机器人创新实践课件

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下载
打开AVR控制器电源，按 下调试器的模式选择按键， 使模式切换为AVR ISP； NorthStar菜单栏中“工具” 菜单中，选择“下载” 下载成功后的界面如图， 下载完成后，先关电源， 拔掉下载调试线，重新开 机 看到0、2灯亮，0.5s后，1、 3灯亮，反复循环
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绚丽的霓虹灯组装效果1
主要内容
课程介绍、参考资料 机器人基础知识、典型机器人介绍、爬行和轮式机器人 竞赛机器人，机器人所需能力、涉及技术、实现方法 博创模块化机器人开发器材 NorthStar环境下开发机器人控制程序 多功能调试器的连接和使用 示例1：绚丽的霓虹灯 机器人常用传感器 基于RobotServo Terminal进行舵机设置和检测、调试器检测 示例2：轮式搬运机器人、舵机控制（对舵机的不同姿态进行控制） 课程设计：能躲避障碍的四足爬行机器人
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机器人基础知识
机器人与普通机器的区别：机器人具有人或生物的某些智能能 力。如看到墙壁可以躲开，可以寻找设定目标，可以与外界交 流等。普通机器是靠人来操控的，本身并不具备智能能力。 我国科学家对机器人的定义：机器人是一种自动化的机器，所 不同的是这种机器具备一些与人或生物相似的智能能力，如感 知能力、规划能力、动作能力和协同能力，是一种具有高度灵 活性的自动化机器。 机器人的外形：与普通机器可能没什么区别，事实上，大多数 机器人并不像人，有的甚至没有一点人的模样。一个重要原因 是，在许多场合类人机器人不如其它外形的机器人更适合现场
CDS5516机器人舵机
CDS5401 R/C舵机
2342 直流电机
NorthStar环境下开发机器人控制程序
NorthStar是一个图形化机器人控制程序开发软件，操作简单，功 能强大 拖动模块图标、设置模块属性、连线，即可编写控制程序，创建
复杂的逻辑
编译，下载到控制器中运行 软件下载：/ch/ProductView.asp?ID=61 安装软件及驱动
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示例1：绚丽的霓虹灯
绚丽的霓虹灯：对4个LED灯进行控制
具体要求：开机—4个灯全亮—按下碰撞传感器—0亮1灭2亮3灭— 0.5s后—0灭1亮2灭3亮—0.5s后—0亮1灭2亮3灭—0.5s后—0灭1亮2 灭3亮（重复），放开碰撞传感器，4个灯全亮，没有闪烁
硬件需要
MultiFLEX2-AVR控制器1块 多功能调试器和电缆1套 LED灯4个 结构件 碰撞开关1个
NorthStar 北斗星; robot[ˈrəʊbɒt] 机器人; servo [ˈsɜ:vəʊ] 舵机
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课程介绍
课程名称：创新实践训练I 课程性质： 限选 开设学期： 大二第一学期 学分：1 学时：18学时（一个星期） 场地：实验中心C301 课程内容： 基于北京博创尚和科技有限公司的创意之星(InnoStar) 模块化 机器人套件，开发设计并组装一个可避开障碍物的四足爬行机器人， 通过创新实践训练，掌握机器人基础知识、单片机控制技术、传感 器技术、程序开发、电机和舵机控制，并对机器人竞赛有一定了解。
机器人与人的类比
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爬行机器人
四足爬行机器人
机器人的大脑---控制器 机器人的肌肉---舵机 机器人的五官---传感器 机器人的骨骼---结构件
左视图
机器人常用的运动驱动 部件有： 直流电机（有刷、无刷） 步进电机 舵机
主视图
俯视图
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视频1:四足爬行机器人 术语： 腿的自由度 步态
innovate [ˈinəveit] vi. 改革，创新；vt. 引入（新事物、思想或方法）
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参考资料
InnoSTAR实验指导书.pdf 多功能调试器用户手册.pdf 创意之星：模块化机器人创新设计与竞赛.北京航空航天大学 出版社（部分内容与实际不符） 构型资料图片 创意之星机器人套件组装指南.pdf 舵机原理知识.pdf 四足机器人.ppt 四足机器人步态规划与仿真.pdf
列ATmega128单片机，该
单片机能在16MHz的频率 下运行，对于轻量级的自 动控制系统有足够的数据 处理能力。AVR系列单片 机是当前最为流行的单片 机种类之一，接口丰富， 开发简单是它最显著的特 点。
