湖面清扫智能机器人的控制系统设计
1、引言
机器人是上个世纪中叶迅速发展起来的高新技术密集的机电一体化产品，它作为人类的新型生产工具，在减轻劳动强度、提高生产率、改变生产模式，把人从危险、恶劣的环境下解放出来等方面，显示出极大的优越性。在发达国家，工业机器人已经得到广泛应用。随着科学技术的发展，机器人的应用范围也日益扩大，遍及工业、国防、宇宙空间、海洋开发、紧急救援、危险及恶劣环境作业、医疗康复等领域。进入21世纪，人们已经越来越切身地感受到机器人深入生产、深入生活、深入社会的坚实步伐。机器人按其智能程度可分为一般机器人和智能机器人。一般机器人是指不具有智能，只具有一般编程能力和操作功能的机器人；智能机器人是具有感知、思维和动作的机器人。所谓感知即指发现、认识和描述外部环境和自身状态的能力，如装配机器人需要在非结构化的环境中认识障碍物并实现避障移动，这依赖于智能机器人的感觉系统，即各种各样的传感器；所谓思维是指机器人自身具有解决问题的能力，比如，装配机器人可以根据设计要求为一部复杂机器找到零件的装配办法及顺序，指挥执行机构，即指挥动作部分完成这部机器的装配；动作是指机器人具有可以完成作业的机构和驱动装置。由此可见，智能机器人是一个复杂的软件、硬件综合体。
机器人的核心是控制系统。机器人的先进性和功能的强弱通常都直接与其控制系统的性能有关。机器人控制是一项跨多学科的综合性技术，涉及自动控制、计算机、传感器、人工智能、电子技术和机械工程等多种学科的内容。
近年来，随着工业和其它服务行业的蓬勃发展，人们在重视其经济效益的同时却往往忽略了他们对环境的污染，人类赖以生存的水资源也不例外。水面污染对人类的水源构成很大的威胁，湖泊尤其是旅游胜地和市内人工湖泊，更是无法逃避漂浮物污染的厄运，举目可见各种日常消费品的包装物在湖面上漂浮。污染的加剧根治水污染。但是，水面污染的治理是一项艰难的长期任务，是全人类必须面对的共同问题。用人工清理水面漂浮物只是权益之计，有些危险水域人无法工作。很多发达国家致力于水面污染治理设备的研究，如石油清理设备，但只是用于大量泄露石油的清理。目前，我国研制的清理水面漂浮物的设备还未见报道，国外研制的也不多，并且价格昂贵，实现的功能也不尽人意。因此，开发一种性
能优良，价格便宜，操作简单，使用安全的自主式智能湖面清扫机器人已成为一种必要，而且有较好的市场前景。也唤醒了人们的环境保护意识，因此为了人类的健康发展，人们强烈要求根治水污染。但是，水面污染的治理是一项艰难的长期任务，是全人类必须面对的共同问题。用人工清理水面漂浮物只是权益之计，有些危险水域人无法工作。很多发达国家致力于水面污染治理设备的研究，如石油清理设备，但只是用于大量泄露石油的清理。目前，我国研制的清理水面漂浮物的设备还未见报道，国外研制的也不多，并且价格昂贵，实现的功能也不尽人意。因此，开发一种性能优良，价格便宜，操作简单，使用安全的自主式智能湖面清扫机器人已成为一种必要，而且有较好的市场前景。
2、机器人的运动控制
对于自由运动机器人来说，其控制器设计可以按是否考虑机器人的动力学特性而分为两类。
一类是完全不考虑机器人的动力学特性，只是按照机器人实际轨迹与期望轨迹间的偏差进行负反馈控制。这类方法通常被称为“运动控制（Kinematic Control）”，控制器常采用PD或PID控制。
运动控制的主要优点是控制律简单，易于实现。但对于控制高速度高精度机器人来说，这类方法有两个缺点：一是难于保证受控机器人具有良好的动态和静态品质；二是需要较大的控制能量。
另一类控制器设计方法通常被称为“动态控制（Dynamic Control）”。这类
方法是根据机器人动力学模型的性质设计出更精细的非线性控制率，所以又常称为“以模型为基础的控制（Model-base Control）”。用动态控制方法设计的控制器可使被控机器人具有良好的动态和静态品质，然而由于各种动态控制方案中都无一例外地需要实时进行某些机器人动力学计算，而机器人又是一个复杂的多变量强耦合的非线性系统，这就需要较大的在线计算量，给实时控制带来困难。3、湖面清洗智能机器人的系统概述
湖面清扫智能机器人大体可以分为七个部分：船体，控制系统，动力驱动系统，视觉系统，语音控制系统，垃圾仓，各种传感器。现将各部分功能综述如下：(1)船体：主体由双体船构成，船体中间有网状垃圾仓，仓后有一个电机来控制吸力装置，使两船体中间水流速度相对向后，漂浮垃圾随水流由船的前方经由
两船体中间进入后方垃圾仓，完成垃圾的收集；
(2)控制系统：以可编程DSP控制器为核心构成控制系统，接收视觉系统、语
音控制系统、各种传感器等设备的输入信号，计算和输出多路控制信号，协调各驱动电机，并对系统状态进行监控；
(3)动力驱动系统：湖面清扫智能机器人的动力源为蓄电池，由左右电机的速
度不同来调整前进方向；
(4)视觉系统：根据探测到的信息推测出前方物体为垃圾还是阻碍前进的障碍物，并在机器人需要返回回收点时判断回收点的位置；
(5)语音控制系统：机器人可以接收语音命令，控制机器人运行，停止，转弯等；
(6)垃圾仓：暂时存放垃圾，当垃圾装满时，机器人要把垃圾倾倒在回收点。
(7)各种传感器：红外接近觉传感器位于机器人主体前方，能够检测出障碍物
的存在以及其它潜在危险，防止机器人主体与岩石或其它非漂浮物体相撞；光束中断传感器用来判断垃圾仓是否已满；光电编码器用于反馈机器人的运动速度。
4、硬件总体设计
湖面清扫智能机器人控制系统的任务是根据输入的信息（传感器信息，视觉信息，语音信息等），控制电机完成相应的动作，从而使机器人达到收集湖面漂浮垃圾的目的。
为了使清扫智能机器人在设计上更加合理化、规范化，应该采用专用的控制器为核心器件，使得系统具备独立的数据处理能力，能够独立控制机器人运动。
在综合考虑各方面因素的基础上，决定选择专用DSP控制器为核心器件。选用DSP芯片而不是比较廉价的普通单片机作为核心器件，主要是考虑到DSP芯片在电机控制领域广阔的应用前景。这种芯片是专门为电机控制系统设计的，具有丰富的片内配套外设模块，如ADC，PWM等，能够大大减少外围电路的设计难度，而且DSP芯片的数据处理能力是普通单片机无法比拟的。以DSP为核心的机器人控制系统总体结构如图1所示。
图1 机器人控制系统结构
控制系统选用了TI公司的TMS320LF2407A DSP，它是专门为数字电机控制应用而优化的DSP控制器，该芯片卓越的处理能力及电机控制部件的集成使之为湖面清扫智能机器人控制系统提供了更优秀的设计方案。
电机则选择了易于调速的直流电机。
机器人的电路系统是为控制系统服务的，是控制系统的实现平台。根据DSP 控制器和机器人功能的设计要求，需要对机器人处理器模块、电机驱动模块、速度检测模块、SCI模块以及ADC模块的电路进行设置。控制器要求具有开放式、集成化、功耗小等性能，因此设计时，尽量选择功耗小的专用功能芯片代替集成电路的搭建。
5、硬件模块设计
湖面清扫智能机器人的控制系统主要包括：处理器模块、电机驱动模块、速度检测模块、串行通信模块和ADC模块。
5、1处理器模块
5.1.1 TMS320LF2407A简介
美国德州仪器有限公司（TI）的TMS320LF2407A DSP是为了满足控制应用而设计的，它把一个高性能16位的DSP内核和片内外设集成在一个芯片上，体现了SOC（System On Chip）的技术发展趋势。其处理速度为40兆指令/秒，为
诸多领域提供了先进的数字解决方案。DSP芯片内含有丰富的硬件资源，大大减少了用户硬件设计方面的工作，使得用户的主要精力放在编程上，实现电子设计的软件化。
该DSP芯片有如下性能和特点：
(1)由于采用了高性能的静态CMOS制造技术，因此该DSP具有低功耗和高速度特点，低功耗有利于电池供电的应用场合，而高速度非常适用于电机的实时控制。工作电压3.3V，有四种低消耗工作方式。单指令周期最短为25ns（40MHz），最高运算速度可达40兆指令/秒，体系结构采用四级流水线技术加快程序的执行，可在一个处理周期内完成乘法、加法和移位运算。
(2)TMS320LF2407A采用增强的哈佛结构，其程序存储器总线和数据存储器总线相互独立，支持并行的程序和操作数寻址，因此CPU的读/写可在同一周期内进行，这种高速运算能力使自适应控制、卡尔曼滤波、神经网络、遗传算法等复杂控制算法得以实现。
(3)由于采用了TMS320C2XX DSP CPU的16位定点低功耗内核，保证了与TMS320C24X系列DSP的代码兼容性，允许设计者从其它通用TMS320定点DSP 上移植程序，降低了软件投资，缩短了开发周期。
(4)片内集成了32K字的Flash程序存储器、2K字的单口RAM、544字的双口RAM，因而使该芯片很方便地进行产品开发。可编程的密码保护能够充分地维护用户的知识产权。
(5)提供外扩展64K字程序存储器、64K字数据存储器、64K字I/O端口的能力，外部存储器接口。
(6)两个专用于电动机控制的事件管理器（EV），每一个都包含两个16位通用定时器，可用于产生采样周期，作为全比较单元产生PWM输出以及软件定的时基。通用定时器有四种可选择的操作模式：停止/保持模式、连续增计数模式、定向增/减计数模式和连续增/减计数模式。每个通用定时器都有一个相关的比较寄存器TxCMPR和一个PWM输出引脚TxPWM。每个通用定时器都可以独立地用于提供PWM输出通道，可产生非对称或对称PWM波形，因此，四个通用定时器最多可提供4路PWM输出。另外，EV还包括一个能够快速封锁输出的外部引脚PDPINTx，其状态可从COMCONx寄存器获得。
