幻燈片1 - 長(zhǎng)春工業(yè)大學(xué)工程訓(xùn)練中心課件

MT-UROBOT任課教師----孫立華目錄一、機(jī)器人概述二、MT-UROBOT程序編制三、應(yīng)用操作實(shí)例四、創(chuàng)意設(shè)計(jì)

比爾·蓋茨預(yù)言：未來家家都有機(jī)器人

目錄機(jī)器人概述1.機(jī)器人的產(chǎn)生、發(fā)展及應(yīng)用機(jī)器人的產(chǎn)生世界各國(guó)機(jī)器人發(fā)展現(xiàn)狀機(jī)器人的應(yīng)用與種類2.機(jī)器人的內(nèi)部結(jié)構(gòu)機(jī)器人通常的內(nèi)部結(jié)構(gòu)MT-UROBOT的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)一、機(jī)器人概述應(yīng)用操作實(shí)例拔河比賽

三、應(yīng)用操作實(shí)例程序設(shè)計(jì)舉例四、創(chuàng)意設(shè)計(jì)獨(dú)立設(shè)計(jì)項(xiàng)目

機(jī)器人滅火比賽

結(jié)束§1.1.1機(jī)器人的產(chǎn)生機(jī)器人產(chǎn)生的背景，機(jī)器人技術(shù)的發(fā)展，它應(yīng)該說是一個(gè)科學(xué)技術(shù)發(fā)展共同的一個(gè)綜合性的結(jié)果。美國(guó)是機(jī)器人的誕生地，早在1962年就研制出世界上第一臺(tái)工業(yè)機(jī)器人，比起號(hào)稱"機(jī)器人王國(guó)"的日本起步至少要早五六年。那么什么是機(jī)器人呢？人們一般的理解來看，機(jī)器人是具有一些類似人的功能的機(jī)械電子裝置，或者叫自動(dòng)化裝置，它仍然是個(gè)機(jī)器，它有三個(gè)特點(diǎn)，一個(gè)是有類人的功能，比如說作業(yè)功能，感知功能，行走功能，還能完成各種動(dòng)作，它還有一個(gè)特點(diǎn)是根據(jù)人的編程能自動(dòng)的工作，這里一個(gè)顯著的特點(diǎn)，就是它可以編程，改變它的工作、動(dòng)作、工作的對(duì)象，和工作的一些要求，它是人造的機(jī)器或機(jī)械電子裝置。但從完整的更為深遠(yuǎn)的機(jī)器人定義來看，應(yīng)該更強(qiáng)調(diào)機(jī)器人智能，所以人們又提出來機(jī)器人的定義是能夠感知環(huán)境，能夠有學(xué)習(xí)、情感和對(duì)外界一種邏輯判斷思維的這種機(jī)器。那么這給機(jī)器人提出來更高層次的要求，展望21世紀(jì)，機(jī)器人將是一個(gè)與20世紀(jì)計(jì)算機(jī)的普及一樣，會(huì)深入地應(yīng)用到各個(gè)領(lǐng)域，在21世紀(jì)的前20年是機(jī)器人從制造業(yè)走向非制造業(yè)的發(fā)展一個(gè)重要時(shí)期，也是智能機(jī)器人發(fā)展的一個(gè)關(guān)鍵時(shí)期。返回§1.1.2世界各國(guó)機(jī)器人發(fā)展現(xiàn)狀

