一種智能機器人系統(tǒng)設計和實現(xiàn)

　　4 試驗研究分析

　　設計并完成裝配的機器人的樣機如圖3所示，其中A為攝像頭模塊，B為麥克風，C為液晶屏，D為喇叭，E為12 V電瓶。攝像頭離地的高度為450 mm，攝像頭光軸與水平面角度為60°。

　　4.1 視頻圖像采集試驗

　　由于本文采用的核心控制板的I/O口資源有限，因此，對圖像采集的控制信號線用普通的I/O口，而不是用中斷I/O口與其攝像頭模塊相連，因此只能用軟件實時檢測I/O的電平狀態(tài)，決定何時采集開始，何時讀數(shù)據(jù)，何時結(jié)束。為了能夠采集到圖像數(shù)據(jù)并能分辨出來，必須能夠跟蹤控制信號的變化狀態(tài)，如果不對攝像頭模塊進行降頻處理，則由于I/O口電平的變化頻率遠低于攝像頭控制信號的變化頻率，將導致I/O口無法跟蹤控制信號變化，即將無法判斷幀、行、點何時開始與結(jié)束這些狀態(tài)信息。當攝像頭的最高頻率（點像素頻率最高）降到1 MHz左右，系統(tǒng)就能跟蹤并完整地采集到圖像信息，并進一步處理之后完好地顯示出來。采集到的實驗數(shù)據(jù)如表2所示（示波器采用x10檔）。

　　從以上的圖與表可以清楚地看出：系統(tǒng)的控制信號非常完整和穩(wěn)定，沒有出現(xiàn)毛刺、變形等情況，給檢測讀取帶來了方便。Y0數(shù)據(jù)信號也很規(guī)整，其他數(shù)據(jù)信號，如Y1～Y7也是如此。Y0的波形圖中有些段是低電平，出現(xiàn)的位置不一樣，這是因為攝像頭移動的時候，環(huán)境光發(fā)生了變化，引起整個Y數(shù)據(jù)變化，從Y0數(shù)據(jù)也可以清楚看出這一點，并且從圖像上也能很明顯地感到圖像在實時移動變化著。

　　4.2 直線爬坡試驗

　　對于移動機器人來說，在非結(jié)構(gòu)化環(huán)境中，最典型的情況就是平地、斜坡與臺階，對其走直線與爬坡的試驗如圖4所示。

　　實驗場地是綠色毛毯狀物質(zhì)。機器人上電工作之后，就開始在控制算法下運行電機控制任務，輸出控制信號，驅(qū)動電機運行，機器人就沿著直線方向以0.17 m/s（理論計算值最高可達0.183 m/s）的速度前進。反復進行10次路徑長為5 m的直線行走實驗，發(fā)現(xiàn)最大偏差為0.25 m，最小偏差為0.08 m，平均偏差為0.184 m。分析其原因，是由于電機的負載能力、啟動特性、機械結(jié)構(gòu)、機器人的重心位置及輪子與地面的摩擦阻力等因素所造成的。

　　在爬坡實驗中，主要測試的是機器人單側(cè)爬坡的能力和效果。斜坡的傾斜角度是可調(diào)整的。對其進行了9次的爬坡實驗，角度從20°～60°的范圍變化，發(fā)現(xiàn)隨著角度每增加，爬坡的難度將變得越來越困難。當在36°左右時，機器人還能夠保持整體結(jié)構(gòu)平衡，能夠沿著斜坡運動前進并能越過障礙，而在41°左右時就無法前進。這些結(jié)果顯示，機器人爬坡能力較強，能夠翻越比較大的斜坡。但有些地方需要改進，如運動輪子摩擦不夠，輪子寬度較窄，后輪驅(qū)動力稍有不足，與其相連的機械結(jié)構(gòu)臂剛度不夠等。今后需對其進行仿真優(yōu)化。