機(jī)器人應(yīng)用基礎(chǔ)-總綱

1、Slide Slide 1 1機(jī)器人應(yīng)用基礎(chǔ)Slide Slide 2 2機(jī)器人時(shí)代 2007年,比爾蓋茨預(yù)言: 機(jī)器人即將重復(fù)個(gè)人電腦崛起之路！機(jī)器人即將重復(fù)個(gè)人電腦崛起之路！機(jī)器人將與個(gè)人電腦一樣邁入家家戶戶，徹底改變?nèi)祟惖纳罘绞剑?個(gè)人電腦 (PC） = 個(gè)人機(jī)器人（PR） 機(jī)器人領(lǐng)域面臨嚴(yán)峻的考驗(yàn)： 1、沒(méi)有標(biāo)準(zhǔn)的操作系統(tǒng)軟件 2、處理器和硬件系統(tǒng)受限制 3、沒(méi)有標(biāo)準(zhǔn)的軟件系統(tǒng)平臺(tái) 影響廣泛的世界級(jí)比賽，推動(dòng)機(jī)器人產(chǎn)業(yè)的標(biāo)準(zhǔn)化！Slide Slide 3 3一、機(jī)器人 按用途分類工業(yè)機(jī)器人 特種機(jī)器人Slide Slide 4 4工業(yè)機(jī)器人 搬運(yùn)機(jī)器人 焊接機(jī)器人 噴漆機(jī)器人 裝配機(jī)

2、器人 Slide Slide 5 5 特種機(jī)器人空中機(jī)器人地面機(jī)器人水下機(jī)器人服機(jī)器人用機(jī)器人業(yè)機(jī)器人娛機(jī)器人競(jìng)賽機(jī)器人Slide Slide 6 6u競(jìng)賽機(jī)器人投籃機(jī)器人空中機(jī)器人 滅火機(jī)器人 尋線機(jī)器人 舞蹈 機(jī)器人足球機(jī)器人 。Slide Slide 7 7三、足球機(jī)器人FIRA RoboCup青少年足球機(jī)器人。Slide Slide 8 8FIRA機(jī)器人足球比賽機(jī)器人足球比賽最早由韓國(guó)高等技術(shù)研究院的金鐘煥教授于1995年提出，并于1996年在韓國(guó)舉辦了第一屆國(guó)際比賽。機(jī)器人足球系統(tǒng)的研究涉及非常廣泛的領(lǐng)域，包括機(jī)械電子學(xué)、機(jī)器人學(xué)、傳感器信息融合、智能控制、通訊、計(jì)算機(jī)視覺(jué)、計(jì)算機(jī)圖

3、形學(xué)、人工智能等等。 Slide Slide 9 9比賽錄像Slide Slide 1010 控制難點(diǎn)1、廣角失真問(wèn)題矯正廣角失真Slide Slide 11112、隊(duì)員識(shí)別Slide Slide 12123、下層控制Slide Slide 13134、決策控制Slide Slide 14145、通信系統(tǒng)Slide Slide 1515四、RoboCup的發(fā)展及關(guān)鍵技術(shù) RoboCup : Robot World Cup 主要活動(dòng) 技術(shù)會(huì)議 足球杯比賽國(guó)際組織：RoboCup網(wǎng)站:Slide Slide 1616 新的里程碑(Landmark)工程 長(zhǎng)

4、遠(yuǎn)目標(biāo)： 到2050年，完全自主的類人的 機(jī)器人將打敗當(dāng)時(shí)的世界足球冠隊(duì)，這 是一個(gè)50年的長(zhǎng)遠(yuǎn)計(jì)劃。Slide Slide 1717涉及的研究領(lǐng)域涉及的研究領(lǐng)域 智能機(jī)器人系統(tǒng) 多智能體系統(tǒng) 實(shí)時(shí)模式識(shí)別與行為系統(tǒng) 智能體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 實(shí)時(shí)規(guī)劃和推理 傳感器技術(shù)Slide Slide 1818 動(dòng)態(tài)實(shí)時(shí)系統(tǒng) 分布式合作與對(duì)抗 帶噪聲的,非全信息的環(huán)境模型 非符號(hào)化的環(huán)境信息 受限的通訊帶寬技術(shù)特點(diǎn)技術(shù)特點(diǎn)Slide Slide 19195、機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)規(guī)劃它具有以下特點(diǎn)：（1）必須考慮多個(gè)機(jī)器人協(xié)作，機(jī)器人的運(yùn) 動(dòng)不能相互干擾；（2）整個(gè)比賽都是動(dòng)態(tài)的，障礙（球和其它 機(jī)器人）處在高速運(yùn)動(dòng)中；（

