机器人课程设计_图文

1、北京信息科技大学自编实验讲义机器人控制 课程设计指导书许晓飞编著 自动化学院智能科学与技术系2010年 1月前 言一 、 实 验 的 基 本 要 求机器人控制课程设计实验课的目的在于培养学生掌握基本的实验方法与操作技 能。 培养学生学会根据实验目的拟定实验线路, 选择所需仪器仪表, 遵守实验步骤, 测取实际实验数据,进行分析研究,得出正确结论,认真完成实验报告。现按实验 过程提出下列基本要求:1、实验前的准备实验前应复习参考资料有关章节,认真研读实验指导书,了解实验目的、原理、 内容与步骤, 明确实验过程中要解决的问题和应注意的问题; 实验前写好预习报告, 经指导教师检查,方可开始做实验。2、

2、实验的进行1建立小组,合理分工每次实验都以二人或三人一组为单位进行,人员安排由指导老师具体确定。实 验进行中的接线、记录数据等工作应认真、细致,保证实验的顺利完成。2选择正确的仪器仪表熟悉实验台的仪器仪表,选取正确的实验器材;实验完成后,放回原处。 二 、 实 验 安 全 操 作 规 程为了按时完成机器人控制课程设计实验,确保实验时人身安全与设备完好,要严格 遵守如下规定的安全操作规程:1实验时,人体不可接触带电线路。2接线或拆线都必须在切断电源情况下进行。3经指导教师检查和允许,方可接通电源,实验中如发生事故,应立即切断电源, 经查清问题和妥善处理故障后,才能继续进行实验。目 录前 言 .

3、. 2课程设计须知 . 4综合设计 . 5课程设计一 基于 VC+的圆坐标机械手控制系统设计 . 5课程设计二 基于视觉的机器人控制系统开发 . 7课程设计三 FIRA 竞赛平台的管理决策系统设计 . 错误!未定义书签。 课程设计四 FIRA 竞赛平台足球机器人控制系统的设计 . . 20课程设计五 FIRA 竞赛平台视觉系统的设计 . . 错误!未定义书签。 课程设计六 基于贝叶斯决 策的电梯群控仿真系 统设计 . . 错误!未定义书签。 课程设计七 基于光电检测 的智能车设计 . 11课程设计八 基于摄像头检 测的智能车设计 . 14课程设计九 基于电磁场检 测的智能车设计 . 17课程设

4、计十 旋转机械故障诊断系统设计 . 错误!未定义书签。 课程设计十一 移动机器人的超声波测距避障系统设计 . 错误!未定义书签。 课程设计十二 基于脉冲激励的振动系统模态参数测定方法研究 . 错误!未定义书签。 课程设计十三 智能楼宇环境监测系统的设计 . 错误!未定义书签。 课程设计十四 基于机器 学习的红外位移测量 系统设计 . 错误!未定义书签。 课程设计十五 基于智能 控制的光照度监控系 统设计 . . 错误!未定义书签。 课程设计十六 基于专家决 策的无缝钢管检测系 统设计 . 错误!未定义书签。 课设模板: . 24课程设计须知机器人控制课程设计是在 19-20周完成,每门课 32

5、课时,机器人课程设计每组不能超过六人, 请大家根据情况调整组队选题; 小组内成员间须有一定明确的分工, 欢迎提前来熟悉系统平台 ; 课程 考核标准如下: 综合设计课程设计一 智能机器人机械手控制系统设计一 、 目的与任务本课程设计旨在使学生了解机器人的结构,熟练掌握机器人控制与编程;通过实际操作,解决 从结构设计到运动控制分析中的问题;通过实验技能的训练,培养学生理论联系实际的作风、严谨 的科学态度和独立分析与解决实际问题的能力。先修课程要求:学生在进行课程设计之前应先修电路分析 、 模拟电子技术基础 、 数字电 路与逻辑设计 、 微机原理与接口技术 、 数字信号处理 、 控制理论 、 智能传

6、感与检测技术 、 人工智能 、 机器人学等相关课程和相关实验课程。本课程设计任务是利用欧鹏科技的圆坐标机械手平台,采用 VC 编写监控编程实时控制和监测机 械手的运动位置,实现其机械手的运动操作的实时控制和监测;通过本设计进一步掌握机器人运动 系统的基本原理,组成和设计方法,设计出相应的机器人运动系统,通过本课程设计,使学生初步 具有控制系统设计的能力,从而培养和提高学生解决机器人工程问题的能力。二 、 课程设计内容欧鹏科技圆坐标机械手实验台系统机械手的运动操作作为被控对象,分析研究控制卡的性能, 实现实时控制与监测。1.掌握 VC 编写程序;2.理解典型控制算法,并能将其用到实际设计控制系统

7、当中 ;3.结合所设计的控制平台,调节控制算法参数。控制误差在要求的范围内。编写基于 VC+软件平台控制系统,此系统包括串口通信模块、坐标定位模块和控制模块组成, 由坐标定位模块实现圆柱坐标三自由度 XYZ 位置定义,确定起始、终止坐标,然后控制步进电机和 直流电机的运动,实现圆柱坐标三自由度 XYZ 连动抓取目标物体并且要求系统抓取目标物体误差小 于 1%。三、课程设计条件PC 机VC 软件安装盘两张控制电路所需元器件采集卡TEKTRONIX TDS1002 60MHZ示波器欧鹏科技圆坐标机械手实验台:气动的启动循环系统,机械手,运动控制卡。四、机械手控制系统组成提供参考控制系统结构框图如下

