如何让小型云台机械手实现按颜色分拣物品？

news2024/11/16 23:59:50

1. 功能说明

       在小型云台机械手附近设置一个工作台，并安装一个TCS3200颜色识别传感器。将红色、蓝色工件分别放置在传感器上，如果检测的物料的颜色为红色，机械臂将物体放在机械臂的左侧，如果检测的物料的颜色为蓝色，机械臂将物体放在机械臂的右侧，否则，机械臂不动作。

2. 使用样机

本实验使用的样机是用探索者兼容零件制作的。

3. 功能实现

3.1 电子硬件

在这个示例中，采用了以下硬件，请大家参考：

 Basra主控板（兼容Arduino Uno）、Bigfish2.1扩展板、TCS3200颜色识别传感器、7.4V锂电池

       将夹爪、腕关节、底座关节的舵机分别接在扩展板的D4、D7以及D11舵机接口上，颜色传感器接在A0、A4、A3口上。

3.2 编写程序

编写并烧录以下程序（Color_Sorting_Robot.ino），该程序将实现演示视频中的动作。

编程环境：Arduino 1.8.19

/*******************************************************************************************

版权说明：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 机器谱 2022-12-21 https://www.robotway.com/

---------------------------------------------------------------------------------------

实验需求:

         用颜色传感器实现颜色识别。

实现思路：

         程序的整体思路为：在机械臂前方安装颜色传感器，如果检测的物料的颜色为红色，机械臂将

         物体放在机械臂的左侧，如果检测的物料的颜色为蓝色，机械臂将物体放在机械臂的右侧，

         否则，机械臂不动作。

实验接线:

         最上端的机械爪舵机接D4;

         中间的机械身躯舵机接D7；

         最下端的机械底座舵机接D11；

         颜色传感器的接线为         

         S1   S2   5V   GND        S3   S2   5V   GND        OUT   LED   5V   GND

         |     |    |    |            |     |    |      |            |      |      |      |

         A0   A1   5V   GND        A5   A4   5V   GND         D2    A3   5V   GND

********************************************************************************************/

//颜色传感器原理

/*首先进行白平衡，把一个白色物体放置在TCS3200颜色传感器之下，两者相距10mm左右，点亮传感器上的

4个白光LED灯，用Arduino控制器的定时器设置一固定时间1s，然后选通三种颜色的滤波器，让被测物体反

射光中红、绿、蓝三色光分别通过滤波器，计算1s时间内三色光分别对应的TCS3200的输出脉冲数，再通过

算式得到白色物体RGB值255与三色光脉冲数的比例因子。有了白平衡后，得到的RGB比例因子，则其他颜色

物体反射光中红、绿、蓝三色光对应的1s内TCS3200输出信号脉冲数乘以R、G、B比例因子，就可换算出被测

物体的RGB标准值。*/

#include "TimerOne.h"    //颜色传感器需要用到的定时函数库

#include<ServoTimer2.h>   //舵机驱动需要的函数库

ServoTimer2 myservo[3];   //舵机声明

#define servo_num 3      //舵机数量

#define Servo_Speed   20   //舵机速度

#define Upward_servo_close 66   //机械爪闭合的角度值

#define Upward_servo_open 115   //机械爪张开的角度值

#define Middle_servo_down 105   //机械臂的初始角

#define Middle_servo_init 85    //机械臂的初始角

#define Middle_servo_left 10    //机械臂向左偏的角度

#define Middle_servo_left1 50   //机械臂向左偏的角度

#define Down_servo_middle 75   //机械底座初始角度值

#define Down_servo_left 5      //机械底座向左偏的角度值

#define Down_servo_right 145   //机械底座向右偏的角度值

int servo_pin[3]={4,7,11}; //定义舵机引脚号

float value_init[3]={Upward_servo_open, Middle_servo_left, Down_servo_middle};//舵机初始角度

