    int E2=6; //定义 M2 使能
    int M1=4; //定义 M1 控制
    int M2=7; //定义 M2 控制
    int temp_distance =0;
    /**

    • 双轮停止
      /
      void brake(void){
      digitalWrite(E1,LOW); //给 E1 低电平
      digitalWrite(E2,LOW); //给 E2 低电平
      }
      /
      *
    • 双轮前进
      /
      void advance(char a, char b){
      analogWrite(E1,a);
      digitalWrite(M1,LOW);
      analogWrite(E2,b);
      digitalWrite(M2,LOW);
      }
      /
      *
    • 双轮后退
      /
      void back(char a, char b){
      analogWrite(E1,a);
      digitalWrite(M1,HIGH);
      analogWrite(E2,b);
      digitalWrite(M2,HIGH);
      }
      /
      *
    • 左转
      /
      void turn_L(char a, char b){
      analogWrite(E1,a);
      digitalWrite(M1,LOW);
      analogWrite(E2,b);
      digitalWrite(M2,HIGH);
      }
      /
      *
    • 右转
      /
      void turn_R(char a, char b){
      analogWrite(E1,a);
      digitalWrite(M1,HIGH);
      analogWrite(E2,b);
      digitalWrite(M2,LOW);
      }
      /
      *
    • 读取 TFmini 测量结果
      /
      void getTFminiData(int
      distance, int* strength) {
      static char i = 0;
      char j = 0;
      int checksum = 0;
      static int rx[9];
      if(Serial.available()) {
      rx = Serial.read();
      if(rx[0] != 0x59) {
      i = 0;
      } else if(i == 1 && rx[1] != 0x59) {
      i = 0;
      } else if(i == 😎 {
      for(j = 0; j < 8; j++) {
      checksum += rx[j];
      }
      /*
      if(rx[8] == (checksum % 256)) {
      *distance = rx[2] + rx[3] * 256;
      strength = rx[4] + rx[5] * 256;
      }
      /
      *distance = rx[2] + rx[3] * 256;
      strength = rx[4] + rx[5] * 256;
      i = 0;
      } else {
      i++;
      }
      }
      }
      void setup() {
      // put your setup code here, to run once:
      Serial.begin(115200);
      //舵机的插口在 4
      myservo.attach(4);
      brake();
      /
    • 将雷达指向前方
      /
      myservo.write(pos);
      /
    • 设置轮胎电机输出口
      /
      pinMode(4,OUTPUT);
      pinMode(5,OUTPUT);
      pinMode(6,OUTPUT);
      pinMode(7,OUTPUT);
      delay(10);
      }
      void loop() {
      /
    • 读数一次
      /
      int distance = 0;
      int strength = 0;
      getTFminiData(&distance, &strength);
      while(!distance) {
      getTFminiData(&distance, &strength);
      Serial.print("Distance: ");
      Serial.print(distance);
      Serial.print("cm ");
      Serial.print("strength: ");
      Serial.println(strength);
      }
      /
    • 设置 30CM 阈值
      /
      if(distance <= 30 && distance > 0){
      temp_distance = distance;
      }
      delay(10);
      /
    • 判断读数距离
    • 如果度数距离小于阈值,则停车,开始向左向右扫描,直到扫描出有空隙可以走,然后车轮转弯,然后扫描器回正
    • 如果读数距离大于阈值,则开车
      /
      if(temp_distance <= 30 && temp_distance >= 0){
      brake();
      /
    • 判断当前舵机应该向左还是向右转
      /
      if(flag){
      if(pos<170){
      pos=pos+45;
      }else{
      flag = false;
      }
      /
    • 如果探测距离大于阈值,则舵机回正,小车转向
      /
      if(distance > 32){
      pos = 90;
      myservo.write(pos);
      delay(1200);
      //判断小车回正方向
      if(pos >= 90){
      turn_L(35,35);
      }else{
      turn_R(35,35);
      }
      delay(250);
      temp_distance = distance;
      }
      /
    • 如果探测距离小于阈值,则继续扫描
      /
      else{
      myservo.write(pos);
      delay(1200);
      }
      }else{
      if(pos>10){
      pos=pos-45;
      }else{
      flag=true;
      }
      /
    • 如果探测距离大于阈值,则舵机回正,小车转向
      /
      if(distance > 32){
      pos = 90;
      myservo.write(pos);
      delay(1200);
      //判断小车回正方向
      if(pos >= 90){
      turn_L(35,35);
      }else{
      turn_R(35,35);
      }
      delay(250);
      temp_distance = distance;
      }
      /
    • 如果探测距离小于阈值,则继续扫描
      /
      else{
      myservo.write(pos);
      delay(1200);
      }
      }
      }
      /
    • 如果前方没有障碍物,直行
      /
      else if(distance > 32 && distance < 1200){
      advance(35,35);
      }
      /
    • 如果雷达挂了,小车停止
      */
      else if(distance == -3){
      brake();
      }
      }

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