8、图所示。 此控制过程包括:首先要在抓取目标物体之前,要对目标物体有个坐标定位,并且这个坐标定 图 1 控制系统参考结构框图位要结合机械手的坐标定位,在空间上和数值上要达到一致。根据这个要求设计了一个机械手运动 控制模型,此模型一方面起到定位坐标的作用,另一方面又起到了监控和计算机视觉作用。其次要考虑控制移动及抓取问题。 此时要充分利用 TML 库中相关函数, 利用 MFC 设计控制界面, 很好的调用库函数,尽量做到减小移动的精确度。最后完成两部分的充分结合,通过控制模型,运用控制指令在控制界面中完成基本操作。五、课程设计过程1.熟悉欧鹏科技圆坐标机械手实验台;2.熟悉 VC 编程软件3.确定被

9、控对象模型及控制方案,初算控制参数4.根据控制性能要求,实验调节参数5.完成欧鹏科技圆坐标机械手实验台机械手操作的实时控制和监测六、课程设计报告根据课程设计结果,编写课程设计报告。在报告中应写出设计的方法、步骤、控制方案、实验 接线图、实验结果。6课程设计二 全自主导航机器人控制系统设计一 、 目的与任务本课程设计旨在使学生了解机器人的结构,熟练掌握机器人控制与编程;通过实际操作,解决 从结构设计到运动控制分析中的问题;通过实验技能的训练,培养学生理论联系实际的作风、严谨 的科学态度和独立分析与解决实际问题的能力。先修课程要求:学生在进行课程设计之前应先修电路分析 、 模拟电子技术基础 、 数

10、字电 路与逻辑设计 、 微机原理与接口技术 、 数字信号处理 、 控制理论 、 智能传感与检测技术 、 人工智能 、 机器人学等相关课程和相关实验课程。本课程设计任务是利用上海英集斯的智能检测机器人的实验平台, 通过设计特定目标的搜寻路 径,编写路径搜寻算法,先采用 Matlab 进行算法仿真比较,进一步烧写程序至智能检测机器人平台, 完成搜寻机器人对特定搜寻目标的搜寻任务, 最后对搜寻机器人的搜寻路径提出了优化方法。 采用 C 编写监控系统实时控制和监测智能检测机器人的运动位置,设计和调试基于视觉输入的机器人运动 控制系统,或运动轨迹规划与控制系统实现其对目标的搜寻;通过本设计进一步掌握机器

11、人运动系 统的基本原理,组成和设计方法,设计出相应的机器人运动系统,通过本课程设计,使学生初步具 有控制系统设计的能力,从而培养和提高学生解决机器人工程问题的能力。二 、 课程设计内容上海英集斯的智能检测机器人实验台系统机器人的运动操作作为被控对象,分析研究控制器的 性能,实现系统实时控制。1.掌握 C 语言编写程序;2.理解典型控制算法,并能将其用到实际设计控制系统当中 ;3.结合所设计控制平台,调节控制算法参数。控制误差在要求的范围内。要求设计系统重点研究如何规划自主式搜寻机器人的路径,让机器人能够避开环境中的障碍物 并到达指定的目标点,设计并完成了对固定目标或移动火源的搜寻策略。在对移动

12、目标的搜寻中, 采用远红外传感器检测远距离火源,光敏传感器检测近距离目标,红外传感器预测障碍并躲避,与 碰撞开关一起构成了搜寻机器人的避障系统。首先,根据不同传感器的特点及功能选定各功能模块 所用的传感器。其次,根据现有条件设计搜寻路径,最后通过对程序的编写完成对火源的搜寻任务。 再次提出一个避障路径规划的算法,以目标与障碍物之间的夹角及自主式搜寻机器人与障碍物之间 的距离作为输入变量来调整自主式搜寻机器人前进的方向。最低要求实现在较简单的环境下(如一 个障碍物的最优搜寻控制器,进行搜寻规划。三、课程设计条件PC 机C 语言软件安装盘两张控制电路所需元器件采集卡TEKTRONIX TDS100

13、2 60MHZ示波器智能检测机器人实验台:传感器模块,控制器,运动平台四、智能检测机器人控制系统组成提供参考控制系统结构框图如下图所示。 图 1 控制系统参考结构框图7此控制系统设计过程包括:主要是通过对搜寻机器人如上海英集斯智能检测机器人平台的研究, 在计算机上利用图形化交互式 C 语言编程,编写路径搜寻算法,实时调试机器人,使之完成目标的 搜寻,可以实现直接进行现场演示。五、课程设计过程1.熟悉上海英集斯智能检测机器人实验台;2.熟悉 C 语言编程软件3.确定被控对象模型及控制方案,初算控制参数4.根据控制性能要求,实验调节参数5.完成上海英集斯智能检测机器人实验台实时控制和监测六、课程设