1.世界主要國(guó)機(jī)器人發(fā)展現(xiàn)狀美國(guó)：經(jīng)過30多年的發(fā)展，現(xiàn)已成為世界上的機(jī)器人強(qiáng)國(guó)之一，基礎(chǔ)雄厚，技術(shù)先進(jìn)。日本：在1967年由川崎重工業(yè)公司從美國(guó)Unimation公司引進(jìn)機(jī)器人及其技術(shù)，建立起生產(chǎn)車間，并于1968年試制出第一臺(tái)川崎的“尤尼曼特”機(jī)器人。經(jīng)過短短的幾十年，開始在各個(gè)領(lǐng)域內(nèi)廣泛推廣使用機(jī)器人。中國(guó)：我國(guó)已在“七五”計(jì)劃中把機(jī)器人列人國(guó)家重點(diǎn)科研規(guī)劃內(nèi)容，撥巨款在沈陽建立了全國(guó)第一個(gè)機(jī)器人研究示范工程，全面展開了機(jī)器人基礎(chǔ)理論與基礎(chǔ)元器件研究。十幾年來，相繼研制出示教再現(xiàn)型的搬運(yùn)、點(diǎn)焊、弧焊、噴漆、裝配等門類齊全的工業(yè)機(jī)器人及水下作業(yè)、軍用和特種機(jī)器人。目前，示教再現(xiàn)型機(jī)器人技術(shù)已基本成熟，并在工廠中推廣應(yīng)用。我國(guó)自行生產(chǎn)的機(jī)器人噴漆流水線在長(zhǎng)春第一汽車廠及東風(fēng)汽車廠投入運(yùn)行。1986年3月開始的國(guó)家863高科技發(fā)展規(guī)劃已列入研究、開發(fā)智能機(jī)器人的內(nèi)容。返回§1.1.3機(jī)器人的應(yīng)用與種類2.種類：操作型機(jī)器人：能自動(dòng)控制，可重復(fù)編程，多功能，有幾個(gè)自由度，可固定或運(yùn)動(dòng)，用于相關(guān)自動(dòng)化系統(tǒng)中。程控型機(jī)器人：按預(yù)先要求的順序及條件，依次控制機(jī)器人的機(jī)械動(dòng)作。示教再現(xiàn)型機(jī)器人：通過引導(dǎo)或其它方式，先教會(huì)機(jī)器人動(dòng)作，輸入工作程序，機(jī)器人則自動(dòng)重復(fù)進(jìn)行作業(yè)。數(shù)控型機(jī)器人：不必使機(jī)器人動(dòng)作，通過數(shù)值、語言等對(duì)機(jī)器人進(jìn)行示教，機(jī)器人根據(jù)示教后的信息進(jìn)行作業(yè)。感覺控制型機(jī)器人：利用傳感器獲取的信息控制機(jī)器人的動(dòng)作。適應(yīng)控制型機(jī)器人：機(jī)器人能適應(yīng)環(huán)境的變化，控制其自身的行動(dòng)。學(xué)習(xí)控制型機(jī)器人：機(jī)器人能“體會(huì)”工作的經(jīng)驗(yàn)，具有一定的學(xué)習(xí)功能，并將所“學(xué)”的經(jīng)驗(yàn)用于工作中。智能機(jī)器人：以人工智能決定其行動(dòng)的人。返回機(jī)器人通常的內(nèi)部結(jié)構(gòu)：機(jī)器人一般由執(zhí)行機(jī)構(gòu)、驅(qū)動(dòng)裝置、檢測(cè)裝置和控制系統(tǒng)等組成。機(jī)器人的組成部分也可劃分為硬件與軟件兩部分，其中軟件包括控制規(guī)則與控制接口?！?.2.1機(jī)器人的內(nèi)部結(jié)構(gòu)返回1.2.2MT-UROBOT的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)1.控制部分2.傳感器部分3.執(zhí)行部分§1.2.2MT-UROBOT的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)主要結(jié)構(gòu)如下圖所示：1-1系統(tǒng)結(jié)構(gòu)可以概括為：返回（1）主板

位于MT-UROBOT“心臟”部位的控制部件是MT-UROBOT的大腦——主板，它被安裝在主板盒里面，由很多電子元器件組成，跟人的大腦一樣，主要完成接收信息、處理信息、發(fā)出指令等一系列過程。

MT-UROBOT的大腦有記憶功能，這主要由主板上的內(nèi)存來實(shí)現(xiàn)，至于“大腦”的分析、判斷、決斷功能則由主板上的眾多芯片共同完成。

（2）位于MT-UROBOT主板盒上得眾多控制按鍵、指示燈等等，是MT-UROBOT機(jī)器人運(yùn)行控制部件，它的組成和主要的控制功能在前面我已做了介紹，這里就不再重復(fù)。

