创意之星机器人说明书(6)

图2.29 声音传感器

3.4 碰撞传感器

碰撞传感器是由一个按钮开关和外围电路构成，其输出信号为数字信号。当按钮按下时，信号输出端输出低电平；按钮被释放时，信号输出高电平。

图2.30是“创意之星”的碰撞传感器，输出开关量信号，接IO0~IO11的任意一个接口都可以通过NorthSTAR进行数值读取和编程。碰撞传感器可以当成机器人的触角，或某些位置的限位开关。

图2.30 碰撞传感器

3.5 倾覆传感器

姿态传感器采集的是机器人的姿态信息，专业的姿态传感器（电子罗盘、陀螺仪等）价格昂贵，“创意之星”机器人套件提供了一个基本的姿态传感器——水银开关（输出开关量信号）。

水银开关里有一个位于玻璃管，可自由移动的水银粒。水银开关输出不同的信号与水银粒在玻璃管的位置相关。比如水银粒位于玻璃管A端时，水银开关输出高电平；当传感器由于某种原因姿态改变过大移动到玻璃管B端，水银开关输出低电平。根据水银开关这种输出信号与其本身姿态有关的特性，我们可以借此来检测机器人的姿态。水银开关在测量机器人是否倾覆上非常好用且成本低廉，所以我们也常将之称为倾覆传感器。

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图2.31是“创意之星”的倾覆传感器，输出开关量信号，接IO0~IO11的任意一个接口都可以通过NorthSTAR进行数值读取和编程。

图2.31 倾覆传感器

3.6 温度传感器

温度传感器是一种检测温度的部件。其核心是美国National Semiconductor公司的LM35温敏传感器。这款传感器的标称温度检测范围是0~70摄氏度。为了传感器的安全起见，不要将传感器放置在超过80摄氏度的环境中，该传感器并不具备防水能力，请不要用该传感器测量水温。

图2.32是“创意之星”的温度传感器，输出模拟量信号，接AD0~AD7的任意一个接口都可以通过NorthSTAR进行数值读取和编程。

图2.32 温度传感器

3.7 光强传感器

光强传感器对可见光波长的光照强度（专业术语即“照度”）很敏感，其核心元件是一只光敏电阻，其输出信号为与光强相关的模拟信号。

图2.33是“创意之星”的光强传感器，输出模拟量信号，接AD0~AD7的任意一个接口都可以通过NorthSTAR进行数值读取和编程。

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图2.33 光强传感器

3.8 灰度传感器

灰度传感器通过自身的高亮白色LED照亮被检测物体，被检测物体反射LED的白光。由于不同的颜色对白光的反射能力不一样，同样材质白色反射度最高，黑色反射度最低。灰度传感器前端有一个光敏电阻，用于检测反射光的强弱，据此可以推断出被检测物体的灰度值。

图2.34是“创意之星”的灰度传感器，输出模拟量信号，接AD0~AD7的任意一个接口都可以通过 NorthSTAR 进行数值读取和编程。在机器人武术擂台赛中或者足球机器人比赛中，使用多个灰度传感器组成阵列就可以判断比赛场地的颜色梯度。在巡线机器人案例中，可以作为区别白线与周围地面的传感器。

图2.34 灰度传感器

3.9 视觉和语音传感器

在机器人运用中，真正意义上的视觉传感器就是摄像机，它能够让机器人和人一样看到世界万物。而真正意义上的听觉传感器就是麦克风，它能让机器人听到各种声音。不过，看到了不一定能够分辨出来，听到了不一定能够听懂，要让已经具备眼睛和耳朵的机器人能看懂，能听懂，需要您设计相关的程序。

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“创意之星”高级版使用的MultiFLEX?2-PXA270控制器有两个USB接口，可以接入常见的USB摄像头，还有1个麦克风输入口。我们为“创意之星”开发了图像识别引擎，它能够识别出各种颜色，并将其标示出来。利用这项技术，我们可以让机器人很清楚的看到绿地毯上的红球，并且知道红球的位置。我们为“创意之星”开发了语音识别引擎，您可以定义要让“创意之星”识别的语句，当您对“创意之星”说这些语句时，“创意之星”能够将它识别出来。

