机器人实训.doc

目录一、大学版智能机器人简介 二、实训项目项目一、智能机器人工作环境项目二、机器人的基本运动控制1、机器人走正方形2、机器人变速前进项目三、基于红外线传感器机器人项目四、基于碰撞开关的避障机器人 三实训心得机器人简介1.机器人产生介绍 机器人产生的背景，机器人技术的发展，它应该说是一个科学技术发展共同的一个综合性的结果。美国 是机器人的诞生地，早在1962年就研制出世界上第一台工业机器人，比起号称机器人王国的日本起步至少要早五六年。 那么什么是机器人呢？人们一般的理解来看，机器人是具有一些类似人的功能的机械电子装置，或者叫自动化装置，它仍然是个机器，它有三个特点，一个是有类人的功能，比如说作业功能，感知功能，行走功能，还能完成各种动作，它还有一个特点是根据人的编程能自动的工作，这里一个显著的特点，就是它可以编程，改变它的工作、动作、工作的对象，和工作的一些要求，它是人造的机器或机械电子装置。但从完整的更为深远的机器人定义来看，应该更强调机器人智能，所以人们又提出来机器人的定义是能够感知环境，能够有学习、情感和对外界一种逻辑判断思维的这种机器。那么这给机器人提出来更高层次的要求，展望21世纪，机器人将是一个与20世纪计算机的普及一样，会深入地应用到各个领域，在21世纪的前20年是机器人从制造业走向非制造业的发展一个重要时期，也是智能机器人发展的一个关键时期。2大学版智能机器人结构：机器人一般由执行机构、驱动装置、检测装置和控制系统等组成。 机器人的组成部分也可划分为硬件与软件两部分，其中软件包括控制规则与控制接口。 3.1大学版智能机器人控制部分：主板盒外观图3.1.1控制部分内容：功能介绍电源开关：用来打开和关闭机器人。充电插座：充电。（显示欠压报警则应充电。）下载口：将编辑好的程序下载到机器人的主板上。下载线的一端接计算机另一端接机器人。备用电源：电池发生损坏或无法充电时，即可使用备用电源。切换开关：切换电源和备用电源。复位：复合按钮，含有下载功能和复位功能。运行：打开电源，按下运行，机器人可运行存储在内部的程序。欠压报警：当机器人电压不足时，欠压报警指示灯便会有所指示，此时则应充电。话筒 ： MT-UROBOT机器人的话筒的功能很强，它可以感受到声音的强弱。我们知道我们自己的耳朵并不是所有声音都可以听见的，我们听见的声音在一定的频率范围内，MT-UROBOT的“耳朵”也是这样，它能听见的声音频率范围跟人能听到的范围大致是一样的，大约是16Hz20000Hz的机械波。 MT-UROBOT机器人在听到你的声音命令后，会根据你的指示（由程序事先输入）采取行动。MT-UROBOT机器人话筒也就是麦克风，在主板盒上面的右上方。通信指示灯：指示灯位于机器人主板的前方，在给机器人下载程序时，这个黄灯会闪烁，这样就表名下载正常，程序正在进入机器人的大脑即CPU.3.1.2传感器光电耦合器 碰撞开关 红外发射、接收传感器 码盘 光电编码器 光敏传感器 1.传感器介绍MT-UROBOT机器人的下部放置了一个碰撞系统，保证MT-UROBOT机器人的正常活动。MT-UROBOT机器人的碰撞机构能够检测到来自前后各120范围内物体的碰撞，使MT-UROBOT机器人遭遇到来自不同方向的碰撞后，能够转弯避开并保持正常活动。前后的碰撞系统分别由一个被弹性固定到机器人主体上的半环状金属片和三个碰撞开关组成。来自不同方向的碰撞将使不同的碰撞开关闭合，从而可以判断出障碍物的方向。红外传感器：MT-UROBOT机器人的红外传感器共包含两种器件：红外发射管和红外接收管，红外接收管可以安装于MT-UROBOT机器人的正前方，两只红外发射管安装于红外接收管的两侧；同时红外发射管也可以安装于MT-UROBOT机器人的正前方，两只红外接受管安装于红外发射管两侧。而且他们也可以安装到灭火风扇支架上面，因而MT-UROBOT机器人提供给了用户更多的发挥自主创新的空间。