原创 【博客大赛】我是如何连续两年获得吉林省机器人大赛一等奖的（下） ... ... ...

      全地形车比赛（下）

Wo先唠点：

这篇文章前半部分记录Wilsin在2017年吉林省机器人大赛中，如何使用履带车翻越不同障碍，后半部分记录Wilsin在2018年吉林省机器人大赛前如何制作三个大轮子车，以及相关比赛过程。

前半部分：

在《我是如何连续两年获得吉林省机器人大赛一等奖的（中）》，我记录了有关小车进行循迹的方法，接下来，我将按照比赛地图上的障碍顺序，记录我是如何控制履带车进行障碍翻越的。

由于履带车速度较慢，所以减速电机没有采用PWM调速控制，一直保持履带车全速运行跑下来全程的。需要控制的就是履带车的前双臂了，通过对履带车前面的两个舵机发生不同占空比的PWM信号，实现舵机带动双臂实现上中下的摆动。

需要做到的是双臂同时同角度调节，这样才能保证在翻越障碍时，小车不容易跑偏，这个需要在调节舵机时记录两个舵机的偏差，我当时是一点点测试出来的，因为每个舵机的特性不能完全相同，得到相同角度时，其对应的脉冲宽度也不完全相同。

后来，我确定了舵机需要用的三个固定角度，以水平为零度，向上45度我定义为up，向下45度我定义为down，中间0度我定义为flat，这样在需要舵机运行到对应的角度时，直接调用对用的函数即可。

需要注意的是，可以看到在A,C以及E任务时，由于障碍物是完全黑色的，小车没有办法正常循迹（栅格地面是蓝色的，但由于其有一定高度，也不能正常循迹）。所以，在执行这些任务时，我把各个任务分成了一个时间流程，也就是在这段时间内，履带车就这样按顺序执行该任务，只有等该任务结束时，而且延时时间结束，才会回到正常的循迹。也就是在执行各个任务的时间段内，小车不能正常循迹，很有可能小车会跑偏，这就需要小车有很好的稳定性。但履带车行走时候比较稳，所以我并没有对这一点进行考虑。在现场比赛时，见到北华大学的一个学生，安装了陀螺仪进行车身的稳定，车再过障碍时确实很稳定，但是该器件的一个缺点车每次初始启动，陀螺仪都需要一定的校准归零时间，这就会耽误一定的比赛时间，比赛结果，他成绩确实不怎么理想。对于竞争性比赛，像这种占用时间的硬件还是不用为妙。

A任务： 窄桥

我把窄桥任务分成了5段，在A1段，先up舵机，直行一段时间到A2后，flat舵机，这样使得小车与斜面接触面积最大，更易上坡。延时直行一段到A3，舵机保持flat，到A4后由于小车要下坡，为了车身稳定，将舵机down，延时直行，到A5后up舵机，稍微延时直行一段后，释放任务，开始正常循迹。其中每段的延时时间间隔都需要现场调试到最佳，各个场地的接触面粗超度不同，造成车上坡时间也不同，没什么好方法，只有一点点调试。

B和D任务：管道

在过管道时，不需要建立任务，只是靠正常循迹进行拐弯行驶。由于过弯道时，车身太长的话会拐不出来弯儿，卡到管道里面，所以过弯道的时，舵机应该保持up状态，这样车身最短。这就需要小车在正常循迹时舵机的状态一直是up，因为在过弯道的时候没有任务双黑线，没办法仅仅到管道的时候调整舵机up，而平时flat，所以需要设置正常循迹时舵机为up。

C任务：台阶

小车在过台阶时，我也是划分了五段顺序执行。在B1段，舵机up，准备上第一阶楼梯，延时直行，小车进入B2区域，也就是快挨着第一个台阶时，调节舵机为down，这样再延时直行，小车就上去第一个台阶了。然后到B3区域舵机同样先up状态，再down状态，延时直行，第二个台阶就上去了。我当时设置的各段直行延时时间为1s，这个也就是大概设置了一个时间间隔，发现正好可以上去台阶。到B4后，保持舵机先是flat状态再调节为down状态，这样小车在下楼梯是有个向下的支撑，不容易翻车。这样延时直行，直到小车到B5平地上，调节舵机为up态，释放任务，开始正常循迹。