(7)全比较单元。每个事件管理器模块有3个全比较单元（1、2和3（EVA）；
4、5和6（EVB）），每个比较单元各有一个16位比较寄存器CMPRx（对于EVA 模块，x=1，2，3；对于EVB模块，x=4，5，6），各有两个CMP/PWM输出引脚，可产生2路PWM输出信号控制功率器件，其输出引脚极性由控制寄存器（ACTR）的控制位来决定，根据需要，选择高电平或低电平作为开通信号，通过设置不同的工作方式，可选择输出对称PWM波形、非对称PWM波形或空间矢量PWM波形。
(8)正交编码脉冲电路。正交编码脉冲（QEP）电路可以对引脚CAP1/QEP1 和CAP2/QEP2上的正交编码脉冲进行解码和计数，可以直接处理光电编码器的2路正交编码脉冲，正交编码脉冲包含两个脉冲序列，有变化的频率和四分之一周期的固定相位偏移，对输入的2路正交信号进行鉴相和4倍频。通过检测2路信号的相位关系可以判断电机的正/反转，并据此对信号进行加/减计数，从而得到当前的计数值和计数方向，即电机的角位移和转向，电机的角速度可以通过脉冲的频率测出。
(9)捕获单元。捕获单元用于捕获输入引脚上信号的跳变，两个事件管理器模块总共有六个捕获单元。当捕获发生时，相应的中断标志被置位，并向CPU 发中断请求。
(10)可编程看门狗定时器，保证程序运行的安全性。
(11)A/D转换模块。包括两个带采样/保持的各8路10位A/D转换器，具有可编程自动排序功能，一次可执行最多16个通道的自动转换，可工作在8个自动转换的双排序器工作方式或一组16个自动转换通道的单排序器工作方式。A/D 转换模块的启动可以有事件管理器模块中的事件源启动、外部信号启动、软件立即启动等三种方式。最快A/D转换时间为500ns。
(12)控制器局域网（CAN）模块。是现场总线的一种，主要用于各种设备的监测及控制。
(13)串行通信口。TMS320LF2407A设有一个异步串行外设通信口（SCI）和一个同步串行外设通讯口（SPI），用于与上位机、外设及多处理器之间的通信。SCI即通用异步收发器（UART）支持RS-232和RS-485的工业标准全双工通信模式，用来与上位机的通信；SPI可用于同步数据通信，典型应用包括
TMS320LF2407A之间构成多机系统和外部I/O扩展，如显示驱动。
(14)锁相环电路（PLL）和等待状态发生器。前者用于实现时钟选项；后者可通过软件编程产生用于用户需要的等待周期，以配合外围低速器件的使用。
(15)数字I/O。TMS320LF2407A有41个通用、双向的数字I/O引脚，其中大多数都是基本功能和一般I/O复用引脚。
(16)外部中断。有五个外部中断（功率驱动保护、复位、不可屏蔽中断NMI 及两个可屏蔽中断）。
(18)很宽的工作温度范围，普通级：-40℃～125℃。
TMS320LF2407A为高性能的控制提供先进、可靠、高效的信号处理与控制的平台，它将数字信号处理的运算能力与面向高性能控制的能力集于一体，可以实现用软件取代模拟器件，可方便地修改控制策略，修正控制参数，兼具故障监测、自诊断和上位机管理与通信等功能，将成为控制系统开发的主流处理器，可广泛应用于：工业电机驱动；能量交换器如UPS、通信电源；自动化系统如电力控制、抗锁死制动；磁盘/光盘伺服控制和大容量存储产品；打印机、复印机和其它办公产品；仪器、仪表；机器人控制等。
5.1.2 DSP的电源供电
TI的DSP上有5类典型的电源引脚：
(1)CPU核电源引脚（3.3V）
(2)I/O电源引脚（3.3V）
(3)PLL电路电源引脚（3.3V）
(4)FLASH编程电源引脚（5V）
(5)模拟电路电源引脚（3.3V）
由此可见，除了FLASH编程电源引脚，TMS320LF2407A的其它电源引脚都采用3.3V电压，减小了芯片功耗。但常用直流电源为5V，因此必须考虑电平转换问题。一种方法是直接采用可调直流电源获得3.3V电压，但这样很难保证电源电压的稳定性，影响DSP的正常运行。另一种方法是采用专门的电源转换芯片，将5V电压降为3.3V。为了得到适合TMS320LF2407A的3.3V供电要求，使用了TI推荐的TPS7333，输出3.3V/500mA。7333输出后的10uF和0.1uF的电容不能省略，否则得不到稳定的3.3V电压。电源转换电路如图2所示。其中，
2mm的电源插孔J1标识为内正外负，＋5V稳压直流电源输入。
图2 电源转换电路
需要注意的是，CPU内核要先于I/O上电，后于I/O掉电，CPU内核与I/O 供电尽可能同时，二者时间相差不能太久（一般不能长于1s，否则会影响器件的寿命或损坏器件）。
5.1.3 JTAG接口电路设计
由于TMS320LF2407A结构复杂、工作速度快、外部引脚多、封装面积小、引脚排列密集等原因，传统的并行仿真方式已不适合于TMS320LF2407A的开发应用。TMS320LF2407A具有5线JTAG（边界扫描逻辑）串行仿真接口，用于扫描引脚到引脚的连续性，能够极其方便地提供硬件系统的在线仿真和测试。JTAG是主流的片上调试技术，它已经被IEEE 1149.1标准所采纳。
JTAG接口电路的原理如图3所示。
图3 JTAG接口电路的原理图
5.1.4时钟电路
LF2407A的时钟使用嵌入到DSP内核的锁相环（PLL）电路，可以从一个较低的外部时钟合成片内时钟（最高达40MHz），并可将内部时钟输出到片外。
时钟模块电路如图4所示。其中，电容C3和C4的必须为无极性电容，在不同的振荡器频率下，C3、C4、R1的取值不同。
图4 锁相环时钟模块
可见，锁相环时钟来源于晶振或外部时钟源，且需要外部的滤波回路（PLLF1 与PLLF2之间）来抑制信号抖动和干扰。外部时钟信号经PLL倍频后形成DSP 芯片的工作时钟源。
LF2407A的时钟域有两种：
(1)CPU时钟。它是大部分CPU内部逻辑电路使用的时钟。它是外部时钟信号经PLL倍频而形成的，倍频系数由系统控制寄存器SCSR1设定，复位后默认值是0.5倍频。
(2)系统时钟。它主要有外设时钟和CPU中断时钟。其中外设时钟主要为片内外设（如ADC、SCI等）服务，能各自设置，来源于CPU时钟的输出CLKOUT。而CPU中断时钟是为中断过程服务的。
用于看门狗（Watch Dog）电路的时钟WDCLK也是来源于CLKOUT时钟。
5.1.5复位电路
LF2407A有两种复位源，外部复位引脚复位和看门狗复位。外部复位引脚RS（133）是一个I/O脚，正常状态通过上拉电阻接电源。当有内部复位事件发生时，该引脚被驱动为低电平输出方式，给系统中其它芯片提供复位信号；当有外部复位事件发生（手动复位、上电复位、欠电压复位等）时，该引脚为输入方式，同时将复位中断向量0000H加载到程序计数器PC中，使程序重新开始执行。
所谓看门狗，其实是一个定时器电路。该定时器的特点是，只要该电路被使能，它就会自动不停地计数。因此必须在规定时间内将其复位，使之重新从零开
始计数，否则定时器满而上溢，就会产生系统复位中断。这样，在正常情况下，程序应在规定时间内，在不同的地方不断地将看门狗的计时器复位清零，定时器就不会因上溢而发出复位信号。当程序跑飞或者死机时，看门狗定时器得不到复位，就会产生上溢从而复位系统，将系统从混乱状态拉回到复位状态，系统重新开始运行。因此看门狗电路提高了系统的可靠性和完整性。
TL7705A具有处理上电复位、欠电压检测复位、手动复位的功能。本系统用它来实现外部复位信号管理功能，其复位信号输出引脚与DSP的复位引脚RS 相连，电路如图5所示。在系统运行时，有可能发生干扰和被干扰，严重时甚至会出现死机现象。这时，利用硬件解决问题将显得十分方便。
图5 复位电路
而看门狗总是被使能的，它的操作不依赖于CPU，不需要任何初始化。因此为了避免过早发生复位，看门狗的设置应在上电时开始。如果不想使用看门功能则可采用两种方法禁止它：一是在器件复位期间给Vcpp引脚提供5V电压，二是设置看门狗控制寄存器WDCR中的位WDDIS=1。
5.1.6片外存储器
LF2407A DSP采用独立的数据存储器、程序存储器和I/O空间，即他们可以有相同的地址，而它们的访问通过控制线来区分。LF2407A DSP有64K的16位数据存储器空间，低半部分的32K字内部存储器地址空间，即0000h-7FFFh的分配主要有如下几种情况：一部分保留用作测试；一部分用户不可访问，如果用户非法访问这些地址会产生NMI不可屏蔽中断；一部分被RAM占用；一部分映射给多种寄存器；其它，如密码或外部存储器。另外，地址范围是8000h-FFFFh
的高半部分32K字留给外部数据存储器空间。
LF2407A可以访问的程序存储空间为64K字，根据MP/MC引脚的电平决定配置方式。当MP/MC引脚为低电平时，片内Flash存储空间使能，地址范围是0000h-7FFFh，8000h-FFFFh的地址留给外部程序存储器，是为微控制器方式。当MP/MC为高电平时，片内Flash被禁止，64K字存储空间全部位于外部程序存储器中，即只能从片外存储器中读取数据，是为微处理器方式。
