機器人實訓報告

PAGEPAGE21目錄實習的目的與任務……………1二、實習教學的基本要求…………1三、實習的地點：…………………1四、實習的題目：…………………1五、實習的內容……1第一部分：武術擂臺賽機器人……1第二部分：智能清潔機器人……9第三部分：兩輪平衡機器人……17六、實習的心得會：………………21七、參考資料………21

一、實習的目的與任務:結合國內外機器人競賽情況，設計、搭建幾個功能各異的機器人，完成一個接近實際比賽項目的課題，以培養(yǎng)學生的實際操作能力和思考問題能力。做到能檢查出錯誤，熟練解決問題。通過實訓對機器人的搭建、工具軟件的使用、現場調試以及嵌入式系統(tǒng)的開發(fā)等有一個系統(tǒng)的認識和提高。二、實習教學的基本要求：1.掌握機器人的搭建方法。2.鞏固、加深已學的理論知識。3.掌握嵌入式系統(tǒng)的開發(fā)過程。4.培養(yǎng)學生綜合運用所學的理論知識和基本技能的能力，尤其是培養(yǎng)學生把理論和實際結合起來分析和解決問題的能力。適應實際生產的需要。培養(yǎng)出一批既有理論又有動手能力的人才。三、實習的地點：應用技術學院5樓4機房。四、實習的題目：1.搭建幾個功能各異的機器人。2.學習C語言程序開發(fā)。3.實現項目如下：1、武術擂臺賽機器人；2、智能清潔機器人；3、兩輪平衡機器人。五、實習的內容：第一部分：武術擂臺賽機器人1．設計目的機器人擂臺賽的目的在于促進智能機器人技術（尤其是自主識別、自主決策技術）的普及。參賽隊需要在規(guī)則范圍內以各自組裝或者自制的自主機器人互相搏擊，并爭取在比賽中獲勝，以對抗性競技的形式來推動相關機器人技術在大學生、青少年中的普及與發(fā)展?？梢杂米约涸O計的機器人來參加擂臺賽，同時掌握這個環(huán)節(jié)所展現出來的機器人技術。2．設計要求在指定的大小擂臺上有雙方機器人。

雙方機器人模擬中國古代擂臺搏擊的規(guī)則，互相擊打或者推擠。如果一方機器人整體離開擂臺區(qū)域或者不能再繼續(xù)行動，則另一方獲勝。機器人大小要求長、寬、高分別不能超過30cm、30cm、40cm。比賽場地大小為長、寬分別為是2400

mm的臺，臺上表面即為擂臺場地。有黑色的膠布圍成。

比賽開始后，

圍欄內區(qū)域不得有任何障礙物或人。

3．比賽規(guī)則分析

我們需要吃透比賽規(guī)則，然后才能在比賽規(guī)則允許的范圍內，盡量讓我們的機器人具有別人不具有的優(yōu)勢。對上述的比賽規(guī)則分析得到以下幾個重點：

1、需要確保自己不掉下擂臺：需要人為進行擂臺邊沿的判斷，當發(fā)現機器人已經靠近邊沿立刻轉彎或者掉頭。2、需要及時的發(fā)現敵方：這里我們等待敵方機器人使用紅外測距傳感器發(fā)現并接近我們，它的有效測量范圍是10‐80cm，比較適合我們當前的使用場合。

3、需要迅速的推動敵方，將敵方退下擂臺：我們可以想象，兩只斗牛相互推擠，贏的一定是力氣比較大的一方。我們需要先考慮，什么因素會影響小車的推力。在現實生活中我們會看到兩種現象：一輛汽車在爬坡，但是動力不足，反而慢慢從坡上滑了下來；汽車在泥地上面行走，但走不快，因為輪子總是在打滑。上面兩個例子可以得到影響汽車行進效果的因素：動力不足、摩擦力不夠。如果動力不足，我們小車可能會被敵方的小車推得輪子倒著轉。如果摩擦力不夠，小車在推擠的時候輪子會打滑，輪子一直在轉，但小車就是不能往前走。推動敵方和推動棋子要做的事情是一樣的，即：尋找敵方推動敵方自身定位。不同的是，推動敵方需要更大的動力，而且自身定位更加重要。如果己方被敵方推動時，己方就必須能夠及時擺脫或者進行抵抗。所以，在比賽規(guī)則允許的條件下，盡量增加小車的重量、動力輸出、輪子的接地面積。我們可以使用四輪驅動方案，二輪驅動方案重量和推力都不夠。六輪驅動方案不好轉彎，機器人不夠靈活。

