幻燈片1 - 長春工業(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、機器人概述二、MT-UROBOT程序編制三、應(yīng)用操作實例四、創(chuàng)意設(shè)計

比爾·蓋茨預(yù)言：未來家家都有機器人

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

三、應(yīng)用操作實例程序設(shè)計舉例四、創(chuàng)意設(shè)計獨立設(shè)計項目

機器人滅火比賽

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

1.世界主要國機器人發(fā)展現(xiàn)狀美國：經(jīng)過30多年的發(fā)展，現(xiàn)已成為世界上的機器人強國之一，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Unimation公司引進(jìn)機器人及其技術(shù)，建立起生產(chǎn)車間，并于1968年試制出第一臺川崎的“尤尼曼特”機器人。經(jīng)過短短的幾十年，開始在各個領(lǐng)域內(nèi)廣泛推廣使用機器人。中國：我國已在“七五”計劃中把機器人列人國家重點科研規(guī)劃內(nèi)容，撥巨款在沈陽建立了全國第一個機器人研究示范工程，全面展開了機器人基礎(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、點焊、弧焊、噴漆、裝配等門類齊全的工業(yè)機器人及水下作業(yè)、軍用和特種機器人。目前，示教再現(xiàn)型機器人技術(shù)已基本成熟，并在工廠中推廣應(yīng)用。我國自行生產(chǎn)的機器人噴漆流水線在長春第一汽車廠及東風(fēng)汽車廠投入運行。1986年3月開始的國家863高科技發(fā)展規(guī)劃已列入研究、開發(fā)智能機器人的內(nèi)容。返回§1.1.3機器人的應(yīng)用與種類2.種類：操作型機器人：能自動控制，可重復(fù)編程，多功能，有幾個自由度，可固定或運動，用于相關(guān)自動化系統(tǒng)中。程控型機器人：按預(yù)先要求的順序及條件，依次控制機器人的機械動作。示教再現(xiàn)型機器人：通過引導(dǎo)或其它方式，先教會機器人動作，輸入工作程序，機器人則自動重復(fù)進(jìn)行作業(yè)。數(shù)控型機器人：不必使機器人動作，通過數(shù)值、語言等對機器人進(jìn)行示教，機器人根據(jù)示教后的信息進(jìn)行作業(yè)。感覺控制型機器人：利用傳感器獲取的信息控制機器人的動作。適應(yīng)控制型機器人：機器人能適應(yīng)環(huán)境的變化，控制其自身的行動。學(xué)習(xí)控制型機器人：機器人能“體會”工作的經(jīng)驗，具有一定的學(xué)習(xí)功能，并將所“學(xué)”的經(jīng)驗用于工作中。智能機器人：以人工智能決定其行動的人。返回機器人通常的內(nèi)部結(jié)構(gòu)：機器人一般由執(zhí)行機構(gòu)、驅(qū)動裝置、檢測裝置和控制系統(tǒng)等組成。機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機器人運行控制部件，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擴展電路板安裝示意圖

（3）擴展接口電路板

位于MT-UROBOT前端的擴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)行機構(gòu)）之間的信息傳達(dá)橋梁，并給執(zhí)行機構(gòu)及各種傳感器提供動力。MT-UROBOT可以根據(jù)用戶不同的創(chuàng)新設(shè)計安裝不同的擴展接口電路板，機械連接甚至在理論上可以無限擴展。圖1-3所示為擴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)；同時紅外發(fā)射管也可以安裝于MT-UROBOT機器人的正前方，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光敏電阻組成，它可以安裝于機器人的傳感器支架、滅火風(fēng)扇支架上的任意位置。光敏傳感器能夠探測光線，不過在這里我們是讓它看見特定的顏色。我們在MT-UROBOT機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機器人能探測什么顏色的光線。大學(xué)版機器人智能機器人上有2個光敏傳感器，它可以檢測到光線的強弱。光敏傳感器其實是一個光敏電阻，它的阻值受照射在它上面的光線強弱的影響。大學(xué)版機器人智能機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，陽光或強光下幾十Ω。安裝光敏傳感器是一個可變的電阻，它的接插方式?jīng)]有方向性，在擴展板上的位置如圖1-7圖1-7光敏傳感器插針位置圖話筒MT-UROBOT機器人的話筒的功能很強，它可以感受到聲音的強弱。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的機械波。MT-UROBOT機器人在聽到你的聲音命令后，會根據(jù)你的指示（由程序事先輸入）采取行動。MT-UROBOT機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，它由一個紅外光發(fā)射管和一個紅外接受管組成，由于地面的灰度不同，經(jīng)過反射，接收管接收到的信號也會發(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)版機器人還能集成很多其他的傳感器，下面作簡單介紹：熱釋電傳感器熱釋電傳感器對移動的人體熱源敏感，可以探測幾米外的人體。大學(xué)版機器人裝上1個或幾個熱釋電傳感器后，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器人測距的專業(yè)傳感器，測量距離一般為20cm-6m，測量精度為1%，是測量聲波發(fā)射與收到回波之間的時間差來測量距離的。運用大學(xué)版機器人本體上帶的傳感器在房間里找到門不容易，但運用聲納對房間掃描一周后，就能較方便找到房門。連續(xù)測距紅外傳感器SHARP公司推出了創(chuàng)新的GP2D02/GP2D12連續(xù)測距紅外傳感器，測量范圍為10cm-80cm，參加滅火比賽時，用它來找房間門非常棒。數(shù)字指南針自主機器人的導(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)版機器人辨別方向。溫度傳感器想讓機器人動態(tài)告訴你氣溫嗎？加一個溫度傳感器是個好方法。無線視覺傳感器用大學(xué)版智能機器人來作移動的監(jiān)視平臺。你可以在大學(xué)版機器人上安裝無線攝像頭，把視頻信號發(fā)射出來，用PC機接收后進(jìn)行圖象處理。紅外避障傳感器用來探測的不同方向的障礙物，可以使機器人有效的避開障礙物。還有許多傳感器，可以讓大學(xué)版機器人擁有有特殊本領(lǐng)。大學(xué)版機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制，以及如何處理現(xiàn)實情況的復(fù)雜性和難以預(yù)測性。返回

