1.机器人技术基础-硬件部分
机器人技术基础全
机器人技术基础全一、引言随着科技的飞速发展，机器人技术不断进步，改变了我们的生活方式。
机器人技术的基础是计算机科学、电子工程、机械工程和人工智能等学科的综合应用。
本文将全面介绍机器人技术的基础，包括硬件设计、软件编程、感知和控制等方面的知识。
二、机器人硬件设计机器人硬件设计是机器人技术的基础之一，包括机械系统设计、电路设计、传感器设计和通信设计等。
机械系统设计包括机器人的结构设计和运动学设计，电路设计包括电源电路、控制电路和驱动电路等，传感器设计包括视觉传感器、触觉传感器和力传感器等，通信设计包括无线通信和有线通信等。
三、机器人软件编程机器人软件编程是实现机器人智能化和自主化的关键。
机器人软件需要实现感知、决策、执行和通信等功能。
感知包括对环境的感知和对自身状态的感知，决策是基于感知信息做出行动决策，执行是将决策转化为具体的动作，通信则是实现机器人与外部环境的交互。
四、机器人感知和控制机器人感知是机器人通过传感器获取环境信息的过程，包括视觉感知、听觉感知、触觉感知和嗅觉感知等。
机器人通过感知可以获取环境的三维模型，从而进行路径规划、目标识别和避障等操作。
机器人控制是通过对机器人的运动学和动力学进行分析，实现对机器人姿态、速度和加速度等运动参数的控制。
同时，通过软件算法实现对机器人的自适应控制和鲁棒控制，提高机器人的适应性和稳定性。
五、结论机器人技术基础是实现机器人智能化的关键。
通过对机器人硬件设计和软件编程的掌握，以及实现对机器人感知和控制的理解，我们可以更好地应用和发展机器人技术，为人类的生产和生活带来更多的便利和效益。
工业机器人技术基础机器人的由来标题：工业机器人技术基础：机器人的由来随着科技的飞速发展，工业机器人已经成为了现代制造业的重要组成部分。
然而，这些智能机器人的起源可以追溯到几个世纪前。
本文将探讨工业机器人技术的历史发展，以及机器人在现代工业中的应用。
一、机器人的起源工业机器人的历史可以追溯到18世纪中叶的英国。
机器人技术基础(课后习题答案)
0.1 简述工业机器人的定义，说明机器人的主要特征。
答：机器人是一种用于移动各种材料、零件、工具、或专用装置，通过可编程动作来执行种 种任务并具有编程能力的多功能机械手。
1.机器人的动作结构具有类似于人或其他生物体某些器官（肢体、感官等）的功能。
2.机器人具有通用性，工作种类多样，动作程序灵活易变。
3.机器人具有不同程度的智能性，如记忆、感知、推理、决策、学习等。
4.机器人具有独立性，完整的机器人系统在工作中可以不依赖于人的干预。
0.2工业机器人与数控机床有什么区别？答：1.机器人的运动为开式运动链而数控机床为闭式运动链；2.工业机器人一般具有多关节，数控机床一般无关节且均为直角坐标系统；3.工业机器人是用于工业中各种作业的自动化机器而数控机床应用于冷加工。
4.机器人灵活性好，数控机床灵活性差。
0.5简述下面几个术语的含义：自有度、重复定位精度、工作范围、工作速度、承载能力。
答：自由度是机器人所具有的独立坐标运动的数目，不包括手爪（末端执行器）的开合自由度。
重复定位精度是关于精度的统计数据，指机器人重复到达某一确定位置准确的概率， 是重复同一位置的范围，可以用各次不同位置平均值的偏差来表示。
工作范围是指机器人手臂末端或手腕中心所能到达的所有点的集合，也叫工作区域。
工作速度一般指最大工作速度，可以是指自由度上最大的稳定速度，也可以定义为 手臂末端最大的合成速度（通常在技术参数中加以说明）。
承载能力是指机器人在工作范围内的任何位姿上所能承受的最大质量。
0.6什么叫冗余自由度机器人？答： 从运动学的观点看，完成某一特定作业时具有多余自由度的机器人称为冗余自由度机器人。
0.7题0.7图所示为二自由度平面关节型机器人机械手，图中L1=2L2，关节的转角范围是0゜≤θ1≤180゜,-90゜≤θ2≤180゜,画出该机械手的工作范围（画图时可以设L2=3cm ）。
1.1 点矢量v 为]00.3000.2000.10[T ，相对参考系作如下齐次坐标变换：A=⎥⎥⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎢⎢⎣⎡--10000.9000.1000.0000.00.3000.0866.0500.00.11000.0500.0866.0 写出变换后点矢量v 的表达式，并说明是什么性质的变换，写出旋转算子Rot 及平移算子Trans 。
工程训练实训报告机器人
一、实训背景随着科技的飞速发展，机器人技术已经成为现代工业生产、服务行业以及日常生活的重要工具。