int f=20;   //舵机从角度A转到角度B分的分数

//把TCS3200颜色传感器各控制引脚连到Arduino数字端口

#define S0     A0   //物体表面的反射光越强，TCS3002D的内置振荡器产生的方波频率越高，

#define S1     A1   //S0和S1的组合决定输出信号频率比率因子，比例因子为2%

                    //比率因子为TCS3200传感器OUT引脚输出信号频率与其内置振荡器频率之比

#define S2     A4   //S2和S3的组合决定让红、绿、蓝，哪种光线通过滤波器

#define S3     A5

#define OUT    2   //TCS3200颜色传感器输出信号输入到Arduino中断0引脚，并引发脉冲信号中断

                  //在中断函数中记录TCS3200输出信号的脉冲个数

#define LED    A3   //控制TCS3200颜色传感器是否点亮

int   g_count = 0;    // 计算与反射光强相对应TCS3200颜色传感器输出信号的脉冲数

// 数组存储在1s内TCS3200输出信号的脉冲数，它乘以RGB比例因子就是RGB标准值

int   g_array[3];   

int   g_flag = 0;     //滤波器模式选择顺序标志

float g_SF[3];       // 存储从TCS3200输出信号的脉冲数转换为RGB标准值的RGB比例因子

// 初始化TSC3200各控制引脚的输入输出模式

//设置TCS3002D的内置振荡器方波频率与其输出信号频率的比例因子为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);

}

//选择滤波器模式，决定让红、绿、蓝，哪种光线通过滤波器

void TSC_FilterColor(int Level01, int Level02)

{

  if(Level01 != LOW)

    Level01 = HIGH;

  if(Level02 != LOW)

    Level02 = HIGH;

  digitalWrite(S2, Level01);

  digitalWrite(S3, Level02);

}

//中断函数，计算TCS3200输出信号的脉冲数

void TSC_Count()

{

  g_count ++ ;

}

//定时器中断函数，每1s中断后，把该时间内的红、绿、蓝三种光线通过滤波器时，

//TCS3200输出信号脉冲个数分别存储到数组g_array[3]的相应元素变量中

void TSC_Callback()

{

  switch(g_flag)

  {

    case 0:

         TSC_WB(LOW, LOW);              //选择让红色光线通过滤波器的模式

         break;

    case 1:

         g_array[0] = g_count;       //存储1s内的红光通过滤波器时，TCS3200输出的脉冲个数

         TSC_WB(HIGH, HIGH);         //选择让绿色光线通过滤波器的模式

         break;

    case 2:

         g_array[1] = g_count;       //存储1s内的绿光通过滤波器时，TCS3200输出的脉冲个数

         TSC_WB(LOW, HIGH);          //选择让蓝色光线通过滤波器的模式

         break;

    case 3:

         g_array[2] = g_count;       //存储1s内的蓝光通过滤波器时，TCS3200输出的脉冲个数

         TSC_WB(HIGH, LOW);             //选择无滤波器的模式   

         break;

   default:

         g_count = 0;    //计数值清零

         break;

  }

}

//设置反射光中红、绿、蓝三色光分别通过滤波器时如何处理数据的标志

//该函数被TSC_Callback( )调用

void TSC_WB(int Level0, int Level1)     

{

  g_count = 0;   //计数值清零

  g_flag ++;     //输出信号计数标志

  TSC_FilterColor(Level0, Level1); //滤波器模式

  Timer1.setPeriod(100000);      //设置输出信号脉冲计数时长1s

}

//初始化

void setup()

{

  TSC_Init();

  Serial.begin(9600); //启动串行通信

  Timer1.initialize(100000);   // defaulte is 1s

  Timer1.attachInterrupt(TSC_Callback); //设置定时器1的中断，中断调用函数为TSC_Callback()