TI公司的存储器如此设置给用户提供了很大的灵活性。当用户在程序调试阶段时，需经常修改程序，一般应配外部RAM作为程序存储器，以节省开发时间（写Flash较慢）并防止片内Flash过度擦写。此时应先设置DSP处于微处理器方式下运行，可通过MP/MC引脚拉高实现，或者在仿真环境下通过gel语句实现。当程序不需要修改时，则可将其烧写在Flash中，然后让DSP工作在微控制器方式下。
而且，作为机器人的控制系统，DSP的RAM是不能够满足工作需求的，而掩膜ROM需要由用户将程序代码提交TI来完成，因此，需要给TMS320LF2407A 外围电路接入一片RAM，作为它的外扩数据存储器和程序存储器。可采取如图6的方式连接。
图6 片外存储器的连接
其中，CY7C1021是高速的64K字3.3V的RAM芯片。此种连接，是将其64K字的低32K字作程序空间，而高32K字作数据空间。上电后，芯片处于微控制器方式下工作，在下载调试程序前设置系统配置寄存器2（SCSR2，地址7019h）的MP/MC位使之工作在微处理器方式下。这样做的好处是，当程序调试好后要将程序烧写至DSP片内Flash中，使之处于微控制器方式下时，不必改动电路。
5.2电机驱动模块
5.2.1直流电机的控制原理
直流电机是最早出现的电机，也是最早能实现调速的电机。长期以来，直流电机一直占据着速度控制和位置控制的统治地位。由于它具有良好的线性调速特性、简单的控制性能、高质高效平滑运转的特性，尽管近年来不断受到其它电机（如交流变频电机、步进电机等）的挑战，但到目前为止，就其性能来说仍然无其它电机能比。
根据图7直流电机的等效电路，可以得到直流电机的数学模型。
图7 直流电机等效电路
电压方程为：
式中Ua——电枢电压；
Ia——电枢电流；
Ra——电枢电路总电阻；
Ea——感应电动势；
La——电枢电压总电感。
其中感应电动势为：Ea =KeΦn （3-2）
式中Ke——感应电动势计算常数
Φ——每极磁通；
n——电机转速；
将（3-2）代入（3-1）可得：
由式（3-3）可得，直流电机的转速控制方法可分为两类：对励磁磁通Φ进行控制的励磁控制法和对电枢电压Ua进行控制的电枢电压控制法。
励磁控制法是在电机的电枢电压保持不变时，通过调整励磁电流来改变励磁
磁通，从而实现调速的。这种调速方法的调速范围小，在低速时受磁极饱和的限制，在高速时受换向火花和换向器结构强度的限制，并且励磁线圈电感较大，动态响应较差，所以这种控制方法用的很少。电枢电压控制法是在保持励磁磁通不变的情况下，通过调整电枢电压来实现调速的。在调速时，保持电枢电流不变，即保持电机的输出转矩不变，可以得到具有恒转矩特性的大的调速范围，因此大多数应用场合都使用电枢电压控制法。
5.2.2 PWM调速原理
对电机的驱动离不开半导体功率器件。在对直流电机电枢电压的控制和驱动中，对半导体功率器件的使用上又可分为两种方式：线性放大驱动和开关驱动方式。绝大多数直流电机采用开关驱动方式。开关驱动方式是使半导体功率器件工作在开关状态，最常用的一种方法就是通过脉宽调制（PWM）来控制电机电枢电压，将数字量调制成满足控制策略的各种波形，最后施加到被控对象上，实现调速。调制技术的核心就是产生周期不变但脉宽可变的信号。周期不变意味着以同样的调制频率工作，脉宽可变意味着可以得到不同的波形。
图8是利用开关管对直流电机进行PWM调速控制的原理图。当开关管MOSFET的栅极输入高电平时，开关管道通，直流电机电枢绕组两端的电压Us。t1时间后，栅极输入变为低电平，开关管截止，电机电枢两端电压为零。t2时间后，栅极输入重新变为高电平，开关管的动作重复前面的过程。这样，对应着输入的电平高低，直流电机电枢绕组两端的电压平均值Ua为：
式中，α为占空比。占空比α表示了在一个周期T里，开关管道通的时间长短与周期的比值。α的变化范围为0≤α≤1。由式（3-4）可知，当电源电压Us不变的情况下，电枢的端电压的平均值Ua取决于占空比α的大小，改变α值就可以改变端电压的平均值，从而达到调速的目的，这就是PWM调速原理。
图8 PWM调速控制原理图
5.3 速度检测模块
精确的电机控制是机器人完成特定任务的基础。湖面清扫智能机器人共需要3个电机，其中，一个电机控制机器人的垃圾收集装置，另外两个电机控制机器人的前进速度。要想保证机器人良好的运动性能，一定要对控制速度的左右电机进行协调，所以电机速度的检测十分重要。
TMS320LF2407A内置正交编码脉冲电路（QEP），可自动识别由外部引脚上输入的正交编码脉冲的方向（正交编码脉冲电路可用于连接光电编码器以获得旋转机械的位置、速度等信息），记录脉冲的个数，这为机器人的运动控制提供了方便。
正交编码脉冲电路的输入引脚CAP1/QEP1和CAP2/QEP2（对于EVA模块）或CAP4/QEP3和CAP5/QEP4（对于EVB模块）与捕获单元1，2和单元4，5的输入引脚复用，当使能了正交编码脉冲电路时，相应引脚上的捕获功能将被禁止，正交编码脉冲电路会对引脚上的正交编码脉冲进行解码和计数，正交编码脉冲是两个频率变化且正交（即相位相差90度）的脉冲，正交编码脉冲电路的方向检测逻辑测定哪个脉冲序列的相位领先，然后产生一个方向信号作为选定定时器的方向输入。具体如图9所示。如果CAP1/QEP1输入为相位领先的脉冲序列，则选定的定时器递增计数，如果CAP2/QEP2输入为相位领先的脉冲序列，则选
定的定时器递减计数。两个正交编码输入脉冲的两个沿均被计数，因此送到定时器的时钟频率是每个输入序列频率的四倍。这个产生的时钟与选定的定时器的时钟输入端相连。这样，将正交编码脉冲电路与外部的编码器相连，就可以方便地获得电机旋转的速度大小和方向信息，为测试和控制提供了有利条件。
图9 正交编码脉冲解码和计数方向
正交编码脉冲电路的具体使用步骤如下：
(1)选择时基。正交编码脉冲电路的时基可由通用定时器2，4提供，通用定时器必须设置成定向增/减计数模式，并以正交编码脉冲电路作为时钟源。
(2)将光电编码器的两路脉冲信号接至输入引脚CAP1/QEP1和CAP2/QEP2或CAP4/QEP3和CAP5/QEP4上。接着它就产生方向信号作为通用定时器2，4的计数方向输入。
(3)这样一来，通用定时控制寄存器GPTCONA/B的TxSTAT位反映了正交光
电编码器脉冲信号的方向，计数寄存器T2CNT和T4CNT的值反映了正交光电编码器对应的位置和速度。用正交编码脉冲电路作为时钟输入的通用定时器的周期、下溢、上溢和比较中断标志将产生于各自的匹配发生时。如果中断没有被屏蔽，则将产生外设中断请求信号。
5.4串行通信模块
TMS320LF2407A DSP片内集成有异步串行通信接口（SCI）模块，支持DSP 与其它使用标准格式的异步外设之间的串行通信。本文利用语音模块电路板上的串行口与DSP进行通信，实现机器人的语音控制功能。
SCI模块的主要特征如下：
(1)两个I/O引脚：
SCIRXD：SCI的数据接收引脚
SCITXD：SCI的数据发送引脚
不使用SCI时，这两个引脚可作通用I/O引脚。
(2)可对一个16位波特率选择器进行编程，从而获得64K种不同的波特率，在40MHz的CPU时钟下，波特率的范围为76b/s～2500kb/s。
(3)数据位的长度为1位～8位，可编程设定。
(4)发送和接收都具有缓冲功能。
(5)发送和接收都可工作在查询或中断方式下，具有下述标志位：
发送器：TXRDY，发送准备好，即发送缓冲器准备接收另一来自本机CPU 送出的字符；TX EMPTY，发送移位寄存器空。
接收器：RXRDY，接收缓冲器准备接收另一字符；BRKDT，间接错误；RX ERROR，接收错误标志。
(6)发送器和接收器都具有独立的中断使能位，上述的五个标志中，除TX EMPTY外都能产生中断申请。
(7)接收错误中断，可由多个错误条件产生。
发送器及其相关的寄存器主要完成将并行数据串行发出的功能。接收器及其
相关的寄存器的主要作用是将接收到的串行数据转换成字节形式。发送器和接收器可以独立或同时工作，清扫机器人的控制系统主要使用SCI的接收功能。SCI 的接收器内部时钟频率是异步通信时钟频率的8倍，即异步通信的每一位。都占8个SCI内部周期，如图10所示。
图10 异步通信的数据格式
SCI内部时钟连续地对SCIRXD数据引脚进行检测，当连续四个内部周期检测到低电平时，SCI即认为数据线上出现了起始位。在此后再过四个周期就认为是数据位的开始。在每个预期的数据位中的第4、5、6个脉冲的下降沿采样数据线，并按多数表决的原则来确定该位的状态。即三次采样中如果有两次采到高（低）电平，即认为此数据位为1（0）。这样比一次采样更合理，有利于抗干扰。图11是TMS320LF2407A串行通信接口电路，该电路采用了符合RS-232标准
的驱动芯片MAX232，进行串行通信。
图11 TMS320LF2407A与MAX232接口电路
5.5 ADC模块
LF2407A DSP具有一个16位的数模转换（ADC）模块，能达到500ns以内的转换速度，可以直接用于电机或运动控制场合。机器人的电池电压通过ADC 转换成数字信号，当电池电压低于警戒值时，发出电池能量不足的警告信息。ADC模块具有自动排序功能，一次转换操作可以处理多达16个的“自动转换”
