小型云台机械手按颜色分拣物品功能的实现

机器谱 · 发表于 2023-2-27 09:32:18

本帖最后由机器谱于 2023-2-27 09:32 编辑

1. 功能说明

在小型云台机械手附近设置一个工作台，并安装一个颜色识别传感器（https://www.robotway.com/h-col-137.html）。将红色、蓝色工件分别放置在传感器上，如果检测的物料的颜色为红色，机械臂将物体放在机械臂的左侧，如果检测的物料的颜色为蓝色，机械臂将物体放在机械臂的右侧，否则，机械臂不动作。

2. 使用样机

本实验使用的样机是用探索者兼容零件制作的。

3. 功能实现

3.1 电子硬件

在这个示例中，我们采用了以下硬件，请大家参考：

主控板	Basra（兼容Arduino Uno）
扩展板	Bigfish2.1
传感器	TCS3200颜色识别
电池	7.4V锂电池

将夹爪、腕关节、底座关节的舵机分别接在扩展板的D4、D7以及D11舵机接口上，颜色传感器接在A0、A4、A3口上。

3.2编写程序

编写并烧录以下程序（Color_Sorting_Robot.ino），该程序将实现演示视频中的动作。

编程环境：Arduino 1.8.19

/*******************************************************************************************
Distributed under MIT license.See file LICENSE for detail or copy at
https://opensource.org/licenses/MIT
by 机器谱 2022-12-21 https://www.robotway.com/
---------------------------------------------------------------------------------------
实验需求:
用颜色传感器实现颜色识别。
实现思路：
程序的整体思路为：在机械臂前方安装颜色传感器，如果检测的物料的颜色为红色，机械臂将
物体放在机械臂的左侧，如果检测的物料的颜色为蓝色，机械臂将物体放在机械臂的右侧，
否则，机械臂不动作。
实验接线:
最上端的机械爪舵机接D4;
中间的机械身躯舵机接D7；
最下端的机械底座舵机接D11；
颜色传感器的接线为
S1 S2 5V GND S3 S2 5V GND OUT LED 5V GND
| | | | | | | | | | | |
A0 A1 5V GND A5 A4 5V GND D2 A3 5V GND
********************************************************************************************/
//颜色传感器原理
/*首先进行白平衡，把一个白色物体放置在TCS3200颜色传感器之下，两者相距10mm左右，点亮传感器上的
4个白光LED灯，用Arduino控制器的定时器设置一固定时间1s，然后选通三种颜色的滤波器，让被测物体反
射光中红、绿、蓝三色光分别通过滤波器，计算1s时间内三色光分别对应的TCS3200的输出脉冲数，再通过
算式得到白色物体RGB值255与三色光脉冲数的比例因子。有了白平衡后，得到的RGB比例因子，则其他颜色
物体反射光中红、绿、蓝三色光对应的1s内TCS3200输出信号脉冲数乘以R、G、B比例因子，就可换算出被测
物体的RGB标准值。*/
#include "TimerOne.h" //颜色传感器需要用到的定时函数库
#include<ServoTimer2.h> //舵机驱动需要的函数库
ServoTimer2 myservo[3]; //舵机声明
#define servo_num 3 //舵机数量
#define Servo_Speed 20 //舵机速度
#define Upward_servo_close 66 //机械爪闭合的角度值
#define Upward_servo_open 115 //机械爪张开的角度值
#define Middle_servo_down 105 //机械臂的初始角
#define Middle_servo_init 85 //机械臂的初始角
#define Middle_servo_left 10 //机械臂向左偏的角度
#define Middle_servo_left1 50 //机械臂向左偏的角度
#define Down_servo_middle 75 //机械底座初始角度值
#define Down_servo_left 5 //机械底座向左偏的角度值
#define Down_servo_right 145 //机械底座向右偏的角度值
int servo_pin[3]={4,7,11}; //定义舵机引脚号
float value_init[3]={Upward_servo_open, Middle_servo_left, Down_servo_middle};//舵机初始角度
int f=20; //舵机从角度A转到角度B分的分数
//把TCS3200颜色传感器各控制引脚连到Arduino数字端口
#define S0 A0 //物体表面的反射光越强，TCS3002D的内置振荡器产生的方波频率越高，
#define S1 A1 //S0和S1的组合决定输出信号频率比率因子，比例因子为2%
//比率因子为TCS3200传感器OUT引脚输出信号频率与其内置振荡器频率之比
#define S2 A4 //S2和S3的组合决定让红、绿、蓝，哪种光线通过滤波器
#define S3 A5
#define OUT 2 //TCS3200颜色传感器输出信号输入到Arduino中断0引脚，并引发脉冲信号中断