MT-UROBOT擴(kuò)展電路板安裝示意圖

（3）擴(kuò)展接口電路板

位于MT-UROBOT前端的擴(kuò)展接口電路板提供了心臟（主板盒）與眼睛（各種傳感器）及手腳（各種執(zhí)行機(jī)構(gòu)）之間的信息傳達(dá)橋梁，并給執(zhí)行機(jī)構(gòu)及各種傳感器提供動(dòng)力。MT-UROBOT可以根據(jù)用戶不同的創(chuàng)新設(shè)計(jì)安裝不同的擴(kuò)展接口電路板，機(jī)械連接甚至在理論上可以無限擴(kuò)展。圖1-3所示為擴(kuò)展三塊電路板的安裝方式。

返回§1.2.2.2傳感器§1.2.2.2傳感器光電耦合器

碰撞開關(guān)紅外發(fā)射、接收傳感器碼盤＝光電編碼器

光敏傳感器灰度傳感器

MT-UROBOT機(jī)器人的傳感器主要包括以下幾種：傳感器安裝示意圖紅外傳感器

MT-UROBOT機(jī)器人的紅外傳感器共包含兩種器件：紅外發(fā)射管和紅外接收管，紅外接收管可以安裝于MT-UROBOT機(jī)器人的正前方，兩只紅外發(fā)射管安裝于紅外接收管的兩側(cè)；同時(shí)紅外發(fā)射管也可以安裝于MT-UROBOT機(jī)器人的正前方，兩只紅外接受管安裝于紅外發(fā)射管兩側(cè)。而且他們也可以安裝到滅火風(fēng)扇支架上面，因而MT-UROBOT機(jī)器人提供給了用戶更多的發(fā)揮自主創(chuàng)新的空間。

紅外發(fā)射管可以發(fā)出紅外線，紅外線在遇到障礙后被反射回來，紅外接收管接收到被反射回來的紅外線以后，通過A/D轉(zhuǎn)換送入CPU進(jìn)行處理。紅外傳感器能夠看到前方10cm80cm，90°范圍內(nèi)的比210mmx150mm面積大的障礙物，如果障礙物太小太細(xì)、或者在它的可視范圍以外，它可就沒法看到了。在MT-UROBOT機(jī)器人的可視范圍內(nèi)，它的可視距離是可調(diào)整的。光敏傳感器光敏傳感器是由兩個(gè)光敏電阻組成，它可以安裝于機(jī)器人的傳感器支架、滅火風(fēng)扇支架上的任意位置。光敏傳感器能夠探測(cè)光線，不過在這里我們是讓它看見特定的顏色。我們?cè)贛T-UROBOT機(jī)器人的光敏傳感器罩上了一層濾光紙，通過它的顏色來決定MT-UROBOT機(jī)器人能探測(cè)什么顏色的光線。大學(xué)版機(jī)器人智能機(jī)器人上有2個(gè)光敏傳感器，它可以檢測(cè)到光線的強(qiáng)弱。光敏傳感器其實(shí)是一個(gè)光敏電阻，它的阻值受照射在它上面的光線強(qiáng)弱的影響。大學(xué)版機(jī)器人智能機(jī)器人所用的光敏電阻的阻值在很暗的環(huán)境下為75ＫΩ，室內(nèi)照度下幾ＫΩ，陽光或強(qiáng)光下幾十Ω。安裝光敏傳感器是一個(gè)可變的電阻，它的接插方式?jīng)]有方向性，在擴(kuò)展板上的位置如圖1-7圖1-7光敏傳感器插針位置圖話筒MT-UROBOT機(jī)器人的話筒的功能很強(qiáng)，它可以感受到聲音的強(qiáng)弱。我們知道我們自己的耳朵并不是所有聲音都可以聽見的，我們聽見的聲音在一定的頻率范圍內(nèi)，MT-UROBOT的“耳朵”也是這樣，它能聽見的聲音頻率范圍跟人能聽到的范圍大致是一樣的，大約是16Hz20000Hz的機(jī)械波。MT-UROBOT機(jī)器人在聽到你的聲音命令后，會(huì)根據(jù)你的指示（由程序事先輸入）采取行動(dòng)。MT-UROBOT機(jī)器人話筒也就是麥克風(fēng)，在主板盒上面的右上方。地面灰度傳感器及金屬接近開關(guān)