4、需要避免自己被敵方推下擂臺：如果我方機器人在前進的時候被敵方從后面推擠，并且我方的機器人沒有察覺，會出現什么情況呢？我方機器人的動力方向和敵方機器人的動力方向剛好一致，敵方不費吹灰之力就可以將我方機器人推下擂臺。所以我們需要能夠察覺這在被推擠的狀態(tài)，并且能夠通過掉頭、轉彎、后退等手段避開機器人的推擠。4.任務規(guī)劃1、熟悉本比賽構型所需要部件的使用方式：比如耳麥傳感、灰度傳感器、紅外測距傳感器等。

2、搭建機器人：需要在規(guī)則允許的條件下搭建機器人，通過上述的分析，我們將機器人的構型定義為一個四輪驅動的小車。3、用軟件寫程序。4、模擬比賽練習。

5、熟悉場地、比賽規(guī)則：場地最重要的部分是擂臺上黑白漸變的區(qū)域，這是比賽得以進行的關鍵。簡單的說，機器人要想贏得比賽，就得在這塊區(qū)域里行動自如，隨心所欲。如何做到“行動自如，隨心所欲”呢？機器人必須能隨時確定自己所處的位置。要想確定自己的位置，機器人就必須有雪亮的眼睛。在擂臺賽中，機器人的眼睛就是通過人的聲音進行控制，比如口令“加速”，通過耳麥輸入，讓機器人進行加速操作等。6、結構設計：機器人結構的設計要求：重心低，質量大，動力強勁，行動靈活，傳感器合理布置。我們將遵照以上要求設計比賽構型。

本節(jié)的示例構型僅作參考。該構型能夠符合比賽規(guī)則的要求，能夠正常完成比賽，但一定不是最優(yōu)化的方案。我們期望您能夠為廣大機器人擂臺賽參與者提供更完美的解決方案。

