一種智能機(jī)器人系統(tǒng)設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)

　　4 試驗(yàn)研究分析

　　設(shè)計(jì)并完成裝配的機(jī)器人的樣機(jī)如圖3所示，其中A為攝像頭模塊，B為麥克風(fēng)，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(yàn)

　　由于本文采用的核心控制板的I/O口資源有限，因此，對(duì)圖像采集的控制信號(hào)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(shí)時(shí)檢測I/O的電平狀態(tài)，決定何時(shí)采集開始，何時(shí)讀數(shù)據(jù)，何時(shí)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(hào)的變化狀態(tài)，如果不對(duì)攝像頭模塊進(jìn)行降頻處理，則由于I/O口電平的變化頻率遠(yuǎn)低于攝像頭控制信號(hào)的變化頻率，將導(dǎo)致I/O口無法跟蹤控制信號(hào)變化，即將無法判斷幀、行、點(diǎn)何時(shí)開始與結(jié)束這些狀態(tài)信息。當(dāng)攝像頭的最高頻率（點(diǎn)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(jìn)一步處理之后完好地顯示出來。采集到的實(shí)驗(yàn)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(hào)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(hào)也很規(guī)整，其他數(shù)據(jù)信號(hào)，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?yàn)閿z像頭移動(dòng)的時(shí)候，環(huán)境光發(fā)生了變化，引起整個(gè)Y數(shù)據(jù)變化，從Y0數(shù)據(jù)也可以清楚看出這一點(diǎn)，并且從圖像上也能很明顯地感到圖像在實(shí)時(shí)移動(dòng)變化著。

　　4.2 直線爬坡試驗(yàn)

　　對(duì)于移動(dòng)機(jī)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(tái)階，對(duì)其走直線與爬坡的試驗(yàn)如圖4所示。

　　實(shí)驗(yàn)場地是綠色毛毯狀物質(zhì)。機(jī)器人上電工作之后，就開始在控制算法下運(yùn)行電機(jī)控制任務(wù)，輸出控制信號(hào)，驅(qū)動(dòng)電機(jī)運(yùn)行，機(jī)器人就沿著直線方向以0.17 m/s（理論計(jì)算值最高可達(dá)0.183 m/s）的速度前進(jìn)。反復(fù)進(jìn)行10次路徑長為5 m的直線行走實(shí)驗(yàn)，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(jī)的負(fù)載能力、啟動(dòng)特性、機(jī)械結(jié)構(gòu)、機(jī)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(shí)驗(yàn)中，主要測試的是機(jī)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(duì)其進(jìn)行了9次的爬坡實(shí)驗(yàn)，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(dāng)在36°左右時(shí)，機(jī)器人還能夠保持整體結(jié)構(gòu)平衡，能夠沿著斜坡運(yùn)動(dòng)前進(jìn)并能越過障礙，而在41°左右時(shí)就無法前進(jìn)。這些結(jié)果顯示，機(jī)器人爬坡能力較強(qiáng)，能夠翻越比較大的斜坡。但有些地方需要改進(jìn)，如運(yùn)動(dòng)輪子摩擦不夠，輪子寬度較窄，后輪驅(qū)動(dòng)力稍有不足，與其相連的機(jī)械結(jié)構(gòu)臂剛度不夠等。今后需對(duì)其進(jìn)行仿真優(yōu)化。