地面灰度傳感器也叫尋跡傳感器，它由一個(gè)紅外光發(fā)射管和一個(gè)紅外接受管組成，由于地面的灰度不同，經(jīng)過反射，接收管接收到的信號(hào)也會(huì)發(fā)生相應(yīng)的變化，從而可以得到地面上灰度的信息。其他傳感器

大學(xué)版機(jī)器人還能集成很多其他的傳感器，下面作簡(jiǎn)單介紹：熱釋電傳感器熱釋電傳感器對(duì)移動(dòng)的人體熱源敏感，可以探測(cè)幾米外的人體。大學(xué)版機(jī)器人裝上1個(gè)或幾個(gè)熱釋電傳感器后，你可以讓他一看見你，就向你迎過來，讓他跟著你走。超聲傳感器超聲傳感器是機(jī)器人測(cè)距的專業(yè)傳感器，測(cè)量距離一般為20cm-6m，測(cè)量精度為1%，是測(cè)量聲波發(fā)射與收到回波之間的時(shí)間差來測(cè)量距離的。運(yùn)用大學(xué)版機(jī)器人本體上帶的傳感器在房間里找到門不容易，但運(yùn)用聲納對(duì)房間掃描一周后，就能較方便找到房門。連續(xù)測(cè)距紅外傳感器SHARP公司推出了創(chuàng)新的GP2D02/GP2D12連續(xù)測(cè)距紅外傳感器，測(cè)量范圍為10cm-80cm，參加滅火比賽時(shí)，用它來找房間門非常棒。數(shù)字指南針自主機(jī)器人的導(dǎo)航至今仍是世界性難題，借助數(shù)字指南針，可以使大學(xué)版機(jī)器人辨別方向。溫度傳感器想讓機(jī)器人動(dòng)態(tài)告訴你氣溫嗎？加一個(gè)溫度傳感器是個(gè)好方法。無線視覺傳感器用大學(xué)版智能機(jī)器人來作移動(dòng)的監(jiān)視平臺(tái)。你可以在大學(xué)版機(jī)器人上安裝無線攝像頭，把視頻信號(hào)發(fā)射出來，用PC機(jī)接收后進(jìn)行圖象處理。紅外避障傳感器用來探測(cè)的不同方向的障礙物，可以使機(jī)器人有效的避開障礙物。還有許多傳感器，可以讓大學(xué)版機(jī)器人擁有有特殊本領(lǐng)。大學(xué)版機(jī)器人的魅力在于你能控制所有的資源，直接領(lǐng)悟信息采集與處理的機(jī)制，以及如何處理現(xiàn)實(shí)情況的復(fù)雜性和難以預(yù)測(cè)性。返回

MT-UROBOT機(jī)器人的執(zhí)行部分是指機(jī)器人執(zhí)行具體功能時(shí)所要用到的部件，如圖MT-UROBOT執(zhí)行部分所示，MT-UROBOT機(jī)器人的執(zhí)行部分共有以下五種：揚(yáng)聲器、LCD、主動(dòng)輪及其驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)、從動(dòng)輪、直流電機(jī)?！?.2.2.3執(zhí)行部分§2.2雙擊桌面上的流程圖圖標(biāo)，進(jìn)入流程圖程序編程界面（如圖2-1）可以看到流程圖的圖形化編程界面是由這樣幾個(gè)部分組成：菜單欄、工具欄、模塊庫(kù)（包括執(zhí)行器、傳感器、控制、程序模塊庫(kù)）、垃圾箱、流程圖生成區(qū)、C語言代碼顯示區(qū)。通過點(diǎn)擊圖形化編程界面工具欄中“切換”按鈕就可以切換到C語言代碼編程界面（如圖2-2）圖2-1圖形化編程界面圖2-2C語言代碼編程界面可以看到流程圖的C語言代碼編程界面是由這樣幾個(gè)部分組成：菜單欄、工具欄、編輯窗口、C語言信息窗口。通過點(diǎn)擊C語言代碼編程界面工具欄中的“切換”按鈕就可以切換到圖形化編程界面。返回調(diào)試程序：

