如何让小型云台机械手实现按颜色分拣物品？

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：

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 //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]) 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 { 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 { 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() //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); }

审核编辑黄昊宇