智能机器人构成原理ppt课件

第二章智能机器人构成原理,主讲：张涛Email:zhangtao电话公室：1#实验楼1505,河南理工大学电工电子实验中心,第二章智能机器人构成原理,物理学家来告诉我们,一、怎样制造智能机器人？,第二章智能机器人构成原理,物理学家来告诉我们,一、怎样制造智能机器人？,PrimaryObjectives（基本目标）（一）RecognizetheEnvironment（识别环境）（二）Learnonitsown（自主学习）（三）Super-fastbrain（超快大脑）（四）VersatileBody（多功能本体）,PrimaryObjectives（基本目标）（一）RecognizetheEnvironment（识别环境）（二）Learnonitsown（自主学习）（三）Super-fastbrain（超快大脑）（四）VersatileBody（多功能本体）,第二章智能机器人构成原理,一般可以分为硬件和软件两部分构成,二、智能机器人的构成,硬件,软件,第二章智能机器人构成原理,从结构和功能上来分：,三、智能机器人的硬件构成,（一）RecognizetheEnvironment（识别环境）（三）Super-fastbrain（超快大脑）（四）VersatileBody（多功能本体）,第二章智能机器人构成原理,（一）RecognizetheEnvironment（识别环境）各种传感器来实现（机器感觉）,三、智能机器人的硬件构成,我们人类是通过眼睛来观察事物、耳朵来辨别声音、手脚来触摸事物、鼻子来辨别气味、舌头来感觉味道等，那机器人用什么来感世界呢？,第二章智能机器人构成原理,（一）RecognizetheEnvironment（识别环境）各种传感器来实现（机器感觉）,三、智能机器人的硬件构成,1、碰撞传感器碰撞传感器是使智能机器人有感知碰撞信息能力的传感器。也叫“限位开关”。,第二章智能机器人构成原理,三、智能机器人的硬件构成,2、远红外传感器远红外传感器将外界红外光的变化转化为电流的变化，在电阻上产生电压，通过A/D转换器反映为01023范围内的数值。外界红外光越强，数值越小。因此越靠近热源，机器人显示读数越小。根据函数返回值的变化能判断红外光线的强弱,从而能大致判别出热源的远近。,（一）RecognizetheEnvironment（识别环境）各种传感器来实现,第二章智能机器人构成原理,三、智能机器人的硬件构成,3、光敏传感器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，室内照度下几千，阳光或强光下几十。,（一）RecognizetheEnvironment（识别环境）各种传感器来实现,第二章智能机器人构成原理,三、智能机器人的硬件构成,4、麦克风麦克风(microphone)是能够识别声音声强大小的声音传感器。,（一）RecognizetheEnvironment（识别环境）各种传感器来实现,第二章智能机器人构成原理,三、智能机器人的硬件构成,5、光电编码器光电编码器是一种能够传递位置信息的传感器，它由光电编码模块及码盘组成。,（一）RecognizetheEnvironment（识别环境）各种传感器来实现,第二章智能机器人构成原理,三、智能机器人的硬件构成,6、热释电传感器热释电传感器对移动的人体热源敏感，可以探测几米外的人体。机器人装上1个或几个热释电传感器后，你可以让他一看见你，就向你迎过来，让他跟着你走。,（一）RecognizetheEnvironment（识别环境）各种传感器来实现,第二章智能机器人构成原理,三、智能机器人的硬件构成,7、超声传感器超声传感器是机器人测距的专业传感器，测量距离一般为20cm-6m，测量精度为1%，是测量声波发射与收到回波之间的时间差来测量距离的。