每个转换操作可通过编程来选择16个输入通道中的一个。两个独立的8状态排序器（SEQ1和SEQ2），可以独立工作在双排序器模式，或者级联成16状态排序模式（SEQ）。本系统采用的是双排序模式，扩展通道0。DSP能接受的A/D 信号在0～3.3V，本系统直接使用的系统的3.3V。在输入DSP之前，为了维持信号源输入阻抗的匹配，在模拟量和DSP输入管脚之间加了一个跟随器来增大阻抗。跟随器采用芯片LM358，如图12所示。AD_SIG0表示的是电池的实际电压值，ADCIN0为DSP相应引脚。
图12 A/D调理电路
5.6 传感器简介
无感知能力的机器人操作程序是预先制定的，并按照预定程序重复无误地完成确定的任务，它们缺乏适应性。而许多机器人的应用需要感知，根据感知的信息改进计算机的控制。
(1)红外接近觉传感器
红外接近觉传感器是移动机器人最常用的避障传感器之一。这种传感器能够检测出障碍物的存在以及其它潜在危险。红外接近觉传感器由发送器和接收器两部分组成，每部分都有一定的有限视场。传感器只能检测到那些位于发送器视场和接收器视场的交叉区域内的障碍物，因此，单个的红外接近觉传感器不可避免地存在多个盲区。采用多个红外发送器和接收器可以减少盲区的数量。由于发送器和接收器的价格非常低，因此采用多套红外接近觉传感器是完全可行的。考虑到湖面机器人的障碍物比较单一，本系统采用两套红外接近觉传感器。
(2)光束中断传感器
光电式传感器非接触地探测物体，广泛用于许多自动化领域。光束中断传感器的发射器和接收器分别安装在不同的盒子中，当光束被中断时，输出开关信号。因为垃圾漂浮在水面，所以机器人垃圾仓口的上半部露出水面，下半部则在水面之下以便收集垃圾。光束中断传感器被安放在垃圾仓靠近底部的位置，由于垃圾上浮，因此当垃圾仓没有满时，垃圾不会触动光束中断传感器；当垃圾渐渐增多，垃圾仓中的部分垃圾将被新进的垃圾挤到垃圾仓下部以致触动光束中断传感器，从而发送垃圾仓满信号。机器人控制系统的电池电压测量没有单独使用传感器，而是通过DSP的ADC模块实现的。机器人的电池电压通过ADC转换成数字信号，当电池电压低于警戒值时，发出电池能量不足的信息。
5.7硬件设计中需要注意的问题
(1)DSP系统未用引脚的处理
·DSP的引脚较多，TMS320LF2407A共有144个引脚，设计系统时未必都能用上，应正确处理未用的引脚以免引入干扰或带来不必要的麻烦。设计时应正确处理未用的输入引脚；某些输入引脚，虽然已被其它电路驱动，但有时可能会处于高阻态，这些引脚也应小心处理；
·对于重要的控制引脚应将它们配置成无效状态；
·对于未用的1/O引脚，或将其当作输入引脚处理，或配置为输出让其悬空不接。
(2)设计中其它应注意的问题
必须考虑时序关系，保留一定的余量；
重要的信号应加测试点，可使用LED发光管对输出电平进行测试，使用按键来模拟输入电平信号进行测试，硬件连接如图13所示。
一种智能机器人系统设计和实现 我们从广泛意义上理解所谓的智能机器人，它给人的最深刻的印象是一个独特的进行自我控制的"活物".其实，这个自控"活物"的主要器官并没有像真正的人那样微妙而复杂。智能机器人具备形形色色的内部信息传感器和外部信息传感器，如视觉、听觉、触觉、嗅觉。除具有感受器外，它还有效应器，作为作用于周围环境的手段。这就是筋肉，或称自整步电动机，它们使手、脚、长鼻子、触角等动起来。我们称这种机器人为自控机器人，以便使它同前面谈到的机器人区分开来。它是控制论产生的结果，控制论主张这样的事实：生命和非生命有目的的行为在很多方面是一致的。正像一个智能机器人制造者所说的，机器人是一种系统的功能描述，这种系统过去只能从生命细胞生长的结果中得到，现在它们已经成了我们自己能够制造的东西了 嵌入式是一种专用的计算机系统，作为装置或设备的一部分。通常，嵌入式系统是一个控制程序存储在ROM中的嵌入式处理器控制板。事实上，所有带有数字接口的设备，如手表、微波炉、录像机、汽车等，都使用嵌入式系统，有些嵌入式系统还包含操作系统，但大多数嵌入式系统都是是由单个程序实现整个控制逻辑。嵌入式技术近年来得到了飞速的发展，但是嵌入式产业涉及的领域非常广泛，彼此之间的特点也相当明显。例如很多行业：手机、PDA、车载导航、工控、军工、多媒体终端、网关、数字电视…… 1 智能机器人系统机械平台的搭建 智能机器人需要有一个无轨道型的移动机构，以适应诸如平地、台阶、墙壁、楼梯、坡道等不同的地理环境。它们的功能可以借助轮子、履带、支脚、吸盘、气垫等移动机构来完成。在运动过程中要对移动机构进行实时控制，这种控制不仅要包括有位置控制，而且还要有力度控制、位置与力度混合控制、伸缩率控制等。智能机器人的思考要素是三个要素中的关键，也是人们要赋予机器人必备的要素。思考要素包括有判断、逻辑分析、理解等方面的智力活动。这些智力活动实质上是一个信息处理过程，而计算机则是完成这个处理过程的主要手段。 机器人前部为一四杆机构，使前轮能够在一定范围内调节其高度，主要功能是在机器人前部遇障碍时，前向连杆机构随车轮上抬，而遇到下凹障碍时前车轮先下降着地，以减小震动，提高整机平稳性。在主体的左右两侧，分别配置了平行四边形侧向被动适应机构，该平行四边形机构与主体之间通过铰链与其相连接，是小车行进的主要动力来源。利用两侧平行四边形可任意角度变形的特点，实现自适应各种障碍路面的效果。改变平行四边形机构的角度，可使左右两侧车轮充分与地面接触，使机器人的6个轮子受力尽量均匀，加强机器人对不同路面的适应能力，更加平稳地越过障碍，并且更好地保证整车的平衡性。主体机构主要起到支撑与连接机器人各个部分的作用，同时，整个机器人
河南机电高等专科学校《机器人应用技术》课程作品 设计说明书 作品名称：多功能机械手 专业：机电一体化技术 班级：机电124班 扣号： 姓名：流星 2014 年 10 月 1 日
目录 一课题概述 (2) 1、选题背景 (2) 2、发展现状和趋势 (3) 3、研究调研 (4) 二机械手组成及工作过程 (6) 1、整体结构分析 (6) 2、所需器材 (6) 3、底座部分 (8) 4、躯干部分 (9) 5、上臂部分 (10) 6、手爪部分 (11) 7、机械手系统的总调试 (12) 三软件部分 (13) 1、机械手软件编制流程图 (13) 2、机械手运行控制程序图 (14) 四设计体会 (15) 一课题概述 1、选题背景 随着我国经济的高速发展，各种电子产品和各种创新机械结构的出现，工业机器人的作用在装配制造业产业中的地位更加重要了。另一方面随着人们生活水平的提高传统制造产业劳动力生产成本进一
步提高，这也使企业意识到用高速准确的机械自动化生产代替传统人工操作的重要性。其中机械手是其发展过程中的重要产物之一，它不仅提高了劳动生产的效率，还能代替人类完成高强度、危险、重复枯燥的工作，减轻人类劳动强度，可以说是一举两得。在机械行业中，机械手越来越广泛的得到应用，它可用于零部件的组装，加工工件的搬运、装卸，特别是在自动化数控机床、组合机床上使用更为普遍。目前，机械手已发展成为柔性制造系统FMS和柔性制造单元FMC中一个重要组成部分。把机床设备和机械手共同构成一个柔性加工系统或柔性制造单元，可以节省庞大的工件输送装置，结构紧凑，而且适应性很强。但目前我国的工业机械手技术及其工程应用的水平和国外比还有一定的距离，应用规模和产业化水平低，机械手的研究和开发直接影响到我国机械行业自动化生产水平的提高，从经济上、技术上考虑都是十分必要的。因此，进行机械手的研究设计具有重要意义。 在这样一个大的背景下结合自己的专业机电一体化，我们选择多功能机械手来作为我们的设计题目。结合专业特点使用德国慧鱼机器人教学模型作为我们实现这一课题的元件。利用慧鱼模型的各种机械结构组装出机械手的机械部分，用pc编程实现对机械手的自动控制，利用限位开关来保护电机和控制机械手位置的准停。 这个课题可以充分的体现机电一体化的由程序自动控制机械结构的运动，对自己以前的所学的课程也是一种巩固。另一方面这个机械手可以实现一定的搬运功能具有很强的实用性能。 2、发展现状和趋势
智能机器人创新设计 This model paper was revised by the Standardization Office on December 10, 2020
智能机器人创新设计 第一阶段 智能机器人作品创新设计 智能机器人创新设计评选的目的是为了激发青少年的创新意识，鼓励机器人爱好者在机器人开发和使用中自主创新，以创新为主题，设计制作各种新颖的机器人项目，实现机器人的机械、电子、气动、软件以及传感器等方面的扩展应用，从而推动机器人应用的不断发展。 一.创新设计选题 智能机器人创新设计第一步是选题，选题应该遵循以下基本原则。 1.题目来源于生活，服务于生活 2.科学性、新颖性、展示性。 3.根据自身能力判断可行性。 二.创新设计途径 1.模仿：在已有成果的基础上，充分利用智能机器人技术，模仿其结构和控制原理。在过程中实践，在实践中应用。 2.改进：在参考原有功能和设计结构的基础上，进一步丰富和完善智能系统，使之功能更全面，更高效。 3.发明创造：历史上没有的。 三.评选原则 1.可行性原则：所设计的机器人应具备良好的可操作性和安全性。作品完成后还应充分考虑到其他人员在使用时是否能顺利启动，或者使其经过一定的努力也可以完成某一项功能或任务。鼓励设计者利用现有资源，整合费旧材料以最少的资本投入完成相关活动，显现出环保节能意识。 2.创新性原则：创新是技术活动的本质所在，在设计机器人作品时，师生应根据日常生活经验，展开丰富、科学的联想，并积极附注于实践。创造新方法、新成果、新价值。 3.智能性原则：机器人创新设计不同于一般的科技发明，其核心重在体现作品自身的智能化（如感知、规划、动作和协同等能力）。设计好的机器人创新作品可按照周围环境所提供的信息，利用各种传感器和动力装置进行信息的获取和输出，并能按照预设的程序指令决定自己的行动，要有一定的自主能力。这也正是机器人创新设计的魅力所在。
