機器人應用基礎-總綱

機器人應用基礎機器人時代

2007年,比爾·蓋茨預言:

機器人即將重復個人電腦崛起之路！機器人將與個人電腦一樣邁入家家戶戶，徹底改變人類的生活方式！個人電腦

(PC）

=>個人機器人（PR）機器人領域面臨嚴峻的考驗：

1、沒有標準的操作系統(tǒng)軟件

2、處理器和硬件系統(tǒng)受限制

3、沒有標準的軟件系統(tǒng)平臺

…

影響廣泛的世界級比賽，推動機器人產業(yè)的標準化！一、機器人

按用途分類工業(yè)機器人?特種機器人工業(yè)機器人搬運機器人焊接機器人噴漆機器人裝配機器人…?特種機器人空中機器人地面機器人水下機器人服務機器人軍用機器人農業(yè)機器人娛樂機器人競賽機器人…競賽機器人投籃機器人空中機器人

滅火機器人

尋線機器人舞蹈

機器人足球機器人。。。。。。三、足球機器人?FIRA

?RoboCup?青少年足球機器人?。。。。。。FIRA機器人足球比賽

最早由韓國高等技術研究院的金鐘煥教授于1995年提出，并于1996年在韓國舉辦了第一屆國際比賽。機器人足球系統(tǒng)的研究涉及非常廣泛的領域，包括機械電子學、機器人學、傳感器信息融合、智能控制、通訊、計算機視覺、計算機圖形學、人工智能等等。

比賽錄像控制難點

1、廣角失真問題矯正廣角失真

2、隊員識別

3、下層控制

4、決策控制

5、通信系統(tǒng)四、RoboCup的發(fā)展及關鍵技術

RoboCup:RobotWorldCup

主要活動

—技術會議

—足球杯比賽國際組織：RoboCup網站:http://

新的里程碑(Landmark)工程

—長遠目標：到2050年，完全自主的類人的機器人將打敗當時的世界足球冠軍隊，這是一個50年的長遠計劃。。涉及的研究領域智能機器人系統(tǒng)多智能體系統(tǒng)實時模式識別與行為系統(tǒng)智能體結構設計實時規(guī)劃和推理傳感器技術動態(tài)實時系統(tǒng)分布式合作與對抗帶噪聲的,非全信息的環(huán)境模型非符號化的環(huán)境信息受限的通訊帶寬技術特點5、機器人的運動規(guī)劃它具有以下特點：（1）必須考慮多個機器人協作，機器人的運動不能相互干擾；（2）整個比賽都是動態(tài)的，障礙（球和其它機器人）處在高速運動中；（3）使用兩輪獨立驅動方式的移動機器人，是典型的非完整約束系統(tǒng)；（4）機器人存在著顯著的動力學約束，即速度和加速度的限制；（5）整個運動規(guī)劃過程要求很強的實時性。DX117AX12+RX28RX64舵機AX12DX117ComTTLRS485Torque(kg.cm)16.538.5Weight(g)5566Voltage(V)10162006usage(%)1/184/182007usage(%)6/2513/25我們的選擇還有:

RX-28Rx-64代理:Robotis

co.或智能佳機器人水球比賽仿生機器魚的機械結構機械結構控制單元通訊單元驅動單元支撐單元附件魚類游動的運動學模型魚體波曲線方程C51單片機與機器人大腦AT89S52教學底板項目一、輪式機器人的制作與應用微控制器的用途單片機與C51系列單片機項目單元1、機器人系統(tǒng)的構建與調試

獲得軟件——KeiluVision2IDE官方下載（）

安裝軟件從網上下載軟件后安裝硬件安裝通訊測試：你的第一個程序第一個程序#include<uart.h>intmain(void){uart_Init();//串口初始化

printf("Hello,thisisamessagefromyourRobot\n");}第一個程序添加頭文件uart.h程序入口，main()函數printf()函數，打印輸出，在終端上顯示“//”表示注釋，后面內容將被編輯器忽視項目單元2、機器人的基本運動控制控制C51單片機的I/O口及伺服電機

機器人指示燈亮、滅控制控制單燈閃爍：使用P1端口的第一腳（P1_0）來控制發(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500msP1_0=0;//P1_0輸出低電平delay_nms(500);//延時500ms}●while循環(huán)函數●delay_nms延時函數時序圖簡介時序圖反應的是高、低電壓信號與時間的關系圖機器人伺服電機控制信號控制伺服電機控制信號

