智能控制工程實(shí)踐創(chuàng)新教程 課件 第一篇基礎(chǔ)知識(shí)篇：推開(kāi)工程實(shí)踐創(chuàng)新平臺(tái)大門

智能控制工程實(shí)踐創(chuàng)新教程第一篇基礎(chǔ)知識(shí)篇：推開(kāi)工程實(shí)踐創(chuàng)新平臺(tái)大門目錄content任務(wù)一了解智能機(jī)器人01任務(wù)二認(rèn)識(shí)智能移動(dòng)機(jī)器人02任務(wù)三學(xué)習(xí)智能微型運(yùn)動(dòng)裝置教學(xué)平臺(tái)03任務(wù)四了解MicroPython開(kāi)發(fā)之旅04任務(wù)五掌握MicroPython編程基礎(chǔ)05任務(wù)一了解智能機(jī)器人/01任務(wù)一了解智能機(jī)器人任務(wù)一了解智能機(jī)器人一、智能機(jī)器人概述機(jī)器人可分為一般機(jī)器人和智能機(jī)器人，一般機(jī)器人是指不具有智能，只具有一般編程能力和操作功能的機(jī)器人。之所以稱為智能機(jī)器人，是因?yàn)樗邢喈?dāng)發(fā)達(dá)的“大腦”。在大腦中起作用的是中央處理器，與操作它的人聯(lián)系緊密?？梢园茨康倪M(jìn)行復(fù)雜動(dòng)作。二、智能機(jī)器人分類智能機(jī)器人根據(jù)其智能程度的不同，又可分為三種：傳感型機(jī)器人、交互型機(jī)器人、自主型機(jī)器人。三、智能機(jī)器人發(fā)展趨勢(shì)自主分布式機(jī)器人系統(tǒng)，或者多智能體機(jī)器人系統(tǒng)是智能機(jī)器人未來(lái)發(fā)展的一個(gè)重要趨勢(shì)。機(jī)器人由多個(gè)智能信息處理裝置和自主動(dòng)作裝置組成。各個(gè)單元具有模塊化的結(jié)構(gòu)，多個(gè)模塊組合起來(lái)就組成機(jī)器人系統(tǒng)。由多關(guān)節(jié)組成的機(jī)器人，每個(gè)關(guān)節(jié)都嵌入智能動(dòng)作裝置，構(gòu)成一個(gè)彼此邊通信邊運(yùn)動(dòng)的系統(tǒng)。任務(wù)二認(rèn)識(shí)智能移動(dòng)機(jī)器人/02任務(wù)二認(rèn)識(shí)智能移動(dòng)機(jī)器人任務(wù)二認(rèn)識(shí)智能移動(dòng)機(jī)器人一、智能移動(dòng)機(jī)器人概述智能移動(dòng)機(jī)器人是智能機(jī)器人的一種，是由傳感器、遙控操作器和自動(dòng)控制器等機(jī)構(gòu)組成的具有移動(dòng)功能的機(jī)器人系統(tǒng)，具有自行組織、自主運(yùn)行、自主規(guī)劃等特點(diǎn)。二、智能移動(dòng)機(jī)器人分類1.輪式（wheeled）機(jī)器人輪式機(jī)器人由車體、車輪、車體-車輪之間的支撐機(jī)構(gòu)組成，。2.履帶式（track）機(jī)器人通過(guò)履帶的面接觸方式來(lái)適應(yīng)地面的不平整性。任務(wù)二認(rèn)識(shí)智能移動(dòng)機(jī)器人三、智能機(jī)器人組成結(jié)構(gòu)機(jī)器人的結(jié)構(gòu)是很復(fù)雜的，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。1.執(zhí)行機(jī)構(gòu)執(zhí)行機(jī)構(gòu)就是機(jī)器人的本體。2.驅(qū)動(dòng)裝置驅(qū)動(dòng)裝置是驅(qū)使執(zhí)行機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)的機(jī)構(gòu)。3.檢測(cè)裝置檢測(cè)裝置的作用是實(shí)時(shí)檢測(cè)機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)及工作情況。4.控制系統(tǒng)控制系統(tǒng)有兩種控制方式。一種是集中式控制，另一種是分散（級(jí)）式控制。3.足式（legged）機(jī)器人足式機(jī)器人模擬了人或足式動(dòng)物，與地面為非連續(xù)點(diǎn)接觸，對(duì)行走路面的要求很低。