0 引言
因为智能搬运小车涉及的技术细节较多，我们分2 篇论文介绍.在上一篇［5］，着重叙述了智能小车的模拟循线及线路控制，使小车能够在场地图纸上平稳顺滑行驶，并通过判断各类交叉线，完成小车的转弯，从而实现了线路控制.本篇将介绍智能小车对物块颜色的识别以及物块的钩取技术，从而完成赛事指定的搬运任务.
1 颜色识别
颜色传感器是根据三基色原理，通过设置滤波器颜色选择的引脚，可以分别检测出物块颜色中的红（R）、绿（G）、蓝（B）三基色的强度，即饱和度数值，以及含白度即亮度数值，通过这些数值比对，即可区分物块的颜色.
TCS3200 是常见的一款颜色传感器（见图1）.其核心部件是二极管光电滤波器.其中管脚S0 和S1组合可以选择滤波器透光频带的比率，与测量的颜色饱和度数值大小相关.本例设置为S0=1，S1=0，即20%比率.S2 和S3 组合可以选择滤波器频带，即选择所测量的哪一种基色，譬如S2=0，S3=0，测量三基色中的红色.特别地，如果设置S2=1，S3=0，对滤波器不做选择，全透射，可测量白度即亮度数值.毫无疑问，白色物块的亮度最高，黑色物块亮度最低，以此判断出黑白2 种颜色物块.
图1 颜色传感器TCS3200 示意
为简单起见，本项目采用第三方函数支持库“tcs3200.h”，其中的类tcs3200 中的成员函数color⁃Read（），可以方便读取物块三基色颜色的饱和度以及白度.关于tcs3200 类，程序开源，这里不做赘述.颜色测量应用程序为：
/*定义对象tcs，同时设定与OpenDuino 控制板数字端口14～18 连接，分别对应颜色传感器的S0，S1，S2，S3，OUT，并初始化.*/
/*根据以上数值做比对，判断颜色.以下均为实验数值，先行区分白度，鉴别出黑白物块.*/
将测量数值逐一通过串口监视器显示出来，是非常必要的.测量值受室内光线影响较大，在搬运物块前，务必先行修正比对参数值，通常只需要修改上述程序中的判断黑白两色的白度值即可.
2 物块捕获
本竞赛项目除任务一的物块放置A、C 和E 3 个区，还有任务二的10 个物块分2 组均放在F 和G 区（图2）.本例采用舵机操作钩取物块的方式捕获物块，关键因素是准确测量机器人小车距物块的距离.
图2 物块堆放区
超声波测距选用通行的HC⁃SR04 模块（图3）.该模块通过Trig 触发发出超声波，超声波遇到物块产生回波，转化为电信号由Echo 传入控制板进行处理，依据超声波的传输速度和反射时间计算出距物块的距离.
图3 HC⁃SR04 超声波测距模块示意
本例采用第三方支持库函数“HCSR04.h”实现距离测量.其定义的类UltraSonicDistanceSensor 中的成员函数measureDistanceCm（float temperature）如下，形式参数temperature 为当前室温：
/*以下触发产生10μs 超声波*/
/*以下考虑室温测量反射波时间计算距离*/
/*距离等于零或者大于某个参考值（本例修改为8.8 cm，依据是钩子的臂长）返回-1.0，其他情况返回实际距离*/
在编写实际下钩捕获物块程序前，先测量最远和最近的下钩距离，本例分别为7.68 和6.02 cm.以下是下钩捕获物块程序，室温参数26°C：
以上物块捕获程序，智能小车在循线运动过程中完成测量.小车在接近物块时需要前后移动，找到最佳下钩距离.实际应用需要根据室温、钩子臂长等因素修改程序的参数.
需要说明的是，任务二在小车接近F 或G 区堆放物块并测量之前，应先转角以对准所捕获物块（图4），转角弧度值可以通过三角公式计算. θ=arctan（a/b）.如果小车旋转角速度为V，单位设定为radin/ms，则利用行驶函数延迟以对准物块：
图4 转角对准物块示意
在实验过程中，也可自右向左（或相反）超声波扫描以对准物块，实现程序不再赘述.
3 结束语
通过2 篇文稿的叙述，介绍了马达驱动机器人小车的设计、部分选材与制作特点，重点介绍了模拟循线、线路控制，以及对物块颜色识别、通过超声波测距准确捕获的系列程序，均为机器人小车顺利完成任务的关键所在.
也需要说明，本例的钩取物块方案不能获得竞赛满分130 分的成绩，要获得该成绩，需要将物块逐一码放在靶区10 环位置，这需要较为复杂的机械设计，而机械设计并非首都师范大学数学科学学院学生的特长，实现方法在进一步探讨中.
目前，数学科学学院学生在老师的指导下，尝试采用树莓派控制板与摄像头相结合，通过复杂的图像算法实现机器人小车的循线、颜色识别，以及距离测量等关键技术.该实验还在进行中，一旦顺利实施，将以此技术参加工程大赛，也将形成文稿与读者分享、共勉.
［1］ 赵彬，高宏力，张艳荣，等.搬运机器人控制系统设计［J］.机械设计与制造，2014（12）：183-186.
［2］ 王媛媛，刘海龙，蔡逸锋.基于单片机的吸附式仓储搬运机器人研发［J］.机电信息，2020（5）：85+88.
［3］ 徐明娜，张峰，寇志伟.教学手动机器人控制系统设计与实现［J］.制造业自动化，2015（7）：120-123.
［4］ 陈吕洲.Arduino 程序设计基础［M］.2 版.北京：北京航空航天大学出版社.2015.
［5］ 李振宇.基于Arduino 技术的光电搬运机器人设计与编程（一）：循线技术与线路控制［J］.首都师范大学学报（自然科学版），2021，42（4）：8-11.