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[创客活动] 蘑菇云创客成员之2019RCJ国际青少年机器人赛

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蘑菇云创客成员之2019RCJ国际青少年机器人赛

2018年的年底，我们在DUDU老师的带领下开始了2019RCJ国际青少年机器人赛中国选拔赛的准备。

我们的队员来自不同的学校，不同的年龄，最大17岁，最小10岁，大家集中在上海蘑菇云创客空间

开始搞事情啦。:P

先讲讲我们的作品第1版的方案，那是个关于海洋动物螃蟹的主题，我们把机器人设计成螃蟹，螃蟹

的足用齿轮连动，不多写，上图吧！

螃蟹机器人----齿轮连动的螃蟹(crab)设计

A) 内部结构设计

一：齿轮可以安装在轴承外部，由轴承带动进行传动，齿轮在转动的时候同时带动其他齿轮的转动，轴承与齿轮二者是缺一不可的。
二：齿轮主要提供一个相互的咬合力与扭矩，而轴承主要是提供一个传动功能。齿轮传动需要安装在轴上，而轴承是是为轴提供支撑的构件，有了轴承的支撑更容易使轴及轴上构件有比较准确的运转精度，轴承滚动体可以减少轴承与轴的摩擦。
三：轴承属于易损件，损坏后可以进行更换和维护，这样可以减少轴承的磨损。

制作上的难点是齿轮之间的啮合空隙需要反复试验。调试过程中硬件与软件的配合非常重要。

B) 设计

选择怎样的输出模块也非常重要,步进电机需要4个数字口,舵机只需要1个数字口

C) 程序设计：

采用了模块化设计思路,分别调试每个功能模块

如果你也想参加，请扫码联系我！

资讯

DUDU 学徒
楼主|

发表于 2019-4-11 20:28:18

蘑菇云创客成员之2019RCJ国际青少年机器人赛

关于齿轮的设计

在齿轮设计过程中有以下几个关键点需要注意:

1.齿轮啮合条件

两齿轮的模数必须相等，两齿轮分度圆上的齿形角必须相等。两齿轮法面模数相等，齿形角相等，螺旋角相等且螺旋方向相反。两齿轮的大端模数和齿形角分别相等。

2. 齿轮啮合间隙

一对齿轮装配后，齿侧间隙是固定值。标准直齿圆柱齿轮，是无侧隙啮合的，齿侧间隙为0；齿侧间隙等于一个齿轮节圆齿槽宽减另一个齿轮节圆齿厚的差值。实际齿轮啮合是有侧隙的，通过控制齿厚（齿厚减薄）保证侧隙；根据使用条件（载荷，等）、使用环境（油温，等）。

3.齿轮的齿边变成圆弧

4.大齿轮与小齿轮啮合,小齿轮的齿比大齿轮小一点,通过观察乐高的齿轮可以得到这个结论.

A)螃蟹机械结构的改进.

改进后这个齿轮的中心安装舵机

原来舵机安装在这个齿轮

改进了安装位置,这样齿轮的传动更加均匀,齿轮转动的时间基本一致,对舵机的扭力要求会减小.

B) 螃蟹车底盘轮子的排列分布

编程控制舵机带动8齿轮转，跟上节奏
舵机齿轮程序

子函数foot()

流程图:

2个超声波模块同时放置, 程序很容易，关键是要避开回波干扰

void csb(){

////////////////1号超声波////////////////////////////////////

digitalWrite(Tr1, LOW); //低高低电平发一个短时间脉冲去TrigPin

delayMicroseconds(2); // delayMicroseconds在更小的时间内延时准确

digitalWrite(Tr1, HIGH);

delayMicroseconds(10);

digitalWrite(Tr1, LOW); //通过这里控制超声波的发射

cm1 = pulseIn(Ec1, HIGH) / 58.0; //将回波时间换算成cm

////////////////2号超声波////////////////////////////////////

digitalWrite(Tr2, LOW);

delayMicroseconds(2); // delayMicroseconds在更小的时间内延时准确

digitalWrite(Tr2, HIGH);

delayMicroseconds(10);

digitalWrite(Tr2, LOW);

cm2 = pulseIn(Ec2, HIGH) / 58.0;

Serial.print(cm1);

Serial.print("cm1");

Serial.println();

Serial.print(cm2);

Serial.print("cm2");

Serial.println();

}

void trackA()

{

forward();

csb();

if( cm1 <50)

{

stopped();delay(100);

right();

delay(200);

}

else if(cm2 <50)

{

stopped();delay(100);

left();

delay(200);

}

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DUDU 学徒
楼主|

发表于 2019-4-11 20:30:56

螃蟹B 硬件接口

// CrabB ZIGBEE（通讯开关接收A信号） 0，1 motor1（移动小车）8，9，10，11 舵机（齿轮8足）13

//传感器超声波1（跟踪2，3 )超声波2（跟踪4，5 )

树莓派3 + HC-SR04超声波测距模块

HC-SR04 介绍

HC-SR04 模块可以测量 3cm - 4m 的距离，精确度可以达到 3mm。这个模块包括超声波发射器、超声波接收器和控制电路三部分。有4 个引脚。

接线方式4 个引脚由 2 个电源引脚(Vcc 、GND)和 2 个控制引脚(Trig、Echo)组成。
Vcc 和 Gnd 接5v DC 电源，但不推荐用独立电源给它供电，应使用树莓派或单片机的 GPIO 口输出 5v 和 Gnd 给它供电。不然会影响这个模块的运行。
Trig 引脚用来接收来自树莓派的控制信号。接任意GPIO 口。
Echo 引脚用来发送测距结果给树莓派。接任意 GPIO口。
(注意 Echo 返回的是 5v信号，而树莓派的 GPIO 接收超过 3.3v 的信号可能会被烧毁，因此需要加一个分压电路)

HC-SR04 的测距过程
1. 树莓派向 Trig 脚发送一个持续 10us 的脉冲信号。
2. HC-SR04 接收到树莓派发送的脉冲信号，开始发送超声波(start sending ultrasoun），并把 Echo置为高电平。然后准备接收返回的超声波。
3. 当 HC-SR04 接收到返回的超声波 (receive returned ultrasound) 时，把 Echo 置为低电平。

从上述过程可以看出， Echo 高电平持续的时间就是超声波从发射到返回所经过的时间间隔 ~

接线跟前文所说的一样。 GPIO 2 脚接 Trig ， GPIO 3 脚接Echo 。树莓派的 +5v 和 Gnd 与 HC-SR04 的 Vcc 和 Gnd相连。还有一个分压电路，一端接 Echo ，另一端接 Gnd。

1k 和 2k 电阻组成了一个分压电路，使 GPIO 3 脚的电压降到了 3.3v 左右。

python 程序

2 脚连 Trig ，设为输出模式； 3 脚连 Echo，设为输入模式。

然后向Trig 引脚输入10us 的脉冲：

time.sleep() 接收的参数单位为 s ，于是把10 us 转换为0.00001 s 。

接收到这个脉冲后，HC-SR04发射出超声波，同时把Echo 置为高电平。在发射之前，Echo一直为低电平。

据此编写程序，记录超声波发射时的时间。

然后记录超声波返回时的时间。这样就获得了我们需要的数据pulse_start 和 pulse_end ，可以算出距离了~

测得距离(单位:m) = (pulse_end - pulse_start) * 声波速度 / 2

测得距离(单位:m) = (pulse_end - pulse_start) * 声波速度 / 2 声波速度取 343m/s 。

然后再把测得的距离转换为 cm。

测得距离(单位:cm) = (pulse_end - pulse_start) * 声波速度 / 2 * 100