所編寫的C語言程序如果有語法錯(cuò)誤，那么在編譯下載時(shí)就會(huì)在C語言信息窗口中顯示程序的語法錯(cuò)誤，提示錯(cuò)誤可能在程序的第幾行（用括號(hào)注明），并提示可能的錯(cuò)誤原因。這樣你可以使用編譯中的“轉(zhuǎn)到”，就會(huì)出現(xiàn)跳轉(zhuǎn)對(duì)話框，將出錯(cuò)的行數(shù)寫入此對(duì)話框，光標(biāo)就會(huì)自動(dòng)跳轉(zhuǎn)到該錯(cuò)誤行，那么你就可以找出錯(cuò)誤，并修改它，再次編譯下載，直到?jīng)]有編譯錯(cuò)誤下載成功為止?？梢约涌煺{(diào)試過程。在實(shí)際應(yīng)用中兩種編程界面切換是經(jīng)常用到的，現(xiàn)將編程界面切換方法總結(jié)如下：圖形化編程界面切換到C語言代碼編程界面的途徑：點(diǎn)擊工具欄中“切換”快捷按鈕新建\打開文件時(shí)選擇“*.C語言”文件C語言代碼編程界面切換到圖形化編程界面的途徑：點(diǎn)擊工具欄中“切換”快捷按鈕新建\打開文件時(shí)選擇“*.flw”文件返回§2.4流程圖程序：

1、走直線

雙擊mtu文件夾中的可執(zhí)行文件Robot.exe圖標(biāo)，進(jìn)入了機(jī)器人編程界面如圖3-1所示。它支持流程圖語言、匯編ASM和C語言程序。圖3-1新建或打開文件用流程圖語言實(shí)現(xiàn)機(jī)器人直線行走在圖3-1中選擇流程圖語言，點(diǎn)擊確定按鈕，進(jìn)入圖3-2界面圖3-2初始界面流程圖模塊包括五個(gè)部分：

執(zhí)行模塊、數(shù)字信號(hào)輸入、數(shù)字信號(hào)輸出、模擬信號(hào)輸入、控制邏輯。

執(zhí)行模塊可實(shí)現(xiàn)直行、轉(zhuǎn)彎、停止、顯示、等待、清屏、音樂、手臂控制等功能。

直行函數(shù)為move(intSPEEDL,intSPEEDR,intEXSPEED);參數(shù)分別為左輪速、右輪速、擴(kuò)展電機(jī)的速度，速度范圍在-2000～2000內(nèi)。

將鼠標(biāo)移到執(zhí)行模塊中的直行圖標(biāo)處，按住鼠標(biāo)左鍵將直行圖標(biāo)拖到START下面，當(dāng)START下面的黑色小正方形變成紅色時(shí)松開鼠標(biāo)，點(diǎn)擊鼠標(biāo)右鍵屬性再點(diǎn)擊左鍵可以修改直行的屬性值，這時(shí)在右邊的Code區(qū)可以看到直行相對(duì)應(yīng)的c代碼。接著將等待圖標(biāo)按相同方法拖到直行的下面，點(diǎn)擊鼠標(biāo)右鍵確定機(jī)器人運(yùn)動(dòng)多長(zhǎng)時(shí)間停止的延遲時(shí)間（單位為毫秒）。最后將停止圖標(biāo)拖到等待的下面。界面如圖3-3所示。圖3-3直線行走點(diǎn)擊編譯按鈕

將機(jī)器人與計(jì)算機(jī)連接起來（用串口連接線，一端接計(jì)算機(jī)的九針串口，一端接機(jī)器人后面控制面板上的下載口）。

將機(jī)器人的“開關(guān)”按鈕打開，使機(jī)器人處于開機(jī)的狀態(tài)。

機(jī)器人液晶屏上出現(xiàn)運(yùn)行或下載時(shí)，通過機(jī)器人左面的按鈕

調(diào)到下載，按下0k按鈕，接著按下黃色下載按鈕，此時(shí)屏幕上會(huì)顯示下載等待。。。

按流程圖界面中的按鈕，待看到“下載成功！”字樣時(shí)，取下串口連接線，將機(jī)器人放在平穩(wěn)的地方，按復(fù)位按鈕，選擇液晶屏上運(yùn)行-ok，按機(jī)器人上的綠色“運(yùn)行”按鈕，此時(shí)機(jī)器人就以左右輪都為200的速度運(yùn)動(dòng)3秒鐘之后停止。用C語言實(shí)現(xiàn)直線行走