人工智能课程设计报告-罗马尼亚度假 问题 1
2
3 2020年5月29日 课 程 :人工智能课程设计报告 班 级: 姓 名: 学 号: 指导教师:赵曼 11月
人工智能课程设计报告 课程背景 人工智能(Artificial Intelligence),英文缩写为AI。它是研究、开发用于模拟、延伸和扩展人的智能的理论、方法、技术及应用系统的一门新的技术科学。人工智能是计算机科学的一个分支,它企图了解智能的实质,并生产出一种新的能以人类智能相似的方式做出反应的智能机器,该领域的研究包括机器人、语言识别、图像识别、自然语言处理和专家系统等。人工智能从诞生以来,理论和技术日益成熟,应用领域也不断扩大,能够设想,未来人工智能带来的科技产品,将会是人类智慧的”容器”。 人工智能是对人的意识、思维的信息过程的模拟。人工智能不是人的智能,但能像人那样思考、也可能超过人的智能。 人工智能是一门极富挑战性的科学,从事这项工作的人必须懂得计算机知识,心理学和哲学。人工智能是包括十分广泛的科学,它由不同的领域组成,如机器学习,计算机视觉等等,总的说来,人工智能研究的一个主要目标是使机器能够胜任一些一般需要人类智能才能完成的复杂工作。但不同的时代、不同的人对这种”复杂工作”的理解是不同的。 人工智能是计算机学科的一个分支,二十世纪七十年代以来被称为世界三大尖端技术之一(空间技术、能源技术、人工智能)。也被认为是二十一世纪三大尖端技术(基因工程、纳米科学、人工智能)之一。这是因为近三十年来它获得了迅 速的发展,在很多学科领域都获得了广泛应用,并取得了丰硕的成果,人工智能已逐 - 1 - 2020年5月29日
机器人课程设计报告范例
**学校 机器人课程设计名称 院系电子信息工程系 班级10电气3 姓名谢士强 学号107301336 指导教师宋佳
目录 第一章绪论 (2) 1.1课程设计任务背景 (2) 1.2课程设计的要求 (2) 第二章硬件设计 (3) 2.1 结构设计 (3) 2.2电机驱动 (4) 2.3 传感器 (5) 2.3.1光强传感器 (5) 2.3.2光强传感器原理 (6) 2.4硬件搭建 (7) 第三章软件设计 (8) 3.1 步态设计 (8) 3.1.1步态分析： (8) 3.1.2程序逻辑图： (9) 3.2 用NorthStar设计的程序 (10) 第四章总结 (12) 第五章参考文献 (13)
第一章绪论 1.1课程设计任务背景 机器人由机械部分、传感部分、控制部分三大部分组成．这三大部分可分成驱动系统、机械结构系统、感受系统、机器人一环境交互系统、人机交互系统、控制系统六个子系统现在机器人普遍用于工业自动化领域，如汽车制造，医疗领域，如远程协助机器人，微纳米机器人，军事领域，如单兵机器人，拆弹机器人，小型侦查机器人（也属于无人机吧），美国大狗这样的多用途负重机器人，科研勘探领域，如水下勘探机器人，地震废墟等的用于搜查的机器人，煤矿利用的机器人。如今机器人发展的特点可概括为：横向上，应用面越来越宽。由95%的工业应用扩展到更多领域的非工业应用。像做手术、采摘水果、剪枝、巷道掘进、侦查、排雷，还有空间机器人、潜海机器人。机器人应用无限制，只要能想到的，就可以去创造实现；纵向上，机器人的种类会越来越多，像进入人体的微型机器人，已成为一个新方向，可以小到像一个米粒般大小；机器人智能化得到加强，机器人会更加聪明 1.2课程设计的要求 设计一个机器人系统，该机器人可以是轮式、足式、车型、人型，也可 以是仿其他生物的，但该机器人应具备的基本功能为：能够灵活行进，能感知光源、转向光源并跟踪光源；另外还应具备一项其他功能，该功能可自选（如亮灯、按钮启动、红外接近停止等）。 具体要求如下： 1、根据功能要求进行机械构型设计，并用实训套件搭建实物。 2、基于实训套件选定满足功能要求的传感器； 3、设计追光策略及运动步态； 4、用NorthStar设计完整的机器人追光程序；
第1章人工智能概述课后题答案 1.1什么是智能?智能包含哪几种能力？ 解：智能主要是指人类的自然智能。一般认为，智能是是一种认识客观事物和运用知识解决问题的综合能力。 智能包含感知能力，记忆与思维能力，学习和自适应能力，行为能力 1.2人类有哪几种思维方式?各有什么特点？ 解：人类思维方式有形象思维、抽象思维和灵感思维 形象思维也称直感思维，是一种基于形象概念，根据感性形象认识材料，对客观对象进行处理的一种思维方式。 抽象思维也称逻辑思维，是一种基于抽象概念，根据逻辑规则对信息或知识进行处理的理性思维形式。 灵感思维也称顿悟思维，是一种显意识与潜意识相互作用的思维方式。 1.3什么是人工智能?它的研究目标是什么？ 解：从能力的角度讲，人工智能是指用人工的方法在机器（计算机）上实现智能；从学科的角度看，人工智能是一门研究如何构造智能机器或智能系统，使它能模拟、延伸和扩展人类智能的学科。 研究目标： 对智能行为有效解释的理论分析； 解释人类智能； 构造具有智能的人工产品； 1.4什么是图灵实验？图灵实验说明了什么？ 解：图灵实验可描述如下，该实验的参加者由一位测试主持人和两个被测试对象组成。其中，两个被测试对象中一个是人，另一个是机器。测试规则为：测试主持人和每个被测试对象分别位于彼此不能看见的房间中，相互之间只能通过计算机终端进行会话。测试开始后，由测试主持人向被测试对象提出各种具有智能性的问题，但不能询问测试者的物理特征。被测试对象在回答问题时,都应尽量使测试者相信自己是“人”，而另一位是”机器”。在这个前提下，要求测试主持人区分这两个被测试对象中哪个是人，哪个是机器。如果无论如何更换测试主持人和被测试对象的人，测试主持人总能分辨出人和机器的概率都小于50%，则认为该机器具有了智能。 1.5人工智能的发展经历了哪几个阶段？ 解：孕育期，形成期，知识应用期，从学派分立走向综合，智能科学技术学科的兴起
智能机器人设计报告 参赛者：庆东肖荣于腾飞 班级：级应用电子技术 指导老师：远明 日期：年月日 一、元器件清单： ，，，，，，，蜂鸣器，光敏电阻，光敏三极管，电阻、电容若干，超亮及普通发光管。二、主要功能： 本设计按要求制作了一个简易智能电动车，它能实现的功能是：从起跑线出发，沿引导线到达点。在此期间检测到铺设在白纸下的薄铁片，并实时存储、显示在“直道区”检测到的薄铁片数目。电动车到达点以后进入“弯道区”，沿圆弧引导线到达点继续行驶，在光源的引导下，利用轻触开关传来的电信号通过障碍区进入停车区并到达车库，完成上述任务后能够立即停车，全程行驶时间越少越好。 本寻迹小车是以有机玻璃为车架，单片机为控制核心，加以减速电机、光电传感器、光敏三极管、轻触开关和电源电路以及其他电路构成。系统由通过口控制小车的前进后退以及转向。寻迹由超亮发光二极管及光敏电阻完成，避障由轻触开关完成，寻光由光敏三极管完成。 并附加其他功能： ．声控启动 ．数码显示 ．声光报警 三、主体设计 车体设计 左右两轮分别驱动，后万向轮转向的方案。为了防止小车重心的偏移，后万向轮起支撑作用。对于车架材料的选择，我们经过比较选择了有机玻璃。用有机玻璃做的车架比塑料车架更加牢固，比铁制小车更轻便，美观。而且裁减比较方便！ 电机的固定采用的是铝薄片加螺丝固定，非常牢固，且比较美观。 轮子方案 在选定电机后，我们做了一个万向轮，万向轮的高度减去电机的半径就是驱动轮的半径。轮子用有机玻璃裁出来打磨光华的，上面在套上自行车里胎，以防止打滑。 万向轮 当小车前进时，左右两驱动轮与后万向轮形成了三点结构，这种结构使得小车在前进时比较平稳。
机器人课程设计报 告
智能机器人课程设计 总结报告 姓名： 组员： 指导老师: 时间:
一、课程设计设计目的 了解机器人技术的基本知识以及有关电工电子学、单片机、机械设计、传感器等相关技术。初步掌握机器人的运动学原理、基于智能机器人的控制理论，并应用于实践。经过学习，具体掌握智能机器人的控制技术，并使机器人能独立执行一定的任务。 基本要求：要求设计一个能走迷宫(迷宫为立体迷宫)的机器人。要求设计机器人的行走机构，控制系统、传感器类型的选择及排列布局。要有走迷宫的策略（软件流程图）。对于走迷宫小车控制系统设计主要有几个方面：控制电路设计，传感器选择以及安放位置设计，程序设计 二、总体方案 2.1 机器人的寻路算法选择 将迷宫看成一个m*n的网络，机器人经过传感器反馈的信息感知迷宫的形状，并将各个节点的与周围节点的联通性信息存储于存储器中，再根据已经构建好的地图搜索离开迷宫的路径。这里可选择回溯算法。对每个网格从左到右，每个网格具有4个方向，分别定义。并规定机器人行进过程中不停探测前方是否有障碍物，同时探测时按左侧规则，进入新网格后优先探测当前方向的左侧方向。探测过程中记录每个网格的四个方向上的状态：通路、不通或未知，探测得到不同状态后记记录，同时记录当前网
