CN104597904B - 一种循迹算法实验的模拟装置和模拟方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种循迹算法实验的模拟装置及模拟方法，属于实验设备技术领域。该循迹算法实验的模拟装置包括模拟装置和控制模拟装置的控制系统，模拟装置包括支架，支架上设有用于进行前进模拟并具有进行实验的轨迹线的旋转组件，旋转组件的上方安装有进行转向模拟的伸缩组件和通过与伸缩组件相互配合以检测轨迹线的循迹传感器组件，循迹传感器组件连接于伸缩组件并位于旋转组件的正上方，控制系统包括驱动控制模块、转向控制模块、路径检测模块，以及与驱动控制模块、转向控制模块和路径检测模块相连接的主控模块。本发明不需要机器人进行实际的路径循迹就能实现循迹算法调试，克服了现有技术易导致设备损坏、调试周期无法确定的缺陷。
Description
技术领域
本发明涉及实验设备技术领域，尤其涉及一种循迹算法实验的模拟装置及模拟方法。
背景技术
随着物联网及机器人相关技术的发展，对循迹机器人的相关研究与应用已经越来越普及。但是在循迹算法的开发、调试阶段目前采用的方式是在实验场地铺设测试路径，使用实际的设备在实验场地进行数据的检测及算法的调试。但由于调试前的算法不管是在控制的正确性、还是控制的精度方面都尚不成熟，难以满足正常的循迹要求，因此在调试过程中极易出现撞坏设备等突发情况，将导致设备损坏及调试周期无法确定等问题，另外，在现场调试过程中对调试数据的监测也极不方便。
发明内容
本发明提供一种循迹算法实验的模拟装置及模拟方法，以达到不需要机器人进行实际的路径循迹而实现循迹算法调试的目的，克服上述使用实际的设备在实验场地进行数据的检测及算法的调试带来的调试过程中极易出现撞坏设备等突发情况，将导致设备损坏及调试周期无法确定等问题的缺陷。
本发明解决上述技术问题的技术方案如下。
根据本发明的一个方面，提供的一种循迹算法实验的模拟装置，该模拟装置包括模拟装置和控制模拟装置的控制系统，模拟装置包括支架，支架上设有用于进行前进模拟并具有进行实验的轨迹线的旋转组件，旋转组件的上方安装有进行转向模拟的伸缩组件和通过与伸缩组件相互配合以检测轨迹线的循迹传感器组件，循迹传感器组件连接于所述伸缩组件并位于所述旋转组件的正上方，控制系统包括用于控制旋转组件的驱动控制模块、用于控制伸缩组件的转向控制模块、用于配合循迹传感器组件检测轨迹线的路径检测模块，以及与驱动控制模块、转向控制模块和路径检测模块相连接的主控模块。
优选地，该旋转组件包括位于支架上的皮带轮和安装于皮带轮上的皮带，皮带轮上连接有驱动皮带轮旋转的第一驱动电机，第一驱动电机与驱动控制模块电连接；
优选地，该伸缩组件包括与支架相连接的套筒和设于套筒内沿套筒轴向伸缩的推杆，推杆上连接有驱动推杆伸缩的第二驱动电机，第二驱动电机与转向控制模块电连接；
优选地，支架上还设有用于调节伸缩组件与旋转组件之间距离的调节组件；
优选地，该循迹传感器组件包括由一个以上的循迹传感器构成的循迹传感器组和用于安装循迹传感器组的传感器安装架，传感器安装架与推杆的一端相连接；
优选地，该循迹传感器组件还包括设于循迹传感器组的中心位置以用于进行位置指示的指示器；
优选地，该模拟装置还包括用于对循迹算法实验过程进行记录的数据采集装置；
优选地，该控制系统内还设有校准模块，校准模块包括检测旋转组件的旋转速度并反馈至主控模块的速度检测单元和检测推杆的伸缩距离并反馈至主控模块的角度检测单元，主控模块根据反馈的旋转速度和伸缩距离分别向驱动控制模块和转向控制模块输出对应的修正信号。
根据本发明的另一个方面，提供的一种循迹算法实验的模拟方法，该方法应用于上述循迹算法实验的模拟装置，该方法包括如下步骤：
路径检测模块采集循迹传感器感应轨迹线所产生的电信号；
通过采集的电信号计算模拟的机器人本体相对于轨迹线偏离的距离值和角度值；
主控模块通过待调试的循迹算法对偏离的距离值和角度值和进行分析，得到相应的驱动控制信号和转向控制信号，并将得到的控制信号发送至对应的驱动控制模块和转向控制模块；