14、计报告根据课程设计结果,编写课程设计报告。在报告中应写出设计的方法、步骤、控制方案、实验 接线图、实验结果。内容:1. 机器人基本结构原理,硬件,软件;避障 +2. 调试结果 +问题 +心得体会89课程设计三 宝贝车机器人的组装设计与制作一 、 目的与任务本课程设计旨在使学生了解机器人的结构,熟练掌握机器人控制与编程;通过实际操作,解决 从结构设计到运动控制分析中的问题;通过实验技能的训练,培养学生理论联系实际的作风、严谨 的科学态度和独立分析与解决实际问题的能力。先修课程要求:学生在进行课程设计之前应先修电路分析 、 模拟电子技术基础 、 数字电 路与逻辑设计 、 微机原理与接口技术 、 数

15、字信号处理 、 控制理论 、 智能传感与检测技术 、 人工智能 、 机器人学等相关课程和相关实验课程。本课程设计任务是通过对宝贝车机器人平台控制系统硬件部分总体结构的把握和对应用需求的 分析,详细设计实现宝贝车机器人系统功能的具体的实现方案。包括机械改造方案、控制电路设计 方案、检测电路设计方案、电源管理方案以及预留的可扩展方案等。本设计中的宝贝车机器人硬件 系统采用了智能控制原理中的反馈控制方式。以单片机为检测和控制核心。采用多种传感器采集所 需信息使宝贝车机器人完成各项任务,用光电编码盘和旋转编码器对速度信号进行实时采集;单片 机将来自前两者的信号经过运算处理;然后通过输出 PWM 信号来

16、控制舵机和驱动电机,以实现方向 和速度的控制。同时,采用系统各模块独立的电源供电,保证了系统的稳定性。通过本课程设计, 使学生初步具有控制系统设计的能力,从而培养和提高学生解决机器人工程问题的能力。 二 、 课程设计内容通过指导教师分别购买一个宝贝车机器人所需的最基本的器件, 以及组装所用的基本工具如螺 丝起子、组合扳手和尖嘴钳等,指导学生完成以下几个基本任务:1组装机器人基本器件,包括 底盘、电机、电源、控制电路及最小控制系统主板;2测试主板和电机的电气连接;3测试指 示电路,开始编程;4设计测试调试终端的速度控制;5设计测试宝贝车机器人的巡航控制; 6设计完成机器人的触觉导航;7设计完成机

17、器人可见光和红外导航;8设计完成机器人的 距离检测和避障。三、课程设计条件PC 机宝贝车机器人组件 多种传感器Keil C 软件环境四、宝贝车机器人导航系统组成1宝贝车机器人巡航原理宝贝车机器人巡航原理是根据传感器检测到 的信号, 机器人做相应设计巡航路径的运动, 包括使 机器人走直线、 更精确的转弯、 计算运动距离等技术。 编程基本的机器人动作,使机器人做一些基本的动 作:向前,向后,左转,右转和原地旋转;调节巡航 任务的运动, 使动作更加精确; 计算机器人运动指定 的距离需要发给机器人的脉冲数量; 写程序使机器人 由突然启动或停止变为逐步加速或减速运动; 写一些 执行基本动作的子程序, 并

18、且每一个子程序都能够被 多次调用; 将复杂运动记录在单片机模块中没有用到 的内存中,编写程序重放这些运动。图 1宝贝车机器人巡航及其驱动方向的指示 102巡航检测参考电路宝贝车机器人巡航检测电路如图 2所示,通过采用有多种不同传感器能提供各种独特功能进行 探测,例如当机器人遇到障碍物时,接触开关就会察觉,通过对机器人编程拾取物体,并放置于别 处;光传感器用来探测可见光,并且可以检测不同的光亮度水平。这样,可以编程使宝贝车机器人 识别周围环境的明暗,报告探测到的明暗水平,并且可以寻找手电筒光束或从门口射进黑暗的屋子 的光这样的光源。五、课程设计过程1.熟悉宝贝车机器人组件; 2.熟悉微控制器;3

19、.确定被控对象模型及控制方案,初算控制参数; 4.根据控制性能要求,实验调节参数; 5.完成宝贝车机器人组件实时控制和监测。六、课程设计报告根据课程设计结果,编写课程设计报告。在报告中应写出设计的方法、步骤、控制方案、实验接线图、实验结果。不同点:1. 走直线,拐弯,刹车,倒车,显示,系统结构图,调试结果,调试问题,心得体会 图 2(a 光探测电路 (b 触角探测电路课程设计四 基于光电检测的机器人车设计一 、 目的与任务本课程设计旨在使学生了解机器人的结构,熟练掌握机器人控制与编程;通过实际操作,解决 从结构设计到运动控制分析中的问题;通过实验技能的训练,培养学生理论联系实际的作风、严谨 的