,（一）RecognizetheEnvironment（识别环境）各种传感器来实现,第二章智能机器人构成原理,三、智能机器人的硬件构成,8、连续测距红外传感器SHARP公司推出了创新的GP2D02/GP2D12连续测距红外传感器，测量范围为10cm-80cm，参加灭火比赛时，用它来找房间门非常棒。,（一）RecognizetheEnvironment（识别环境）各种传感器来实现,第二章智能机器人构成原理,三、智能机器人的硬件构成,9、数字指南针自主机器人的导航至今仍是世界性难题，借助数字指南针，可以使大学版机器人辨别方向。,（一）RecognizetheEnvironment（识别环境）各种传感器来实现,第二章智能机器人构成原理,三、智能机器人的硬件构成,10、温度传感器想让机器人动态告诉你气温吗？加一个温度传感器是个好方法。,（一）RecognizetheEnvironment（识别环境）各种传感器来实现,第二章智能机器人构成原理,三、智能机器人的硬件构成,11、无线视觉传感器用智能机器人来作移动的监视平台。你可以在上安装无线摄像头，把视频信号发射出来，用PC机接收后进行图象处理。,（一）RecognizetheEnvironment（识别环境）各种传感器来实现,第二章智能机器人构成原理,三、智能机器人的硬件构成,11、红外避障传感器用来探测的不同方向的障碍物，可以使机器人有效的避开障碍物。,（一）RecognizetheEnvironment（识别环境）各种传感器来实现,第二章智能机器人构成原理,三、智能机器人的硬件构成,还有各种各样的传感器，如火星车上的矿物质传感器，用来探测火星上的岩石的元素，从而来推测火星上是否有水的存在；湿度传感器、烟雾传感器等等。总之，随着电子技术、纳米技术、控制技术、机械加工等科技的发展，传感器技术进一步发展，能够为智能机器人提供更多的先进的传感器，使其“感觉”更加丰富。,（一）RecognizetheEnvironment（识别环境）各种传感器来实现,智能机器人构成原理,（三）Super-fastbrain（超快大脑）,三、智能机器人的硬件构成,我们人类是通过眼睛来观察事物、耳朵来辨别声音、手脚来触摸事物、鼻子来辨别气味、舌头来感觉味道等，把这些信息送到大脑里，进行判断处理，指挥我们的肢体进行相应的动作，那机器人用什么来进行思考呢？各种处理器,智能机器人构成原理,（三）Super-fastbrain（超快大脑）各种处理器,三、智能机器人的硬件构成,处理器通常指微处理器、微控制器和数字信号处理器这三种类型的芯片。1、微处理器（MPU）通常代表一个功能强大的CPU,但不是为任何已有的特定计算目的而设计的芯片。这种芯片往往是个人计算机和高端工作站的核心CPU。微处理器在电路板上必须包含ROM、RAM、总线接口及这种外设器件，从而降低了系统的可靠性。ARM9以上和INTELX86等。,智能机器人构成原理,（三）Super-fastbrain（超快大脑）各种处理器,三、智能机器人的硬件构成,2、微控制器（MCU）微控制器一般以某一种内核为核心，芯片内部集成ROM、E2ROM、RAM、总线、总线逻辑、定时、计数器、看门狗、GPIO、PWM、AD、DA、FLASH等各种必要功能和外设，实现嵌入式应用,故称单片机(singlechipmicrocomputer)。为了更好满足控制领域的嵌入式应用,单片机中不断扩展满足控制要求的电路单元。目前,单片机已广泛称作微控制器（MCU）。ARM7、ARMCortexM3内核组成的芯片等。,智能机器人构成原理,（三）Super-fastbrain（超快大脑）各种处理器,三、智能机器人的硬件构成,3、数字信号处理器（DSPs）数字信号处理器（DSPs）里的CPU是专门设计用来极快地进行离散时间信号处理计算的,比如那些需要进行音频和视频通信的场合。DSPs内含乘加器,能比其它处理器更快地进行这类运算。最常见的是TI的TMS320CXX系列和Motorola的5600X系列。