格的四个方向是否已被探测过。若某网格四个方向全部探测过则利用标志位表示该网格已访问。为了寻找到从起点到终点的最佳路径，记录当前网格在四个方向上的邻接网格序号，由此最后可在机器人已探测过的网格中利用Dijkstra算法找到最佳路径。并为计算方便，记录网格所在迷宫中行号、列号。并机器人探索过程中设置一个回溯网格栈记录机器人经过的迷宫网格序号及方向，此方向是从一个迷宫网格到下一个迷宫网格经过的方向。设置一个方向队列记录机器人在某网格内探测方向的顺序。设置一个回溯路径数组记录需要回溯时从回溯起点到回溯终点的迷宫网格序号及方向。 考虑到迷宫比较简单，且主要为纵横方向的直线，可采用让小车在路口始终左转或者始终右转的方法走迷宫，也就是让小车沿迷宫的边沿走。这样最终也能走出迷宫。本次课程设计采用此方法。即控制策略为机器人左侧有缺口时，向左进入缺口，当机器人前方有障碍是，向右旋转180°，其余情况保持前进。 2.2 传感器的选择 由于需要检测机器人左侧和前方是否有通路，采用红外传感器对机器人行进方向和左侧进行感知。红外避障传感器是依据红外线的反射来工作的。当遇到障碍物时，发出的红外线被反射面反射回来，被传感器接收到，信号输出引脚就会给出低电平提示信号。本机器人系统的红外避障信号采用直接检测的方式进行，直接读取引脚电平。传感器感应障碍物的距离阈值能够经过调节
上海应用技术学院Shanghai Institute of Technology 组长：王文博 组员：严格，熊祚强 指导教师：周文 项目工期：2014年6月10日——2015年6月15日
摘要：本项目研发智能家庭监督机器人是基于智能手机平台之下所应用的， 在借助于ug三维建模设计，机械设计以传动设计，及嵌入式硬件的插入，成功地实现了人远距离分身控制并监督家庭情况，能够随时随地掌握家庭环境的变化，为家庭安全的保障提供了基础，并且解决了目前市场家政机器人价格昂贵的现象。 前言: 随着物联网，智能家居以及智能手机的兴起，针对国内的市场环境， 本项目研发出的一系列四款智能家庭服务机器人，本项目研发的机器人管家是一种远程交互型机器人家政机器人采用低功耗WIFI技术连接互联网及手机终端通过强大智能手机及网络云服务器的数据计算处理能力对机器人进行智能化控制，从而降低了机器人的所需硬件成本，使得家政机器人能被国内消费者所接受。此机器人装配了红外，433射频的家电控制系统，实现了远程家电控制功能，并解决了目前智能家居家电设备接口协议不统一，传统家电难以兼容的问题。此外，机器人本身留有各种传感器接口，通过采用本项目研发的红外热式，温湿度，甲醛以及PM2.5传感器机器人能够实现远程家庭环境监控，家居安防的功能。能够解决目前家庭服务类机器人依赖进口，售价高昂的市场现状。 正文：（建模方面）
如上图所示，主观三视图，以及大致轮廓视图，外观视图上采取了全新的外观设计，底部以正六棱柱作为底座，并且采用抽壳技术，扩大内部空间，方便内部嵌入传动系统，机械设计等等，并且为以后的硬件电子设施提供了空间基础，上部采用圆弧拉伸，同样扩大内部空间，便于齿轮，马达等传动设施插入，放手机的补位，采用加盖模式，内部设有弹簧等设施，加紧设备。具体如下： 一：底轮 底轮采用一般的轮胎设计，圆弧效果便于运动，轮胎表面加拉伸效果，增加抓地，增大摩擦，内部增加五角星设计，省材料， 增加美观 二：转向轮： 由于底面为正六棱柱，两个轮子不能稳定行走，并且转向不方便，故在底面加上两个可以自由旋转的转向轮，转向轮 采用平常滑板上的轮子，这样的轮，自由性比较大，可以随 意转向，而传统的车轮，自由性较低，两者互相结合，既可 以自由转向，又可以稳抓底面。建模设计上主要采用了草图 拉伸方式。 三：滚轴：
**学校 机器人课程设计名称 院系电子信息工程系 班级10电气3 姓名谢士强 学号107301336 指导教师宋佳
目录 第一章绪论 (2) 1.1课程设计任务背景 (2) 1.2课程设计的要求 (2) 第二章硬件设计 (3) 2.1 结构设计 (3) 2.2电机驱动 (4) 2.3 传感器 (5) 2.3.1光强传感器 (5) 2.3.2光强传感器原理 (6) 2.4硬件搭建 (7) 第三章软件设计 (8) 3.1 步态设计 (8) 3.1.1步态分析： (8) 3.1.2程序逻辑图： (9) 3.2 用NorthStar设计的程序 (9) 第四章总结 (11) 第五章参考文献 (12)
第一章绪论 1.1课程设计任务背景 机器人由机械部分、传感部分、控制部分三大部分组成．这三大部分可分成驱动系统、机械结构系统、感受系统、机器人一环境交互系统、人机交互系统、控制系统六个子系统现在机器人普遍用于工业自动化领域，如汽车制造，医疗领域，如远程协助机器人，微纳米机器人，军事领域，如单兵机器人，拆弹机器人，小型侦查机器人（也属于无人机吧），美国大狗这样的多用途负重机器人，科研勘探领域，如水下勘探机器人，地震废墟等的用于搜查的机器人，煤矿利用的机器人。如今机器人发展的特点可概括为：横向上，应用面越来越宽。由95% 的工业应用扩展到更多领域的非工业应用。像做手术、采摘水果、剪枝、巷道掘进、侦查、排雷，还有空间机器人、潜海机器人。机器人应用无限制，只要能想到的，就可以去创造实现；纵向上，机器人的种类会越来越多，像进入人体的微型机器人，已成为一个新方向，可以小到像一个米粒般大小；机器人智能化得到加强，机器人会更加聪明 1.2课程设计的要求 设计一个机器人系统，该机器人可以是轮式、足式、车型、人型，也可以是仿其他生物的，但该机器人应具备的基本功能为：能够灵活行进，能感知光源、转向光源并跟踪光源；另外还应具备一项其他功能，该功能可自选（如亮灯、按钮启动、红外接近停止等）。 具体要求如下： 1、根据功能要求进行机械构型设计，并用实训套件搭建实物。 2、基于实训套件选定满足功能要求的传感器； 3、设计追光策略及运动步态； 4、用NorthStar设计完整的机器人追光程序； 5、调试； 6、完成课程设计说明书，内容：方案设计、硬件搭建过程（附照片）、控制 算法流程、程序编写、调试结果、心得体会。
智能机器人的设计与制作WORD版本可编辑
智能机器人的设计与制作 引言 近几年机器人已成为高技术领域内具有代表性的战略目标。机器人技术的出现和发展，不但使传统的工业生产面貌发生根本性变化，而且将对人类社会产生深远的影响。随着社会生产技术的飞速发展，机器人的应用领域不断扩展。从自动化生产线到海洋资源的探索，乃至太空作业等领域，机器人可谓是无处不在。目前机器已经走进人们的生活与工作，机器人已经在很多的领域代替着人类的劳动，发挥着越来越重要的作用，人们已经越来越离不开机器人帮助。机器人工程是一门复杂的学科，它集工程力学、机械制造、电子技术、技术科学、自动控制等为一体。目前对机器人的研究已经呈现出专业化和系统化，一些信息学、电子学方面的先进技术正越来越多地应用于机器人领域。目前机器人行业的发展与30 年前的电脑行业极为相似。今天在汽车装配线上忙碌的一线机器人，正是当年大型计算机的翻版。而机器人行业的利基产品也同样种类繁多，比如协助医生进行外科手术的机械臂、在伊拉克和阿富汗战场上负责排除路边炸弹的侦察机器人、以及负责清扫地板的家用机器人，还有不少参照人、狗、恐龙的样子制造机器人玩具。舞蹈机器人具有人类外观特征、可爱的外貌、又兼有技术含量，极受青少年的喜爱。我从前年开始机器人方面的研究，在这过程中尝试过很多次的失败，也感受到了无比的乐趣。 图1.1、机器人 1 绪论
机器人技术作为20 世纪人类最伟大的发明之一，自20 世纪60 年代初问世以来，经历40 余年的发展已取得长足的进步。未来的机器人是一种能够代替人类在非结构化环境下从事危险、复杂劳动的自动化机器，是集机械学、力学、电子学、生物学、控制论、计算机、人工智能和系统工程等多学科知识于一身的高新技术综合体。走向成熟的工业机器人，各种用途的特种机器人的多用化，昭示着机器人技术灿烂的明天。 1.1 国内外机器人技术发展的现状 为了使机器人能更好的应用于工业，各工业发达国家的大学、研究机构和大工业企业对机器人系统开发投入了大量的人力财力。在美国和加拿大，各主要大学都设有机器人研究室，麻省理工学院侧重于制造过程机器人系统的研究，卡耐基—梅隆机器人研究所侧重于挖掘机器人系统的研究，而斯坦福大学则着重于系统应用软件的开发。德国正研究开发“MOVE AND PLAY”机器人系统，使机器人操作就像人们操作录像机、开汽车一样。从六十年代开始日本政府实施一系列扶植政策，使日本机器人产业迅速发展起来，经过短短的十几年。到80 年代中期，已一跃而为“机器人王国”。其机器人的产量和安装的台数在国际上跃居首位。按照日本产业机器人工业会常务理事米本完二的说法：“日本机器人的发展经过了60 年代的摇篮期。70 年代的实用期。到80 年代进人普及提高期。” 并正式把1980 年定为产业机器人的普及元年”。开始在各个领域内广泛推广使用机器人。中国机器人的发展起步较晚，1972 年我国开始研制自己的工业机器人。"七五"期间，国家投入资金，对工业机器人及其零部件进行攻关，完成了示教再现式工业机器人成套技术的开发，研制出了喷涂、点焊、弧焊和搬运机器人。1986 年国家高技术研究发展计划(863 计划)开始实施，智能机器人主题跟踪世界机器人技术的前沿，经过几年的研究，取得了一大批科研成果，成功地研制出了一批特种机器人。20 世纪90 年代，我国的工业机器人又在实践中迈进一大步，先后研制出了点焊、装配、喷漆、切割、搬运等各种用途的工业机器人，并实施了一批机器人应用工程，形成了一批机器人产业化基地，为我国机器人产业的腾飞奠定了基础。 1.2 机器人技术的市场应用 机器人融入我们日常生活的步伐有多快？据国际机器人联盟调查，2004 年，全球个人机器人约有200 万台，到2008 年，还将有700 万台机器人投入运行。按照韩国信息通信部的计划，到2013 年，韩国每个家庭都能拥有一台机器人；而日本机器人协会预测，到2025 年，全球机器人产业的“蛋糕”将达到每年500 亿美元的规模(现在仅有50亿美元)。与20 世纪70 年代PC 行业的情况相仿，我们不可能准确预测出究竟哪些用途将推动这个新兴行业进入临界状态。不过看起来，机器人很可能在护理和陪伴老年人的工作上大展宏图，或许还可以帮助残疾人四处走走，并增强士兵、建筑工人和医护人员的体力与耐力。目前，我国从事机器人研发和应用工程的单位200 多家，拥有量为3500 台左右，其中国产占20％，其余都是从日本、美国、瑞典等40 多个国家引进的。2000 年已生产 各种类型工业机器人和系统300 台套，机器人销售额6.74 亿元，机器人产业对国民经济的年收益额为47 亿元，我国对工业机器人的需求量和品种将逐年大幅度增加。1.3 机器人技术的前景展望机器人是人类的得力助手，能友好相处的可靠朋友，将来我们会看到人和机器人会存在一个空间里边，成为一个互相的助手