5．整個比賽構型搭建可以分為以下幾個重要步驟：

1、搭建框架。

2、安裝驅動舵機和輪子

：將驅動舵機安裝到側框架上，這個過程中您需要注意舵機不能裝反，上一步預先安裝上。3、整體組裝

：將兩個側框架通過若干零件連接起來，構成一個完整的底盤框架。至此，底盤搭建完成，搭建好的實物圖框架如下所示：6．用軟件編程并下載

程序代碼如下：#include"background.h"intmain(intargc,char*argv[]){intx=0;MFSRInsertText(0,(char*)&("00"),3);MFSRInsertText(1,(char*)&("沖"),3);MFSRInsertText(2,(char*)&("后退"),5);MFSRInsertText(3,(char*)&("抬起"),5);MFSRInsertText(4,(char*)&("停止"),5);MFSRInsertText(5,(char*)&("右轉"),5);MFSRInsertText(6,(char*)&("左轉"),5);MFSRStart();MFInit();MFSetPortDirect(0x00000FFF);MFSetServoMode(1,1);MFSetServoMode(2,1);MFSetServoMode(3,1);MFSetServoMode(4,1);MFSetServoMode(5,0);MFSetServoMode(6,0);MFSetServoMode(7,0);MFSetServoMode(8,0);MFSetServoMode(9,0);MFSetServoMode(10,0);while(1){x=MFSRGetResIndex();//沖if(x==1){//沖{MFSetServoRotaSpd(1,1023);MFSetServoRotaSpd(2,-1023);MFSetServoRotaSpd(3,-1023);MFSetServoRotaSpd(4,1023);MFSetServoPos(5,0,0);MFSetServoPos(6,0,0);MFSetServoPos(7,0,0);MFSetServoPos(8,0,0);MFSetServoPos(9,0,0);MFSetServoPos(10,0,0);MFServoAction();}}else{//后退if(x==2){//后退{MFSetServoRotaSpd(1,-1023);MFSetServoRotaSpd(2,1023);MFSetServoRotaSpd(3,1023);MFSetServoRotaSpd(4,-1023);MFSetServoPos(5,0,0);MFSetServoPos(6,0,0);MFSetServoPos(7,0,0);MFSetServoPos(8,0,0);MFSetServoPos(9,0,0);MFSetServoPos(10,0,0);MFServoAction();}}else{//停if(x==4){//停{MFSetServoRotaSpd(1,0);MFSetServoRotaSpd(2,0);MFSetServoRotaSpd(3,0);MFSetServoRotaSpd(4,0);MFSetServoPos(5,0,0);MFSetServoPos(6,0,0);MFSetServoPos(7,0,0);MFSetServoPos(8,0,0);MFSetServoPos(9,0,0);MFSetServoPos(10,0,0);MFServoAction();}}else{//右轉if(x==5){//右轉{MFSetServoRotaSpd(1,1000);MFSetServoRotaSpd(2,1000);MFSetServoRotaSpd(3,1000);MFSetServoRotaSpd(4,1000);MFSetServoPos(5,0,0);MFSetServoPos(6,0,0);MFSetServoPos(7,0,0);MFSetServoPos(8,0,0);MFSetServoPos(9,0,0);MFSetServoPos(10,0,0);MFServoAction();}}else{//左轉if(x==6){//左轉{MFSetServoRotaSpd(1,-1000);MFSetServoRotaSpd(2,-1000);MFSetServoRotaSpd(3,-1000);MFSetServoRotaSpd(4,-1000);MFSetServoPos(5,0,0);MFSetServoPos(6,0,0);MFSetServoPos(7,0,0);MFSetServoPos(8,0,0);MFSetServoPos(9,0,0);MFSetServoPos(10,0,0);MFServoAction();}}else{if(x==3){{MFSetServoRotaSpd(1,0);MFSetServoRotaSpd(2,0);MFSetServoRotaSpd(3,0);MFSetServoRotaSpd(4,0);MFSetServoPos(5,300,300);MFSetServoPos(6,-45,100);MFSetServoPos(7,-45,100);MFSetServoPos(8,-45,100);MFSetServoPos(9,-45,100);MFSetServoPos(10,-45,100);MFServoAction();}}}}}}}}}7.實戰(zhàn)對抗練習擂臺賽的關鍵，就是在己方不出擂臺的情況下，將敵方推出場外。所以推動敵方的策略是最為關鍵的。由于敵方機器人同樣擁有動力裝置，推動時必然遭受巨大阻力。因此，在檢測到敵方機器人時，必須以最大的動力迅速將敵方推出場外?？紤]到不同機器人動力的差異性，需要同時具備應對己方機器人動力不足，被敵方推動的情況。需要注意的是，在編程實現實戰(zhàn)對抗策略時，需要和實戰(zhàn)對抗行為銜接起來。