MultiFLEX2-AVR控制器功能高度集成，具有众多 IO、AD接口，能够控制R/C舵机、机器人舵机，具有 RS232接口和RS422接口，开发简单，使用图形化集成 开发环境，只需编写程序逻辑流程就能够自动生成C 代码，将其下载到控制器后便可实现机器人的各种功 能控制。开放所有底层函数接口，用户可直接调用这 15 些函数，从而专注于机器人上层算法的研究和编写。
机器人开发器材：多功能调试器
UP-Debugger多功能调试器是 MultiFLEX2-AVR控制器的主要下载、调 试工具。可进行程序下载、串口通信、 舵机调试。 调试器的配线一端是10针IDC头，另 一端是3针和5针杜邦头，杜邦头有三 角形标记的为GND。
调试器配线
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机器人开发器材：直流稳压电源
下载失败
安装驱动：“AVR单片机开发环境”文件夹下 AVRStudio4b528.exe AVRStudio4.13SP2.exe
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多功能调试器的连接和使用
通过调试器将编译好的程序下载到控制器 将调试器接入电脑USB口，标准USB连接电脑，方口USB连接调试器 首次使用调试器需安装驱动，在win7下系统自动识别 下载调试线一端IDC10，一端5针杜邦头和3 针杜邦头
连接舵机
Servo模式
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Com框输入对应端口号,点击Open打开串口，打开后，界面绿灯变红，调试器上通讯 指示灯闪烁
打开串口
设置查询模式 单击Serch搜索舵机，如果连接正确，列表 框中出现舵机ID和波特率 注意：不插舵机电源搜不到舵机！
搜索舵机
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单击Stop停止查询 列表框中选择要操作的舵机，切换到Operate操作界面，可设置ID（输入）
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机器人开发器材：舵机
舵机：控制舵面的电机 组成：一般由舵盘、减速齿轮组、位置反馈 电位计、直流电机、控制电路板等几部分组 成。 舵机的输入线有3条：电源线、地线、控制 信号线 CDS55xx机器人舵机：舵机模式和电机模式。 舵机模式时，输出轴的位置可以在0°-300º 内摆动，电机模式时，可整周旋转，既可以 作机器人的关节，又可以驱动轮子，是拥有 广阔应用前景的执行机构。 R/C舵机：使用模拟电路控制的舵机称为模 拟舵机或者R/C舵机 直流电机：功率大，需使用电机驱动模块， 18 适合驱动轮子
IDC10 连接调试器
方口USB线
下载调试线
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调试器与控制器的连接
5针杜邦头插入中间的排针，注意三角形标记是第一脚，对应电路 板上的三角形标记，且杜邦头上的三角形标记朝向外壳；3 针杜邦 头插入左侧排针，且是中间的三个针（GND,TXD,RXD），三角形标 记对应GND，朝向外壳。
5针杜邦头 3针杜邦头
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轮式机器人
四轮机器人
视频2:四轮机器人 转向策略
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四轮机器人
另一种转向策略
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三轮机器人
视频2:三轮机器人
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国际、国内机器人赛事
国际机器人赛事： 机器人足球赛 FIRA系列机器人足球赛 RoboCup系列机器人足球赛 机器人综合竞赛 国际机器人奥林匹克竞赛 FLL世锦赛 ABU大学生机器人电视大赛 国内机器人赛事： FIRA中国机器人足球锦标赛 中国机器人大赛暨RoboCup公开赛 全国大学生机器人电视大赛 中国青少年机器人竞赛
工作环境。
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典型机器人介绍