为了更好地了解机器人技术，提升自身的实践能力，我们选择了“机器人技术”作为工程训练实训的主题。
本次实训旨在通过理论学习和实际操作，使学生掌握机器人技术的基本原理、应用领域以及操作技能。
二、实训时间与地点实训时间：20xx年x月xx日至20xx年x月xx日实训地点：[实训基地名称]三、实训内容1. 机器人技术概述首先，我们对机器人技术进行了系统的学习。
了解了机器人的定义、分类、发展历程以及应用领域。
机器人按功能可分为工业机器人、服务机器人、特种机器人等；按结构可分为串联机器人、并联机器人、多关节机器人等。
2. 机器人硬件知识在硬件知识方面，我们学习了机器人的机械结构、传感器、控制器、执行器等组成部分。
了解了各种传感器的原理、应用以及如何选择合适的传感器。
此外，我们还学习了机器人控制器的类型、性能以及编程方法。
3. 机器人软件知识在软件知识方面，我们学习了机器人编程软件的使用方法。
通过实际操作，掌握了机器人运动规划、路径规划、碰撞检测等关键技术。
我们还学习了机器人视觉、语音识别等人工智能技术在实际应用中的运用。
4. 机器人实践操作实训过程中，我们进行了机器人实践操作。
在老师的指导下，我们学会了如何组装、调试和编程机器人。
具体操作包括：- 机器人机械臂的组装与调试- 机器人行走路径规划与编程- 机器人抓取物体实验- 机器人避障实验- 机器人视觉识别实验5. 机器人应用案例我们还学习了机器人技术在各个领域的应用案例。
例如，工业机器人用于自动化生产线；服务机器人用于医疗、养老、教育等领域；特种机器人用于救援、勘探、军事等领域。
四、实训收获1. 理论知识的提升通过本次实训，我们对机器人技术有了更加深入的了解，掌握了机器人技术的基本原理、应用领域以及操作技能。
2. 实践能力的提升在实际操作过程中，我们学会了如何组装、调试和编程机器人，提高了自己的动手能力。
机器人基础知识培训ppt课件精选全文完整版
第一代：示教再现型机器人 该种机器人没有装备任何传感器，对环境无感知能力，智能按照人类编写的 固化程序工作。世界上第一台机器人即属此类。
第二代：感觉型机器人 此种机器人拥有简单的传感器，可以感知外部参数变化，有部分适应外部环 境的能力。即可以根据外部环境的不同改变工作内容。
2.虚实结合 机器人不是孤立的，通过大量仿真、虚拟现实，把虚拟现实与车间实际 加工过程有机结合起来。
3.人机融合 人、机器和机器人如何有机融合？这值得业界深入思考。
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机器人三大原则
第一条：机器人不得危害人类。此外，不可因 为疏忽危险的存在而使人类受害。
第二条：机器人必须服从人类的命令，但命令 违反第一条内容时，则不在此限。
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竞赛机器人
目前最大型的机器人竞赛是机器人世界杯。机器人世界 杯(RoboCup)是一个国际合作项目，为促进人工智能、 机器人和相关领域。它为人工智能机器人研究提供了广 泛的技术标准问题，能够被综合和检验。该机器人项目 的最终目标是到2050年，开发完全自主仿人机器人队， 能赢得对人类足球世界冠军队。为了真正作为一个团队 进行机器人足球比赛，必须包含各种技术，包括：智能 体自主设计、多智能体协作、策略获娶实时推理、机器 人和传感器融合。
第三代：智能机器人 这种智能机器人可以认识周围环境和自身状态，并能进行分析和判断，然后 采取相应的策略完成任务。目前这种机器人大部分还是用于军事领域。
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机器人发展的三大趋势
1、软硬结合 2、虚实结合 3、人机融合
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1.软硬融合 机器人软件更重要，因为人工智能技术体现在软件上，数字化车间的轨 迹规划、车间布局、自动化上料都需要软硬件相结合，只开发硬件还不 够，还需要大量的软件开发人员。因此，现在做智能制造，既要懂机械， 又要懂信息技术，尤其是机器人的控制技术。
(完整版)工业机器人技术基础
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• (2)离线编程