//在中断函数中记录TCS3200输出信号的脉冲个数
#define LED A3 //控制TCS3200颜色传感器是否点亮
int g_count = 0; // 计算与反射光强相对应TCS3200颜色传感器输出信号的脉冲数
// 数组存储在1s内TCS3200输出信号的脉冲数，它乘以RGB比例因子就是RGB标准值
int g_array[3];
int g_flag = 0; //滤波器模式选择顺序标志
float g_SF[3]; // 存储从TCS3200输出信号的脉冲数转换为RGB标准值的RGB比例因子
// 初始化TSC3200各控制引脚的输入输出模式
//设置TCS3002D的内置振荡器方波频率与其输出信号频率的比例因子为2%
void TSC_Init()
{
pinMode(S0, OUTPUT);
pinMode(S1, OUTPUT);
pinMode(S2, OUTPUT);
pinMode(S3, OUTPUT);
pinMode(OUT, INPUT);
pinMode(LED, OUTPUT);
digitalWrite(S0, LOW);
digitalWrite(S1, HIGH);
}
//选择滤波器模式，决定让红、绿、蓝，哪种光线通过滤波器
void TSC_FilterColor(int Level01, int Level02)
{
if(Level01 != LOW)
Level01 = HIGH;
if(Level02 != LOW)
Level02 = HIGH;
digitalWrite(S2, Level01);
digitalWrite(S3, Level02);
}
//中断函数，计算TCS3200输出信号的脉冲数
void TSC_Count()
{
g_count ++ ;
}
//定时器中断函数，每1s中断后，把该时间内的红、绿、蓝三种光线通过滤波器时，
//TCS3200输出信号脉冲个数分别存储到数组g_array[3]的相应元素变量中
void TSC_Callback()
{
switch(g_flag)
{
case 0:
TSC_WB(LOW, LOW); //选择让红色光线通过滤波器的模式
break;
case 1:
g_array[0] = g_count; //存储1s内的红光通过滤波器时，TCS3200输出的脉冲个数
TSC_WB(HIGH, HIGH); //选择让绿色光线通过滤波器的模式
break;
case 2:
g_array[1] = g_count; //存储1s内的绿光通过滤波器时，TCS3200输出的脉冲个数
TSC_WB(LOW, HIGH); //选择让蓝色光线通过滤波器的模式
break;
case 3:
g_array[2] = g_count; //存储1s内的蓝光通过滤波器时，TCS3200输出的脉冲个数
TSC_WB(HIGH, LOW); //选择无滤波器的模式
break;
default:
g_count = 0; //计数值清零
break;
}
}
//设置反射光中红、绿、蓝三色光分别通过滤波器时如何处理数据的标志
//该函数被TSC_Callback( )调用
void TSC_WB(int Level0, int Level1)
{
g_count = 0; //计数值清零
g_flag ++; //输出信号计数标志
TSC_FilterColor(Level0, Level1); //滤波器模式
Timer1.setPeriod(100000); //设置输出信号脉冲计数时长1s
}
//初始化
void setup()
{
TSC_Init();
Serial.begin(9600); //启动串行通信
Timer1.initialize(100000); // defaulte is 1s
Timer1.attachInterrupt(TSC_Callback); //设置定时器1的中断，中断调用函数为TSC_Callback()
//设置TCS3200输出信号的上跳沿触发中断，中断调用函数为TSC_Count()
attachInterrupt(0, TSC_Count, RISING);
digitalWrite(LED, HIGH);//点亮LED灯
// delay(1500); //延时4s，以等待被测物体红、绿、蓝三色在1s内的TCS3200输出信号脉冲计数
//通过白平衡测试，计算得到白色物体RGB值255与1s内三色光脉冲数的RGB比例因子
g_SF[0] = 0.53; //红色光比例因子
g_SF[1] = 0.65; //绿色光比例因子
g_SF[2] = 0.54; //蓝色光比例因子
//红、绿、蓝三色光对应的1s内TCS3200输出脉冲数乘以相应的比例因子就是RGB标准值
reset();
}
//主程序
int Now_Color = 0; //存储上一次颜色传感器检测的数值
int Last_Color = 0; //存储当前颜色传感器检测的数值
void loop()
{
Last_Color = Color_Detection();
Now_Color = Color_Detection();
if( Last_Color == Now_Color) //如果两次检测的数值相同
//（这里是为了防止颜色传感器检测出错，所以检测了两次）
{
switch(Now_Color)
{
case 1:
Serial.print("Red"); //如果检测到的物料为红色，将物料放到机械臂的左侧
Servo_Left();
Now_Color = 0; Last_Color = 0;
break;
case 2:
Serial.print("Blue");//如果检测到的物料为蓝色，将物料放到机械臂的右侧
Servo_Right();
Now_Color = 0; Last_Color = 0;