,智能机器人构成原理,（三）Super-fastbrain（超快大脑）各种处理器,三、智能机器人的硬件构成,4、可编程控制器（PLC）可编程控制器(ProgrammablelogicController)，是指以计算机技术为基础的新型工业控制装置。说明的是PLC其实也是单片机做的，只是特殊的单片机专用的一类芯片），主要特点；稳定性高。缺点：价格高。,智能机器人构成原理,（三）Super-fastbrain（超快大脑）各种处理器,三、智能机器人的硬件构成,5、PC机计算机直接用我们的计算机，来做为机器人的大脑进行复杂的数据处理，来控制机器人相应的动作。,智能机器人构成原理,（三）Super-fastbrain（超快大脑）各种处理器,三、智能机器人的硬件构成,目前我们常用的处理器有哪些呢？1、8051单片机最早有Intel公司推出8051/31类单片机,也是世界上使用量最大的几种单片机之一.由于Intel公司将重点放在186,386,奔腾等与PC类兼容的高档芯片开发上,8051类单片机主要有Philips,三星,华帮等公司接手.这些公司在保持与8051单片机兼容基础改善了8051的许多特点.提高了速度,降低了时钟频率,放宽了电源电压的动态范围,降低了产品价格.,智能机器人构成原理,（三）Super-fastbrain（超快大脑）各种处理器,三、智能机器人的硬件构成,2、Atmel单片机ATMEL公司最令人注目的是它的EEPROM电可擦除技术、闪速存储器技术。其生产的AT90系列是增强型RISC内载FLASH单片机,通常称为AVR系列.AT91M系列是基于ARM7TDMI嵌入式处理器的ATMEL16/32微处理器系列中的一个新成员该处理器用高密度的16位指令集实现了高效的32位RISC结构且功耗很低.另外ATMAL的增强型51系列单片机目前在市场上仍然十分流行,其中AT89S51/52十分活跃.,智能机器人构成原理,（三）Super-fastbrain（超快大脑）各种处理器,三、智能机器人的硬件构成,3、Microchip单片机Microchip单片机是市场份额增长最快的单片机.他的主要产品是16C系列8位单片机,CPU采用RISC结构,仅33条指令,运行速度快,且以低价位著称,一般单片机价格都在1美元以下.Microchip单片机没有掩膜产品,全部都是OTP器件(现已推出FLASH型单片机).Microchip强调节约成本的最优化设计,是使用量大,档次低,价格敏感的产品.,智能机器人构成原理,（三）Super-fastbrain（超快大脑）各种处理器,三、智能机器人的硬件构成,4、TI公司的MSP430系列单片机MSP430系列单片机是由TI公司开发的16位单片机。其突出特点是超低功耗，非常适合于各种功率要求低的场合。有多个系列和型号，分别由一些基本功能模块按不同的应用目标组合而成。典型应用是流量计、智能仪表、医疗设备和保安系统等方面。由于其较高的性能价格比，应用已日趋广泛。,智能机器人构成原理,（三）Super-fastbrain（超快大脑）各种处理器,三、智能机器人的硬件构成,5、凌阳单片机中国台湾凌阳科技股份有限公司(SunplusTechnologyCO.LTD)至力于8位和16位机的开发.SPMC65广泛应用于家用电器、工业控制、仪器仪表、安防报警、计算机外围等领域。SPMC75系列单片机自主知识产权的MSP（MicrocontrollerandSignalProcessor）16位微处理器SPMC75系列单片机集成了多种功能模块：多功能I/O口、串行口、ADC、定时计数器等，以及能产生电机驱动波形的PWM发生器、多功能的捕获比较模块、BLDC电机驱动专用位置侦测接口、两相增量编码器接口等特殊硬设，主要用于变频马达驱动控制。,智能机器人构成原理,（三）Super-fastbrain（超快大脑）各种处理器,三、智能机器人的硬件构成,6、Motorola单片机Motorola是世界上最大的单片机厂商,品种全,选择余地大,新产品多,在8位机方面有68HC05和升级产品68HC08,8位增强型单片机68HC11,升级产品有68HC12.16位单片机68HC16也有十多个品种.32位单片机683XX系列也有几十个品种.