第一驱动电机接收并根据驱动控制模块发送的驱动控制信号控制皮带轮的转动速度，第二驱动电机接收并根据转向控制模块发送的转向控制信号控制推杆的伸缩量和伸缩速度。
优选地，第一驱动电机接收并根据驱动控制信号控制皮带轮的转动速度，第二驱动电机接收并根据转向控制信号控制推杆的伸缩量和伸缩速度的步骤之后，方法还包括：
通过数据采集装置记录实验过程中指示器的轨迹相对皮带上的轨迹线的偏离情况；
针对实验记录对主控模块中待测试算法进行修改，再进行下一次验证实验，反复修改和调试至完成待调试的循迹算法的调试和修改。
本发明提供了一种移动终端及其防盗方法和装置，使得循迹算法可以通过模拟实现，本发明以皮带上的轨迹线相对循迹传感器的移动速度模拟机器人本体在循迹中的前进速度，以推杆伸缩模拟机器人在循迹中的转向角度，实现了对循迹轨迹跟踪及算法的调试。由可以旋转的模拟装置代替实验场地，减少了对实验场地的要求，而且循迹传感器相对于地面是静止的，不需要机器人进行实际的路径循迹，这样循迹实验相关电源线、调试数据线等因为设备移动而受到影响的问题也不存在，方便了调试，同时也消除了由于设备移动出现的设备碰撞问题，减少了开发损耗,大大提高循迹轨迹跟踪调试效率。整个模拟循迹运动的调试装置固定在一个地方，这样可以进行在线程序调试，调试信息显示等，方便了调试，减少了调试时间。
附图说明
图1为根据本发明的一个实施例的循迹算法实验的模拟装置的结构示意图；
图2为根据本发明的一个实施例的循迹算法实验的模拟装置中控制系统的结构框图；
图3为根据本发明的一个实施例的循迹算法实验的模拟方法的流程图；
图4为根据本发明的另一实施例的循迹算法实验的模拟方法的流程图；
图5为根据本发明的又一实施例的循迹算法实验的模拟方法的流程图。
附图中，各标号所代表的部件如下：
1、支架，2、旋转组件，21、皮带轮，22、皮带，23、轨迹线，3、伸缩组件，31、套筒，32、推杆，4、循迹传感器组件，41、循迹传感器，42、指示器，43、传感器安装架，5、数据采集装置，6、驱动控制模块，7、转向控制模块，8、路径检测模块，9、主控模块，10、校准模块，101、速度检测单元，102、角度检测单元。
具体实施方式
以下结合附图对本发明的原理和特征进行描述，所举实例只用于解释本发明，并非用于限定本发明的范围。
实施例一
图1为根据本发明的一个实施例的循迹算法实验的模拟装置的结构示意图，下面根据图1来描述根据本发明的一个实施例的循迹算法实验的模拟装置，如图1所示，该装置包括：模拟装置和控制模拟装置的控制系统，该模拟装置包括支架1，支架1上设有用于进行前进模拟并具有进行实验的轨迹线23的旋转组件2，旋转组件2的上方安装有进行转向模拟的伸缩组件3和通过与伸缩组件3相互配合以检测轨迹线23的循迹传感器组件4，循迹传感器组件4连接于伸缩组件3并位于旋转组件2的正上方，图2为根据本发明的一个实施例的循迹算法实验的模拟装置中控制系统的结构框图，如图2所示，该控制系统包括用于控制旋转组件2的驱动控制模块6、用于控制伸缩组件3的转向模块7、用于配合循迹传感器组件4检测轨迹线23的路径检测模块8，以及与驱动控制模块6、转向控制模块7和路径检测模块8相连接的主控模块9。
该旋转组件2包括位于支架1上的皮带轮21和安装于皮带轮21上的皮带22，皮带轮21上连接有驱动皮带轮21旋转的第一驱动电机，第一驱动电机与驱动控制模块6电连接。轨迹线23可以是预先通有交变电流的轨迹线23，用于配合电磁感应式的循迹传感器41。轨迹线23也可以换成黑白条，此时用黑白条形成的轨迹线23进行路径识别方式采用红外线探测器对轨迹线23进行识别。
伸缩组件3包括与支架1相连接的套筒31和设于套筒31内沿套筒31轴向伸缩的推杆32，推杆32上连接有驱动推杆32伸缩的第二驱动电机，第二驱动电机与转向控制模块7电连接。