“勇气”号火星探测器：六轮驱动越障能力强，计算机控 制核心，机械手上带有多种工具，全景摄相机及各种传感 器 排爆机器人：轮式与履带结构，6自由度机械手，摄像机， 电子点火武器，与前者均属未知、危险环境探测机器人， 依靠远程操纵人员控制，有局部的、一定程度的自主能力。 清洁机器人：属服务机器人，2004年美国iRobot公司推出 的智能机器人吸尘器Roomba，垃圾刷子、真空吸尘器、传 感器感知周边环境，自主充电 仿人机器人：2000年，本田技研株式会社发布了ASIMO仿 人型机器人，是世界上第一台可遥控有两条腿会行动的仿 人机器人，可完成行走、上下台阶、弯腰、握手、跳舞； 2005年发布的新一代ASIMO可在办公室等环境中作业，包括 手推车搬运物品、接待、向导、递送等。 工业机器人：KUKA公司推出的Titan工业机器人，6自由度 （6轴），串联式关节型机器人，包括腰部回转、肩关节旋 转、肘关节旋转、腕关节回转、腕关节俯仰、末端回转共6 6 个自由度。
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竞赛机器人
中国机器人大赛暨RoboCup公开赛
规定动作技术挑战赛 动作投影技术挑战赛
视频:2015全国机器人大赛
网络机器人对抗赛
各分项比赛中
比赛规则
机器人所需能力
涉及的技术 实现的方法
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机器人开发器材：主控板
主控板：MultiFLEX2-AVR
控制器，其处理器是 ATMEL公司出品的AVR系
舵机电源
一般电类实验中应遵守“先接线后通电，先断电后拆线”， 可见接线要先断电，拆线也要先断电，禁止带电插拔。
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示例2：轮式搬运机器人
机器人构型：由特定零件、执行器、传感器等搭建 组合而成的，能够完成某些动作或行为的机械、控 制、传感的总和称为机器人构型。
用电源适配器给控制器充电
IO口插入4个LED灯
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增加传感器的绚丽的霓虹灯
视频3：绚丽的霓虹灯
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机器人常用传感器
碰撞传感器 红外接近传感器 姿态传感器 声音传感器
红外测距传感器
灰度传感器
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机器人舵机调试系统RobotServo Terminal
机器人舵机（CDS55XX）专用调试环境 可用于舵机设置、舵机检测、调试器检测 连接调试器、舵机、直流电源，调试器切换到Servo模式
控制器内置一组7.4V锂离子电池，一般情况下使用电 池供电，电池电量不足时，使用直流稳压电源给控制 器供电 锂离子电池具有重量轻、容量大、无记忆效应等优点， 但对日常维护要求较高，使用中需注意：电池输出电 压会随电量下降而下降，充满电时约8.4V，使用中会 降至6.5V，电池电压过低（低于6.5V）时，欠压报警 症状：控制器蜂鸣器短促鸣叫，控制器电源指示灯以 2s的时间间隔闪烁，此时应切断电源，给电池充电， 继续使用会使电池过度放电，造成永久性损伤；过压 报警症状：蜂鸣器短促鸣叫，控制器电源指示灯以 200ms的时间间隔闪烁 直流稳压电源输出为12V/5A，峰值电流可达8A
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NorthStar下开发控制程序，编译
新建文档 工程设置 拖出模块 属性设置 连线 保存 工具/编译 工具/下载
代码窗口 模块窗口 编辑窗口
输出窗口
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常见问题
编译失败
若出现Compile failed的情况，可选用如下方法
将安装文件夹的安全属性设为完全控制 安装到其它盘
设置ID（人工输入）
停止搜索
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基于RobotServo Terminal进行舵机检测
舵机操作区，在舵 机模式下拖动位置 滑动条，观察舵机 动作；在电机模式 下，拖动速度滑动 条，观察舵机动作 检查通讯接口 检查紧固螺口
告警指示
舵机操作
状态监测
视频4：舵机调试
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警示！
舵机测试时注意一定要断电接线，很多同学在带电的情况 下插拔舵机的控制线，导致舵机烧毁多台，损失重大！ 调试板一端是舵机电源接口，先断舵机电源，再接插舵机 控制线 若软件界面串口开的情况下拔USB线，程序会死机；若先 在软件界面断开串口，再拔USB线则不会，但由于接下来 要再插入，所以不必拔，只需软件见面关串口； 实际发现：USB线一直插、软件界面串口一直开，不会导 致问题，所以，只需拔舵机电源，再插舵机控制线。 AVR控制器也这样操作，即开关打到关闭（OFF）时接插电 源或控制线，接好后才可以打到ON