离线编程可以脱离机器人，直接在计算机上使用 离线编程软件，编辑所需的轨迹程序。其优点是：效 率高，编程时可不用机器人，机器人可进行其他工作 ；可预先优化操作方案和运行周期时间；可用传感器 探测外部信息，从而使机器人做出相应的响应；控制 功能中可以包括现有的CAD和CAM的信息，可以使用仿 真软件预先模拟运行程序，从而不会出现危险；可以 利用CAD软件编辑复杂的轨迹程序。
但离线编程中所需要的能补偿机器人系统误差的 功能、坐标系数据仍难以得到；仿真软件并不能完全 仿真真实的工作环境，还需要到现场进行调试。
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3.1 示教编程
3.1.1 示教编程基础知识
（1） 机器人的运动方式
机器人的运动方式分为PTP方式和CP方式。 ➢ PTP方式为点到点方式（即机器人以全速从起始点运动
• 根据机器人不同的工作要求，主要有下面两种编程方法 ：
• (1)示教编程 示教编程是机器人最基本和最简单的编程方法，目
前，相当数量的机器人仍采用示教方式编程，机器人示 教后可以立即应用。顾名思义，就是我们通常所说的手 把手示教，由人直接通过示教盒控制机器人的手臂按照 我们所要求的轨迹运动， 其优点是：简单方便；不需要 环境模型；对实际的机器人进行示教时，可以修正机械 结构带来的误差。
再现操作盒 控制柜
示教编程器
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（3） 焊接系统
焊接系统是焊接机器人 完成作业的核心装备，主要 由焊枪、焊接控制器及水、 电、气等辅助部分组成。焊 接控制器是由微处理器及部 分外围接口芯片组成的控制 系统，它可根据预定的焊接 监控程序，完成焊接参数输 入、焊接程序控制及焊接系 统故障自诊断，并实现与本 地计算机及手控盒的通讯联 系。
工业机器人的控制系统
工业机器人的控制系统工业机器人是指被广泛应用于生产线上完成重复性、繁琐、危险或高精度等工作的机器人。
它们可以根据预定程序执行动作，进行各种操作，如装配、焊接、喷涂、搬运等。
其中，控制系统是工业机器人的核心部分，对于机器人的精度、稳定性、工作效率等方面具有重要的影响。
一、工业机器人的控制系统组成工业机器人的控制系统由硬件和软件两部分组成。
硬件部分主要包括机器人主体、传感器、执行器、控制器等，而软件部分则负责控制机器人的运动、执行任务、通信和监控等。
1.机器人主体机器人主体是机器人操作的基础，包括轴系、驱动电机、关节等。
在机器人主体上安装了传感器、执行器等元件，它们之间组成了机器人的运动系统和操作系统。
2.传感器传感器在机器人运行过程中起重要作用，它们能够监测机器人的环境和状态，并将这些信息传递回来，以帮助机器人做出更精准、稳定的运动。
一般来说，机器人的传感器包括视觉传感器、力传感器、位置传感器、激光雷达等。
3.执行器执行器是机器人操作的关键元件，它们负责执行任务，完成机器人的各种动作。
通常，机器人的执行器包括电动机、气动元件、液压元件等。
4.控制器控制器是机器人控制、执行任务的中心，其控制能力决定了机器人的运动精度和稳定性等方面的表现。
目前，工业机器人的控制器主要分为离线控制器和在线控制器两种。
二、工业机器人的控制系统原理工业机器人的控制系统实现的原理主要是通过运动控制和任务控制两个部分。
运动控制主要利用在机器人主体上安装的运动控制卡来控制机器人的运动轨迹和速度，而任务控制则通过编程来实现机器人的各种操作任务。
1.运动控制机器人的运动通过各轴的精确控制来实现，控制精度越高，机器人的运动轨迹也就越精确。
因此，运动控制系统是机器人控制系统中最关键的部分之一。
运动控制系统一般由运动控制卡、运动控制软件和伺服驱动器等组成。
其中，运动控制卡接收主控制器发送的命令，通过软件来实现各轴的控制和数据交换。
伺服驱动器将信号转化为电动机的运动，以实现机器人的运动。
工业机器人的基本组成与技术参数
55°至205°
280（°）/s
Axis4 手腕 Axis5 弯曲
230°至230° 120°至125°
560（°）/s 420（°）/s
Axis6 翻转
400°至400°
750（°）/s
工业机器人基础
人机交互系统是使操作人员参与机器人控制并与机器人进行联系的装置，如计算机的标 准终端、信息显示板、指令控制台、危险信号报警器等。该系统归纳起来可分为指令给定 装置和信息显示装置两大类。
2）控制系统
通过对工业机器人驱动系统的控制，使执行机构按照规定的要求进行工 作。工业机器人的控制系统一般由控制计算机和伺服控制器组成。控制计算 机不仅发出指令，协调各关节驱动之间的运动，同时要完成编程示教及再现， 在其他环境状态（传感器信息）、工艺要求、外部相关设备（如电焊机）之 间传递信息和协调工作。伺服控制器控制各个关节的驱动器，使各杆按一定 的速度、加速度和位置要求进行运动。