5、3）使用兩輪獨(dú)立驅(qū)動(dòng)方式的移動(dòng)機(jī)器人， 是典型的非完整約束系統(tǒng)；（4）機(jī)器人存在著顯著的動(dòng)力學(xué)約束，即速 度和加速度的限制；（5）整個(gè)運(yùn)動(dòng)規(guī)劃過(guò)程要求很強(qiáng)的實(shí)時(shí)性。Slide Slide 2020DX117 AX12+ RX28 RX64舵機(jī)舵機(jī)AX12DX117ComTTLRS485Torque(kg.cm)16.538.5Weight(g)5566Voltage(V)10162006 usage(%)1/184/182007 usage(%)6/2513/25我們的選擇我們的選擇還有還有: RX-28Rx-64代理代理:Robotis co.或智能佳或智能佳Slide Slide 2121

6、機(jī)器人水球比賽機(jī)器人水球比賽Slide Slide 2222機(jī)械結(jié)構(gòu)q控制單元q通訊單元 q驅(qū)動(dòng)單元q支撐單元 q附件Slide Slide 2323魚(yú)體波曲線方程212( , )()sin()bodyyx tc xc xkxtSlide Slide 2424Slide Slide 2525Slide Slide 2626Slide Slide 2727Slide Slide 2828C51單片機(jī)與機(jī)器人大腦AT89S52教學(xué)底板教學(xué)底板Slide Slide 2929項(xiàng)目一、輪式機(jī)器人的制作與應(yīng)用 微控制器的用途單片機(jī)與C51系列單片機(jī) Slide Slide 3030項(xiàng)目單元項(xiàng)目單元1、機(jī)

7、器人系統(tǒng)的構(gòu)建與調(diào)試、機(jī)器人系統(tǒng)的構(gòu)建與調(diào)試 獲得軟件Keil uVision2 IDE官方下載（）Slide Slide 3131 安裝軟件從網(wǎng)上下載軟件后安裝Slide Slide 3232硬件安裝 Slide Slide 3333通訊測(cè)試：你的第一個(gè)程序Slide Slide 3434第一個(gè)程序Slide Slide 3535#includeint main(void) uart_Init(); /串口初始化 printf(Hello,this is a message from your Robotn);第一個(gè)程序添加頭文件uart.h程序入口，main()函數(shù)printf()函數(shù)，打

8、印輸出，在終端上顯示“/”表示注釋，后面內(nèi)容將被編輯器忽視Slide Slide 3636項(xiàng)目單元項(xiàng)目單元2、機(jī)器人的基本運(yùn)動(dòng)控制、機(jī)器人的基本運(yùn)動(dòng)控制控制C51單片機(jī)的I/O口及伺電機(jī) Slide Slide 3737機(jī)器人指示燈亮、滅控制控制單燈閃爍單燈閃爍：使用P1端口的第一腳（P1_0）來(lái)控制發(fā)光二極管（LED）閃爍。while(1) P1_0=1; / P1_0輸出高電平 delay_nms(500); /延時(shí)500ms P1_0=0; / P1_0輸出低電平 delay_nms(500); /延時(shí)500mswhile 循環(huán)函數(shù)delay_nms 延時(shí)函數(shù)Slide Slide 38

9、38時(shí)序圖簡(jiǎn)介時(shí)序圖簡(jiǎn)介時(shí)序圖反應(yīng)的是高、低電壓信號(hào)與時(shí)間的關(guān)系圖 Slide Slide 3939機(jī)器人伺電機(jī)控制信號(hào)控制伺電機(jī)控制信號(hào)伺電機(jī)控制信號(hào) 零點(diǎn)標(biāo)定信號(hào)時(shí)序圖 while(1) P1_0=1; /P1_0輸出高電平 delay_nus(1500); /延時(shí)1.5ms P1_0=0; /P1_0輸出低電平 delay_nus(20000); /延時(shí)20msSlide Slide 4040安裝伺電機(jī)安裝伺電機(jī)伺電機(jī)與教學(xué)底板的連線原理圖（左）和實(shí)際接線示意圖（右）Slide Slide 4141測(cè)試伺電機(jī)測(cè)試伺電機(jī)1.3 ms的控制脈沖序列使電機(jī)順時(shí)針全速旋轉(zhuǎn) 1.7ms的連續(xù)脈沖序