20、科学态度和独立分析与解决实际问题的能力。先修课程要求:学生在进行课程设计之前应先修电路分析 、 模拟电子技术基础 、 数字电 路与逻辑设计 、 微机原理与接口技术 、 数字信号处理 、 控制理论 、 智能传感与检测技术 、 人工智能 、 机器人学等相关课程和相关实验课程。本课程设计任务是通过对智能车控制系统硬件部分总体结构的把握和对应用需求的分析,详细 设计实现智能车系统功能的具体的实现方案。包括机械改造方案、控制电路设计方案、检测电路设 计方案、电源管理方案以及预留的可扩展方案等。本设计中的智能车硬件系统采用了智能控制原理 中的反馈控制方式。以 MC9S12DG128 单片机为检测和控制核心

21、。采用红外式的光电传感器采集路径 信息使智能车寻找前进路径,用光电编码盘和旋转编码器对速度信号进行实时采集;单片机将来自 前两者的信号经过运算处理;然后通过输出 PWM 信号来控制舵机和驱动电机,以实现方向和速度的 控制。同时,采用系统各模块独立的电源供电,保证了系统的稳定性。通过本课程设计,使学生初 步具有控制系统设计的能力,从而培养和提高学生解决机器人工程问题的能力。二 、 课程设计内容“飞思卡尔”智能车系统的理论设计是基于完成如表 1控制参数关系表而进行设计的,因此建 议设计人工神经网络训练样本或模糊控制规则库进行系统的综合设计。表 1控制参数关系表11 “飞思卡尔” 智能车系统是智能车

22、控制系统设计的基础。 智能车控制系统硬件结构主要由 HCS12控制核心、路径识别电路、车速检测模块、转向伺服电机控制电路、直流驱动电机控制电路和电源 管理单元组成,其系统硬件结构如图智能车硬件系统的整体结构如图 1所示: 图 1 智能车系统的基本结构图三、课程设计条件PC 机MC9S12DG128 单片机“飞思卡尔”智能车模红外光电传感器Freescale 软件环境四、光电检测路径识别系统组成1光电传感器的工作原理光电式传感器是利用光电器件把光信号转换成电信号的装置。光电式传感器工作时,先将被测 量转换为光量的变化,然后通过光电器件再把光量的变化转换为相应的电量变化,从而实现非电量 的测量。光

23、电式传感器的核心(敏感元件是光电器件,光电器件的基础是光电效应。 (a 测量光信号(b 测量非光信号图 2 光电式传感器的基本组成12132光电检测电路在光电管检测中,通过红外发光管发射红外光照射跑道,由于跑道表面与中心线具有不同的反 射强度,因此利用红外接收管可以检测到这些信息。红外接收管接收道路反射的红外光后产生电压 的变化,它可以反映出赛道中心线的位置。这个电压信号可以通过外部的电压比较器变成高、低电 平由单片机的 I/O端口读取,也可以通过单片机 A/D端口直接读取。从 I/O端口读取的电路如图 3所示,从 A/D端口直接读取的电路如图 4所示。五、课程设计过程1.熟悉“飞思卡尔”智能

24、车模; 2.熟悉 Freescale HCS12微控制器;3.确定被控对象模型及控制方案,初算控制参数; 4.根据控制性能要求,实验调节参数;5.完成基于光电检测的智能车实时控制和监测。六、课程设计报告根据课程设计结果,编写课程设计报告。在报告中应写出设计的方法、步骤、控制方案、实验接线图、实验结果。 图 3 I/O端口读取信号电路 图 4 A/D端读取信号电路课程设计五 基于摄像头检测的机器人车设计一 、 目的与任务本课程设计旨在使学生了解机器人的结构, 熟练掌握机器人控制与编程; 通过实际操作, 解决从结构设计到运动控制分析中的问题; 通过实验技能的训练, 培养学生理论联系实际的 作风、严

25、谨的科学态度和独立分析与解决实际问题的能力。先修课程要求:学生在进行课程设计之前应先修电路分析 、 模拟电子技术基础 、 数字电路与逻辑设计 、 微机原理与接口技术 、 数字信号处理 、 控制理论 、 智能传 感与检测技术 、 人工智能 、 机器人学等相关课程和相关实验课程。本课程设计任务是通过对智能车控制系统硬件部分总体结构的把握和对应用需求的分 析, 详细设计实现智能车系统功能的具体的实现方案。 包括机械改造方案、 控制电路设计方 案、 检测电路设计方案、 电源管理方案以及预留的可扩展方案等。 本设计中的智能车硬件系 统采用了智能控制原理中的反馈控制方式。以 MC9S12DG128 单片机

26、为检测和控制核心。采 用摄像头传感器采集路径信息使智能车寻找前进路径, 可用光电编码盘和旋转编码器对速度 信号进行实时采集;单片机将来自前两者的信号经过运算处理;然后通过输出 PWM 信号来 控制舵机和驱动电机,以实现方向和速度的控制。同时,采用系统各模块独立的电源供电, 保证了系统的稳定性。 通过本课程设计, 使学生初步具有控制系统设计的能力, 从而培养和 提高学生解决机器人工程问题的能力。二 、 课程设计内容“飞思卡尔”智能车系统的理论设计是基于完成如表 1控制参数关系表而进行设计的, 因此建议设计人工神经网络训练样本或模糊控制规则库进行系统的综合设计。表 1控制参数关系表 “飞思卡尔”