  //设置TCS3200输出信号的上跳沿触发中断，中断调用函数为TSC_Count()

  attachInterrupt(0, TSC_Count, RISING);  

  digitalWrite(LED, HIGH);//点亮LED灯

//   delay(1500); //延时4s，以等待被测物体红、绿、蓝三色在1s内的TCS3200输出信号脉冲计数

  //通过白平衡测试，计算得到白色物体RGB值255与1s内三色光脉冲数的RGB比例因子

  g_SF[0] = 0.53;     //红色光比例因子

  g_SF[1] = 0.65;    //绿色光比例因子

  g_SF[2] = 0.54;    //蓝色光比例因子

  //红、绿、蓝三色光对应的1s内TCS3200输出脉冲数乘以相应的比例因子就是RGB标准值

    reset();

}

//主程序

int Now_Color = 0;   //存储上一次颜色传感器检测的数值

int Last_Color = 0;   //存储当前颜色传感器检测的数值

void loop()

{

    Last_Color = Color_Detection();

    Now_Color   = Color_Detection();

    if( Last_Color == Now_Color) //如果两次检测的数值相同

                                 //（这里是为了防止颜色传感器检测出错，所以检测了两次）

    {

      switch(Now_Color)

      {

        case 1:

               Serial.print("Red"); //如果检测到的物料为红色，将物料放到机械臂的左侧

               Servo_Left();

               Now_Color = 0; Last_Color = 0;

               break;     

        case 2:

               Serial.print("Blue");//如果检测到的物料为蓝色，将物料放到机械臂的右侧

               Servo_Right();

               Now_Color = 0; Last_Color = 0;

               break;

        case 3:

               Serial.print("NONE");//否则，机械臂不动作；

               Serial.println();

               Now_Color = 0; Last_Color = 0;

               break;

      }

    }

}

int Color_Detection() //颜色检测函数

{

    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])<color[0] ) ){

     return 1;         //如果检测到的颜色为红色，返回1；

   }

   else if( (color[2] > color[1]) && (color[2] >color[0]) ){

     return 2;         //如果检测到的颜色为蓝色，返回2；

   }

   else { return 3; }   //否则，机械臂不动作；

}

void reset()            //舵机角度初始化

{

   for(int i=0;i<servo_num;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)   //舵机转动

   {

  float value_arguments[3] = {value0, value1, value2};

  float value_delta[servo_num];

  for(int i=0;i<servo_num;i++)

  {

    value_delta[i] = (value_arguments[i] - value_init[i]) / f;

  }

  for(int i=0;i<f;i++)

  {

    for(int k=0;k<servo_num;k++)

    {

      value_init[k] = value_delta[k] == 0 ? value_arguments[k] : value_init[k] + value_delta[k];

    }

   

    for(int j=0;j<servo_num;j++)

    {

      myservo[j].write(map(value_init[j],0,180,500,2500));

      delay(Servo_Speed);

    }

  }

}

void Servo_Left() //将物料放到机械臂的左侧

{

  servo_move(Upward_servo_open, Middle_servo_left, Down_servo_middle);//初始化动作

  servo_move(Upward_servo_open, Middle_servo_init, Down_servo_middle);//机械臂下降

  servo_move(Upward_servo_close, Middle_servo_init, Down_servo_middle);//机械爪闭合（抓取货物）

  servo_move(Upward_servo_close, Middle_servo_left1, Down_servo_middle);//机械臂上抬

  servo_move(Upward_servo_close, Middle_servo_down, Down_servo_left); //机械臂下降，机械底座向左转

  servo_move(Upward_servo_open, Middle_servo_down, Down_servo_left);   //机械爪张开（释放货物）

  servo_move(Upward_servo_open, Middle_servo_left, Down_servo_middle);//机械臂回复到初始角度

}

void Servo_Right() //将物料放到机械臂的右侧

{

  servo_move(Upward_servo_open, Middle_servo_left, Down_servo_middle);//初始化动作

  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);

}

4. 资料内容

① 按颜色分拣-例程源代码

② 按颜色分拣-样机3D文件

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