（2）说明书上提供的工作范围往往要小于运动学意义上的最大空间。
（3）实际应用中的工业机器人还可能由于受到机械结构的限制，在工 作范围的内部也存在着臂端不能到达的区域，这类区域称为空洞或空腔。
2．自由度
自由度是指机器人操作机在空间运动所需的变量数，用以表示机器人动作灵活 程度的参数，一般是以沿轴线移动和绕轴线转动的独立运动的数目来表示。
4．运动速度
运动速度影响工业机器人的工作效率和运动周期，它与工业机器人所提取的重力和位 置精度均有密切的关系。运动速度提高，工业机器人所承受的动载荷会增大，所承受的 加减速时的惯性力也会增大，这会影响工业机器人的工作平稳性和位置精度。以目前的 技术水平而言，一般工业机器人的最大直线运动速度大多在1 000 mm/s以下，最大回转速 度一般不超过120（°）/s。
浙摄版信息技术六下第8课《机器人快递员》教案
3.编程控制：学生掌握了使用编程软件对机器人进行控制的方法，如前进、后退、左转、右转等基本指令。
4.机器人快递员在实际生活中的应用：了解了机器人快递员在快递配送、物流等领域的作用，以及如何为人们提供便利。
二、当堂检测
4.素质方面：学生具有较高的学习热情，对新事物充满好奇。在此基础上，本节课将有助于培养学生创新意识、动手实践能力以及团队协作精神。同时，通过学习机器人快递员相关知识，学生将更加关注社会发展趋势，提高信息素养。
5.行为习惯：学生在课堂上表现出较强的自律性，能够遵守课堂纪律，积极参与讨论和实践活动。这为课程的学习创造了良好的氛围。然而，部分学生在面对困难时容易产生畏惧心理，需要教师及时关注并给予鼓励。
浙摄版信息技术六下第8课《机器人快递员》教案
学校
授课教师
课时
授课班级
授课地点
教具
教学内容
本节课选自浙摄版信息技术六年级下册第8课《机器人快递员》，教学内容主要包括以下两部分：
1.机器人基础知识：介绍机器人的定义、分类及其在现实生活中的应用，重点讲解机器人快递员的工作原理和功能。
2.编程控制机器人：学习使用编程软件对机器人进行控制，掌握基本的编程指令，如前进、后退、左转、右转等，并能通过编程实现机器人快递员自动送递包裹的任务。
二、新课讲授（10分钟）
1.理论介绍：首先，我们要了解机器人快递员的基本概念。机器人快递员是一种利用编程控制实现自动送递包裹的机器人。它在物流、快递等行业具有广泛的应用，提高了配送效率。
2.案例分析：接下来，我们来看一个具体的案例。这个案例展示了机器人快递员在实际中的应用，以及它如何帮助我们解决配送问题。
机器人控制系统基本单元
机器人控制系统基本单元1.引言1.1 概述概述部分的内容可以从以下几个方面进行描述：机器人控制系统是指用于控制机器人运动和行为的一种系统。
随着科技的不断进步和人类对自动化的需求增加，机器人在各个领域的应用越来越广泛。
机器人控制系统作为机器人的大脑和神经中枢，起着至关重要的作用。
机器人控制系统主要由硬件和软件两部分组成。
硬件部分包括控制器、传感器、执行器等，用于接收和处理外部信息，并根据指令驱动机器人执行动作。
软件部分则是控制系统的智能化核心，通过算法和程序实现机器人的感知、决策和行动能力。
机器人控制系统的基本任务包括感知、决策和执行。
感知是指机器人通过传感器获取外部环境的信息，如视觉、声音、力量等。
决策是指机器人根据感知到的信息进行分析和判断，制定相应的行动策略。
执行是指机器人根据决策结果控制执行器，实现具体的运动和行为。
机器人控制系统的设计和实现需要考虑多个因素，如可靠性、精确度、实时性等。
为了确保机器人能够正确、高效地执行任务，控制系统的算法和程序需要经过精心的设计和优化。
此外，机器人控制系统还需要与其他系统进行集成，如人机交互系统、通信系统等。
随着人工智能和机器学习等技术的发展，机器人控制系统的能力和性能也在不断提升。
未来，我们可以预见机器人控制系统将更加智能、灵活和可靠，为人类生活和工作带来更多便利和高效。
文章结构部分的内容可以按照以下方式撰写：【1.2 文章结构】本文将对机器人控制系统的基本单元进行详细介绍。
文章主要分为以下几个部分：2.1 机器人控制系统概述：本部分将对机器人控制系统的概念进行阐述，并介绍其在现代工业和生活中的应用。
同时，还将探讨机器人控制系统的基本原理和主要组成部分。
2.2 机器人控制系统基本单元：本部分将重点介绍机器人控制系统的基本单元，包括传感器、执行器和控制器。