任務(wù)二認(rèn)識(shí)智能移動(dòng)機(jī)器人四、智能移動(dòng)機(jī)器人的關(guān)鍵性能指標(biāo)關(guān)鍵性能指標(biāo)說(shuō)明通行能力與工作空間、移動(dòng)方式及移動(dòng)能力有關(guān)移動(dòng)能力移動(dòng)自由度，通常稱為機(jī)動(dòng)度，描述移動(dòng)機(jī)器人空間運(yùn)動(dòng)靈活度速度最大、最小的速度/加速度載荷能力在滿足其他性能要求的情況下，機(jī)器人能夠承載的負(fù)荷重量到點(diǎn)精度機(jī)器人移動(dòng)到點(diǎn)的實(shí)際位置和理想位置之間的差距重復(fù)精度在相同的位置指令下，機(jī)器人連續(xù)重復(fù)運(yùn)動(dòng)若干次，其位置的分散情況靜態(tài)穩(wěn)定靜態(tài)穩(wěn)定性，質(zhì)心是否在支撐區(qū)域內(nèi)移動(dòng)自主性控制方式，遙控、半自主還是全自主五、智能移動(dòng)機(jī)器人關(guān)鍵技術(shù)智能移動(dòng)機(jī)器人關(guān)鍵技術(shù)緊緊圍繞著“感知”、“決策”和“執(zhí)行”這三方面，其中環(huán)境感知、自主定位和路徑規(guī)劃是智能移動(dòng)機(jī)器人技術(shù)的三大重點(diǎn)問(wèn)題。1.環(huán)境感知目前，在機(jī)器人室內(nèi)環(huán)境中，以激光雷達(dá)為主，并借助其他傳感器的移動(dòng)機(jī)器人自主環(huán)境感知技術(shù)已相對(duì)成熟。2.自主定位移動(dòng)機(jī)器人要實(shí)現(xiàn)自主行走，定位也是其需要掌握的核心技術(shù)之一。3.路徑規(guī)劃路徑規(guī)劃技術(shù)也是機(jī)器人研究領(lǐng)域的一個(gè)重要分支。任務(wù)三學(xué)習(xí)智能微型運(yùn)動(dòng)裝置教學(xué)平臺(tái)/03任務(wù)三學(xué)習(xí)智能微型運(yùn)動(dòng)裝置教學(xué)平臺(tái)任務(wù)三學(xué)習(xí)智能微型運(yùn)動(dòng)裝置教學(xué)平臺(tái)一、教學(xué)平臺(tái)簡(jiǎn)介智能微型運(yùn)動(dòng)裝置是智能移動(dòng)機(jī)器人的一種，具有體積小、可移動(dòng)、智能化等特點(diǎn)。智能微型運(yùn)動(dòng)裝置教學(xué)平臺(tái)，型號(hào)TQD-MicromouseJQ3，是天津啟誠(chéng)偉業(yè)科技有限公司根據(jù)職普融通教學(xué)和競(jìng)賽需求，獨(dú)立開(kāi)發(fā)設(shè)計(jì)，擁有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的新一代智能微型運(yùn)動(dòng)裝置。TQD-MicromouseJQ3共分為核心主控板、擴(kuò)展板、底部電路板三部分：核心主控板：負(fù)責(zé)程序的運(yùn)行，如驅(qū)動(dòng)傳感器檢測(cè)、控制電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)等，都需要核心主控板發(fā)出指令。擴(kuò)展板：對(duì)核心主控板接口的擴(kuò)展，I/O接口以GVS三線形式引出，方便擴(kuò)展通用傳感器和執(zhí)行器；I2C、UART和SPI接口同樣延伸到了擴(kuò)展板上，可以非常方便地連接液晶屏、陀螺儀等復(fù)雜模塊。底部電路板：安裝了運(yùn)動(dòng)結(jié)構(gòu)，接收擴(kuò)展板發(fā)出的驅(qū)動(dòng)信號(hào)，經(jīng)過(guò)電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)芯片的處理，驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)。任務(wù)三學(xué)習(xí)智能微型運(yùn)動(dòng)裝置教學(xué)平臺(tái)二、核心主控板簡(jiǎn)介TQD-MicromouseJQ3核心主控板采用ESP32-D0WDQ6作為主控芯片。