27、智能车系统设计是智能车控制系统设计的基础。 智能车控制系统硬件结构 主要由 HCS12控制核心、路径识别电路、车速检测模块、转向伺服电机控制电路、直流驱 动电机控制电路和电源管理单元组成, 其系统硬件结构如图智能车硬件系统的整体结构如图 1所示:1415 图 1 智能车系统的基本结构图三、课程设计条件PC 机MC9S12DG128 单片机 “飞思卡尔”智能车模 摄像头传感器 Freescale 软件环境四、摄像头路径识别系统组成1摄像头工作原理摄像头以隔行扫描的方式采样图像, 当扫描到某点时, 就通过图像传感芯片将该点处图 像的灰度转换成与灰度对应的电压值, 然后将此电压值通过视频信号端输出。

28、 具体而言 (参 见图 2.8 , 摄像头连续地扫描图像上的一行, 就输出一段连续的视频信号, 该电压信号的高 低起伏正反映了该行图像的灰度变化情况。 当扫描完一行, 视频信号端就输出一个低于最低 视频信号电压的电平 (如 0.3 V , 并保持一段时间。 这样相当于紧接着每行图像对应的电压 信号之后会有一个电压 “ 凹槽 ” ,此 “ 凹槽 ” 叫做行同步脉冲,它是扫描换行的标志。然后扫描 新的一行, 如此下去,直到扫描完该场的信号,接着会出现一段场消隐信号。其中有若干个 复合消隐脉冲(简称消隐脉冲 ,在这些消隐脉冲中,有一个消隐脉冲远宽于其他的消隐脉 冲(即该消隐脉冲的持续时间远长于其他的

29、消隐脉冲的持续时间 ,该消隐脉冲又称为场同 步脉冲,标志着新的一场的到来。摄像头每秒扫描 25帧图像,每帧又分奇、偶两场,故每 秒扫描 50场图像。图 2 摄像头视频信号图 2 基于机器学习的红外位移测量系统实现框图2摄像头检测电路因为 CCD 摄像头传来的信号是复合信号,包含着许多的信号信息,我们要将其分离才 能进行识别和处理。可选用了 LM1881作为视频同步分离芯片。引脚 1 为行同步信号输出 端, 它输出的信号波形只是输入的摄像头信号在黑屏电位之下的波形的简单复制。 即由此输 入 LM1881。引脚 3 为场同步信号输出端,当摄像头信号的场同步脉冲到来时,该端将变 为低电平 , 一般维

30、持 230us ,然后重新变回高电平。引脚 7 为场同步信号输出端,当摄像头 信号处于奇场时,该端为高电平,当处于偶场时为低电平。奇 -偶场的交替处与场同步信号 的下降沿同步,也就是和场同步脉冲后的上升沿同步。引脚 2 为视频信号输入端,摄像头 信号下图 3为视频分离流程图。 图 3 视频分离流程图五、课程设计过程1.熟悉“飞思卡尔”智能车模;2.熟悉 Freescale HCS12微控制器;3.确定被控对象模型及控制方案,初算控制参数;4.根据控制性能要求,实验调节参数;5.完成基于光电检测的智能车实时控制和监测。六、课程设计报告根据课程设计结果, 编写课程设计报告。 在报告中应写出设计的方

31、法、 步骤、 控制方案、 实验接线图、实验结果。课程设计六 基于电磁场检测的机器人车设计一 、 目的与任务本课程设计旨在使学生了解机器人的结构, 熟练掌握机器人控制与编程; 通过实际操作, 解决从结构设计到运动控制分析中的问题; 通过实验技能的训练, 培养学生理论联系实际的 作风、严谨的科学态度和独立分析与解决实际问题的能力。先修课程要求:学生在进行课程设计之前应先修电路分析 、 模拟电子技术基础 、 数字电路与逻辑设计 、 微机原理与接口技术 、 数字信号处理 、 控制理论 、 智能传 感与检测技术 、 人工智能 、 机器人学等相关课程和相关实验课程。本课程设计任务是通过对智能车控制系统硬件

32、部分总体结构的把握和对应用需求的分 析, 详细设计实现智能车系统功能的具体的实现方案。 包括机械改造方案、 控制电路设计方 案、 检测电路设计方案、 电源管理方案以及预留的可扩展方案等。 本设计中的智能车硬件系 统采用了智能控制原理中的反馈控制方式。以 MC9S12DG128 单片机为检测和控制核心。采 用电磁式传感器采集路径信息使智能车寻找前进路径, 用光电编码盘和旋转编码器对速度信 号进行实时采集;单片机将来自前两者的信号经过运算处理;然后通过输出 PWM 信号来控 制舵机和驱动电机, 以实现方向和速度的控制。同时,采用系统各模块独立的电源供电,保 证了系统的稳定性。 通过本课程设计, 使