1、课题背景及研究的目的和意义 1.1课题背景 扫地机器人是服务机器人的一种，可以代替人进行清扫房间、车间、墙壁等。提出一种应用于室内的移动清洁机器人的设计方案。其具有实用价值。室内清洁机器人的主要任务是能够代替人进行清扫工作，因此需要有一定的智能。清洁机器人应该具备以下能力：能够自我导航，检测出墙壁，房间内的障碍物并且能够避开；能够走遍房间的大部分空间，可以检测出电池的电量并且能够自主返回充电，同时要求外形比较紧凑，运行稳定，噪音小；要具有人性化的接口，便于操作和控制。结合扫地机器人主要功能探讨其控制系统的硬件设计。 1.2研究目的和意义 国家农业智能装备工程技术研究中心邱权博士介绍说，扫地机器人可以看作是一种智能吸尘器，通过其基于传感器检测的智能运动规划算法使原本由人操作的吸尘器成为一个可自主运行的智能化设备。它通过各种传感器，比如碰撞开关、红外接近开关、超声传感器、摄像头等，来感知自身的位置和状态，通过智能算法决定当前的任务状态。它可以根据某个传感器检验地面清洁程度，根据历史信息确定哪些区域已经打扫过，它的充电座会发出红外线信息，在电量低于一定值后，它开始寻找红外信息来自动充电。防跌落是基于机器人底部所安装的红外传感器检测地面的距离，当距离发生变化时机器人将停止并改变路线。由于扫
地机器人是一个智能化产品， 1.3工作原理 扫地机器人机身为可移动装置，机器人依托红外识别以及超声波测距从而避障，配合芯片控制内部电机转动以及内部真空环境吸尘，通过路线设计，在室内自由行走，由中央主刷旋转清扫，并且辅以边刷，沿直线或者之字形活动路径打扫。 2、设计要求与内容 1）以 AT89S52系列单片机为核心设计移动清扫机器人电机驱动与控制电路，采用红外传感器和超声波传感器完成障碍物检测电路设计，完成充电站检测电路设计，完成避障算法与路径规划算法设计。 2）按键选择清扫模式和充电模式。 3）显示方式LED 显示当前时间和机器人当前工作状态。 3、系统方案设计 3.1设计任务 1）利用AT89S52处理器编程实现电机驱动。 2）液晶显示扫地机器人的内部参数。 3）当扫地机器人显示电量不足时，无线模块发送命令到充电桩，开始进行充电模式，此时红外发射光线充电桩与扫地机器人充电接口对接，此
智能机器人课程设计报告[资料] 天津师范大学 计算机与信息工程学院 课程设计报告 课程名称: 机器人设计 设计题目: 专业: 信息工程 班级: 08(1)班 组别: 学生姓名: 吴雪萍学号: 08509205 起止日期: 2011年3月1日 ~ 2011年 7月1日 指导教师: 刘岩恺梁景莲 同组人员: 课程设计题目机器人设计实验 姓名吴雪萍学号 08509205 班级 08信息(1)班 班级专业信息工程 组别组长组员 指导教师刘岩恺梁景莲 课程 设计设计家庭组机器人和机器人行走目的 课程 设计Vc++ 环境
课程 设计 任务用C++语言设计一个颜色识别的程序和一个机器人行走程序 和要 求 课程设计内容描述: 1(绪论 通过学习机器人设计2课程～学会了家庭组机器人和足球机器人的一些理论知识。了解了机器人方向识别～动手调试了全景摄像头和前置摄像头～设置了场地、球门、白线、足球等的颜色数值。 2. 颜色识别的产生 结合梁老师给的人脸识别程序～通过改变人脸模型建立颜色识别程序。 3. 平台的选择及搭建 根据刘老师给的参考资料～首先安装了DirectX9.0 SDK和Visual C++软件～然后一步步的按照老师所给的步骤～先建立基本界面～接着编制串口通讯控制机器人 的程序～读取距离传感器信息等～最后得出了机器人行走程序如下。 课程设计源程序: 机器人行走 // VoyTestDlg.cpp : implementation file // #include "stdafx.h" #include "VoyTest.h" #include "VoyTestDlg.h" #ifdef _DEBUG
第一章绪论 1 什么是人工智能？试从学科和能力两方面加以说明。 答：人工智能（学科）：人工智能（学科）是计算机科学中涉及研究、设计和应用智能机器的一个分支。其近期的主要目标在于研究用机器来模仿和执行人脑的某些智力功能，并开发相关理论和技术。 人工智能（能力）：人工智能（能力）是智能机器所执行的通常与人类智能有关的智能行为，如判断、推理、证明、识别、感知、理解、通信、设计、思考、规划、学习和问题求解等思维活动。 2 为什么能够用机器（计算机）模仿人的智能？ 答：物理符号系统假设：任何一个系统，如果它能够表现出智能，那么它就必定能够执行上述 6 种功能。反之，任何系统如果具有这６种功能，那么它就能够表现出智能；这种智能指的是人类所具有的那种智能。 推论：既然人是一个物理符号系统，计算机也是一个物理符号系统，那么就能够用计算 机来模拟人的活动。 因此，计算机可以模拟人类的智能活动过程。 ３．现在人工智能有哪些学派？它们的认知观是什么？ 答：符号主义，又称为逻辑主义、心理学派或计算机学派。认为人工智能源于数理逻辑。连接主义，又称为仿生学派或生理学派。认为人工智能源于仿生学，特别是人脑模型的研究。
行为主义，又称为进化主义或控制论学派。认为人工智能源于控制论。 ４．你认为应从哪些层次对认知行为进行研究？ 答：应从下面４个层次对谁知行为进行研究： （１）认知生理学：研究认知行为的生理过程，主要研究人的神经系统（神经元、中枢神经系统和大脑）的活动。 （２）认知心理学：研究认知行为的心理活动，主要研究人的思维策略。 （３）认知信息学：研究人的认知行为在人体内的初级信息处理，主要研究人的认知行为如何通过初级信息自然处理，由生理活动变为心理活动及其逆过程 （４）认知工程学：研究认知行为的信息加工处理，主要研究如何通过以计算机为中心的人工信息处理系统，对人的各种认知行为（如知觉、思维、记忆、语言、学习、理解、推理、识别等）进行信息处理。 ５．人工智能的主要研究和应用领域是什么？ 答：问题求解，逻辑推理与定理证明，自然语言理解，自动程序设计，专家系统，机器学习，神经网络，机器人学，模式识别，机器视觉，智能控制，智能检索，智能调度与指挥，分布式人工智能与 Agent，计算智能与进化计算，数据挖掘与知识发现，人工生命。 6、人工智能的发展对人类有哪些方面的影响？试结合自己了解的情况何理解，从经济、社会何文化等方面加以说明？
《人工智能导论》课程报告 课题名称：五子棋 姓名: X X 学号：114304xxxx 课题负责人名（学号）： X X114304xxxx 同组成员名单（学号、角色）： x x1143041325 XXX1143041036 指导教师：张建州 评阅成绩： 评阅意见： 提交报告时间：2014年 1 月 9 日
五子棋 计算机科学与技术专业 学生XXX 指导老师张建州 [摘要]人类之所以不断在进步，是因为我们人类一直不断的在思考，五子棋游戏程序的开发符合人类进步也是促进人类进步的一大动力之一。五子棋游戏程序让人们方便快捷的可以下五子棋，让人们在何时都能通过下棋来提高逻辑思维能力，同时也培养儿童的兴趣以及爱好，让孩子更加聪明。 同时，五子棋游戏程序的开发也使得五子棋这个游戏得到了广泛的推广，让世界各地的人们知道五子棋，玩上五子棋，这已经不是局限。五子棋游戏程序使得越来越多的人喜欢上了五子棋，热爱下五子棋，它是具有很好的带动性的。 关键词：五子棋进步思考
目录 《人工智能导论》课程报告 0 1 引言 (3) 1.1五子棋简介 (3) 1.2 五子棋游戏的发展与现状 (3) 2 研究问题描述 (4) 2.1 问题定义 (4) 2.2 可行性研究 (4) 2.3 需求分析 (5) 2.4 总体设计 (5) 2.5 详细设计 (6) 2.6编码和单元测试 (6) 3 人工智能技术 (6) 4 算法设计 (7) 4.1α-β剪枝算法 (7) 4.2极大极小树 (7) 4.3深度优先搜索（DFS） (8) 4.4静态估值函数 (9) 5 软件设计和实现 (9) 5.1 数据结构定义 (9) 5.2 程序流程图 (17) 6 性能测试 (18) 6.1 程序执行结果 (18) 7 总结 (21) 参考文献 (21)