零點標定信號時序圖while(1){P1_0=1;//P1_0輸出高電平delay_nus(1500);//延時1.5msP1_0=0;//P1_0輸出低電平delay_nus(20000);//延時20ms}安裝伺服電機伺服電機與教學底板的連線原理圖（左）和實際接線示意圖（右）測試伺服電機1.3ms的控制脈沖序列使電機順時針全速旋轉1.7ms的連續(xù)脈沖序列使電機逆時針全速旋轉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);}伺服電機旋轉規(guī)定的時間for循環(huán)

for(表達式1；表達式2；表達式3)語句按如下方式理解for(循環(huán)變量賦初值；循環(huán)條件；循環(huán)變量增值)語句for(Counter=1;Counter<=100;i++){P1_1=1;delay_nus(1700);P1_1=0;delay_nms(20);}用PC機控制機器人的運動scanf(格式控制，地址表列);printf("ProgramRunning!\n");printf("Pleaseinputpulsenumber:\n");scanf("%d",&PulseNumber);printf("Pleaseinputpulseduration:\n");scanf("%d",&PulseDuration);for(Counter=1;Counter<=PulseNumber;Counter++){……delay_nus(PulseDuration);……}機器人巡航控制基本巡航動作機器人及其前進方向的定義向前巡航for循環(huán)的參數控制了發(fā)送給電機的脈沖數量。由于每個脈沖的時間是相同的，因而for循環(huán)的參數也控制了伺服電機運行的時間。for(counter=0;counter<130;counter++)//運行3秒{P1_1=1;delay_nus(1700);P1_1=0;//左輪逆時針P1_0=1;delay_nus(1300);P1_0=0;//右輪順時針delay_nms(20);}其它巡航動作將delay_nus函數的參數n以不同的值組合就可以使機器人以其它的方式運行向后行走P1_1=1;delay_nus(1300);P1_1=0;//左輪順時針P1_0=1;delay_nus(1700);P1_0=0;//右輪逆時針delay_nms(20);原地左轉P1_1=1;delay_nus(1300);P1_1=0;//左輪順時針P1_0=1;delay_nus(1300);P1_0=0;//右輪順時針delay_nms(20);原地右轉P1_1=1;delay_nus(1700);P1_1=0;//左輪逆時針P1_0=1;delay_nus(1700);P1_0=0;//右輪逆時針delay_nms(20);其它巡航動作——以某一輪子為支點旋轉從前面向左旋轉P1_1=1;delay_nus(1500);P1_1=0;//左輪靜止P1_0=1;delay_nus(1300);P1_0=0;//右輪順時針delay_nms(20);從前面向右旋轉P1_1=1;delay_nus(1700);P1_1=0;//左輪逆時針P1_0=1;delay_nus(1500);P1_0=0;//右輪靜止delay_nms(20);從后面向左旋轉P1_1=1;delay_nus(1500);P1_1=0;//左輪靜止P1_0=1;delay_nus(1700);P1_0=0;//右輪逆時針delay_nms(20);從后面向右旋轉P1_1=1;delay_nus(1300);P1_1=0;//左輪順時針P1_0=1;delay_nus(1500);P1_0=0;//右輪靜止delay_nms(20);勻變速運動：防止機器人加速過快for(pulseCount=10;pulseCount<=200;pulseCount=pulseCount+1){P1_1=1;

delay_nus(1500+pulseCount);

P1_1=0;P1_0=1;

delay_nus(1500-pulseCount);

P1_0=0;delay_nms(20); }用函數簡化運動程序：Forward()、Left_Turn()、Right_Turn()、Backward()voidForward(void){inti;for(i=1;i<=65;i++){P1_1=1;delay_nus(1700);P1_1=0;P1_0=1;delay_nus(1300);P1_0=0;delay_nms(20);}}高級主題——建立復雜運動如果要讓機器人執(zhí)行一個更長，更復雜的動作，前面講到的方法將會很麻煩。