E任务：栅格地面

过栅格地面时需要特别注意的是栅格地是往下凹陷的，也就是小车在栅格地上行驶时，不能让双臂向下，这样虽然车身提高，但是双臂会卡到栅格里，所以应该保持flat状态去过栅格地。依然分段执行，当在C1段时，保持舵机UP态，延时直行，到c2段后，由于栅格有一定高度，需要先将舵机由up态调到down态，这样延时直行等车完全上去栅格后，要赶快调节舵机为flat态，然后延时通过C3和C4段，由于栅格地只有3cm，所以下栅格地时不需要再控制舵机，直接下去车身不会太偏。这样，可以保持长延时，直到小车冲过终点线，因为余下的路程全是直线了，就不需要再释放任务恢复到正常循迹了。

另外需要注意的是，在安装循迹模块时，要注意调节离地面的高度，避免过栅格地时，被栅格边框碰到，造成传感器失灵。

电池安装位置：

我买的是由干电池串联做成的12v干电池，有一定的重量，这个重量会影响车的重心。在上坡和上楼梯时，重心越靠前，车越容易翻过障碍。所以，我把电池用魔术贴安装到了车身最前部，其他元件重量不大都安装到车的中后部，这样就很好的利用了重心。

2017年的比赛就是这样，努力加上运气一次性跑完全程，用了大概12s左右，获得了省一等奖。

第二年怎么想的？（用大轮子车）

第二年就是大三下半学期了，带队老师比较看好我，就一下子报了三组名。但实验室一直只有我一个人，为了不辜负老师的期盼，只好苦逼的干了。由于上一年比赛，见北华大学用的大轮子，拿的是吉林省冠军。所以今年我就想拼一把大轮子，想弄个冠亚军什么的。然后在淘宝上找大轮子车。

用大轮子车需要注意的就是轮子大小，不能太大，太大车身会过高，过玻璃隧道的时候过不去。不能太小，太小的话过台阶的时候上不去。这个我挺没经验的，后来在比赛群里有个网友说他也做的这个比赛，买的直径85mm的大轮子，可以上去台阶。我想了下，每层台阶100mm，加上车的惯性和轮子的摩擦力，应该真可以。就在网上买了85mm的大轮子，配的电压12v速度330转/分的减速电机。商家给配了一些轴连器，电机支架，螺丝螺母等配件。还配了一个车底盘，但是左右距离太宽，过隧道会卡进去，前后长度还太短，这样小车在上台阶的时候就容易后倾翻车。我用台锯把实验室的PCB电路板进行了切割，做了一个底盘，这个底盘的要素是车长要保证在20cm左右，这样才能保证小车上台阶不翻车。

另一个要素是车不能太宽，我设计时，将左右两个电机中间距离为0.5cm，这样保证车宽足够小，过隧道的时候比较灵活，不容易卡车。四个轮子安装时候，尽量顶前后边缘安装，这样上坡或者楼梯时，车轮最先接触障碍物，避免车身与障碍物碰撞。电池依然用魔力贴固定在车身最前部，这样是为了是重心靠前，容易上坡和台阶。驱动芯片等电路板重量轻，安装在中间和后边。

小车组成：

       第二年相对来说积累以一些经验，有点信心，在网上直接买的现成的电机驱动芯片和可调稳压芯片。控制单片机用的是STM8s105，用到了pwm输出控制电机。

可调稳压芯片：LM2596S可调稳压电源板

这个电路板是可调降压板，输入端直接接+12V电池和GND，调节输出电压为+5V，供单片机和循迹模块用电。由于该芯片最大输出电流为3A，用一块就足够供给单片机和循迹模块用电了。

步进电机驱动： L298N电机驱动板模块

这个模块和第一年用的由L293D芯片做的驱动电路类似，一个小车用两个模块。由于小车的同一侧的前后轮子运动状态要保持一致，所以一个模块控制一侧前后两个电机。

该模块我直接把12V供电接的电池输出，这样可以正常工作，但是比赛的时候，才发现自己犯了以个大错误。由于电池实际电压受到使用时间的影响，这就造成在刚充满电的时候是大约13v左右，可跑一段时间就变成12v或者更低，这样就造成即使pwm驱动一样大的时候，由于电源电压不同，车速不同，在过障碍时的速度就不同，需要进行延时的时间长度也就会发生变化。以至于每次上跑道的时候，我都拿电压表测电压，保证电压正常稳定值，才能开始跑。如果将电池输出接一个12v稳压模块后再接到电机驱动模块上，就不会出现这么尴尬的局面了。

模块上的5v供电不用接，逻辑输入IN1,IN2接单片机的pwm1和GND,控制输出A的电压，以驱动左边前电机。由于一侧电机状态要保证一致，所以IN3,IN4也接单片机的pwm1和GND,控制输出B的电压，驱动左边后电机。这个直接将单片机输出引脚用杜邦线分成两路，接在IN1和IN3上就可以驱动，不需要进行放大。右边类似，只不过是接的单片机的pwm2。