将详细讲解各个单元的功能和作用，并探讨它们之间的关系及相互作用。
在本文的最后，将给出结论部分，总结文章的主要内容，并展望机器人控制系统在未来的发展趋势和应用前景。
机器人技术实训报告总结
一、实训背景随着科技的飞速发展，机器人技术已经成为现代化工业生产的重要支柱。
为了提高学生的实践能力和创新精神，我们学校特组织了一次机器人技术实训。
本次实训旨在让学生深入了解机器人技术的基本原理、应用领域，并通过实际操作提升学生的动手能力和团队协作能力。
二、实训内容本次实训内容主要包括以下几个方面：1. 机器人基础知识：介绍了机器人的定义、分类、发展历程以及在我国的应用现状。
2. 机器人硬件组成：讲解了机器人的主要组成部分，如机械结构、传感器、控制器、驱动器等。
3. 机器人软件编程：学习了机器人编程语言，如C++、Python等，并进行了简单的编程实践。
4. 机器人应用案例：分析了机器人技术在工业、医疗、教育等领域的应用案例，使学生了解机器人的实际应用价值。
5. 机器人组装与调试：在老师的指导下，学生亲自动手组装机器人，并进行调试，使机器人具备一定的功能。
6. 机器人竞赛：组织学生参加机器人竞赛，培养学生的创新意识和团队协作精神。
三、实训过程1. 理论学习：在实训初期，我们进行了系统的理论学习，掌握了机器人技术的基本知识。
通过查阅资料、课堂讲解，我们对机器人的发展历程、应用领域有了初步的认识。
2. 硬件学习：在了解了机器人的硬件组成后，我们开始学习各个组件的功能和作用。
通过实际操作，我们熟悉了机器人的各个部件，为后续的组装和调试打下了基础。
3. 软件编程：在掌握了编程语言后，我们开始进行机器人编程实践。
通过编写程序，我们使机器人具备了一定的功能，如移动、避障、抓取等。
4. 组装与调试：在老师的指导下，我们亲自动手组装机器人。
在组装过程中，我们遇到了各种问题，但在老师和同学的共同努力下，我们成功完成了机器人的组装。
随后，我们对机器人进行调试，使其具备更高的性能。
5. 竞赛实践：在机器人竞赛中，我们充分发挥团队协作精神，共同设计、制作和调试机器人。
最终，我们在比赛中取得了优异的成绩。
四、实训收获1. 知识积累：通过本次实训，我们系统地学习了机器人技术的基本知识，为今后从事相关工作奠定了基础。
机器人智能化的硬件设计和软件实现
机器人智能化的硬件设计和软件实现随着人工智能技术的快速发展，机器人也越来越受到人们的关注。
机器人已经成为人们生活和工作中的重要伙伴，不仅可以帮助人们完成繁重、危险和枯燥的工作，而且还可以通过学习和自我进化不断提升自己的智能水平。
机器人的智能化，既需要高效的硬件设计，也需要优秀的软件实现。
一、机器人硬件设计机器人的硬件设计是机器人智能化的重要基础。
机器人硬件设计要追求优异的性能、灵活的操作和安全可靠等方面。
一般来说，机器人硬件设计包括以下几个方面：1. 机器人结构设计机器人的结构设计包括机器人的外形、构造和部件，是机器人的核心。
机器人的结构设计要足够轻便、灵活，以适应各种不同的工作环境。
对于不同类型的机器人，结构设计也应该有所区别。
2. 机器人传动系统设计机器人的传动系统设计关系到机器人的运动速度、精度以及负载能力。
机器人的传动系统包括电机、减速器和传动装置等部分，这些部分的设计要考虑机器人的负载和速度等因素。
3. 感知和定位系统设计机器人智能化需要配备高精度的感知和定位系统，以实现对环境的感知和自我定位技术。
机器人的感知和定位系统包括传感器、计算机视觉、雷达和激光等设备。
4. 控制系统设计机器人的控制系统是机器人智能化过程中非常重要的一部分。
控制系统要实现对机器人模块的精确控制，提高机器人的效率和稳定性。
控制系统要采用先进的半导体技术，运行速度快、功耗低。
二、机器人软件实现机器人软件实现是机器人智能化的重要一步，需要开发出优秀的算法和软件系统，以实现机器人的自学习和自我进化。
机器人软件实现包括以下几个方面：1. 机器人控制算法机器人控制算法是机器人软件重要的一部分，控制算法需要实现对机器人各模块的精确控制和高效运营。
控制算法要综合考虑现有的技术条件，通过数据分析和机器学习，不断提升算法性能。
2. 机器人路径规划算法机器人路径规划算法是机器人的重要算法之一。
路径规划算法需要考虑机器人的外形、工作条件和机器人传动系统的参数，以实现机器人的高效路径规划。
机器人感应技术的工作原理
机器人感应技术的工作原理随着计算机技术和智能机器人技术的发展，机器人感应技术的应用范围日益扩大，主要用于工业生产、医疗护理、教育娱乐等领域。