33、学生初步具有控制系统设计的能力, 从而培养和提 高学生解决机器人工程问题的能力。二 、 课程设计内容“飞思卡尔”智能车系统的理论设计是基于完成如表 1控制参数关系表而进行设计的, 因此建议设计人工神经网络训练样本或模糊控制规则库进行系统的综合设计。表 1控制参数关系表 “飞思卡尔”智能车系统设计是智能车控制系统设计的基础。智能车控制系统硬件结 构主要由 HCS12控制核心、路径识别电路、车速检测模块、转向伺服电机控制电路、直流 驱动电机控制电路和电源管理单元组成, 其系统硬件结构如图智能车硬件系统的整体结构如 图 1所示: 图 1 智能车系统的基本结构图三、课程设计条件 PC 机MC9S12D

34、G128 单片机 “飞思卡尔”智能车模 电磁式传感器 Freescale 软件环境四、电磁场检测路径识别系统组成1电磁场检测原理采用通电导线产生的电磁场对智能车进行引导。根据 电磁学原理,我们知道在导线中通入变化的电流(如按正 弦规律变化的电流 , 则导线周围会产生变化的磁场, 且磁 场与电流的变化规律具有一致性。如果在此磁场中之以由 线圈组成的电感,则该电感上会产生感应电动势,且该感 应电动势的大小和通过线圈回路的磁通量的变化率成正 比。由于在导线周围不同位置,磁感应强度的大小和方向 不同,所以不同位置上的电感产生的感应电动势也应该使 不同,据此,则可以确定电感的大致位置。使用磁场信号 引导

35、车沿一定轨迹行走的优点主要体现在磁场信号具有很好的环境适应性, 不受光线、 温度、 湿度等环境因素的影响。图 1 表示直线电流磁场的分布, 图 2表示直导线两侧的线圈。2电磁场检测参考电路通过采用两个 10mH 的电 感置于车模的头部作为确定小 车位置的传感器, 设计一个模拟 检波电路如图 3所示, 实现由电 感得到的电动势信号的采集、 调 理和放大。 该电路采用电压并联负反馈电路,电感信号从PL 进入, 图 3 电磁式传感器的检波电路组成图考虑到单独电感感应出的电动势很小, 采用电感和电容谐振放大感应电动势, 再用三极管进行放大。五、课程设计过程1.熟悉“飞思卡尔”智能车模;2.熟悉 Fre

36、escale HCS12微控制器;3.确定被控对象模型及控制方案,初算控制参数;4.根据控制性能要求,实验调节参数;5.完成基于光电检测的智能车实时控制和监测。六、课程设计报告根据课程设计结果, 编写课程设计报告。 在报告中应写出设计的方法、 步骤、 控制方案、 实验接线图、实验结果。共同点:1. 电磁车基本原理2. 结构,基本功能,程序设计,系统调试结果不同点1. 创新部分:2. 侧重点3. 调试问题4. 心得体会车崴松:电磁场检测方案比较董建桥:电机驱动方案的比较(示波器肖永兴:电源管理方案(课程设计七 FIRA 竞赛平台足球机器人控制系统的设计一 、 目的与任务本课程设计旨在使学生了解机

37、器人的结构, 熟练掌握机器人控制与编程; 通过实际操作, 解决从结构设计到运动控制分析中的问题; 通过实验技能的训练, 培养学生理论联系实际的 作风、严谨的科学态度和独立分析与解决实际问题的能力。先修课程要求:学生在进行课程设计之前应先修电路分析 、 模拟电子技术基础 、 数字电路与逻辑设计 、 微机原理与接口技术 、 数字信号处理 、 控制理论 、 智能传 感与检测技术 、 人工智能 、 机器人学等相关课程和相关实验课程。本课程设计任务是研 究 河海大学的 FIRA 足球竞赛实验平台, 掌握多机器人系统控制 的基本原理, 组成和设计方法, 设计出相应的协同控制系统;研 究 人 工 智 能 的

38、 相 关 理 论 , 如 知 识 型 专 家 系 统 ;根 据 视 觉 子 系 统 送 来 的 现 场 信 息 ,研 究 设 计 出 科 学 有 效 的 决 策 系 统 ,包 括 决 策 模 型 和 机 器 人 行 为 控 制 模 型 。应 用 到 机 器 人 的 开 发 制 作 上 ,从 而 实 现 整 个 竞 赛 平 台 中 的 决 策 指 令 科 学 有 效 。 实现提 高 FIRA 小 型 足 球 机 器 人 追 捕 目 标 的 实 效 性 。 通过本设计进一步掌握多机器人运动系统控制的基本原理, 组成和设计方 法, 设计出相应的机器人运动系统, 通过本课程设计, 使学生初步具有控制系

39、统设计的能力, 从而培养和提高学生解决机器人工程问题的能力。二 、 课程设计内容FIRA 足球竞赛实验台系统机器人的运动操作作为被控对象,分析研究控制器的性能, 实现多机器人系统控制的管理决策系统设计。1.掌握 keil C语言编写程序;2.理解典型控制系统的设计应用,并能将其用到实际机器人小车制作当中 ;3.结合所设计机器人小车平台,调节控制参数。使各个机器人的命令产生的动作速度误差 在要求的范围内。要求设计系统重点研究分 析 “ FIRA 小 型 足 球 机 器 人 ” 的 硬 件 基 本 组 成 ; 研 究 “ FIRA 小 型 足 球 机 器 人 ” 的 设 计 原 理 ; 分 析 F