此外，這里對機器人即將將敵方推出場外的情況做了特殊處理——高速前進+延時+高速后退+延時。這是為了快速將敵方推出場外，而且保證自己不會摔到在場外。調試中發(fā)現，機器人的重量對機器日行為的影響較大。動力性能相同的情況下，質量輕的機器人很難和質量大的機器人對抗。另外，邊緣檢測傳感器的位置需要保證機器人不會摔倒在場外，灰度傳感器的安裝高度對其性能影響較大。所以我們來進行以下改進：增加機器人重量。比賽規(guī)定機器人重量不超過3kg，在此條件下，給機器人增加配重。配重可以選用電池或者其他物體。安裝配重時要盡量保持機器人的重心最低等。比賽實物圖如下：8.比賽總結通過一周的機器人擂臺賽的實習，雖然這次我們組沒有成功，但我收獲啦好多東西，建立對機器人的感性認識，更加了解啦機器人的系統(tǒng)構成。對機械、編程等知識有啦更深的掌握。我的動手能力和創(chuàng)新能力也得到啦進一步的提高。我覺的這次我們沒有成功的原因是我們沒有很好的把理論和實際結合起來啊，有些事情在理論上可以的，但實際做起來那是很有難度的。所以我覺的以后無論什么事情都要和實際聯(lián)系起來，不能隨便的空想，因為那樣往往會失??！第二部分：智能清潔機器人（智能撿球機器人）1．設計目的隨著社會快速的發(fā)展，對智能機器人的需求越來越強烈，人們都希望用機器人來代替人來工作，那樣人們的生活講變的更加的美好，所以這次我們組嘗試做一個智能識別并能劍氣兵乓球的機器人，我們設想制作一個會撿球的機器人,通過機器人自主完成識球、撿球、放球的工作,完全取代人工。2．設計內容在一個能自由移動的小車上安裝一個機械臂，在小車的前方裝有攝像頭，通過其檢測到小球的位置，從而引導小車向球的方向運動，在到達預設撿球位置時，停止小車的同時驅動機械臂，撿起小球，并把小球放在車上的球籃內，然后繼續(xù)尋找下一小球，重復以上描述動作，起到球場上“球童”的作用。3．設計步驟1、搭建一個四輪機器人。2、在機器人上構造一個抓球的手臂。 3、用攝像頭對橙色的兵乓球進行識別。4、用機器人手臂把球抓起并放入籃筐。5、搭建機器人。搭建好的實物圖框架如下：5．用軟件編程并下載程序代碼如下：#include"background.h"intmain(intargc,char*argv[]){booly=false;boolx=false;MFInit();MFSetPortDirect(0x00000FFC);MFADEnable(0);MFSetServoMode(1,1);MFSetServoMode(2,1);MFSetServoMode(3,1);MFSetServoMode(4,1);MFSetServoMode(5,0);MFSetServoMode(6,0);MFSetServoMode(7,0);while(1){x=MFGetDigiInput(0);y=MFGetDigiInput(1);if(x==0){//初始動作{MFSetServoRotaSpd(1,0);MFSetServoRotaSpd(2,0);MFSetServoRotaSpd(3,0);MFSetServoRotaSpd(4,0);MFSetServoPos(5,512,100);MFSetServoPos(6,320,100);MFSetServoPos(7,200,100);MFServoAction();}DelayMS(3000);//降{MFSetServoRotaSpd(1,0);MFSetServoRotaSpd(2,0);MFSetServoRotaSpd(3,0);MFSetServoRotaSpd(4,0);MFSetServoPos(5,880,100);MFSetServoPos(6,320,100);MFSetServoPos(7,200,100);MFServoAction();}DelayMS(3000);//夾住{MFSetServoRotaSpd(1,0);MFSetServoRotaSpd(2,0);MFSetServoRotaSpd(3,0);MFSetServoRotaSpd(4,0);MFSetServoPos(5,880,100);MFSetServoPos(6,160,100);MFSetServoPos(7,310,100);MFServoAction();}DelayMS(2000);//升起，往后{MFSetServoRotaSpd(1,0);MFSetServoRotaSpd(2,0);MFSetServoRotaSpd(3,0);MFSetServoRotaSpd(4,0);MFSetServoPos(5,370,100);MFSetServoPos(6,160,100);MFSetServoPos(7,310,100);MFServoAction();}DelayMS(5000);//放開{MFSetServoRotaSpd(1,0);MFSetServoRotaSpd(2,0);MFSetServoRotaSpd(3,0);MFSetServoRotaSpd(4,0);MFSetServoPos(5,370,100);MFSetServoPos(6,320,100);MFSetServoPos(7,200,100);MFServoAction();}DelayMS(1000);}else{if(y==0){//前進{MFSetServoRotaSpd(1,350);MFSetServoRotaSpd(2,-350);MFSetServoRotaSpd(3,-350);MFSetServoRotaSpd(4,350);MFSetServoPos(5,512,100);MFSetServoPos(6,320,100);MFSetServoPos(7,200,100);MFServoAction();}DelayMS(2000);{MFSetServoRotaSpd(1,0);MFSetServoRotaSpd(2,0);MFSetServoRotaSpd(