机器人感应技术的核心是对外界环境的感知，需要通过现场反馈信号、传感器等硬件设备实现。
本文主要介绍机器人感应技术的工作原理。
一、机器人感应技术概述机器人感应技术是指利用电子技术、计算机技术和机电一体化技术，使机器人能够自动检测、识别、测量、定位、控制并响应外部环境的变化和动作的一种技术。
机器人的感应技术分为主动和被动两种方式：主动感应：机器人通过主动发送的控制信号，控制外部环境，避免碰撞、相互干扰等问题。
被动感应：机器人通过外部环境发出的信号，感知外部环境状态，进行相应的工作处理。
二、机器人感应技术的分类机器人感应技术主要分为视觉感应、声音感应、触觉感应、温度感应、力量感应等几种类型。
1.视觉感应：机器人通过摄像头、三维传感器等设备对外部环境进行感知，进行图像识别、姿态检测、目标跟踪等操作。
2.声音感应：机器人通过麦克风和扬声器等设备感知外部环境的声音信息，进行语音识别、音频处理、声音定位等处理操作。
3.触觉感应：机器人通过触控传感器、力反馈传感器等设备对外部环境的变化进行感知，进行力控制、抓取等操作。
4. 温度感应：机器人通过温度传感器等设备感知外部环境的温度变化，进行温度调节、体温测量等操作。
5.力量感应：机器人通过力矩传感器，测量外部环境的力矩，进行机器人姿态控制等处理操作。
三、机器人感应技术的工作原理机器人感应技术的工作原理大致可分为硬件部分和软件部分。
1.硬件部分硬件部分包含机器人感应系统中的所有传感器、反馈设备等，主要负责采集和传输外部环境信息，实现对机器人运动和操作的控制和调节。
例如：在机器人的足部，安装了压力传感器，通过感知脚下的变形程度，掌握着机器人运动状态，实现脚掌的稳定控制；在机器人的手上，安装了激光传感器，实现精准的距离测量，避免机器人去抓取过远或太近的物体。
机器人控制课程实训报告
一、实训背景随着科技的不断进步，机器人技术已成为现代工业和日常生活中不可或缺的一部分。
为了让学生更好地理解机器人控制的基本原理和实际应用，我们参加了由XXX大学开设的机器人控制课程实训。
本次实训旨在通过实际操作，加深对机器人控制理论知识的理解，提高动手实践能力。
二、实训目标1. 掌握机器人控制的基本概念和理论；2. 熟悉机器人控制系统的硬件和软件；3. 学会使用机器人控制系统进行实际操作；4. 提高团队协作和问题解决能力。
三、实训内容本次实训分为以下几个部分：1. 机器人控制系统概述首先，我们对机器人控制系统进行了概述，包括系统的组成、工作原理和功能。
通过学习，我们了解了机器人控制系统由传感器、控制器、执行器、驱动器等组成，它们协同工作，实现对机器人的精确控制。
2. 机器人硬件介绍在硬件方面，我们学习了机器人的机械结构、传感器、控制器和执行器等。
通过实际操作，我们了解了各个部件的功能和安装方法，为后续的编程和控制奠定了基础。
3. 机器人软件编程软件编程是机器人控制的核心，我们学习了机器人编程软件的使用，包括机器人编程语言、编程环境和编程技巧。
通过实际编程，我们实现了机器人的基本动作，如移动、旋转、抓取等。
4. 机器人控制算法在控制算法方面，我们学习了PID控制、轨迹规划、力控制等算法。
通过实际操作，我们了解了这些算法在机器人控制中的应用，提高了对机器人控制策略的理解。
5. 机器人系统集成与调试在系统集成与调试环节，我们学习了如何将各个部件组装成完整的机器人系统，并对其进行调试。
通过团队合作，我们成功搭建了一个简单的机器人系统，并对其进行了测试和优化。
四、实训过程1. 分组讨论：在实训开始前，我们将学生分成若干小组，每组负责一个机器人系统的搭建和调试。
2. 理论学习：在导师的指导下，我们学习了机器人控制的相关理论知识，为实际操作做好准备。
3. 硬件搭建：根据实训要求，我们选购了所需的机器人硬件，并按照说明书进行组装。
机器人基础技术教学 书
机器人基础技术教学书机器人基础技术教学书第一章：机器人概述1.1 机器人的定义和分类1.2 机器人的发展历程1.3 机器人的应用领域第二章：机器人的机械结构2.1 机器人的基本结构和组成部件2.2 机器人的关节类型和运动方式2.3 机器人的传感器和执行器第三章：机器人的感知与认知3.1 机器人的感知技术3.1.1 视觉传感器3.1.2 声音传感器3.1.3 触觉传感器3.2 机器人的认知技术3.2.1 环境建模与感知分析3.2.2 机器人的自主导航与定位第四章：机器人的控制与决策4.1 机器人的控制系统4.1.1 开环控制与闭环控制4.1.2 反馈控制与前馈控制4.2 机器人的路径规划与运动控制4.3 机器人的决策与智能算法4.3.1 强化学习算法4.3.2 遗传算法4.3.3 