機(jī)器人應(yīng)用基礎(chǔ)-總綱

機(jī)器人應(yīng)用基礎(chǔ)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)器人將與個(gè)人電腦一樣邁入家家戶戶，徹底改變?nèi)祟?lèi)的生活方式！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！一、機(jī)器人

按用途分類(lèi)工業(yè)機(jī)器人?特種機(jī)器人工業(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)器人…?特種機(jī)器人空中機(jī)器人地面機(jī)器人水下機(jī)器人服務(wù)機(jī)器人軍用機(jī)器人農(nóng)業(yè)機(jī)器人娛樂(lè)機(jī)器人競(jìng)賽機(jī)器人…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。。。。。。三、足球機(jī)器人?FIRA

?RoboCup?青少年足球機(jī)器人?。。。。。。FIRA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)圖形學(xué)、人工智能等等。

比賽錄像控制難點(diǎn)

1、廣角失真問(wèn)題矯正廣角失真

2、隊(duì)員識(shí)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(guān)鍵技術(shù)

RoboCup:RobotWorldCup

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:http://

新的里程碑(Landmark)工程

—長(zhǎng)遠(yuǎn)目標(biāo)：到2050年，完全自主的類(lèi)人的機(jī)器人將打敗當(dāng)時(shí)的世界足球冠軍隊(duì)，這是一個(gè)50年的長(zhǎng)遠(yuǎn)計(jì)劃。。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)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)5、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；（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。DX117AX12+RX28RX64舵機(jī)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(jī)器人水球比賽仿生機(jī)器魚(yú)的機(jī)械結(jié)構(gòu)機(jī)械結(jié)構(gòu)控制單元通訊單元驅(qū)動(dòng)單元支撐單元附件魚(yú)類(lèi)游動(dòng)的運(yùn)動(dòng)學(xué)模型魚(yú)體波曲線方程C51單片機(jī)與機(jī)器人大腦AT89S52教學(xué)底板項(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)項(xiàng)目單元1、機(jī)器人系統(tǒng)的構(gòu)建與調(diào)試

獲得軟件——KeiluVision2IDE官方下載（）

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

printf("Hello,thisisamessagefromyourRobot\n");}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)，打印輸出，在終端上顯示“//”表示注釋?zhuān)竺鎯?nèi)容將被編輯器忽視項(xiàng)目單元2、機(jī)器人的基本運(yùn)動(dòng)控制控制C51單片機(jī)的I/O口及伺服電機(jī)

機(jī)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(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)500msP1_0=0;//P1_0輸出低電平delay_nms(500);//延時(shí)500ms}●while循環(huán)函數(shù)●delay_nms延時(shí)函數(shù)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)系圖機(jī)器人伺服電機(jī)控制信號(hào)控制伺服電機(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)1.5msP1_0=0;//P1_0輸出低電平delay_nus(20000);//延時(shí)20ms}安裝伺服電機(jī)伺服電機(jī)與教學(xué)底板的連線原理圖（左）和實(shí)際接線示意圖（右）測(cè)試伺服電機(jī)1.3ms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);}伺服電機(jī)旋轉(zhuǎn)規(guī)定的時(shí)間for循環(huán)

for(表達(dá)式1；表達(dá)式2；表達(dá)式3)語(yǔ)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(yǔ)句for(Counter=1;Counter<=100;i++){P1_1=1;delay_nus(1700);P1_1=0;delay_nms(20);}用PC機(jī)控制機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)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(jī)器人巡航控制基本巡航動(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)也控制了伺服電機(jī)運(yùn)行的時(shí)間。for(counter=0;counter<130;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_nms(20);}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);P1_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);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);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);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=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：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(jí)主題——建立復(fù)雜運(yùn)動(dòng)如果要讓機(jī)器人執(zhí)行一個(gè)更長(zhǎng)，更復(fù)雜的動(dòng)作，前面講到的方法將會(huì)很麻煩。