红外发射管可以发出红外线，红外线在遇到障碍后被反射回来，红外接收管接收到被反射回来的红外线以后，通过A/D转换送入CPU进行处理。红外传感器能够看到前方10cm80cm ，90范围内的比210mmx150mm面积大的障碍物，如果障碍物太小太细、或者在它的可视范围以外，它可就没法看到了。 在MT-UROBOT机器人的可视范围内，它的可视距离是可调整的。光敏传感器：光敏传感器是由两个光敏电阻组成，它可以安装于机器人的传感器支架、灭火风扇支架上的任意位置。光敏传感器能够探测光线，不过在这里我们是让它看见特定的颜色。我们在MT-UROBOT机器人的光敏传感器罩上了一层滤光纸，通过它的颜色来决定MT-UROBOT机器人能探测什么颜色的光线。大学版机器人智能机器人上有2个光敏传感器，它可以检测到光线的强弱。光敏传感器其实是一个光敏电阻，它的阻值受照射在它上面的光线强弱的影响。 大学版机器人智能机器人所用的光敏电阻的阻值在很暗的环境下为75，室内照度下几，阳光或强光下几十。 安装：光敏传感器是一个可变的电阻，它的接插方式没有方向性，在扩展板上的位置如图光电编码器：MT-UROBOT机器人里有码盘和光耦（光电编码器）。光电编码器主要作为控制的反馈信号。光耦通过测定随轮轴一起转动的码盘的转动角度，得出轮子所转动的圈数，从而测定距离。地面灰度传感器及金属接近开关 地面灰度传感器也叫寻迹传感器：它由一个红外光发射管和一个红外接受管组成，由于地面的灰度不同，经过反射，接收管接收到的信号也会发生相应的变化，从而可以得到地面上灰度的信息。3.1.3执行部分 MT-UROBOT机器人的执行部分是指机器人执行具体功能时所要用到的部件，如图 MT-UROBOT执行部分所示，MT-UROBOT机器人的执行部分共有以下五种： 扬声器、LCD、主动轮及其驱动机构、从动轮、直流电机。扬声器： MT-UROBOT机器人也可以通过扬声器发出一定频率的声音，也可以通过编程让机器人演奏歌曲。LCD ： MT-UROBOT机器人上的LCD为12864，可以显示中文以及各种字符。利用LCD可以单步显示程序运行的中间结果。主动轮及其驱动机构： MT-UROBOT机器人的主动轮有两只，金属铝芯，橡胶外胎，能够完成向前直走，向后转弯，左转，右转，这些平地上的技术动作；驱动机构由直流电机和减速比约为30：1的齿轮箱构成，齿轮减速箱将直流电机输出的扭矩和转速转化为MT-UROBOT可以需要的扭矩和转速。动力强劲，效率高，噪音小。从动轮。MT-UROBOT机器人有1只从动轮，和两只主动轮形成三角支撑着机器人的身体。从动轮随着主动轮的方向改变自己的方向。众所周知，三点支撑结构是最稳定的结构，从动轮和两个主动轮形成了一个稳定的支撑结构。直流电机：在MT-UROBOT机器人上有两个高速直流电机接口：数字量接口DI1DI6 模拟量接口AD1AD8二实训项目项目一、智能机器人工作环境一、项目目的：1. 熟悉大学版机器人的编程环境2. 了解流程图编程方法3. 掌握程序下载方法二、项目设备1.带串口计算机一台（计算机没有串口的可以用一根USB转串口线）2.大学版智能机器人一台3.下载线一根三、项目步骤及内容 大学版智能机器人的编程环境是完全兼容标准C的开发环境，它有两种编程模式供选择一种流程图，一种是C语言。流程图把程序以图形的形式来表现，这种编程非常容易让初级用户接受，甚至没有接触过C语言的用户也可以很快掌握基础程序的编写。下面我们详尽的介绍智能机器人的开发环境。1. 本软件无需安装，将随机光盘中的mtu文件夹拷贝到C盘目录下2. 打开文件夹找到配置文件mtu.ini,如图图1.1红色标示出为软件工作路径，把它修改成当前文件存放的位置，如现在的放的C盘目录下，那么文件路径修改为：WORK_PATH =c:mtuprojects。