在圖3-1中選擇ASM/C語言，點(diǎn)擊Ok按鈕，在出現(xiàn)的界面上編寫C語言程序，如圖3-4所示。圖3-4C語言界面

main是主函數(shù)，每一個(gè)C語言程序總是從main函數(shù)開始執(zhí)行的；main函數(shù)的開始和結(jié)尾分別有個(gè)“｛”和“｝”viod可以理解為“不帶返回值”；所以第一句就可以理解為一個(gè)程序的“開頭”。move(200,200,0)函數(shù)參數(shù)分別為機(jī)器人的左輪速、右輪速、擴(kuò)展電機(jī)的速度。sleep(3000)表示延遲3秒鐘。stop()表示停止顯示。程序中每一句結(jié)尾都要加“；”這是C語句結(jié)束的標(biāo)志。如果你把上面這段程序下載到機(jī)器人中去，機(jī)器人就會(huì)如3-1中的效果一樣。每個(gè)流程圖的圖形模塊都代表一組C語言代碼。機(jī)器人走出規(guī)則軌跡

1、走圓#include<stdio.h>#include“ingenious.h”voidmain(){move(200,150,0);}機(jī)器人走出規(guī)則軌跡

2、先讓機(jī)器人以速度200前進(jìn)3秒，再讓機(jī)器人以速度-200后退5秒，再在原地以速度200旋轉(zhuǎn)1秒后停止。圖3-5流程圖2、走正方形

先以200速度走3秒鐘，停止，以速度200右轉(zhuǎn)0.85秒鐘，停止，以速度200走3秒鐘，停止，接下來與前相同，代碼如下：圖3-6流程圖返回§3.1程序設(shè)計(jì)舉例-拔河比賽任務(wù)分析：編制程序，熟練編程的過程和程序的調(diào)試?；顒?dòng)準(zhǔn)備：活動(dòng)準(zhǔn)備有兩個(gè)目的，一是明確活動(dòng)內(nèi)容和要求，二是準(zhǔn)備好活動(dòng)器材和場(chǎng)地。活動(dòng)內(nèi)容是運(yùn)用圖形化交互式C語言給大學(xué)版機(jī)器人智能機(jī)器人設(shè)計(jì)程序，控制機(jī)器人向后拉，比賽誰的機(jī)器人勝利。需要準(zhǔn)備的活動(dòng)器材如下：大學(xué)版機(jī)器人智能機(jī)器人兩臺(tái)；裝有流程圖的PC機(jī)一臺(tái)；面積為2平方米的比賽場(chǎng)地；粉筆、抹布和繩子。方案設(shè)計(jì)：勝方機(jī)器人采用曲線后退的方法，敗方機(jī)器人采用直接向后拉的方法。根據(jù)做功的原理，同樣的力，位移大的做功多些，所以，在同樣條件下，采用曲線后退的機(jī)器人就會(huì)勝利§3.1程序設(shè)計(jì)舉例-拔河比賽編制程序：#include<stdio.h>#include"ingenious.h"voidmain(){while(1){move(-50,-500,0);sleep(200);move(-500,-50,0);sleep(200);}}Victor§3.1程序設(shè)計(jì)舉例-拔河比賽編制程序：#include<stdio.h>#include"ingenious.h"voidmain(){while(1){ move(-300,-300,0);

}}程序調(diào)試：調(diào)整雙方后退的速度和方向，看怎么樣才能使機(jī)器人更快的勝利?？茨囊唤M的同學(xué)比賽勝利的時(shí)間最短Fall返回§4.1獨(dú)立設(shè)計(jì)項(xiàng)目-機(jī)器人滅火比賽滅火競(jìng)賽（紅外傳感器、碰撞傳感器、測(cè)障傳感器）任務(wù)：以小組的形式展開比賽，第一堂課進(jìn)行程序的編輯，第二堂課對(duì)程序進(jìn)行編輯和測(cè)試?？凑l先找到火源，然后將它滅掉。活動(dòng)準(zhǔn)備