【经验】TFmini与舵机结合的机器人小车避障应用方案

benewake

1.试验设备及接线
1.1实验设备  
•        MiniQ 桌面机器人底盘
     
- 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
  
- 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
  
•        Benewake TFmini 标版
  
TFmini 详细参数见 TFmini 使用说明。

•        9g 舵机
  
1.2接线

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。
  
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：

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 == 8) {
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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