●用字符數(shù)組存儲(chǔ)運(yùn)動(dòng)動(dòng)作

●用switch語(yǔ)句解釋這些動(dòng)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(dá)式){case常量表達(dá)式1:語(yǔ)句1;break;case常量表達(dá)式2:語(yǔ)句2;break;…case常量表達(dá)式n:語(yǔ)句n;break;default:語(yǔ)句n+1;break;}switch分支語(yǔ)句一般形式：項(xiàng)目單元3、機(jī)器人觸覺(jué)系統(tǒng)的制作與調(diào)試通過(guò)前面兩章的學(xué)習(xí)，你已經(jīng)掌握如何用單片機(jī)的端口來(lái)控制機(jī)器人的各種運(yùn)動(dòng)。當(dāng)時(shí)，連接機(jī)器人伺服電機(jī)的端口是作為輸出使用。從本章開(kāi)始，單片機(jī)端口將作為輸入使用。觸覺(jué)導(dǎo)航觸須（胡須）硬件安裝好胡須的機(jī)器人測(cè)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(yǔ)言的一種運(yùn)算符——？表達(dá)式1？表達(dá)式2：表達(dá)式3胡須導(dǎo)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(shí)碰到，后退，左轉(zhuǎn)兩次｝右邊碰到，后退再左拐｝｝左邊碰到，后退再右拐沒(méi)有障礙物，前進(jìn)當(dāng)機(jī)器人進(jìn)入墻角時(shí)，左胡須觸墻，于是它右轉(zhuǎn)，向前行走，右胡須觸墻，于是左轉(zhuǎn)前進(jìn)，又碰到左墻，再次碰到右墻…。如果不是你把它從墻角拿出來(lái)，它就會(huì)一直困在墻角里而出不來(lái)。逃離墻角死區(qū)修改程序讓機(jī)器人碰到上述問(wèn)題時(shí)逃離死區(qū)。技巧是記下胡須交替觸動(dòng)的總次數(shù)。技巧的關(guān)鍵是程序必須記住每個(gè)胡須的前一次觸動(dòng)狀態(tài)，并和當(dāng)前觸動(dòng)狀態(tài)對(duì)比。如果狀態(tài)相反，就在交替總數(shù)上加1。如果這個(gè)交替總數(shù)超過(guò)了程序中預(yù)先給定的閥值，那么就該做一個(gè)“U”型轉(zhuǎn)彎，并且把胡須交替計(jì)數(shù)器復(fù)位。編程實(shí)現(xiàn)依賴(lài)于if…else嵌套語(yǔ)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(xiàng)目單元4、機(jī)器人紅外導(dǎo)航使用紅外線發(fā)射和接收器探測(cè)道路搭建IR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for(counter=0;counter<38;counter++){P1_3=1;delay_nus(13);P1_3=0;delay_nus(13);}irDetectLeft=P1_5state();測(cè)試IR發(fā)射和探測(cè)器對(duì)讓每個(gè)IRLED探測(cè)器組工作的關(guān)鍵是發(fā)送1毫秒頻率38.5kHz的紅外信號(hào)，然后立刻將IR探測(cè)器的輸出存儲(chǔ)到一個(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)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)——_nop_(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)*10-6S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，它能產(chǎn)生延時(shí)時(shí)間是1.08us，比1us有稍許誤差探測(cè)和避開(kāi)障礙物用#define語(yǔ)句來(lái)簡(jiǎn)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(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(lèi)似if((irDetectLeft==0)&&(irDetectRight==0))//兩邊同時(shí)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(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)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pulseRight來(lái)設(shè)置發(fā)送的脈沖持續(xù)時(shí)間邊緣探測(cè)精確的延時(shí)：定時(shí)/計(jì)數(shù)器的應(yīng)用數(shù)組：保存相同類(lèi)型的若干變量尾隨小車(chē)跟蹤條紋帶項(xiàng)目單元5、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（UniversalAsynchronousReceiver/Transmitter）是一種能夠把二進(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８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８位并行數(shù)據(jù)送到計(jì)算機(jī)。RS232電平與TTL電平轉(zhuǎn)換TTL（Tansistor-TransistorLogic），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