break;
case 3:
Serial.print("NONE");//否则，机械臂不动作；
Serial.println();
Now_Color = 0; Last_Color = 0;
break;
}
}
}
int Color_Detection() //颜色检测函数
{
int color[3];
g_flag = 0;
for(int i=0; i<3; i++) {
color[i] = g_array[i] * g_SF[i];
}
Serial.println((String)(color[0]) + '+' + (String)(color[1]) + '+' + (String)(color[2]) + '+');
delay(500);
if( (color[0] > color[1]) && (color[0] >color[2]) && ( (color[1]+color[2])<color[0] ) ){
return 1; //如果检测到的颜色为红色，返回1；
}
else if( (color[2] > color[1]) && (color[2] >color[0]) ){
return 2; //如果检测到的颜色为蓝色，返回2；
}
else { return 3; } //否则，机械臂不动作；
}
void reset() //舵机角度初始化
{
for(int i=0;i<servo_num;i++)
{
myservo[i].attach(servo_pin[i]);
myservo[i].write(map(value_init[i],0,180,500,2500));
}
}
void servo_move(float value0, float value1, float value2) //舵机转动
{
float value_arguments[3] = {value0, value1, value2};
float value_delta[servo_num];
for(int i=0;i<servo_num;i++)
{
value_delta[i] = (value_arguments[i] - value_init[i]) / f;
}
for(int i=0;i<f;i++)
{
for(int k=0;k<servo_num;k++)
{
value_init[k] = value_delta[k] == 0 ? value_arguments[k] : value_init[k] + value_delta[k];
}
for(int j=0;j<servo_num;j++)
{
myservo[j].write(map(value_init[j],0,180,500,2500));
delay(Servo_Speed);
}
}
}
void Servo_Left() //将物料放到机械臂的左侧
{
servo_move(Upward_servo_open, Middle_servo_left, Down_servo_middle);//初始化动作
servo_move(Upward_servo_open, Middle_servo_init, Down_servo_middle);//机械臂下降
servo_move(Upward_servo_close, Middle_servo_init, Down_servo_middle);//机械爪闭合（抓取货物）
servo_move(Upward_servo_close, Middle_servo_left1, Down_servo_middle);//机械臂上抬
servo_move(Upward_servo_close, Middle_servo_down, Down_servo_left); //机械臂下降，机械底座向左转
servo_move(Upward_servo_open, Middle_servo_down, Down_servo_left); //机械爪张开（释放货物）
servo_move(Upward_servo_open, Middle_servo_left, Down_servo_middle);//机械臂回复到初始角度
}
void Servo_Right() //将物料放到机械臂的右侧
{
servo_move(Upward_servo_open, Middle_servo_left, Down_servo_middle);//初始化动作
servo_move(Upward_servo_open, Middle_servo_init, Down_servo_middle);
servo_move(Upward_servo_close, Middle_servo_init, Down_servo_middle);
servo_move(Upward_servo_close, Middle_servo_left1, Down_servo_middle);
servo_move(Upward_servo_close, Middle_servo_down, Down_servo_right);
servo_move(Upward_servo_open, Middle_servo_down, Down_servo_right);
servo_move(Upward_servo_open, Middle_servo_left, Down_servo_middle);
}

复制代码

4. 资料下载

资料内容：
①R230按颜色分拣-例程源代码
②R230按颜色分拣-样机3D文件

资料下载地址：https://www.robotway.com/h-col-187.html

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