当然你也可以将mtu文件夹放置在其他的驱动盘中，只要每次把WORK_PATH设置为mt-u软件的工作路径。3.在这个文件中另外一个需要修改的参数是PORT，此参数标示了我们使用PC机上的第几个串口向机器人下载程序，PC机上的串口是可以随时更改的，更改方式：控制面板-系统-硬件-设备管理器-端口，确保通讯端口号和文件中的PORT端口号是一致的。例如图1.2中的通讯端口号是COM1，则mtu.ini文件中的PORT应为PORT=1. 图1.24.打开mtu.exe文件出现如图界面，在新建项下两个选项：流程图和C语言编程环境图1.3打开项下点击浏览可以打开已经有的文件。选择流程图语言确定，出现开发环境界面如下：C语言编辑区流程图编辑区流程图模块图1.4流程图模块区一共分为执行模块、数字信号输入、数字信号输出、模拟信号输入、控制逻辑几个模块。写程序时只要把相应的模块拖到流程图编辑区连就可以了，模块间的连接，把两个模块拖动到很近时就能自动连接起来了，同时在C语言区生成相应的C语言代码。5.用流程图编写第一个程序在机器人开发环境中编写自己的第一个程序。按上述步骤打开编程环境，开始编写程序。我们第一个程序的功能是实现机器人前进一段时间停下。步骤一：把直行模块用鼠标左键拖到流程图编辑区，靠近开始模块，连接点自动连接将两个起来。在直行模块上点击右键，选属性来修改直行速度。-图1.5图1.6 步骤二：把等待模块拖入到流程图编辑区，参数修改同上，修改为2000，单位为毫秒。 步骤三：停止模块拖到编辑区。图1.7 步骤四：点击“编译” ，在界面信息栏会出现如下的编译成功提示。6.程序的下载 对机器人本体和接口的详尽介绍请参照使用手册。下载前对端口进行配置，在上面设置工作路径的同一文件中的PORT项进行设置，下载线两端分别连接计算机串口与机器人的下载口。打开电源，通过选择键，选择“下载”“OK” 按下本体上黄色下载键，液晶屏上出现“下载等待”，此时将前面在开发环境中编译好的程序下载到机器人中，点击下载，如果连接线和端口设置没有问题，在机器人上会显示“正在下载”的字样，下载完成在PC机和机器人端都会有下载成功的提示。四、练习题1.尝试下载mtu自带的sample程序。2.用流程图写一个走圆的程序。机器人走圆流程图机器人走圆程序#include #include ingenious.hvoid main() move(200, 200, 0); sleep(2000); stop();项目二、机器人的基本运动控制一、项目目的1.进一步熟悉编程环境2.掌握如何控制机器人运动速度和方向3.C语言循环语句的应用4.了解直流电机的调速原理二、项目设备1.带串口计算机一台2.大学版智能机器人一台3.下载线一根三、项目步骤及内容本项目要实现的内容为机器人的原地加速旋转，当达到一定的速度时间停下。在头文件库ingenious.h中，有一对电机速度和方向控制函数move(100,100,0);三个参数分别表示左轮速度，右轮速度，和扩展电机速度。参数变化范围为（01000），如果参数为负的表示向相反的方向。原地加速旋转程序思想：1.原地旋转，左右轮运动方向相反 2.加速，只要把电机运动速度做成一个递增的变量程序流程图：四、练习题1、机器人走正方形机器人走正方形程序#include #include ingenious.hvoid main() int i; for(i=0; i2; i+) move(100, 100, 0); sleep(1000); move(100, -100, 0); sleep(1000); stop();2、机器人变速前进机器人加速前行程序#include #include ingenious.hvoid main() int i; for(i=0; i2; i+) move(100, 100, 0); sleep(2000); stop();项目三、基于红外线传感器的避障机器人一、 项目目的1.