處理器采用國(guó)產(chǎn)雙核SoC，時(shí)鐘頻率240MHz，ROM448KB，SRAM520KB，SPIFlash4MB，提供高性能支持的同時(shí)，簡(jiǎn)化項(xiàng)目搭建過(guò)程。支持WIFI和Bluetooth兩種無(wú)線通信方式，輕松實(shí)現(xiàn)App和Web的通信與控制。支持MicroPython和Arduino兩種編程方式，易學(xué)易懂易練，滿足不同學(xué)習(xí)需求。任務(wù)三學(xué)習(xí)智能微型運(yùn)動(dòng)裝置教學(xué)平臺(tái)三、電路板簡(jiǎn)介TQD-MicromouseJQ3的核心主控板安裝在擴(kuò)展板上，擴(kuò)展板與底部電路板通過(guò)導(dǎo)線連接。2.底部電路板TQD-MicromouseJQ3共四臺(tái)電動(dòng)機(jī)，安裝在底部電路板上，底部電路板通過(guò)導(dǎo)線與擴(kuò)展板連接，完成系統(tǒng)的閉環(huán)。1.擴(kuò)展板擴(kuò)展板將核心主控板的所有接口都擴(kuò)展出來(lái)，方便進(jìn)行二次開(kāi)發(fā)。任務(wù)三學(xué)習(xí)智能微型運(yùn)動(dòng)裝置教學(xué)平臺(tái)電動(dòng)機(jī)安裝圖

整體安裝圖任務(wù)四了解MicroPython開(kāi)發(fā)之旅/04任務(wù)四了解MicroPython開(kāi)發(fā)之旅任務(wù)四了解MicroPython開(kāi)發(fā)之旅一、MicroPython簡(jiǎn)介MicroPython是一門解釋型語(yǔ)言，與非解釋型語(yǔ)言的區(qū)別，是微型化的Python，可以運(yùn)行在微控制器中，它使得用戶可以編寫Python腳本來(lái)控制硬件。二、MicroPython功能MicroPython支持的一些功能：1.交互式解釋器MicroPython開(kāi)發(fā)板內(nèi)置了特殊的交互式控制臺(tái)，可以通過(guò)使用USB電纜（或在某些情況下通過(guò)Wi-Fi）連接到開(kāi)發(fā)板來(lái)進(jìn)行訪問(wèn)。2.標(biāo)準(zhǔn)庫(kù)MicroPython還支持許多標(biāo)準(zhǔn)庫(kù)。例如：JSON數(shù)據(jù)解析、套接字編程、字符串處理、文件輸入/輸出，甚至對(duì)正則表達(dá)式的支持等。3.可擴(kuò)展對(duì)于需要在底層（使用C或C++）實(shí)現(xiàn)一些復(fù)雜庫(kù)并在MicroPython中包含新庫(kù)的高級(jí)用戶而言，這是一個(gè)很棒的功能。任務(wù)四了解MicroPython開(kāi)發(fā)之旅三、MicroPython局限性MicroPython最大的局限性在于它的易用性。例如以高速率采樣數(shù)據(jù)或通過(guò)連接（USB、硬件接口等）進(jìn)行通信可能無(wú)法足夠快地運(yùn)行。對(duì)于這些領(lǐng)域，可以通過(guò)使用優(yōu)化處理低級(jí)通信的庫(kù)擴(kuò)展MicroPython語(yǔ)言來(lái)解決該問(wèn)題。任務(wù)四了解MicroPython開(kāi)發(fā)之旅序號(hào)名稱含義序號(hào)名稱含義1array數(shù)組13os基本的“操作系統(tǒng)”服務(wù)2binascii二進(jìn)制/ASCII轉(zhuǎn)換14random生成隨機(jī)數(shù)3builtins內(nèi)置函數(shù)和異常15re正則表達(dá)式4cmath復(fù)數(shù)數(shù)學(xué)函數(shù)16select等待流上的事件5collections收集和容器類型17socket套接字6errno系統(tǒng)錯(cuò)誤代碼18sslSSL/TLS模塊7gc控制垃圾收集器19struct打包和解包原始數(shù)據(jù)類型8hashlib哈希算法20sys特定于系統(tǒng)的功能9heap堆隊(duì)列算法21time時(shí)間相關(guān)函數(shù)10i/o輸入/輸出流22uasyncio異步I/O調(diào)度器11jsonJSON編解碼23zlibzlib解壓12math數(shù)學(xué)函數(shù)24_thread多線程支持四、Python標(biāo)準(zhǔn)庫(kù)微型化的Python標(biāo)準(zhǔn)庫(kù)任務(wù)四了解MicroPython開(kāi)發(fā)之旅五、MicroPython特定庫(kù)序號(hào)名稱含義序號(hào)名稱含義1bluetooth低功耗藍(lán)牙6micropython訪問(wèn)和控制MicroPython內(nèi)部2btree簡(jiǎn)單的BTree數(shù)據(jù)庫(kù)7neopixel控制WS2812燈帶3cryptolib加密密碼8network網(wǎng)絡(luò)配置4framebuf幀緩沖操作9uctypes以結(jié)構(gòu)化方式訪問(wèn)二進(jìn)制數(shù)據(jù)5machine與硬件相關(guān)的功能

MicroPython類庫(kù)任務(wù)五掌握MicroPython編程基礎(chǔ)/05任務(wù)五掌握MicroPython編程基礎(chǔ)任務(wù)五掌握MicroPython編程基礎(chǔ)一、基礎(chǔ)任務(wù)五掌握MicroPython編程基礎(chǔ)二、數(shù)據(jù)類型MicroPython中基本的數(shù)據(jù)類型有Number（數(shù)字）、String（字符串）、List（列表）、Tuple（元組）、Dictionary（字典）等。任務(wù)五掌握MicroPython編程基礎(chǔ)三、運(yùn)算符1.算術(shù)運(yùn)算符運(yùn)算符名稱說(shuō)明+加兩個(gè)對(duì)象相加-減定義一個(gè)負(fù)數(shù)，或兩個(gè)對(duì)象相減*乘兩數(shù)相乘或返回一個(gè)被重復(fù)若干次的字符串、列表、元組等/除x除以y//取整除返回商的整數(shù)部分%取余返回除法的余數(shù)余**冪返回x的y次冪2.位運(yùn)算符運(yùn)算符名稱說(shuō)明<<左移把<<左邊的運(yùn)算數(shù)的各二進(jìn)制位全部左移若干位，（由<<右邊的數(shù)指定移動(dòng)的位數(shù)），高位丟棄，低位補(bǔ)0>>右移把>>左邊的運(yùn)算數(shù)的各二進(jìn)制位全部右移若干位，（由>>右邊的數(shù)指定移動(dòng)的位數(shù)），低位丟棄，高位補(bǔ)0&按位與參與運(yùn)算的兩個(gè)值，如果相應(yīng)的兩個(gè)位都為1,則對(duì)應(yīng)位按位與運(yùn)算的結(jié)果為1，否則為0|按位或兩個(gè)數(shù)對(duì)應(yīng)的二進(jìn)制位有一個(gè)為1時(shí)，則對(duì)應(yīng)位按位或運(yùn)算的結(jié)果為1,否則為0?按位異或兩個(gè)數(shù)對(duì)應(yīng)的二進(jìn)制位不相同時(shí)，則該對(duì)應(yīng)位按位異或運(yùn)算的結(jié)果為1,否則為0～按位取反每個(gè)二進(jìn)制位取反，即把1變?yōu)?,把0變?yōu)?。任務(wù)五掌握MicroPython編程基礎(chǔ)3.比較運(yùn)算符運(yùn)算符名稱說(shuō)明＜小于x＜y；返回x是否小于y。若為真返回True，為假返回False＞大于x＞y；返回x是否大于y＜＝小于或等于x＜=y返回x是否小于或等于y＞＝大于或等于x＞=y返回x是否大于或等于y＝＝等于x==y；比較x和y是否相等?。讲坏扔趚!=y；比較x和y是否不相等4.邏輯運(yùn)算符運(yùn)算符名稱說(shuō)明not布爾“非”notx；如果x為True，返回False，否則返回Trueand布爾“與”xandy；x，y都為True，返回True，否則返回Falseor布爾“或”xory；x或y至少一個(gè)為True，返回True，否則返回False5.賦值運(yùn)算符運(yùn)算符名稱說(shuō)明＝簡(jiǎn)單的賦值運(yùn)算符c＝10；將10賦值給c+＝加法賦值運(yùn)算符c+＝a等價(jià)于c＝c+a-＝減法賦值運(yùn)算符c-＝a等價(jià)于c＝c-a*＝乘法賦值運(yùn)算符c*＝a等價(jià)于c＝c*a/＝除法賦值運(yùn)算符c/＝a等價(jià)于c＝c/a%＝取模賦值運(yùn)算符c%＝a等價(jià)于c＝c%