近年来以PowerPC,Codfire,M.CORE等作为CPU,用DSP作为辅助模块集成的单片机也纷纷推出,目前仍是单片机的首选品牌.Motorola8位单片机过去策略是掩膜为主,最近推出OTP计划以适应单片机的发展,在32位机上,M.CORE在性能和功耗上都胜过ARM7.,智能机器人构成原理,（三）Super-fastbrain（超快大脑）各种处理器,三、智能机器人的硬件构成,7、Zilog单片机Z8单片机是该公司的产品,采用多累加器结构,有较强中断处理能力.产品为OTP型,Z8单片机的开发工具可以说是物美价廉.Z8单片机以低价位的优势面向低端应用,以18引脚封装位主,ROM位0.52KB.最近Zilog公司又推出了Z86系列单片机,该系列内部集成廉价的DSP单元.,智能机器人构成原理,（三）Super-fastbrain（超快大脑）各种处理器,三、智能机器人的硬件构成,8、Scenix单片机Scenix单片机(Ubicom公司)的I/O模块最有创意.I/O模块的集成与组合技术是单片机技术不可缺少的重要方面.除传统的I/O功能模块如并行I/O,URT,SPI,I2C,A/D,PWM,PLL,DTMF等,新的I/O模块不断出现,如USB,CAN,J1850,最具代表的是Motorola32位单片机,它集成了包括各种通信协议在内的I/O模块,而Scenix单片机在I/O模块的处理上引入了虚拟I/O的概念.Scenix单片机采用了RISC结构的50MHzCPU.单片机的封装采用20/28引脚.公司提供各种I/O的库函数,如多路UART,多种A/D,PWM,SPI,DTMF,FSK,LCD驱动等,这些都是通常用硬件实现起来相当复杂的模块.,智能机器人构成原理,（三）Super-fastbrain（超快大脑）各种处理器,三、智能机器人的硬件构成,9、NEC单片机NEC单片机自成体系,以8位机78K系列产量最高,也有16位,32位单片机.16位单片机采用内部倍频技术,以降低外时钟频率.有的单片机采用内置操作系统.NEC的销售策略注重服务大客户,并投入相当大的技术力量帮助大客户开发新产品.,智能机器人构成原理,（三）Super-fastbrain（超快大脑）各种处理器,三、智能机器人的硬件构成,10、东芝单片机东芝单片机从4位倒64位,门类齐全.4位机在家电领域仍有较大市场.8位机主要有870系列,90系列等.该类单片机允许使用慢模式,采用32KHz时钟功耗低至10uA数量级.CPU内部多组寄存器的使用,使得中断响应与处理更加快捷.东芝公司的32位机采用MIPS3000ARISC的CPU结构,面向VCD,数字相机,图象处理市场.,智能机器人构成原理,（三）Super-fastbrain（超快大脑）各种处理器,三、智能机器人的硬件构成,11、富士通单片机富士通也有8位,16位和32位单片机,但是8位机使用的是16位的CPU内核.也就是说8位机与16位机指令相同,使得开发比较容易.8位机有名是MB8900系列,16位机有MB90系列。富士通注重服务大公司,大客户,帮助大客户开发产品.,智能机器人构成原理,（三）Super-fastbrain（超快大脑）各种处理器,三、智能机器人的硬件构成,12、Epson单片机Epson(日本爱普生)公司以擅长制造液晶显示器著称,故Epson单片机主要为该公司生产的LCD配套.其单片机的LCD驱动做的特别好.在低电压,低功耗方面也很有特色.目前0.9V供电的单片机已经上市,不久LCD显示手表将使用0.5V供电.,智能机器人构成原理,（三）Super-fastbrain（超快大脑）各种处理器,三、智能机器人的硬件构成,13、NS单片机COP8单片机是美国国家半导体公司的产品,该公司以生产先进的模拟电路著称,能生产高水平的数字模拟混合电路.COP8单片机内部集成了16位A/D,这在单片机中是不多见的.COP8单片机内部使用了EMI电路,在”看门狗”电路以及STOP方式下的唤醒方式都有独到之处.