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1. 功能說(shuō)明

在小型云臺(tái)機(jī)械手附近設(shè)置一個(gè)工作臺(tái)，并安裝一個(gè)顏色識(shí)別傳感器。將紅色、藍(lán)色工件分別放置在傳感器上，如果檢測(cè)的物料的顏色為紅色，機(jī)械臂將物體放在機(jī)械臂的左側(cè)，如果檢測(cè)的物料的顏色為藍(lán)色，機(jī)械臂將物體放在機(jī)械臂的右側(cè)，否則，機(jī)械臂不動(dòng)作。

2. 使用樣機(jī)

本實(shí)驗(yàn)使用的樣機(jī)是用探索者兼容零件制作的。

3. 功能實(shí)現(xiàn)

3.1 電子硬件

在這個(gè)示例中，采用了以下硬件，請(qǐng)大家參考：

將夾爪、腕關(guān)節(jié)、底座關(guān)節(jié)的舵機(jī)分別接在擴(kuò)展板的D4、D7以及D11舵機(jī)接口上，顏色傳感器接在A0、A4、A3口上。

3.2 編寫(xiě)程序

編寫(xiě)并燒錄以下程序（Color_Sorting_Robot.ino），該程序?qū)?shí)現(xiàn)演示視頻中的動(dòng)作。

編程環(huán)境：Arduino 1.8.19

/*******************************************************************************************
版權(quán)說(shuō)明：Copyright 2022 Robottime(Beijing) Technology Co., Ltd. All Rights Reserved.
Distributed under MIT license.See file LICENSE for detail or copy at
https://opensource.org/licenses/MIT
by 機(jī)器譜 2022-12-21 https://www.robotway.com/
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實(shí)驗(yàn)需求:
用顏色傳感器實(shí)現(xiàn)顏色識(shí)別。
實(shí)現(xiàn)思路：
程序的整體思路為：在機(jī)械臂前方安裝顏色傳感器，如果檢測(cè)的物料的顏色為紅色，機(jī)械臂將
物體放在機(jī)械臂的左側(cè)，如果檢測(cè)的物料的顏色為藍(lán)色，機(jī)械臂將物體放在機(jī)械臂的右側(cè)，
否則，機(jī)械臂不動(dòng)作。
實(shí)驗(yàn)接線(xiàn):
最上端的機(jī)械爪舵機(jī)接D4;
中間的機(jī)械身軀舵機(jī)接D7；
最下端的機(jī)械底座舵機(jī)接D11；
顏色傳感器的接線(xiàn)為
S1 S2 5V GND S3 S2 5V GND OUT LED 5V GND
| | | | | | | | | | | |
A0 A1 5V GND A5 A4 5V GND D2 A3 5V GND
********************************************************************************************/
//顏色傳感器原理
/*首先進(jìn)行白平衡，把一個(gè)白色物體放置在TCS3200顏色傳感器之下，兩者相距10mm左右，點(diǎn)亮傳感器上的
4個(gè)白光LED燈，用Arduino控制器的定時(shí)器設(shè)置一固定時(shí)間1s，然后選通三種顏色的濾波器，讓被測(cè)物體反
射光中紅、綠、藍(lán)三色光分別通過(guò)濾波器，計(jì)算1s時(shí)間內(nèi)三色光分別對(duì)應(yīng)的TCS3200的輸出脈沖數(shù)，再通過(guò)
算式得到白色物體RGB值255與三色光脈沖數(shù)的比例因子。有了白平衡后，得到的RGB比例因子，則其他顏色
物體反射光中紅、綠、藍(lán)三色光對(duì)應(yīng)的1s內(nèi)TCS3200輸出信號(hào)脈沖數(shù)乘以R、G、B比例因子，就可換算出被測(cè)
物體的RGB標(biāo)準(zhǔn)值。*/
#include "TimerOne.h" //顏色傳感器需要用到的定時(shí)函數(shù)庫(kù)
#include //舵機(jī)驅(qū)動(dòng)需要的函數(shù)庫(kù)
ServoTimer2 myservo[3]; //舵機(jī)聲明
#define servo_num 3 //舵機(jī)數(shù)量
#define Servo_Speed 20 //舵機(jī)速度
#define Upward_servo_close 66 //機(jī)械爪閉合的角度值
#define Upward_servo_open 115 //機(jī)械爪張開(kāi)的角度值
#define Middle_servo_down 105 //機(jī)械臂的初始角
#define Middle_servo_init 85 //機(jī)械臂的初始角
#define Middle_servo_left 10 //機(jī)械臂向左偏的角度
#define Middle_servo_left1 50 //機(jī)械臂向左偏的角度
#define Down_servo_middle 75 //機(jī)械底座初始角度值
#define Down_servo_left 5 //機(jī)械底座向左偏的角度值
#define Down_servo_right 145 //機(jī)械底座向右偏的角度值
int servo_pin[3]={4,7,11}; //定義舵機(jī)引腳號(hào)
float value_init[3]={Upward_servo_open, Middle_servo_left, Down_servo_middle};//舵機(jī)初始角度