伸缩组件3与支架1连接处还设有用于调节伸缩组件3与旋转组件2之间距离的调节组件，伸缩组件3与旋转组件2之间的距离根据机器人本体循迹于轨迹线上时循迹传感器组与轨迹线的实际距离进行调节；其中调节组件可采取多种方式实现，如在支架1上设置一支撑板，在支撑板上设置一长孔，伸缩组件3可沿长孔上下移动，且长孔的一侧可设置刻度，用于指示伸缩组件3当前的高度，还可采用驱动电机驱动升降的方式，采用此方式可由主控模块9控制伸缩组件3的升降高度，亦可采用手动调节方式进行调节；还可采用气缸方式进行驱动升降伸缩组件3，同驱动电机方式，可设置为自动调节或是手动调节方式。
该循迹传感器组件4包括由一个以上的循迹传感器41构成的循迹传感器组和用于安装循迹传感器组的传感器安装架43，传感器安装架43与推杆32的一端相连接，循迹传感器组根据机器人本体中循迹传感器的布局方式在传感器安装架43进行分布安装；该循迹传感器组件4还包括设于循迹传感器组的中心位置以用于进行位置指示的指示器42。其中，该循迹传感器41为根据循迹传感器41与轨迹线23的距离不同输出不同的电信号的电磁感应式的循迹传感器41。
模拟装置还包括用于对循迹算法实验过程进行记录的数据采集装置5。该数据采集装置5在图1方案中可以是摄像头，通过视频方式记录实现过程，以直接获得指示器42的轨迹相对皮带22上的轨迹线23的偏离情况。
该控制系统内还设有校准模块10，校准模块10包括检测旋转组件2的旋转速度并反馈至主控模块9的速度检测单元101和检测推杆32的伸缩距离并反馈至主控模块9的角度检测单元102，主控模块9根据反馈的旋转速度和伸缩距离分别向驱动控制模块6和转向控制模块7输出对应的修正信号。通过反复的修正，最终达到反馈的实际旋转速度和伸缩距离与驱动控制信号和转向控制信号预期的旋转速度和伸缩距离相同。
实施例二
图3为根据本发明的一个实施例的循迹算法实验的模拟方法的流程图，下面结合图1来描述根据本发明的一个实施例的循迹算法实验的模拟方法，如图3所示，该方法包括以下步骤：
S100、路径检测模块8采集循迹传感器41感应轨迹线23所产生的电信号；
S200、主控模块9通过采集的电信号计算模拟的机器人本体相对于轨迹线23偏离的距离值和角度值；
S300、主控模块9通过待调试的循迹算法对偏离的距离值和角度值和进行分析，得到相应的驱动控制信号和转向控制信号，并将得到的控制信号发送至对应的驱动控制模块6和转向控制模块7；
S400、第一驱动电机接收并根据驱动控制模块6发送的驱动控制信号控制皮带轮21的转动速度，第二驱动电机接收并根据转向控制模块7发送的转向控制信号控制推杆32的伸缩量和伸缩速度。
作为可选地，如图4所示，在上述第一驱动电机接收并根据驱动控制信号控制皮带轮21的转动速度，第二驱动电机接收并根据转向控制信号控制推杆32的伸缩量和伸缩速度的步骤之后，该循迹算法实验的模拟方法还包括：
S500、通过数据采集装置5记录实验过程中指示器42的轨迹相对皮带22上的轨迹线23的偏离情况；
S600、针对实验记录对主控模块9中待测试算法进行修改，再进行下一次验证实验，反复修改和调试至完成待调试的循迹算法的调试和修改。
作为可选地，如图5所示，在上述主控模块9采集通过循迹传感器41感应轨迹线23产生的电信号的步骤之前，该循迹算法实验的模拟方法还包括：
S010、将待测试的算法输入主控模块9中；
S020、将用于测试的轨迹线23根据皮带22的长度进行分段，并在实验中依序固定在皮带22上；
S030、将循迹传感器41分布安装在传感器安装架43上，并依据实验的需求，调整好传感器安装架43相对旋转组件2的距离。
本发明通过以皮带上的轨迹线相对循迹传感器的移动速度模拟机器人本体在循迹中的前进速度，以推杆伸缩模拟机器人在循迹中的转向角度，实现了对循迹轨迹跟踪及算法的调试。由可以旋转的模拟装置代替实验场地，减少了对实验场地的要求，而且循迹传感器相对于地面是静止的，不需要机器人进行实际的路径循迹，这样循迹实验相关电源线、调试数据线等因为设备移动而受到影响的问题也不存在，方便了调试，同时也消除了由于设备移动出现的设备碰撞问题，减少了开发损耗,大大提高循迹轨迹跟踪调试效率。整个模拟循迹运动的调试装置固定在一个地方，这样可以进行在线程序调试，调试信息显示等，方便了调试，减少了调试时间。