人工智能（A*算法） 一、 A*算法概述 A*算法是到目前为止最快的一种计算最短路径的算法，但它一种‘较优’算法，即它一般只能找到较优解，而非最优解，但由于其高效性，使其在实时系统、人工智能等方面应用极其广泛。 A*算法结合了启发式方法（这种方法通过充分利用图给出的信息来动态地作出决定而使搜索次数大大降低）和形式化方法（这种方法不利用图给出的信息，而仅通过数学的形式分析，如Dijkstra算法）。它通过一个估价函数（Heuristic Function）f(h)来估计图中的当前点p到终点的距离(带权值)，并由此决定它的搜索方向，当这条路径失败时，它会尝试其它路径。 因而我们可以发现，A*算法成功与否的关键在于估价函数的正确选择，从理论上说，一个完全正确的估价函数是可以非常迅速地得到问题的正确解答，但一般完全正确的估价函数是得不到的，因而A*算法不能保证它每次都得到正确解答。一个不理想的估价函数可能会使它工作得很慢，甚至会给出错误的解答。 为了提高解答的正确性，我们可以适当地降低估价函数的值，从而使之进行更多的搜索，但这是以降低它的速度为代价的，因而我们可以根据实际对解答的速度和正确性的要求而设计出不同的方案，使之更具弹性。 二、 A*算法分析 众所周知，对图的表示可以采用数组或链表，而且这些表示法也各也优缺点，数组可以方便地实现对其中某个元素的存取，但插入和删除操作却很困难，而链表则利于插入和删除，但对某个特定元素的定位却需借助于搜索。而A*算法则需要快速插入和删除所求得的最优值以及可以对当前结点以下结点的操作，因而数组或链表都显得太通用了，用来实现A*算法会使速度有所降低。要实现这些，可以通过二分树、跳转表等数据结构来实现，我采用的是简单而高效的带优先权的堆栈，经实验表明，一个1000个结点的图，插入而且移动一个排序的链表平均需500次比较和2次移动；未排序的链表平均需1000次比较和2次移动；而堆仅需10次比较和10次移动。需要指出的是，当结点数n大于10，000时，堆将不再是正确的选择，但这足已满足我们一般的要求。
智能机器人的设计与制作 引言 近几年机器人已成为高技术领域内具有代表性的战略目标。机器人技术的出现和 进展，不但使传统的工业生产面貌发生全然性变化，而且将对人类社会产生深远的阻碍。随着社会生产技术的飞速进展，机器人的应用领域不断扩展。从自动化生产线到海洋资源的探究，乃至太空作业等领域，机器人可谓是无处不在。目前机器差不多走进人们的生活与工作，机器人差不多在专门多的领域代替着人类的劳动，发挥着越来越重要的作用，人们差不多越来越离不开机器人关心。机器人工程是一门复杂的学科，它集工程力学、机械制造、电子技术、技术科学、自动操纵等为一体。目前对机器人的研究差不多呈现出专业化和系统化，一些信息学、电子学方面的先进技术正越来越多地应用于机器人领域。目前机器人行业的进展与30 年前的电脑行业极为相似。今天在汽车装配线上忙碌的一线机器人，正是当年大型计算机的翻版。而机器人行业的利基产品也同样种类繁多，比如协助大夫进行外科手术的机械臂、在伊拉克和阿富汗战场上负责排除路边炸弹的侦察机器人、以及负责清扫地板的家用机器人，还有许多参照人、狗、恐龙的模样制
造机器人玩具。舞蹈机器人具有人类外观特征、可爱的外貌、又兼有技术含量，极受青青年的喜爱。我从前年开始机器人方面的研究，在这过程中尝试过专门多次的失败，也感受到了无比的乐趣。 图1.1、机器人 1 绪论 机器人技术作为20 世纪人类最伟大的发明之一，自20 世纪60 年代初问世以来， 经历40 余年的进展已取得长足的进步。以后的机器人是一种能够代替人类在非结构化环境下从事危险、复杂劳动的自动化机
器，是集机械学、力学、电子学、生物学、操纵论、计算机、人工智能和系统工程等多学科知识于一身的高新技术综合体。走向成熟的工业机器人，各种用途的特种机器人的多用化，昭示着机器人技术灿烂的改日。 1.1 国内外机器人技术进展的现状 为了使机器人能更好的应用于工业，各工业发达国家的大学、研究机构和大工业企业对机器人系统开发投入了大量的人力财力。在美国和加拿大，各要紧大学都设有机器人研究室，麻省理工学院侧重于制造过程机器人系统的研究，卡耐基—梅隆机器人研究所侧重于挖掘机器人系统的研究，而斯坦福大学则着重于系统应用软件的开发。德国正研究开发“MOVE AND PLAY”机器人系统，使机器人操作就像人们操作录像机、开汽车一样。从六十年代开始日本政府实施一系列扶植政策，使日本机器人产业迅速进展起来，通过短短的十几年。到80 年代中期，已一跃而为“机器人王国”。其机器人的产量和安装的台数在国际上跃居首位。按照日本产业机器人工业会常务理事米本完二的讲法：“日本机器人的进展通过了60 年代的摇篮期。70 年代的有用期。到80 年代进人普及提高期。” 并正式把1980 年定为产业机器人的普及元年”。开始在各个领
机器人实验报告 1、 实验目的： 1、 认识“能力风暴”机器人，并会简单编辑程序，使其完成规 定动作。 2、 了解“能力风暴机器人内部构造，认识声音、光敏、碰撞等 传感器。 3、 了解AS多功能拓展卡，并能够简单应用。 2、 实验过程： 各组领取能力风暴机器人，老师对其进行讲解，然后各组对其观察，认识，并编辑一些小程序对其进行简单操 作。 1、认识能力风暴机器人 AS-UII有一个功能很强的“大脑”和一组灵敏的“感觉”器官。它不仅可以随着外部环境敏捷地作出反应，而 且还可以与你进行交流。它有听觉、视觉、和触觉，它还 会象人一样使用动作和声音，来表达与它周围世界互动时 的感觉。 开关：控制AS-UII电源的按钮。 电源指示灯：电源指示灯的颜色是绿色。开机时，这个灯会发光，告诉你机器人已经进入工作状态了！
充电指示灯：当你给机器人充电时，充电指示的红灯发光。 充电口：只要将充电器的直流输出端插在充电口上，再将另一端接到 220V电源上即可。 下载口：使用时只需将串口通信线的一端接下载口，另一端连接在电脑机箱后面的一个九针串口上。 “复位/ASOS”按钮：这是个复合按钮，用于下载操作系统和复位。 复位功能：在机器人运行程序的过程中，按下此按钮，机器人就会中断程序的运行。如果要重新运行程序，须按运行键。 下载操作系统功能：连接好串口通信线，打开机器人电源开关，在VJC1.5流程图编辑界面中选择“工具（T）--更新操作系统”命令，然后按下此按钮，即可下载操作系统。 运行键：机器人开机后，按击“运行”键，就可以运行最近下载的程序。 通信指示灯：通信指示灯位于机器人主板的前方，是一个黄色的小灯。在给机器人下载程序时，这个黄灯闪烁，表明下载正常，程序正在进入机器人的“大脑”。
智能机器人课程设计 设计题目：灭火智能机器人的设计和实现
目录 第1章机器人系统总体方案设计 (3) 1.1 设计目标 (3) 1.2 机器人功能设计及指标要求 (3) 1.3 机器人系统总体结构设计 (4) 第2章机器人系统硬件详细方案设计 (5) 2.1 传感器选型 (5) 2.1.1 超声波测距传感器 (5) 2.1.2 红外避障传感器 (5) 2.1.3 火焰传感器 (5) 2.2 机器人系统硬件连接图 (6) 2.2.1 STM32单片机最小系统 (6) 2.2.2 电源模块 (7) 2.2.3 红外避障传感器 (7) 2.2.4 超声波测距传感器 (8) 2.2.5 火焰传感器 (8) 2.2.6 电机驱动模块 (8) 第3章机器人系统软件详细方案设计 (9) 3.1 主函数 (9) 3.2 超声波测距程序 (10) 3.3 红外避障引脚设置程序 (12) 3.4 电机驱动程序 (12) 3.5 火焰检测程序 (12) 第4章机器人系统开发调试步骤 (13) 4.1 传感器选型和引脚分配 (13) 4.2 传感器独立测试 (13) 4.2.1 超声波测距传感器测试 (13) 4.2.2 红外避障传感器测试 (13) 4.2.3 火焰传感器测试 (13) 4.3 电机独立测试 (14) 4.4 综合测试 (14) 第5章实验中遇到的故障及解决方法 (15) 第6章收获与体会 (16)
第1章机器人系统总体方案设计 1.1 设计目标 本次课程设计的目标是：在一辆两驱智能小车的基础上，搭载各种传感器，设计出一款具有自动避障和搜寻火点功能的智能机器人，可以完成简易的灭火功能。设定的实验环境为带有隔板障碍的4*4方格迷宫，如图1-1所示。起火点随机放置在其中一个方格中。机器人需要从起点开始搜寻火点，躲避障碍，最终靠近火点一定距离时，小车停止运动，进行接下来的灭火操作。 图1-1 机器人灭火场地布局图 本课设旨在通过一类典型智能机器人的设计、调试，掌握各环节和整个智能机器人系统的调试步骤与方法，加强基本技能训练，培养灵活运用所学理论解决控制系统中各种实际问题的能力。 1.2 机器人功能设计及指标要求 该智能机器人系统的主要功能包括：可以检测周围环境并发现障碍；可以灵活前后行进、停止和转向；可以根据障碍位置做出避障决策；可以准确搜寻到火焰位置并在火焰面前停止并进行灭火等。由于实验环境设定为方格迷宫，所以机器人的路径规划可以转化为迷宫的遍历问题，而且转向角度简化为90°和180°的组合问题。 整个搜寻过程中，小车尽量不碰撞到障碍物和墙壁，且从出发到找到火点的时间应在3分钟内。在成功灭火后可以继续进行其他火源的搜寻，即可以连续完成多点灭火。