熟悉机器人扩展板上接口2.了解红外传感器避障基本原理3.设计自己避障策略，编写程序二、项目设备1.带串口计算机一台2.大学版智能机器人一台3.下载线一根三、项目步骤及内容1.在机器人本体的传感器支架上红外传感器的分布如图红外接收红外发射2红外发射1红外发射3图3.1AD1 三个红外发射传感器依次向外发射红外光，当遇到障碍物时，红外光被反射回来，红外接收传感器接收到信号判断该方向有障碍物。由于传感器的数量和分布的原因这种避障方式会有出现盲区，这就需要辅助其他传感器的综合应用相互补充。在每一个红外发射传感器的电路板上有一个可变电阻，用来调节发射红外线的强度。DI1D8 2.扩展板上的接口如图DI6DO1DO5A图3.23.程序编写在ingenious.h库中，有封装好的函数可以调用，IR_CONTROL(6,1);传递的参数6表示红外接收端接口在DI口的第6个接口，1表示红外发射1。在有障碍物时函数返回值为0，否则为1。 避开障碍物的策略时左边有障碍向右转，右边有障碍往左转，前左有障碍后退右转，前右有障碍后退向左。项目例程采用的是这个比较简单策略，没有完全考虑所有可能的情况。项目练习题 基于红外线避障机器人流程图基于红外线避障机器人程序#include #include ingenious.hint obstacle1=0;int obstacle2=0;int obstacle3=0;void main() while(1) obstacle1 =IR_CONTROL(6,1); obstacle2 =IR_CONTROL(6,2); obstacle3 =IR_CONTROL(6,3); Mprintf(3,obs1=%d,obstacle1,); Mprintf(5,obs2=%d,obstacle2,); Mprintf(7,obs3=%d,obstacle3,); if(obstacle1& obstacle2& obstacle3) move(200, 200, 0); else if(!obstacle1&obstacle2) move(-400, -400, 0); sleep(2000); move(-200, 200, 0); else if(!obstacle3&obstacle2) move(-200, -200, 0); sleep(2000); move(-200, 200, 0); else move(-200, -200, 0); stop();项目三、基于碰撞开关的避障机器人一、 项目目的1.了解碰撞开关的基本原理2.编写一基于碰撞开关的避障程序二、项目设备1.带串口计算机一台2.大学版智能机器人一台3.下载线一根 三、项目原理及内容 为弥补红外传感器带来的盲区，在机器人的前后都加有碰撞环，在碰撞环的后面加有碰撞开关。碰撞开关的分布图如图5.1大学版机器人智能机器人的前、左前、右前设置有三个碰撞开关（常开），它们与碰撞环共同构成了碰撞传感器(见图5.2)，可以通过扩展在机器人的后、左后、右后设置三个碰撞开关。碰撞环与底盘柔性连接，在受力后与底盘产生相对位移，触发固连在底盘上相应的碰撞开关，使之闭合图5.1 图5.2程序思想：前方无碰撞，向前行走，有碰撞：正前方碰，后退左转；左边或左前方碰，后退右转；右边或右前方碰，后退左转；然后继续向前行走。四练习题基于碰撞开关的避障机器人流程图基于碰撞开关的避障机器人程序#include #include ingenious.hint DI_1 = 0;int DI_2 = 0;int DI_3 = 0;void main() while(1) DI_1 = DI(1); DI_2 = DI(2); DI_3 = DI(3); if(DI_1=1) m