MT-UROBOT機器人的執(zhí)行部分是指機器人執(zhí)行具體功能時所要用到的部件，如圖MT-UROBOT執(zhí)行部分所示，MT-UROBOT機器人的執(zhí)行部分共有以下五種：揚聲器、LCD、主動輪及其驅(qū)動機構(gòu)、從動輪、直流電機?！?.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部分組成：菜單欄、工具欄、模塊庫（包括執(zhí)行器、傳感器、控制、程序模塊庫）、垃圾箱、流程圖生成區(qū)、C語言代碼顯示區(qū)。通過點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部分組成：菜單欄、工具欄、編輯窗口、C語言信息窗口。通過點擊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誤，那么在編譯下載時就會在C語言信息窗口中顯示程序的語法錯誤，提示錯誤可能在程序的第幾行（用括號注明），并提示可能的錯誤原因。這樣你可以使用編譯中的“轉(zhuǎn)到”，就會出現(xiàn)跳轉(zhuǎn)對話框，將出錯的行數(shù)寫入此對話框，光標(biāo)就會自動跳轉(zhuǎn)到該錯誤行，那么你就可以找出錯誤，并修改它，再次編譯下載，直到?jīng)]有編譯錯誤下載成功為止。可以加快調(diào)試過程。在實際應(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：點擊工具欄中“切換”快捷按鈕新建\打開文件時選擇“*.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：點擊工具欄中“切換”快捷按鈕新建\打開文件時選擇“*.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現(xiàn)機器人直線行走在圖3-1中選擇流程圖語言，點擊確定按鈕，進(jìn)入圖3-2界面圖3-2初始界面流程圖模塊包括五個部分：

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

執(zhí)行模塊可實現(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、擴展電機的速度，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松開鼠標(biāo)，點擊鼠標(biāo)右鍵屬性再點擊左鍵可以修改直行的屬性值，這時在右邊的Code區(qū)可以看到直行相對應(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，點擊鼠標(biāo)右鍵確定機器人運動多長時間停止的延遲時間（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直線行走點擊編譯按鈕

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

將機器人的“開關(guān)”按鈕打開，使機器人處于開機的狀態(tài)。

機器人液晶屏上出現(xiàn)運行或下載時，通過機器人左面的按鈕

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

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

在圖3-1中選擇ASM/C語言，點擊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“｛”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程序的“開頭”。move(200,200,0)函數(shù)參數(shù)分別為機器人的左輪速、右輪速、擴展電機的速度。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器人中去，機器人就會如3-1中的效果一樣。每個流程圖的圖形模塊都代表一組C語言代碼。機器人走出規(guī)則軌跡

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

2、先讓機器人以速度200前進(jìn)3秒，再讓機器人以速度-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。活動準(zhǔn)備：活動準(zhǔn)備有兩個目的，一是明確活動內(nèi)容和要求，二是準(zhǔn)備好活動器材和場地。活動內(nèi)容是運用圖形化交互式C語言給大學(xué)版機器人智能機器人設(shè)計程序，控制機器人向后拉，比賽誰的機器人勝利。需要準(zhǔn)備的活動器材如下：大學(xué)版機器人智能機器人兩臺；裝有流程圖的PC機一臺；面積為2平方米的比賽場地；粉筆、抹布和繩子。方案設(shè)計：勝方機器人采用曲線后退的方法，敗方機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，采用曲線后退的機器人就會勝利§3.1程序設(shè)計舉例-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，看怎么樣才能使機器人更快的勝利。看哪一組的同學(xué)比賽勝利的時間最短Fall返回§4.1獨立設(shè)計項目-機器人滅火比賽滅火競賽（紅外傳感器、碰撞傳感器、測障傳感器）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，第二堂課對程序進(jìn)行編輯和測試?？凑l先找到火源，然后將它滅掉?；顒訙?zhǔn)備