40、IRA 小 型 足 球 机 器 人 比 赛 有 关 的 规则 、场 地 、资 料 等 方 面 的 知 识 ,通 过 研 究 机 器 人 的 机 械 结 构 、电 子 电 路 、传 感 器 等 方 面 性 能 ,设 计 出 可 行 性 方 案 ,应 用 到 机 器 人 的 开 发 制 作 上 ,从 而 提 高 机 器 人 追 捕 目 标 的 实 效 性 。三、课程设计条件PC 机VC 软件安装盘两张控制电路所需元器件采集卡Protel DXP 2004软件TEKTRONIX TDS1002 60MHZ示波器FIRA 足球竞赛实验平台四、 FIRA 足球竞赛平台的机器人小车系统组成提供参考机器人小

41、车系统结构框图如下图所示。 机器人小车接受主机指令,并根据指令要求迅速完成决策子系统的意图 (带球,射门, 拦截等战术动作 ,其具有的功能 :接受指令,速度控制,障碍回避。其中障碍回避可由决策 系统完成。机器人小车子系统主要包括 :机械结构及运动部分、 CPU 控制单元、电机驱动单元、速 度检测环节、无线接收机。五、课程设计过程1.熟悉 FIRA 足球竞赛实验平台;2.熟悉 Protel DXP 2004软件,设计制作机器人小车的控制电路;在 keilC 语言编程软件 完成机器人小车控制系统;3.确定机器人小车系统应用策略方案,应用单片机技术完成系统功能;4.根据机器人小车系统性能要求,实现系

42、统的实时性和灵活性;5.完成 FIRA 足球竞赛实验平台机器人小车系统的实效性。21六、课程设计报告根据课程设计结果, 编写课程设计报告。 在报告中应写出设计的方法、 步骤、 控制方案、 实验接线图、实验结果。课程设计八 FIRA 足球机器人队形控制系统的设计 一 、 目的与任务本课程设计旨在使学生了解机器人的结构, 熟练掌握机器人控制与编程; 通过实际操作, 解决从结构设计到运动控制分析中的问题; 通过实验技能的训练, 培养学生理论联系实际的 作风、严谨的科学态度和独立分析与解决实际问题的能力。先修课程要求:学生在进行课程设计之前应先修电路分析 、 模拟电子技术基础 、 数字电路与逻辑设计

43、、 微机原理与接口技术 、 数字信号处理 、 控制理论 、 智能传 感与检测技术 、 人工智能 、 机器人学等相关课程和相关实验课程。本课程设计任务是研 究 河海大学的 FIRA 足球竞赛实验平台, 掌握多机器人系统控制 的基本原理, 组成和设计方法, 设计出相应的协同控制系统;研 究 人 工 智 能 的 相 关 理 论 , 如 知 识 型 专 家 系 统 ;根 据 视 觉 子 系 统 送 来 的 现 场 信 息 ,研 究 设 计 出 科 学 有 效 的 决 策 系 统 ,包 括 决 策 模 型 和 机 器 人 行 为 控 制 模 型 。应 用 到 机 器 人 的 开 发 制 作 上 ,从 而

44、 实 现 整 个 竞 赛 平 台 中 的 决 策 指 令 科 学 有 效 。 实现提 高 FIRA 小 型 足 球 机 器 人 队 形 目 标 的 稳 定 性 。 通过本设计进一步掌握多机器人运动系统控制的基本原理, 组成和设计方 法, 设计出相应的机器人运动系统, 通过本课程设计, 使学生初步具有控制系统设计的能力, 从而培养和提高学生解决机器人工程问题的能力。二 、 课程设计内容FIRA 足球竞赛实验台系统机器人的运动操作作为被控对象,分析研究控制器的性能, 实现多机器人系统控制的管理决策系统设计。1.掌握 VC 语言编写程序;2.理解典型控制系统的设计应用,并能将其用到实际机器人小车制作

45、当中 ;3.结合所设计机器人小车平台,调节控制参数。使各个机器人的命令产生的动作速度误差 在要求的范围内。要求设计系统重点研究分 析 “ FIRA 小 型 足 球 机 器 人 ” 的 硬 件 基 本 组 成 ; 研 究 “ FIRA 小 型 足 球 机 器 人 ” 的 设 计 原 理 ; 分 析 FIRA 小 型 足 球 机 器 人 比 赛 有 关 的 规 则 、场 地 、资 料 等 方 面 的 知 识 ,通 过 研 究 机 器 人 的 机 械 结 构 、电 子 电 路 、传 感 器22等 方 面 性 能 ,设 计 出 可 行 性 方 案 ,应 用 到 机 器 人 的 开 发 制 作 上 ,从

46、 而 提 高 机 器 人 追 捕 目 标 的 实 效 性 。三、课程设计条件PC 机VC 软件安装盘两张控制电路所需元器件采集卡Protel DXP 2004软件TEKTRONIX TDS1002 60MHZ示波器FIRA 足球竞赛实验平台四、 FIRA 足球竞赛平台的机器人小车系统组成提供参考机器人小车系统结构框图如下图所示。 机器人小车接受主机指令,并根据指令要求迅速完成决策子系统的意图 (带球,射门, 拦截等战术动作 ,其具有的功能 :接受指令,速度控制,障碍回避。其中障碍回避可由决策 系统完成。机器人小车子系统主要包括 :机械结构及运动部分、 CPU 控制单元、电机驱动单元、速 度检测