int f=20; //舵機(jī)從角度A轉(zhuǎn)到角度B分的分?jǐn)?shù)
//把TCS3200顏色傳感器各控制引腳連到Arduino數(shù)字端口
#define S0 A0 //物體表面的反射光越強(qiáng)，TCS3002D的內(nèi)置振蕩器產(chǎn)生的方波頻率越高，
#define S1 A1 //S0和S1的組合決定輸出信號(hào)頻率比率因子，比例因子為2%
//比率因子為T(mén)CS3200傳感器OUT引腳輸出信號(hào)頻率與其內(nèi)置振蕩器頻率之比
#define S2 A4 //S2和S3的組合決定讓紅、綠、藍(lán)，哪種光線(xiàn)通過(guò)濾波器
#define S3 A5
#define OUT 2 //TCS3200顏色傳感器輸出信號(hào)輸入到Arduino中斷0引腳，并引發(fā)脈沖信號(hào)中斷
//在中斷函數(shù)中記錄TCS3200輸出信號(hào)的脈沖個(gè)數(shù)
#define LED A3 //控制TCS3200顏色傳感器是否點(diǎn)亮
int g_count = 0; // 計(jì)算與反射光強(qiáng)相對(duì)應(yīng)TCS3200顏色傳感器輸出信號(hào)的脈沖數(shù)
// 數(shù)組存儲(chǔ)在1s內(nèi)TCS3200輸出信號(hào)的脈沖數(shù)，它乘以RGB比例因子就是RGB標(biāo)準(zhǔn)值
int g_array[3];
int g_flag = 0; //濾波器模式選擇順序標(biāo)志
float g_SF[3]; // 存儲(chǔ)從TCS3200輸出信號(hào)的脈沖數(shù)轉(zhuǎn)換為RGB標(biāo)準(zhǔn)值的RGB比例因子
// 初始化TSC3200各控制引腳的輸入輸出模式
//設(shè)置TCS3002D的內(nèi)置振蕩器方波頻率與其輸出信號(hào)頻率的比例因子為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);
}
//選擇濾波器模式，決定讓紅、綠、藍(lán)，哪種光線(xiàn)通過(guò)濾波器
void TSC_FilterColor(int Level01, int Level02)
{
if(Level01 != LOW)
Level01 = HIGH;
if(Level02 != LOW)
Level02 = HIGH;
digitalWrite(S2, Level01);
digitalWrite(S3, Level02);
}
//中斷函數(shù)，計(jì)算TCS3200輸出信號(hào)的脈沖數(shù)
void TSC_Count()
{
g_count ++ ;
}
//定時(shí)器中斷函數(shù)，每1s中斷后，把該時(shí)間內(nèi)的紅、綠、藍(lán)三種光線(xiàn)通過(guò)濾波器時(shí)，
//TCS3200輸出信號(hào)脈沖個(gè)數(shù)分別存儲(chǔ)到數(shù)組g_array[3]的相應(yīng)元素變量中
void TSC_Callback()
{
switch(g_flag)
{
case 0:
TSC_WB(LOW, LOW); //選擇讓紅色光線(xiàn)通過(guò)濾波器的模式
break;
case 1:
g_array[0] = g_count; //存儲(chǔ)1s內(nèi)的紅光通過(guò)濾波器時(shí)，TCS3200輸出的脈沖個(gè)數(shù)
TSC_WB(HIGH, HIGH); //選擇讓綠色光線(xiàn)通過(guò)濾波器的模式
break;
case 2:
g_array[1] = g_count; //存儲(chǔ)1s內(nèi)的綠光通過(guò)濾波器時(shí)，TCS3200輸出的脈沖個(gè)數(shù)
TSC_WB(LOW, HIGH); //選擇讓藍(lán)色光線(xiàn)通過(guò)濾波器的模式
break;
case 3:
g_array[2] = g_count; //存儲(chǔ)1s內(nèi)的藍(lán)光通過(guò)濾波器時(shí)，TCS3200輸出的脈沖個(gè)數(shù)
TSC_WB(HIGH, LOW); //選擇無(wú)濾波器的模式
break;
default:
g_count = 0; //計(jì)數(shù)值清零
break;
}
}
//設(shè)置反射光中紅、綠、藍(lán)三色光分別通過(guò)濾波器時(shí)如何處理數(shù)據(jù)的標(biāo)志
//該函數(shù)被TSC_Callback( )調(diào)用
void TSC_WB(int Level0, int Level1)
{
g_count = 0; //計(jì)數(shù)值清零
g_flag ++; //輸出信號(hào)計(jì)數(shù)標(biāo)志
TSC_FilterColor(Level0, Level1); //濾波器模式
Timer1.setPeriod(100000); //設(shè)置輸出信號(hào)脈沖計(jì)數(shù)時(shí)長(zhǎng)1s
}
//初始化
void setup()
{
TSC_Init();
Serial.begin(9600); //啟動(dòng)串行通信
Timer1.initialize(100000); // defaulte is 1s
Timer1.attachInterrupt(TSC_Callback); //設(shè)置定時(shí)器1的中斷，中斷調(diào)用函數(shù)為T(mén)SC_Callback()
//設(shè)置TCS3200輸出信號(hào)的上跳沿觸發(fā)中斷，中斷調(diào)用函數(shù)為T(mén)SC_Count()
attachInterrupt(0, TSC_Count, RISING);
digitalWrite(LED, HIGH);//點(diǎn)亮LED燈