●用字符數組存儲運動動作

●用switch語句解釋這些動作charNavigation[10]={'F','L','F','F','R','B','L','B','B','Q'};while(Navigation[address]!='Q'){switch(Navigation[address]){case'F':Forward();break;case'L':Left_Turn();break;case'R':Right_Turn();break;case'B':Backward();break;}address++;}switch(表達式){case常量表達式1:語句1;break;case常量表達式2:語句2;break;…case常量表達式n:語句n;break;default:語句n+1;break;}switch分支語句一般形式：項目單元3、機器人觸覺系統(tǒng)的制作與調試通過前面兩章的學習，你已經掌握如何用單片機的端口來控制機器人的各種運動。當時，連接機器人伺服電機的端口是作為輸出使用。從本章開始，單片機端口將作為輸入使用。觸覺導航觸須（胡須）硬件安裝好胡須的機器人測試胡須胡須電路圖intP1_4state(void)//獲取P1_4的狀態(tài){return(P1&0x10)?1:0;}intP2_3state(void)//獲取P2_3的狀態(tài){return(P2&0x08)?1:0;}C語言的一種運算符——？表達式1？表達式2：表達式3胡須導航if((P1_4state()==0)&&(P2_3state()==0)){Backward();Left_Turn();Left_Turn();}elseif(P1_4state()==0){Backward();Left_Turn();}elseif(P2_3state()==0){Backward();Right_Turn();}elseForward();兩邊同時碰到，后退，左轉兩次｝右邊碰到，后退再左拐｝｝左邊碰到，后退再右拐沒有障礙物，前進當機器人進入墻角時，左胡須觸墻，于是它右轉，向前行走，右胡須觸墻，于是左轉前進，又碰到左墻，再次碰到右墻…。如果不是你把它從墻角拿出來，它就會一直困在墻角里而出不來。逃離墻角死區(qū)修改程序讓機器人碰到上述問題時逃離死區(qū)。技巧是記下胡須交替觸動的總次數。技巧的關鍵是程序必須記住每個胡須的前一次觸動狀態(tài)，并和當前觸動狀態(tài)對比。如果狀態(tài)相反，就在交替總數上加1。如果這個交替總數超過了程序中預先給定的閥值，那么就該做一個“U”型轉彎，并且把胡須交替計數器復位。編程實現依賴于if…else嵌套語句if(P1_4state()!=P2_3state()){if((old2!=P1_4state())&&(old3!=P2_3state())){counter=counter+1;old2=P1_4state();old3=P2_3state();if(counter>4){counter=1;Backward();Left_Turn();Left_Turn();}}elsecounter=1; }項目單元4、機器人紅外導航使用紅外線發(fā)射和接收器探測道路搭建IR發(fā)射和探測器對左側和右側IR組原理圖三極管結構、符號及管腳for(counter=0;counter<38;counter++){P1_3=1;delay_nus(13);P1_3=0;delay_nus(13);}irDetectLeft=P1_5state();測試IR發(fā)射和探測器對讓每個IRLED探測器組工作的關鍵是發(fā)送1毫秒頻率38.5kHz的紅外信號，然后立刻將IR探測器的輸出存儲到一個變量中。｝周期T=26us,頻率f=1/T=38.5kHz持續(xù)時間t=38T=1ms變量irDetectLeft存儲探測器狀態(tài)函數延時的不精確性函數調用所需時間是微秒級，與工作要求同級，故延時不精確。空函數——_nop_(void)當微控制器在12MHz晶振下工作時，單片機AT89S52一個時鐘周期為：T=(1/12)*10-6S微控制器操作是用機器周期來計算的，一個機器周期為十二個時鐘周期：t=12*T=1*10-6s=1us

所以空函數_nop_()能產生1us的延時。教學板的晶振選用11.0592MHz，它能產生延時時間是1.08us，比1us有稍許誤差探測和避開障礙物用#define語句來簡化程序，如：#defineLeftIRP1_2//左邊紅外接收連接到P1_2#defineLeftLaunchP1_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)射并檢測信號IRLaunch('R');irDetectRight=RightIR;//右邊接收IRLaunch('L');irDetectLeft=LeftIR;//左邊接收紅外線導航，與胡須類似if((irDetectLeft==0)&&(irDetectRight==0))//兩邊同時接收到紅外線{Backward();Left_Turn();Left_Turn();}elseif(irDetectLeft==0)//只有左邊接收到紅外線{Backward();Right_Turn();}elseif(irDetectRight==0)//只有右邊接收到紅外線{Backward();Left_Turn();}elseForward();高性能的IR導航發(fā)送脈沖給電機之前檢查障礙物，可以大大改善機器人的行走性能。程序可以使用傳感器輸入為每個瞬間的導航選擇最好的機動動作。這樣，機器人永遠不會走過頭，它會找到繞開障礙物的完美路線，成功的走過更加復雜的路線。如果前方有障礙物，機器人會使用脈沖命令避開，然后探測，如果物體還在，再使用另一個脈沖來避開它。機器人能持續(xù)使用電機驅動脈沖和探測，直到它繞開障礙物，然后它會繼續(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pulseRight來設置發(fā)送的脈沖持續(xù)時間邊緣探測精確的延時：定時/計數器的應用數組：保存相同類型的若干變量尾隨小車跟蹤條紋帶項目單元5、機器人串行通信系統(tǒng)的制作通過串口發(fā)送數據通過串口接收數據串口通訊UART（UniversalAsynchronousReceiver/Transmitter）是一種能夠把二進制數據按位（bit）傳送的通信方式。AT89S52擁有1個串行通信接口UART。其主要功能如下：在輸出數據時，把數據進行并-串轉換，即從計算機接收８位并行數據并發(fā)送到串口輸出；在輸入數據時，把數據進行串-并轉換，即從串口讀入外部串行數據并將其轉換為８位并行數據送到計算機。RS232電平與TTL電平轉換TTL（Tansistor-TransistorLogic），是指三極管－三極管邏輯電路。很多單片機，包括你所使用的AT89S52都是用的這種標準。它的邏輯“1”電平是5V，邏輯“0”電平是0V。RS232接口是1970年由美國電子工業(yè)協會（EIA）聯合貝爾系統(tǒng)、調制解調器廠家及計算機終端生產廠家共同制定的用于串行通訊的標準。它的邏輯