可以看到电机驱动板上有逻辑A和B的使能引脚，是用短路帽进行连接，在现场调试的时候，用镊子去下短路帽，供电情况下，让轮子不转动，调试寻迹模块灵敏度时使用。

大轮子循迹模块安装很重要：

安装循迹模块时，我碰到了一个问题，由于买来的循迹模块还是用的去年的那种类型，具有一定的体积，本来想像履带车那样安装到小车的前面，却发现电机也在前方，没有办法直接安装。所以就考虑安装到车的中间底部，安装好后，调节循迹才发现循迹模块安装在中间有一个很大的弊端，就是车身已经偏的很大了，车都有一定倾斜角度了，才会使得模块感应到信号，这个是由于角度变化相同时，线位移变化不同造成的。所以。循迹模块必须想办法安装到车身最前方，这样稍微有一点角度变化，对于整个车身来说，线位移变化最大的就是车最前方。但电机安装位置受影响怎么办？而且电机不能往后移动，因为电机靠后以为着轮子靠后，这样过障碍时轮子不能最先接触障碍物。循迹模块又不能安装到车上方，这样距离太远，红外强度会太弱，到玻璃隧道时，循迹灵敏度会降低。后来我就想到了把循迹模块拆开，控制板安装到车顶部，把红外寻迹发射和接收头，用塑料的六角柱粘住，因为电机距离最前边有大约1cm的距离，这样就可以把六角柱用螺丝安装到车的前部了。还要注意的是，连接控制板和红外寻迹发射头以及接收头之间的导线不能太长，否则会失灵。还要注意在拆模块时，要注意对正负极做标记，因为红外发射是分正负极的。由于小车被留在实验室，我就没有办法分享我改好的循迹模块的图片了。

还要注意发射头的高度，也就是六角柱的长度要控制好，太低的话，车再过障碍物时，下楼梯和过栅格地是会碰到，太高的话过玻璃的时候循迹效果不好，这个要经过调试自行把握高度。

另外就是循迹模块的左右安装距离。我调试的时候发现大轮子车速太快，车在左右拐时，角度太大，这就不能把模块安装的像履带车那样太近，否则车稍微一偏就开始左右拐，由于拐的角度太大，就后使得另一侧的传感器碰到黑线，这样小车就在无休止的左右拐了，而不往前走了。所以，我在固定循迹模块时，调整左右间隔安装距离为循迹黑线宽度的二倍，而第一年的循迹宽度是黑线的1.5倍。

程序设计变化：

程序控制思想依旧没变，依然是像履带车那样，20ms进一次中断。就是在执行各个过障碍物的任务时，不是控制舵机了，而是控制小车的速度，不能全场高速跑下去，这样在过障碍物时候容易翻车。

由于大轮车的车速太快，在正常直行的速度也不能给全满，否则车速太快，循迹根本反应不过来，需要用中速度来控制。循迹左右拐的时候就是改变pwm1和pwm2，如果直行，就让pwm1和pwm2都有效，如果左拐或者右拐就让一个有效，千万不能让一侧轮子正转一侧反转来拐弯，这样拐的角度会太大，所以，履带车和大轮子车拐弯的方式还是不一样的。

过任务时，还是学第一年那样，把各个任务分段执行。上坡的时候，要全速走，下坡的时候减速为慢速，然后延时一段时间，释放任务。过台阶时候，不能用满速，否则会使得小车跑偏，就用中速度靠车轮摩擦力上去，下楼梯的时候要减速延时，释放任务。过栅格地时，就全速开跑了，车不会太偏，过终点线就行了。需要注意的是，在写代码时候，要把各个任务的高中低分开，因为车速对于不同障碍的标准不同，分开各个任务的高中低速控制pwm时，这样方便现场的调试。

就这样，做了三个一样的车，去参加了比赛，一个人调试车确实有点忙不过来，时间也太紧，出现循迹失灵问题也挺多，最终还是循迹模块的选择吃了亏，最后一个车获得了一等奖，另外的两个车现场出现了故障，都是二等奖，有点遗憾。

写在后面：

就这样，很快就快大四了，我选择了继续学习这条路。年级不小了，学习的路还很漫长，要学习的东西实在太多。但没有办法，放弃就意味着失去未来，你不在这个领域付出、努力，总有人在这个领域付出努力。生活就是这样，没有什么道理，我们唯一可以做的就是顽强的走下去。

       最后，感谢父母给我学习的机会，感谢许师和杨师的栽培，感谢朋友的鼓励，感谢网友的支持，感谢面包板论坛，感谢这个伟大的时代！

       默默陪我的实验室，这是我写给你的一封离别信。