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1. 功能說明

在小型云臺機械手附近設置一個工作臺，并安裝一個顏色識別傳感器。將紅色、藍色工件分別放置在傳感器上，如果檢測的物料的顏色為紅色，機械臂將物體放在機械臂的左側，如果檢測的物料的顏色為藍色，機械臂將物體放在機械臂的右側，否則，機械臂不動作。

2. 使用樣機

本實驗使用的樣機是用探索者兼容零件制作的。

3. 功能實現

3.1 電子硬件

在這個示例中，采用了以下硬件，請大家參考：

將夾爪、腕關節、底座關節的舵機分別接在擴展板的D4、D7以及D11舵機接口上，顏色傳感器接在A0、A4、A3口上。

3.2 編寫程序

編寫并燒錄以下程序（Color_Sorting_Robot.ino），該程序將實現演示視頻中的動作。

編程環境：Arduino 1.8.19

/*******************************************************************************************
版權說明：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 機器譜 2022-12-21 https://www.robotway.com/
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實驗需求:
用顏色傳感器實現顏色識別。
實現思路：
程序的整體思路為：在機械臂前方安裝顏色傳感器，如果檢測的物料的顏色為紅色，機械臂將
物體放在機械臂的左側，如果檢測的物料的顏色為藍色，機械臂將物體放在機械臂的右側，
否則，機械臂不動作。
實驗接線:
最上端的機械爪舵機接D4;
中間的機械身軀舵機接D7；
最下端的機械底座舵機接D11；
顏色傳感器的接線為
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
/*首先進行白平衡，把一個白色物體放置在TCS3200顏色傳感器之下，兩者相距10mm左右，點亮傳感器上的
4個白光LED燈，用Arduino控制器的定時器設置一固定時間1s，然后選通三種顏色的濾波器，讓被測物體反
射光中紅、綠、藍三色光分別通過濾波器，計算1s時間內三色光分別對應的TCS3200的輸出脈沖數，再通過
算式得到白色物體RGB值255與三色光脈沖數的比例因子。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、藍三色光對應的1s內TCS3200輸出信號脈沖數乘以R、G、B比例因子，就可換算出被測
物體的RGB標準值。*/
#include "TimerOne.h" //顏色傳感器需要用到的定時函數庫
#include //舵機驅動需要的函數庫
ServoTimer2 myservo[3]; //舵機聲明
#define servo_num 3 //舵機數量
#define Servo_Speed 20 //舵機速度
#define Upward_servo_close 66 //機械爪閉合的角度值
#define Upward_servo_open 115 //機械爪張開的角度值
#define Middle_servo_down 105 //機械臂的初始角
#define Middle_servo_init 85 //機械臂的初始角
#define Middle_servo_left 10 //機械臂向左偏的角度
#define Middle_servo_left1 50 //機械臂向左偏的角度
#define Down_servo_middle 75 //機械底座初始角度值
#define Down_servo_left 5 //機械底座向左偏的角度值
#define Down_servo_right 145 //機械底座向右偏的角度值
int servo_pin[3]={4,7,11}; //定義舵機引腳號
float value_init[3]={Upward_servo_open, Middle_servo_left, Down_servo_middle};//舵機初始角度
int f=20; //舵機從角度A轉到角度B分的分數
//把TCS3200顏色傳感器各控制引腳連到Arduino數字端口
#define S0 A0 //物體表面的反射光越強，TCS3002D的內置振蕩器產生的方波頻率越高，
#define S1 A1 //S0和S1的組合決定輸出信號頻率比率因子，比例因子為2%
//比率因子為TCS3200傳感器OUT引腳輸出信號頻率與其內置振蕩器頻率之比
#define S2 A4 //S2和S3的組合決定讓紅、綠、藍，哪種光線通過濾波器
#define S3 A5
#define OUT 2 //TCS3200顏色傳感器輸出信號輸入到Arduino中斷0引腳，并引發脈沖信號中斷
//在中斷函數中記錄TCS3200輸出信號的脈沖個數
#define LED A3 //控制TCS3200顏色傳感器是否點亮
int g_count = 0; // 計算與反射光強相對應TCS3200顏色傳感器輸出信號的脈沖數
// 數組存儲在1s內TCS3200輸出信號的脈沖數，它乘以RGB比例因子就是RGB標準值
int g_array[3];
int g_flag = 0; //濾波器模式選擇順序標志
float g_SF[3]; // 存儲從TCS3200輸出信號的脈沖數轉換為RGB標準值的RGB比例因子
// 初始化TSC3200各控制引腳的輸入輸出模式
//設置TCS3002D的內置振蕩器方波頻率與其輸出信號頻率的比例因子為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，哪種光線通過濾波器
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，計算TCS3200輸出信號的脈沖數
void TSC_Count()
{
g_count ++ ;
}
//定時器中斷函數，每1s中斷后，把該時間內的紅、綠、藍三種光線通過濾波器時，
//TCS3200輸出信號脈沖個數分別存儲到數組g_array[3]的相應元素變量中
void TSC_Callback()
{
switch(g_flag)
{
case 0:
TSC_WB(LOW, LOW); //選擇讓紅色光線通過濾波器的模式
break;
case 1:
g_array[0] = g_count; //存儲1s內的紅光通過濾波器時，TCS3200輸出的脈沖個數
TSC_WB(HIGH, HIGH); //選擇讓綠色光線通過濾波器的模式
break;
case 2:
g_array[1] = g_count; //存儲1s內的綠光通過濾波器時，TCS3200輸出的脈沖個數
TSC_WB(LOW, HIGH); //選擇讓藍色光線通過濾波器的模式
break;
case 3:
g_array[2] = g_count; //存儲1s內的藍光通過濾波器時，TCS3200輸出的脈沖個數
TSC_WB(HIGH, LOW); //選擇無濾波器的模式
break;
default:
g_count = 0; //計數值清零
break;
}
}
//設置反射光中紅、綠、藍三色光分別通過濾波器時如何處理數據的標志
//該函數被TSC_Callback( )調用
void TSC_WB(int Level0, int Level1)
{
g_count = 0; //計數值清零
g_flag ++; //輸出信號計數標志
TSC_FilterColor(Level0, Level1); //濾波器模式
Timer1.setPeriod(100000); //設置輸出信號脈沖計數時長1s
}
//初始化
void setup()
{
TSC_Init();
Serial.begin(9600); //啟動串行通信
Timer1.initialize(100000); // defaulte is 1s
Timer1.attachInterrupt(TSC_Callback); //設置定時器1的中斷，中斷調用函數為TSC_Callback()
//設置TCS3200輸出信號的上跳沿觸發中斷，中斷調用函數為TSC_Count()
attachInterrupt(0, TSC_Count, RISING);
digitalWrite(LED, HIGH);//點亮LED燈
// delay(1500); //延時4s，以等待被測物體紅、綠、藍三色在1s內的TCS3200輸出信號脈沖計數
//通過白平衡測試，計算得到白色物體RGB值255與1s內三色光脈沖數的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; //藍色光比例因子
//紅、綠、藍三色光對應的1s內TCS3200輸出脈沖數乘以相應的比例因子就是RGB標準值
reset();
}
//主程序
int Now_Color = 0; //存儲上一次顏色傳感器檢測的數值
int Last_Color = 0; //存儲當前顏色傳感器檢測的數值
void loop()
{
Last_Color = Color_Detection();
Now_Color = Color_Detection();
if( Last_Color == Now_Color) //如果兩次檢測的數值相同
//（這里是為了防止顏色傳感器檢測出錯，所以檢測了兩次）
{
switch(Now_Color)
{
case 1:
Serial.print("Red"); //如果檢測到的物料為紅色，將物料放到機械臂的左側
Servo_Left();
Now_Color = 0; Last_Color = 0;
break;
case 2:
Serial.print("Blue");//如果檢測到的物料為藍色，將物料放到機械臂的右側
Servo_Right();
Now_Color = 0; Last_Color = 0;
break;
case 3:
Serial.print("NONE");//否則，機械臂不動作；
Serial.println();
Now_Color = 0; Last_Color = 0;
break;
}
}
}
int Color_Detection() //顏色檢測函數
{
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; //如果檢測到的顏色為藍色，返回2；
}
else { return 3; } //否則，機械臂不動作；
}
void reset() //舵機角度初始化
{
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) //舵機轉動
{
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() //將物料放到機械臂的左側
{
servo_move(Upward_servo_open, Middle_servo_left, Down_servo_middle);//初始化動作
servo_move(Upward_servo_open, Middle_servo_init, Down_servo_middle);//機械臂下降
servo_move(Upward_servo_close, Middle_servo_init, Down_servo_middle);//機械爪閉合（抓取貨物）
servo_move(Upward_servo_close, Middle_servo_left1, Down_servo_middle);//機械臂上抬
servo_move(Upward_servo_close, Middle_servo_down, Down_servo_left); //機械臂下降，機械底座向左轉
servo_move(Upward_servo_open, Middle_servo_down, Down_servo_left); //機械爪張開（釋放貨物）
servo_move(Upward_servo_open, Middle_servo_left, Down_servo_middle);//機械臂回復到初始角度
}
void Servo_Right() //將物料放到機械臂的右側
{
servo_move(Upward_servo_open, Middle_servo_left, Down_servo_middle);//初始化動作
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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