此外,COP8的程序加密也做的非常好.,智能机器人构成原理,（三）Super-fastbrain（超快大脑）各种处理器,三、智能机器人的硬件构成,14、STC单片机STC单片机完全兼容51单片机,并有其独到之处,其抗干扰性强,加密性强,超低功耗,可以远程升级,内部有MAX810专用复位电路,价格也较便宜,由于这些特点使得STC系列单片机的应用日趋广泛.,智能机器人构成原理,（三）Super-fastbrain（超快大脑）各种处理器,三、智能机器人的硬件构成,15、三星单片机三星单片机有KS51和KS57系列4位单片机,KS86和KS88系列8位单片机,KS17系列16位单片机和KS32系列32位单片机,三星还为ARM公司生产ARM单片机,常见的S344b0等.三星单片机为OTP型ISP在片编程功能.,智能机器人构成原理,（三）Super-fastbrain（超快大脑）各种处理器,三、智能机器人的硬件构成,16、华帮单片机华帮单片机属于8051类单片机,它们的W78系列与标准的8051兼容,W77系列为增强型51,对8051的时序做了改进.同样时钟下速度快了不少.在4位机上华帮有921系列,带LCD驱动的741系列.在32位机方面,华帮使用了惠普公司PA-RISC单片机技术,生产低位32位RISC单片机.,智能机器人构成原理,（三）Super-fastbrain（超快大脑）各种处理器,三、智能机器人的硬件构成,17、SST单片机美国SST公司推出的SST89系列单片机为标准的51系列单片机,包括SST89E/V52RD2,SST89E/V54RD2,SST89E/V58RD2,SST89E/V554RC,SST89E/V564RD等.它与8052系列单片机兼容.提供系统在线编程(ISP功能).内部flash擦写次数1万次以上,程序保存时间可达100年.,智能机器人构成原理,（三）Super-fastbrain（超快大脑）各种处理器,三、智能机器人的硬件构成,单片机应用领域汇总1.用图象传感器测量线才系统2.卫星电视的串口模拟SPI、I2C的应用，如雷达录取的数据传送。3.直接与AD芯片配合进行各种数据传感器配合。4.利用单片机与PC机的232通讯进行控制，单片机为控制对象。5.通过IC卡、单片机、PC机构成的各种收费系统。6.通过单片机控制各种步进电机完成工控任务系统7.通过单片机控制各种电慈设备完成工控任务系统（如程控交换系统）8.可应用在电机的变频技术上的控制领域中。9.各种测量工具如水位尺，它在水文上的应用很普及。,智能机器人构成原理,（三）Super-fastbrain（超快大脑）各种处理器,三、智能机器人的硬件构成,单片机应用领域汇总10.大型指针钟控制器，主要根据时间控制电机带动指针。11.电子配料控制仪，基于小型生产的自动或半自动控制，如控制上料、搅拌等12.用定时器和捕获功能进行某一系统的检测。可提供报警、控制等。如水位控制、温度控制，全自动洗衣机等。13.电子称重计14.教学用仪器、医疗仪器。15.由单片机构成的霓虹灯控制器。16.在刚的热处理中采用热磁仪测量。,智能机器人构成原理,（三）Super-fastbrain（超快大脑）各种处理器,三、智能机器人的硬件构成,单片机应用领域汇总17.各种金属探伤仪器。18.矿山生产智能监测仪。19.煤矿的产煤计数器20.汽车安全系统21.智能玩具22.用超声波测量江河水位23.交流电监测仪24.消防系统报警监测仪25.各类水表、电表,智能机器人构成原理,（三）Super-fastbrain（超快大脑）各种处理器,三、智能机器人的硬件构成,总之，单片机技术使用范围广，在各种仪器仪表生产单位、石油、化工，纺织、机械的加工等各个行业中都有广泛的应用。随着