// delay(1500); //延時(shí)4s，以等待被測(cè)物體紅、綠、藍(lán)三色在1s內(nèi)的TCS3200輸出信號(hào)脈沖計(jì)數(shù)
//通過(guò)白平衡測(cè)試，計(jì)算得到白色物體RGB值255與1s內(nèi)三色光脈沖數(shù)的RGB比例因子
g_SF[0] = 0.53; //紅色光比例因子
g_SF[1] = 0.65; //綠色光比例因子
g_SF[2] = 0.54; //藍(lán)色光比例因子
//紅、綠、藍(lán)三色光對(duì)應(yīng)的1s內(nèi)TCS3200輸出脈沖數(shù)乘以相應(yīng)的比例因子就是RGB標(biāo)準(zhǔn)值
reset();
}
//主程序
int Now_Color = 0; //存儲(chǔ)上一次顏色傳感器檢測(cè)的數(shù)值
int Last_Color = 0; //存儲(chǔ)當(dāng)前顏色傳感器檢測(cè)的數(shù)值
void loop()
{
Last_Color = Color_Detection();
Now_Color = Color_Detection();
if( Last_Color == Now_Color) //如果兩次檢測(cè)的數(shù)值相同
//（這里是為了防止顏色傳感器檢測(cè)出錯(cuò)，所以檢測(cè)了兩次）
{
switch(Now_Color)
{
case 1:
Serial.print("Red"); //如果檢測(cè)到的物料為紅色，將物料放到機(jī)械臂的左側(cè)
Servo_Left();
Now_Color = 0; Last_Color = 0;
break;
case 2:
Serial.print("Blue");//如果檢測(cè)到的物料為藍(lán)色，將物料放到機(jī)械臂的右側(cè)
Servo_Right();
Now_Color = 0; Last_Color = 0;
break;
case 3:
Serial.print("NONE");//否則，機(jī)械臂不動(dòng)作；
Serial.println();
Now_Color = 0; Last_Color = 0;
break;
}
}
}
int Color_Detection() //顏色檢測(cè)函數(shù)
{
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])
return 1; //如果檢測(cè)到的顏色為紅色，返回1；
}
else if( (color[2] > color[1]) && (color[2] >color[0]) ){
return 2; //如果檢測(cè)到的顏色為藍(lán)色，返回2；
}
else { return 3; } //否則，機(jī)械臂不動(dòng)作；
}
void reset() //舵機(jī)角度初始化
{
for(int i=0;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) //舵機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)
{
float value_arguments[3] = {value0, value1, value2};
float value_delta[servo_num];
for(int i=0;i
{
value_delta[i] = (value_arguments[i] - value_init[i]) / f;
}
for(int i=0;i
{
for(int k=0;k
{
value_init[k] = value_delta[k] == 0 ? value_arguments[k] : value_init[k] + value_delta[k];
}
for(int j=0;j
{
myservo[j].write(map(value_init[j],0,180,500,2500));
delay(Servo_Speed);
}
}
}
void Servo_Left() //將物料放到機(jī)械臂的左側(cè)
{
servo_move(Upward_servo_open, Middle_servo_left, Down_servo_middle);//初始化動(dòng)作
servo_move(Upward_servo_open, Middle_servo_init, Down_servo_middle);//機(jī)械臂下降
servo_move(Upward_servo_close, Middle_servo_init, Down_servo_middle);//機(jī)械爪閉合（抓取貨物）
servo_move(Upward_servo_close, Middle_servo_left1, Down_servo_middle);//機(jī)械臂上抬
servo_move(Upward_servo_close, Middle_servo_down, Down_servo_left); //機(jī)械臂下降，機(jī)械底座向左轉(zhuǎn)
servo_move(Upward_servo_open, Middle_servo_down, Down_servo_left); //機(jī)械爪張開(kāi)（釋放貨物）
servo_move(Upward_servo_open, Middle_servo_left, Down_servo_middle);//機(jī)械臂回復(fù)到初始角度
}
void Servo_Right() //將物料放到機(jī)械臂的右側(cè)
{
servo_move(Upward_servo_open, Middle_servo_left, Down_servo_middle);//初始化動(dòng)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);
}

審核編輯黃昊宇

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