模糊控制算法第五章：机器人的人机交互与协作5.1 机器人的语音识别和语音合成技术5.2 机器人的自然语言理解和生成技术5.3 机器人的姿态识别和情感分析技术5.4 机器人的协作与协同技术第六章：机器人的安全与伦理6.1 机器人的安全保障措施6.1.1 硬件安全：碰撞检测与防护装置6.1.2 软件安全：权限控制与隐私保护6.2 机器人的伦理问题与社会影响6.2.1 机器人的道德规范和法律法规6.2.2 机器人的就业和人类替代性第七章：机器人的未来发展与应用展望7.1 机器人技术的发展趋势7.2 机器人在工业制造领域的应用展望7.3 机器人在医疗卫生领域的应用展望7.4 机器人在农业和服务领域的应用展望结语：机器人基础技术的学习与应用通过本书的学习，读者将掌握机器人的基本概念和分类，了解机器人的机械结构和组成部件，熟悉机器人的感知与认知技术，了解机器人的控制与决策方法，掌握机器人的人机交互与协作技术，了解机器人的安全与伦理问题，并展望机器人技术的未来发展与应用前景。
通过学习，读者将能够在机器人相关领域进行研究和创新，为推动机器人技术的发展做出贡献。
机器人硬件设计及控制技术研究
机器人硬件设计及控制技术研究机器人是一种能够替代人类进行一些重复性、危险性或高精度的任务，正在逐渐走进人类生活的各个领域。
机器人的硬件设计及控制技术是机器人研究的重要环节，是机器人实现功能的根本保障。
一、机器人硬件设计机器人硬件设计是机器人实现功能的基础，主要包括机械结构、传感器和执行器等方面。
1.机械结构设计机械结构设计是机器人硬件设计中最基础也是最重要的一部分。
机器人的机械结构通常包括底盘、机械臂、关节等部分。
底盘通常用于机器人的运动和定位，机械臂则可以进行多种姿态和运动控制，关节则用于机械臂上各个部位的转动。
机器人的机械结构应该具有一定的稳定性、刚度和精度，以保证机器人在运动时的稳定性和高精度的姿态控制。
2.传感器设计机器人的传感器主要用于采集机器人周围的各种环境信息，如距离、速度、角度、温度等。
当前机器人常用的传感器包括激光雷达、相机、声纳、热成像仪等。
传感器的供电、数据信号处理、通信等技术也是传感器设计的重要部分。
3.执行器设计执行器是机器人进行动作和姿态控制的关键组件，它可以根据控制器输出的信号实现对机器人的运动控制。
机器人常用的执行器包括电动机、气动元件、液压系统等。
执行器的大小、功率和精度应根据具体应用进行选择，并与机器人的机械结构和传感器进行协调，以实现更加优良的性能和精度。
二、机器人控制技术机器人控制技术是机器人实现各种功能的技术基础，包括运动控制、姿态控制、路径规划、感知和识别等方面。
1.运动控制技术机器人的运动控制技术是机器人控制技术的核心之一。
运动控制要求机器人能够精确地控制其位置、速度和加速度，以保证其在执行任务时不会发生误差。
运动控制技术广泛应用于工业机器人、服务机器人、医疗机器人等各类机器人中。
运动控制技术还通常包括PID控制、模糊控制、神经网络控制等多种技术。
2.姿态控制技术姿态控制技术是机器人实现精度控制和姿态稳定的关键技术之一。
姿态控制技术通常涉及到机器人的力学结构和运动控制，需要通过传感器进行精确定位和建模。
机器人技术的基础和应用
机器人技术的基础和应用机器人技术是近年来发展最迅速的技术之一，它已经成为了现代社会不可或缺的一部分。
机器人被广泛应用于工业制造、医疗、农业、教育、航空航天等各个领域。
在这篇文章中，我们将探讨机器人技术的基础和应用。
一、机器人技术的基础机器人技术是一个复合性的技术，涉及到众多学科的知识。
机器人技术的基础主要包括机械、电子、控制、计算等多个方面。
首先就是机械。
机器人通常都是由众多的机械部件组成的，这些机械部件通常都需要进行设计、生产以及装配。
机器人的结构设计需要考虑机器人的功能、使用环境、材料等多个因素，因此机械工程师需要具备扎实的机械知识和机械设计能力。
其次就是电子。
机器人的各种传感器和执行器都需要电子技术的支持。
传感器用于感受环境的信息，而执行器用于执行机器人的动作。
电路板、数据采集卡、语音识别模块、传感器、舵机驱动器等都是机器人电子方面极为重要的组成部分，此方面技术需求极高，需要了解电子原理、数字电路、模拟电路、及通讯原理等多个学科。
最后就是控制。
机器人需要有精准的控制系统才能实现各种预定的动作。
通常来说，机器人的控制系统包括硬件和软件两部分。
硬件部分包括机器人的电路板、传感器、执行器、电源等，而软件是机器人控制和数据处理的核心，需要软件工程师的支持与编制。
控制方面通常涵盖电子、机械、计算机网络和算法等多个学科。