以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种循迹算法实验的模拟装置，包括模拟装置和控制所述模拟装置的控制系统，其特征在于：所述模拟装置包括支架，所述支架上设有用于进行前进模拟并具有进行实验的轨迹线的旋转组件，所述旋转组件的上方安装有进行转向模拟的伸缩组件和通过与所述伸缩组件相互配合以检测所述轨迹线的循迹传感器组件，所述循迹传感器组件连接于所述伸缩组件并位于所述旋转组件的正上方，所述控制系统包括用于控制所述旋转组件的驱动控制模块、用于控制所述伸缩组件的转向控制模块、用于配合所述循迹传感器组件检测所述轨迹线的路径检测模块，以及与所述驱动控制模块、转向控制模块和路径检测模块相连接的主控模块。
2.根据权利要求1所述的循迹算法实验的模拟装置，其特征在于：所述旋转组件包括位于支架上的皮带轮和安装于所述皮带轮上的皮带，所述皮带轮上连接有驱动所述皮带轮旋转的第一驱动电机，所述第一驱动电机与所述驱动控制模块电连接。
3.根据权利要求1所述的循迹算法实验的模拟装置，其特征在于：所述伸缩组件包括与所述支架相连接的套筒和设于所述套筒内沿所述套筒轴向伸缩的推杆，所述推杆上连接有驱动所述推杆伸缩的第二驱动电机，所述第二驱动电机与所述转向控制模块电连接。
4.根据权利要求1所述的循迹算法实验的模拟装置，其特征在于：所述支架上还设有用于调节所述伸缩组件与所述旋转组件之间距离的调节组件。
5.根据权利要求3所述的一种循迹算法实验的模拟装置，其特征在于：所述循迹传感器组件包括由一个以上的循迹传感器构成的循迹传感器组和用于安装所述循迹传感器组的传感器安装架，所述传感器安装架与所述推杆的一端相连接。
6.根据权利要求5所述的一种循迹算法实验的模拟装置，其特征在于：所述循迹传感器组件还包括设于所述循迹传感器组的中心位置以用于进行位置指示的指示器。
7.根据权利要求3所述的一种循迹算法实验的模拟装置，其特征在于：所述控制系统内还设有校准模块，所述校准模块包括检测所述旋转组件的旋转速度并反馈至所述主控模块的速度检测单元和检测所述推杆的伸缩距离并反馈至所述主控模块的角度检测单元，所述主控模块根据反馈的旋转速度和伸缩距离分别向所述驱动控制模块和转向控制模块输出对应的修正信号。
8.根据权利要求1至6中任一项所述的一种循迹算法实验的模拟装置，其特征在于：所述模拟装置还包括用于对循迹算法实验过程进行记录的数据采集装置。
9.一种循迹算法实验的模拟方法，其特征在于，所述方法应用于上述权利要求1-7任意一项权利要求所述的循迹算法实验的模拟装置，所述方法包括：
路径检测模块采集循迹传感器感应轨迹线所产生的电信号；
通过采集的所述电信号计算模拟的机器人本体相对于所述轨迹线偏离的距离值和角度值；
主控模块通过待调试的循迹算法对偏离的所述距离值和角度值进行分析，得到相应的驱动控制信号和转向控制信号，并将得到的控制信号发送至对应的驱动控制模块和转向控制模块；
第一驱动电机接收并根据所述驱动控制模块发送的驱动控制信号控制皮带轮的转动速度，第二驱动电机接收并根据所述转向控制模块发送的转向控制信号控制推杆的伸缩量和伸缩速度。
10.根据权利要求9所述的循迹算法实验的模拟方法，其特征在于，所述第一驱动电机接收并根据驱动控制信号控制皮带轮的转动速度，所述第二驱动电机接收并根据转向控制信号控制推杆的伸缩量和伸缩速度的步骤之后，所述方法还包括：
通过数据采集装置记录实验过程中指示器的轨迹相对皮带上的轨迹线的偏离情况；
针对实验记录对主控模块中待调试的循迹算法进行修改，再进行下一次验证实验，反复修改和调试至完成所述待调试的循迹算法的调试和修改。
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