10、列使電機(jī)逆時(shí)針全速旋轉(zhuǎn)while(1) P1_0=1; delay_nus(1300); P1_0=0; delay_nus(20000); while(1) P1_0=1; delay_nus(1700); P1_0=0; delay_nus(20000); Slide Slide 4242伺電機(jī)旋轉(zhuǎn)規(guī)定的時(shí)間伺電機(jī)旋轉(zhuǎn)規(guī)定的時(shí)間for循環(huán) for(for(表達(dá)式表達(dá)式1 1；表達(dá)式；表達(dá)式2 2；表達(dá)式；表達(dá)式3) 3) 語(yǔ)句語(yǔ)句按如下方式理解for(for(循環(huán)變量賦初值；循環(huán)條件；循環(huán)變量增值循環(huán)變量賦初值；循環(huán)條件；循環(huán)變量增值) ) 語(yǔ)句語(yǔ)句for (Counter=1;Count

11、er=100;i+) P1_1=1; delay_nus(1700); P1_1=0; delay_nms(20);Slide Slide 4343用用PCPC機(jī)控制機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)機(jī)控制機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)scanfscanf( (格式控制，地址表列格式控制，地址表列););printf(Program Running!n);printf(Please input pulse number:n);scanf(%d,&PulseNumber);printf(Please input pulse duration:n);scanf(%d,&PulseDuration);for(Counter

12、=1;Counter=PulseNumber; Counter+) delay_nus (PulseDuration); Slide Slide 4444機(jī)器人巡航控制 基本巡航動(dòng)作基本巡航動(dòng)作機(jī)器人及其前進(jìn)方向的定義 向前巡航 for循環(huán)的參數(shù)控制了發(fā)送給電機(jī)的脈沖數(shù)量。由于每個(gè)脈沖的時(shí)間是相同的，因而for循環(huán)的參數(shù)也控制了伺電機(jī)運(yùn)行的時(shí)間。 for (counter=0;counter130;counter+)/運(yùn)行3秒 P1_1=1; delay_nus(1700); P1_1=0;/左輪逆時(shí)針 P1_0=1; delay_nus(1300); P1_0=0;/右輪順時(shí)針 delay_

13、nms(20);Slide Slide 4545其它巡航動(dòng)作其它巡航動(dòng)作將delay_nus函數(shù)的參數(shù)n以不同的值組合就可以使機(jī)器人以其它的方式運(yùn)行 向后行走 P1_1=1; delay_nus(1300); P1_1=0;/左輪順時(shí)針 P1_0=1; delay_nus(1700); P1_0=0;/右輪逆時(shí)針 delay_nms(20);原地左轉(zhuǎn) P1_1=1; delay_nus(1300); P1_1=0;/左輪順時(shí)針 P1_0=1; delay_nus(1300); P1_0=0;/右輪順時(shí)針 delay_nms(20);原地右轉(zhuǎn) P1_1=1; delay_nus(1700); P

14、1_1=0;/左輪逆時(shí)針 P1_0=1; delay_nus(1700); P1_0=0;/右輪逆時(shí)針 delay_nms(20);Slide Slide 4646其它巡航動(dòng)作其它巡航動(dòng)作以某一輪子為支點(diǎn)旋轉(zhuǎn)從前面向左旋轉(zhuǎn) P1_1=1; delay_nus(1500); P1_1=0;/左輪靜止 P1_0=1; delay_nus(1300); P1_0=0;/右輪順時(shí)針 delay_nms(20);從前面向右旋轉(zhuǎn) P1_1=1; delay_nus(1700); P1_1=0;/左輪逆時(shí)針 P1_0=1; delay_nus(1500); P1_0=0;/右輪靜止 delay_nms(20