利用上述的两种功能，我们可以设计很多有趣的机器人，比如听话的小狗。第九章我们将指导您设计一个能够和您语音对答的机器人。第十章我们将把ROBOCUP机器人足球比赛的全向机器人平台小型化，用“创意之星”搭建出全向足球机器人，这种机器人平台关键技术之一就是图像识别技术，它需要利用摄像头识别场地、球门、足球、己方和对方机器人。

4执行器

机器人之所以有“人”字，是因为人们希望这种新的人造物能够像人一样，有聪慧的大脑、敏感的知觉、灵活的活动能力，能够代替人完成人们所不期望亲力亲为的事情。

机器人常用的运动驱动部件有直流有刷电机、直流无刷电机、步进电机、舵机等。“创意之星”配置了直流有刷电机、微型舵机、机器人专用舵机等。

4.1 CDS5516机器人舵机

proMOTION CDS系列机器人舵机属于一种集电机、伺服驱动、总线式通讯接口为一体的集成伺服单元，主要用于微型机器人的关节、轮子、履带驱动，也可用于其它简单位置控制场合。CDS 5516的特点如下所示：

图2.35 CDS5516机器人舵机

大扭矩：16Kgf?cm的持续转动输出扭矩，大于20Kgf?cm位置保持扭矩； 位置伺服控制模式下转动范围0-300°； 高转速：最高0.16s/60°输出转速 ； 在速度控制模式下可连续旋转，调速； 6.8V～14V宽电压范围供电；

总线连接，理论可串联254个单元； 0.32°位置分辨率 ；

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高达1M通讯波特率；

双端输出轴，适合安装在机器人关节； 0.25KHz的伺服更新率；

高精度全金属齿轮组，双滚珠轴承； 具备位置、温度、电压、速度反馈； 连接处O型环密封，防尘防溅水。

4.1.1 总线通讯的特点

CDS5516采用半双工串行异步总线通讯，控制器可以通过一个UART接口，控制多达255个的CDS5516。

总线是指能为多个功能部件服务的一组信息传输线，它是计算机中系统与系统之间、或者各部件之间进行信息传送的公共通路。它由一定的物理线路和接口、数据协议规范所构成。

4.1.2 CDS5516的使用

CDS5516采用半双工串行异步总线进行控制，每个舵机都有自己单独的ID号，您在机器人构型搭建时需要对ID号进行配置，以免机器人的某些关节的ID号重叠。博创出厂的CDS5516默认ID为1，在“创意之星”包装盒里有CDS5516 ID编号的不干胶，您设好ID后请将不干胶粘贴到舵机后盖上，避免遗忘。

CDS5516有专用的调试环境RobotServo Terminal，在这个环境下，您可以设置舵机ID、波特率、工作模式、速度限制、角度限制、电压限制等等。

CDS5516采用总线式通讯，您可以串联使用。使用R/C舵机时我们一直很苦恼，如果我们设计的构型有20个舵机，我们需要接20根线都接到控制器，整个机器人会被长短不一、颜色各异的线所包围缠绕。CDS5516让我们摆脱了这种窘境，我们可以将6足爬虫每条腿上的3个CDS5516串联在一起，再连到控制器上。我们可以将机械手的六个关节串联成一串，最后一根线接到控制器上，整个走线非常简单、清晰，可靠性也高很多。

需要注意的是：每个CDS5516需要使用不同ID；每串CDS5516的数量不能太多，最好是6个以下。正常工作下单个CDS5516的电流可能达到500mA~1A，堵转电流可达到2.5A，单组6个CDS5516的工作电流可能达到3-8A。这样的电流会让舵机线发热，并产生比较大的电压降，最后一个 CDS5516可能因为沿途舵机线的分压而导致工作电压过低，CDS5516在电压过低时会出现复位、数据通讯不正常等等状况。

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