3,0);MFSetServoRotaSpd(4,0);MFSetServoPos(5,512,100);MFSetServoPos(6,320,100);MFSetServoPos(7,200,100);MFServoAction();}DelayMS(3000);//降{MFSetServoRotaSpd(1,0);MFSetServoRotaSpd(2,0);MFSetServoRotaSpd(3,0);MFSetServoRotaSpd(4,0);MFSetServoPos(5,880,100);MFSetServoPos(6,320,100);MFSetServoPos(7,200,100);MFServoAction();}DelayMS(3000);//夾住{MFSetServoRotaSpd(1,0);MFSetServoRotaSpd(2,0);MFSetServoRotaSpd(3,0);MFSetServoRotaSpd(4,0);MFSetServoPos(5,880,100);MFSetServoPos(6,160,100);MFSetServoPos(7,310,100);MFServoAction();}DelayMS(2000);//升起，往后{MFSetServoRotaSpd(1,0);MFSetServoRotaSpd(2,0);MFSetServoRotaSpd(3,0);MFSetServoRotaSpd(4,0);MFSetServoPos(5,370,100);MFSetServoPos(6,160,100);MFSetServoPos(7,310,100);MFServoAction();}DelayMS(5000);//放開{MFSetServoRotaSpd(1,0);MFSetServoRotaSpd(2,0);MFSetServoRotaSpd(3,0);MFSetServoRotaSpd(4,0);MFSetServoPos(5,370,100);MFSetServoPos(6,320,100);MFSetServoPos(7,200,100);MFServoAction();}DelayMS(1000);//后退{MFSetServoRotaSpd(1,-350);MFSetServoRotaSpd(2,350);MFSetServoRotaSpd(3,350);MFSetServoRotaSpd(4,-350);MFSetServoPos(5,512,100);MFSetServoPos(6,320,100);MFSetServoPos(7,200,100);MFServoAction();}DelayMS(2000);}else{//旋轉if((x==1)&&(y==1)){//旋轉找球{MFSetServoRotaSpd(1,150);MFSetServoRotaSpd(2,150);MFSetServoRotaSpd(3,150);MFSetServoRotaSpd(4,150);MFSetServoPos(5,512,100);MFSetServoPos(6,320,100);MFSetServoPos(7,200,100);MFServoAction();}}}}}}6、實驗結果并調試7．設計總結這次我們做的是智能識別并撿起兵乓球的機器人，不怎么成功，原因有很多方面的，我覺的主要方面還是理論和實際方面的差別，往往理論是可以成功的，但實際卻有好的地方達不到要求，還有自己對機器人系統(tǒng)還是不是很深刻的了解，希望通過以后的學習進一步加深自己的專業(yè)知識。第三部分：兩輪平衡機器人1．設計目的設計雙輪自平衡小車，了解其構造及其需要的機械，加深對機器人的系統(tǒng)知識的掌握。2.設計內容使用“創(chuàng)意之星”套件搭建一個雙輪機器人（小車），使其能夠只使用兩個輪子便能保持平衡！兩輪自平衡小車類似于一階倒立擺，由于其不穩(wěn)定的動態(tài)特性，兩輪自平衡小車成為驗證各種控制算法的理想平臺，具有重要的理論意義。到現在為止，全世界范圍內出現了非常多的兩輪自平衡小車的成功例子，有些已經在運用到現實生活領域。3．雙輪小車有三部分構成1、傳感器系統(tǒng)：Segway使用了幾個陀螺儀，幾個傾斜傳感器用于檢測車體的姿態(tài)，配備磁性碼盤用于檢測電機輸出速度，還有其它傳感器用于檢測是不是有人站在車輛上等。2、控制系統(tǒng)：控制系統(tǒng)通過處理各種傳感器的信號，知道車體當前的姿態(tài)、速度等信息，控制電機的輸出速度和扭矩，讓車體保持平衡的前提下，能夠按照操縱者的意圖前進、后退或者轉彎。3、推進系統(tǒng)：推進系統(tǒng)包含離合器、變速箱、車輪、電機等。這個系統(tǒng)將控制系統(tǒng)的電機控制指令轉化成實際的輪子轉動輸出。4.設計規(guī)劃1、我們需要先搭建出實驗的平臺出來，這是必須是符合上述理論分析的兩輪小車。2、我們先熟悉我們所需要用到的部件，比如CDS5500和紅外測距傳感器，可能還需要做下標定工作。3、在實驗平臺上設計控制算法，對控制策略進行驗證。這是最關鍵的一個環(huán)節(jié)，可能會遇到很多次失敗，但是最終一定會成功的，因為這個方案已經有很多人走通過。5.搭建小車1、搭建輪腿第一步，如圖搭建舵機組合部件。這里需要注意的是，在安裝舵機之前需要在舵機架內事先放入兩個LX2連接件和螺母，因為在后面的組裝中要在此處安裝一個U3J連接件。第二步，搭建輪子，如圖所示。所使用的部件為2個LG輪子、2個LX1L連接件、一個LM1連接件，并且為了增加輪子與地面的摩擦力，可以在兩個輪子上套上兩個LT橡膠圈。第三步，搭建“腿部”，如圖所示。為了增加結構剛度，腿的支撐件使用兩個I7疊加組成，所使用的U型件為U3J。第四步，搭建完整“輪腿。2、搭建傳感器連接臂：傳感器連接臂的搭建方法比較簡單，如圖所示，所使用的部件為：L5-1和I7結構件、LX1和LM1連接件以及紅外傳感器模塊。3、搭建擺錘：擺錘的搭建方法也比較