15、);從后面向左旋轉(zhuǎn) P1_1=1; delay_nus(1500); P1_1=0;/左輪靜止 P1_0=1; delay_nus(1700); P1_0=0;/右輪逆時(shí)針 delay_nms(20);從后面向右旋轉(zhuǎn) P1_1=1; delay_nus(1300); P1_1=0;/左輪順時(shí)針 P1_0=1; delay_nus(1500); P1_0=0;/右輪靜止 delay_nms(20);Slide Slide 4747勻變速運(yùn)動(dòng)勻變速運(yùn)動(dòng)：防止機(jī)器人加速過(guò)快for (pulseCount=10;pulseCount=200;pulseCount=pulseCount+1) P1_1=

16、1; delay_nus(1500+pulseCount); P1_1=0; P1_0=1; delay_nus(1500-pulseCount); P1_0=0; delay_nms(20);用函數(shù)簡(jiǎn)化運(yùn)動(dòng)程序用函數(shù)簡(jiǎn)化運(yùn)動(dòng)程序：Forward( )、Left_Turn( )、Right_Turn( )、Backward( )void Forward(void) int i; for(i=1;i4) counter=1; Backward(); Left_Turn(); Left_Turn(); else counter=1;Slide Slide 5353項(xiàng)目單元項(xiàng)目單元4、機(jī)器人紅外導(dǎo)航

17、、機(jī)器人紅外導(dǎo)航使用紅外線發(fā)射和接收器探測(cè)道路使用紅外線發(fā)射和接收器探測(cè)道路 Slide Slide 5454搭建搭建IRIR發(fā)射和探測(cè)器對(duì)發(fā)射和探測(cè)器對(duì)左側(cè)和右側(cè)IR組原理圖 三極管結(jié)構(gòu)、符號(hào)及管腳Slide Slide 5555for(counter=0;counter38;counter+) P1_3=1; delay_nus(13); P1_3=0; delay_nus(13);irDetectLeft=P1_5state();測(cè)試測(cè)試IRIR發(fā)射和探測(cè)器對(duì)發(fā)射和探測(cè)器對(duì) 讓每個(gè)IR LED 探測(cè)器組工作的關(guān)鍵是發(fā)送1毫秒頻率38.5 kHz的紅外信號(hào)，然后立刻將IR探測(cè)器的輸出存儲(chǔ)到

18、一個(gè)變量中。周期 T=26us,頻率f=1/T=38.5kHz持續(xù)時(shí)間t=38T=1ms變量irDetectLeft存儲(chǔ)探測(cè)器狀態(tài)Slide Slide 5656函數(shù)延時(shí)的不精確性函數(shù)延時(shí)的不精確性函數(shù)調(diào)用所需時(shí)間是微秒級(jí)，與工作要求同級(jí)，故延時(shí)不精確。空函數(shù)空函數(shù)_nop_(voidnop_(void) ) 當(dāng)微控制器在12MHz晶振下工作時(shí)，單片機(jī)AT89S52一個(gè)時(shí)鐘周期為：T=(1/12)*10-6 S 微控制器操作是用機(jī)器周期來(lái)計(jì)算的，一個(gè)機(jī)器周期為十二個(gè)時(shí)鐘周期：t=12*T=1*10-6s=1us 所以空函數(shù)_nop_()能產(chǎn)生1us的延時(shí)。教學(xué)板的晶振選用11.0592MHz，

19、它能產(chǎn)生延時(shí)時(shí)間是1.08us，比1us有稍許誤差Slide Slide 5757探測(cè)和避開(kāi)障礙物探測(cè)和避開(kāi)障礙物用#define語(yǔ)句來(lái)簡(jiǎn)化程序，如：#define LeftIR P1_2 /左邊紅外接收連接到P1_2#define LeftLaunch P1_3 /左邊紅外發(fā)射連接到P1_3在以后的程序中，可以用LeftIR代替P1_2發(fā)射并檢測(cè)信號(hào)IRLaunch(R); irDetectRight = RightIR;/右邊接收IRLaunch(L);irDetectLeft = LeftIR;/左邊接收紅外線導(dǎo)航，與胡須類似if(irDetectLeft=0)&(irDetec