47、环节、无线接收机。五、课程设计过程1.熟悉 FIRA 足球竞赛实验平台;2.熟悉 Protel DXP 2004软件,设计制作机器人小车的控制电路;在 keilC 语言编程软件 完成机器人小车控制系统;3.确定机器人小车系统应用策略方案,应用单片机技术完成系统功能;4.根据机器人小车系统性能要求,实现系统的实时性和灵活性;5.完成 FIRA 足球竞赛实验平台机器人小车系统的实效性。23六、课程设计报告根据课程设计结果, 编写课程设计报告。 在报告中应写出设计的方法、 步骤、 控制方案、 实验接线图、实验结果。共同点:1. 系统结构框图2. 队形结果(照片,描述3. 机器小车硬件结构区别:1.

48、修改小车频率,2. 队形策略3. 调试过程共 12页课设模板:课程设计(题目一 、 课程设计目的:123二 、 课程设计内容 (示例(一般包括设计方案、理论分析、研究方法与手段、结果与讨论、结论等.系统简介此转盘转速控制系统以直流电机作为被控对象, 采用 PID 控制器对其进行控制, 其系统 结构框图如图 1所示。 图 1 转盘转速控制系统结构框图本设计主要工作是在计算机中使用 LabVIEW 编程, 设计基于 LabVIEW 的虚拟仪器控制程 序。系统总图如下:24 图 2 转盘转速系统运行总图由图 2可以看出, 由 DAQ 板卡动态采集数据, 实现虚拟仪器与被控对象之间信息的交换, 此过程

49、包括:对直流电机控制信号的输出和其转速信号的获取。 虚拟仪器输出模拟电压, 通 过 SSR 电机控制电路, 控制直流电机。 通过虚拟仪器的前面板上的示波器和电压进度条我们 可以很直观地看到输出电压信号变化情况和采集卡的负荷。 光电传感器用来对直流电机转盘 的转速进行测量, 将转速转化为波形信号, 传感器的输出信号通过数据采集卡的模拟输入通 道反馈到计算机中, 在虚拟仪器中对其进行整流和滤波, 获得稳定的转速。 将其与设定转速 相比较, 计算出设定转速与实际转速之间的偏差值, 在基于 LabVIEW 的 PID 控制系统中对这 些数字量进行处理, 形成控制信号, 采集卡根据所接收到的指令通过模拟

50、输出通道输出电压 信号给直流电机控制电路, 对其的驱动电压进行控制, 从而实现了计算机对直流电机转速的 闭环控制。. 整个系统介绍 硬件部分:本实验用到的硬件包括:PC 机LabVIEW7.1安装盘两张JGX 3FA SSR(固态继电器NI 公司的采集卡:NI USB 6008TEKTRONIX TDS1002 60MHZ示波器CSY-2000C 型传感器与检测技术实验台:直流电机转盘、转速 /频率表、光电传感器等 采集卡为关键环节, 经仔细查阅产品说明书,明确 NI USB 6008的管脚定义:25 图 3 NI USB 6008数据采集卡前面板和管脚分布图固态继电器 SSR (solid

51、state relays是一种无触点通断电子开关,它利用电子元件(如 开关三极管、 双向可控硅等半导体器件 的开关特性, 可达到无触点无火花地接通和断开电 路的目的, 为四端有源器件,其中两个端子为输入控制端,另外两端为输出受控端。本设计 中使用如图 4的直流 SSR 控制电路来控制直流电机,通过改变采集卡的输出电压可以控制 SSR ,从而改变直流电机两端的电压,达到控制直流电机转盘转速的目的。电路原理图与实 物图如图 4所示: 图 4 SSR控制电路原理图与实物图光电传感器 :本设计中使用的传感器如图 5所示: 26 图 5 光电传感器 软件部分 实现模块化编程思想,细分为数字滤波模块、数字

52、 PID 控制模块和标度转化。 1、数字滤波模块G 程序如下所 示:由于外界环境的影响, 光电传感器的输出信号中掺杂着许 多 杂 波 和 高 频 谐 波,不进行滤波,将直接影响到后续处理过程的准确性,因此 必 须 进 行 数 字 滤 波, 才能保证整个系统的稳度与精度, 才能保证整个系统达到 较好的控制效果。本系统中由于电机在启动、调速、运转的整个过程中转速变化范围较大,速度范围从 0r/min变化到 500r/min左右,变化范围十分大,使用单一一种滤波器很难达到控制要求, 可将 0r/min到 500r/min的转速分为两部分处理:低于 200r/min和高于 200r/min,这样能 够在较宽的范围内实现数字滤波的功能,滤波性能较好。当转速大于 200r/min时, 如图 6所示, 将输入信号直接使用 FIR 带通滤波器进行滤波, 只让某一频率范围内的波形通过, 而将其余的滤去。 再将经过滤波的信号的频率成分提取出 来,作为 P