1. 功能說明

? ? ? ?在小型雙輪差速底盤樣機(jī)前方安裝3個(gè)灰度傳感器【https://www.robotway.com/h-col-137.html】 ，實(shí)現(xiàn)機(jī)器人沿下圖所指定的跑道路線進(jìn)行運(yùn)動(dòng)的效果。

2. 使用樣機(jī)

本實(shí)驗(yàn)使用的樣機(jī)為R023樣機(jī)。

3. 功能實(shí)現(xiàn)

3.1 電子硬件

? ? ?在這個(gè)示例中，我們采用了以下硬件，請(qǐng)大家參考：

電路連接說明：

① 左輪直流電機(jī)連在D9，D10接口上；

② 右輪直流電機(jī)連在D5，D6接口上；

③ 3個(gè)灰度傳感器從左至右連接在A0，A4，A3端口上。

3.2 編程框架

? ? ? 本實(shí)驗(yàn)的編程框架用到了有限狀態(tài)機(jī)。有限狀態(tài)機(jī)（Finite-state machine）簡(jiǎn)稱FSM，表示有限個(gè)狀態(tài)以及在這些狀態(tài)之間的轉(zhuǎn)移和動(dòng)作等行為的數(shù)學(xué)模型。它把復(fù)雜的控制邏輯分解成有限個(gè)穩(wěn)定狀態(tài)，在每個(gè)狀態(tài)上判斷事件。由于有限狀態(tài)機(jī)有有限個(gè)狀態(tài)，因此可以在實(shí)際中實(shí)現(xiàn)。有限狀態(tài)機(jī)可以廣泛的應(yīng)用于機(jī)器人多個(gè)傳感器觸發(fā)組合狀態(tài)的判斷，大大提高檢測(cè)效率。

狀態(tài)表

? ? ? 機(jī)器人的傳感器觸發(fā)一般用條件判斷來做。

? ? ? 這時(shí)機(jī)器人程序的一般思路是：

所以我們總是要用到大量的 if 語句，比如雙輪小車的某個(gè)功能：

用偽碼寫出來就是：

在只有一個(gè)傳感器的情況下，我們假設(shè)這是個(gè)開關(guān)量傳感器。那么我們可以得到一個(gè)狀態(tài)表格：

這個(gè)傳感器有兩個(gè)狀態(tài)。

而當(dāng)有兩個(gè)傳感器時(shí)，則有四個(gè)狀態(tài)。

如果我們用 if 語句寫這四個(gè)狀態(tài)，就顯得比較長(zhǎng)。

? ? ? 在編程的時(shí)候，狀態(tài)羅列的越全，機(jī)器人的bug就越少。但是隨著傳感器的增多，狀態(tài)數(shù)量按2的N次冪增加，大量的if語句使執(zhí)行效率變得很低，經(jīng)常出現(xiàn)識(shí)別不靈的情況。我們需要換一種高效寫法。

? ? ? 多個(gè)確定數(shù)量的傳感器的觸發(fā)組合，符合有限狀態(tài)機(jī)的概念，有限狀態(tài)機(jī)一般是用Switch語句來實(shí)現(xiàn)。如：

? ? ? 不難發(fā)現(xiàn)，這段語句實(shí)現(xiàn)的關(guān)鍵，就是識(shí)別出上頁(yè)表中的1、2、3、4，四個(gè)狀態(tài)序號(hào)。

? ? ? 那么問題就來了：我們?nèi)绾巫寵C(jī)器人知道自己傳感器的觸發(fā)組合對(duì)應(yīng)于1、2、3、4的哪個(gè)序號(hào)呢？

二進(jìn)制狀態(tài)表

? ? ?下面，我們把每組傳感器返回值看成一個(gè)二進(jìn)制數(shù)值。

? ? ?結(jié)果我們發(fā)現(xiàn)了一種新的、可計(jì)算的編碼方式：

? ? ? 于是，只要我們知道了傳感器們的觸發(fā)狀態(tài)，也就知道了序號(hào)；知道了序號(hào)，也就知道了傳感器們的觸發(fā)狀態(tài)。用這個(gè)序號(hào)去寫switch語句，再合適不過了。下面我們要做的是，用一種算法，讓機(jī)器人能夠返回自己接收到的傳感器組合值的二進(jìn)制數(shù)據(jù)。

算法精解

? ? ? 我們可以使用以下算法來實(shí)現(xiàn)：

• 首先設(shè)置一個(gè)變量s，這個(gè)s，將存儲(chǔ)傳感器組的二進(jìn)制狀態(tài)序號(hào)。

• 我們還需要用到一個(gè)重要的運(yùn)算符“<<”，這個(gè)運(yùn)算符的意義是：左移

  如：1<<n，意思是1向左移動(dòng)n位，空出來的數(shù)位用0填補(bǔ)。

  如：1<<1，結(jié)果就是10；1<<2，結(jié)果就是100；101<<1，結(jié)果就是1010

• 只要讓機(jī)器人依次返回各個(gè)傳感器的狀態(tài)數(shù)值，最早獲取的，移到最左；第二獲得的，移到“倒數(shù)第二左”，……，以此類推。即可獲得。

如兩個(gè)傳感器均觸發(fā)：

先獲得1號(hào)的數(shù)值（真）并左移0位，得

再獲得2號(hào)的數(shù)值（真）并左移1位，得

兩數(shù)值取“或”，即可得11

數(shù)學(xué)問題解決了，很容易就可以轉(zhuǎn)化為程序語句：

于是switch語句可以寫為：

策略表

下面我們以本實(shí)驗(yàn)中的“小型雙輪差速底盤-3灰度循跡”程序?yàn)槔?，再來推?dǎo)一遍。

傳感器觸發(fā)情況、小車行駛狀態(tài)、對(duì)應(yīng)行為策略表如下：

偽碼如下：

? ? ? ?這段代碼中的動(dòng)作，完全由策略表分析獲得，因此，當(dāng)狀態(tài)比較多時(shí)，用戶要學(xué)會(huì)利用策略表進(jìn)行分析，從而確定機(jī)器人的動(dòng)作策略，而不是憑空想象。

3.3 編寫程序

編程環(huán)境：Arduino 1.8.19

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

4. 資料下載

資料內(nèi)容：3灰度循跡-例程源代碼
資料下載地址 https://www.robotway.com/h-col-113.html