20、tRight=0)/兩邊同時(shí)接收到紅外線 Backward(); Left_Turn(); Left_Turn(); else if(irDetectLeft=0)/只有左邊接收到紅外線 Backward(); Right_Turn(); else if(irDetectRight=0)/只有右邊接收到紅外線 Backward(); Left_Turn(); else Forward();Slide Slide 5858高性能的高性能的IRIR導(dǎo)航導(dǎo)航 發(fā)送脈沖給電機(jī)之前檢查障礙物，可以大大改善機(jī)器人的行走性能。程序可以使用傳感器輸入為每個(gè)瞬間的導(dǎo)航選擇最好的機(jī)動(dòng)動(dòng)作。這樣，機(jī)器人永遠(yuǎn)不會(huì)走過(guò)

21、頭，它會(huì)找到繞開(kāi)障礙物的完美路線，成功的走過(guò)更加復(fù)雜的路線。 如果前方有障礙物，機(jī)器人會(huì)使用脈沖命令避開(kāi)，然后探測(cè)，如果物體還在，再使用另一個(gè)脈沖來(lái)避開(kāi)它。機(jī)器人能持續(xù)使用電機(jī)驅(qū)動(dòng)脈沖和探測(cè)，直到它繞開(kāi)障礙物，然后它會(huì)繼續(xù)發(fā)向前行走的脈沖。 if(irDetectLeft=0)&(irDetectRight=0) pulseLeft=1300; pulseRight=1700; P1_1=1; delay_nus(pulseLeft); P1_1=0;P1_0=1; delay_nus(pulseRight); P1_0=0;delay_nms(20);使用整型變量pulseLeft和

22、pulseRight來(lái)設(shè)置發(fā)送的脈沖持續(xù)時(shí)間 Slide Slide 5959邊緣探測(cè)邊緣探測(cè)Slide Slide 6060精確的延時(shí)：定時(shí)精確的延時(shí)：定時(shí)/ /計(jì)數(shù)器的應(yīng)用計(jì)數(shù)器的應(yīng)用數(shù)組：保存相同類型的若干變量數(shù)組：保存相同類型的若干變量Slide Slide 6161尾隨小車尾隨小車Slide Slide 6262跟蹤條紋帶跟蹤條紋帶Slide Slide 6363項(xiàng)目單元項(xiàng)目單元5、機(jī)器人串行通信系統(tǒng)的制作、機(jī)器人串行通信系統(tǒng)的制作通過(guò)串口發(fā)送數(shù)據(jù)通過(guò)串口接收數(shù)據(jù) 串口通訊UART（Universal Asynchronous Receiver/Transmitter）是一種能夠把二

23、進(jìn)制數(shù)據(jù)按位（bit）傳送的通信方式。AT89S52擁有1個(gè)串行通信接口UART。其主要功能如下：在輸出數(shù)據(jù)時(shí)，把數(shù)據(jù)進(jìn)行并-串轉(zhuǎn)換，即從計(jì)算機(jī)接收位并行數(shù)據(jù)并發(fā)送到串口輸出；在輸入數(shù)據(jù)時(shí)，把數(shù)據(jù)進(jìn)行串-并轉(zhuǎn)換，即從串口讀入外部串行數(shù)據(jù)并將其轉(zhuǎn)換為位并行數(shù)據(jù)送到計(jì)算機(jī)。Slide Slide 6464RS232RS232電平與電平與TTLTTL電平轉(zhuǎn)換電平轉(zhuǎn)換 TTL（Tansistor-Transistor Logic），是指三極管三極管邏輯電路。很多單片機(jī)，包括你所使用的AT89S52都是用的這種標(biāo)準(zhǔn)。它的邏輯“1”電平是5V，邏輯“0”電平是0V。 RS232接口是1970年由美國(guó)電子工業(yè)協(xié)會(huì)（EIA）聯(lián)合貝爾系統(tǒng)、調(diào)制解調(diào)器廠家及計(jì)算機(jī)終端生產(chǎn)廠家共同制定的用于串行通訊的標(biāo)準(zhǔn)。它的邏輯“1”電平是-5V-15V，邏輯“0”電平是+5V+15V。RS232RXDTXDGNDAT89S52TXDRXDGNDSlide Slide 6565編寫串口通信程序編寫串口通信程序頭文件 uart.huart.h 的實(shí)現(xiàn)過(guò)程（串口的初始化）：設(shè)置定時(shí)器工作方式設(shè)置串口工作方式設(shè)置波特率啟動(dòng)定時(shí)器開(kāi)串口中斷開(kāi)總中斷Slide Slide 6666項(xiàng)目單元項(xiàng)目單元6、機(jī)器人、機(jī)