二、机器人技术的应用机器人技术被广泛应用，可以分为以下几个方面：1. 工业制造机器人普遍应用于工业制造业，为生产线带来极大的效益。
因为机器人可以进行高精度、高速和持续不断的操作，可以反复执行相同的操作并极度减小人员压力，大大提高了产品质量、生产效率和企业竞争力。
任何与制造、设计、运作和维护相关的领域都对机器人掌握者有很高要求。
2. 医疗机器人在医学领域的应用越来越广泛。
比如手术机器人可以为外科手术带来精度控制、远程操控等优势，可以帮助医生更加安全高效地进行手术。
同时，还有很多智能化的医疗机器人，如监测生命体征、帮助护理病人、协助运输病人等等。
服务机器人的结构及工作原理
服务机器人的结构及工作原理近年来，随着科技的迅猛发展，服务机器人在各个领域逐渐得到广泛应用。
服务机器人作为一种智能化设备，具备执行各种任务的能力，为人们提供各种服务。
本文将详细介绍服务机器人的结构以及其工作原理。
一、服务机器人的结构服务机器人的结构通常包括硬件和软件两个部分。
硬件部分主要指机器人的机械结构和传感器等物理组件，而软件部分则是指机器人的控制系统和人工智能算法。
1. 机械结构服务机器人的机械结构通常由机身、关节、执行器等组成。
机身是机器人的主体部分，同时也是其他组件的支撑结构。
关节是机器人的连接部件，通过关节的活动，机器人可以实现各种运动。
执行器则负责提供驱动力，使机器人能够自由地移动和完成任务。
2. 传感器传感器是服务机器人的感知器官，用于感知周围环境和自身状态。
常见的传感器包括视觉传感器、声音传感器和触觉传感器等。
通过这些传感器，机器人可以获取到关于物体、声音和力的信息，从而做出相应的反应。
3. 控制系统控制系统是服务机器人的“大脑”，负责指导机器人的行为和决策。
控制系统中包含了多种算法和模型，例如路径规划、动作规划和决策树等。
通过控制系统，机器人可以根据外部环境的变化适应性地完成任务。
4. 人工智能算法人工智能算法是服务机器人实现智能化的核心。
利用机器学习、深度学习和模式识别等技术，机器人可以从大量的数据中学习，并根据学习的结果做出相应的决策。
人工智能算法使得机器人能够具备语音识别、图像识别和情感分析等能力，更好地与人进行交互。
二、服务机器人的工作原理服务机器人的工作原理可以简单归纳为感知、决策和执行三个步骤。
1. 感知在服务机器人的工作中，感知是最关键的一步。
通过传感器获取到的信息，机器人可以感知周围环境和自身状态。
例如，通过视觉传感器获取到的图像信息可以用于目标识别和位置测量，通过触觉传感器获取到的力信息可以用于物体抓取和操作等。
2. 决策感知到环境和状态后，服务机器人需要根据这些信息做出相应的决策。
机器人的基本组成
机器人的基本组成机器人已经成为现代社会中一个非常重要的领域。
它们的应用范围广泛，包括工业生产、医疗服务、军事行动等。
然而，要了解机器人的基本组成，为了更好地理解它们的工作原理和技术实现，将会对我们有所帮助。
1. 机器人的机械硬件部分机器人的机械硬件是机器人的基本组成部分之一。
它包括机器人的机身、机械臂、关节和传感器等。
机身通常由金属或塑料等材料制成，以确保机器人的结构牢固和耐用。
机械臂是机器人的“手臂”，用于执行各种任务。
关节则允许机械臂在不同方向上灵活移动。
传感器起着探测外部环境并获取相关信息的作用，例如视觉传感器用来识别物体，力传感器用来感知外界力的大小等。
2. 机器人的电子系统机器人的电子系统是机器人的另一个基本组成部分。
它包括控制器、处理器、传感器和执行器等。
控制器是机器人的大脑，用于接收和处理传感器获取的信息，然后对机器人的执行器发出指令。
处理器是机器人的核心处理单元，负责执行各种算法和逻辑操作。
传感器用于获取环境信息并将其传输给控制器。
执行器则用于根据控制器的指令执行具体的动作，如移动、抓取等。
3. 机器人的软件系统机器人的软件系统也是机器人的基本组成之一。
它包括控制软件、感知软件和决策软件等。
控制软件用于管理机器人的运行和执行特定任务。
感知软件用于分析传感器获取的信息，例如视觉信息、声音等，并将其转化为机器人可以理解的形式。
决策软件则负责根据环境信息和任务要求做出决策，并向控制器发送指令。
4. 机器人的人机交互界面机器人的人机交互界面是机器人与人类进行交流和互动的一种方式。
它包括语音识别、语音合成、触摸屏、按钮和指示灯等。
语音识别技术允许机器人通过接收声音指令与人类进行对话。
语音合成技术则使得机器人能够以人类可理解的方式回复。
触摸屏、按钮和指示灯则提供了一种直观的交互方式，使得人类可以通过按压按钮或触摸屏来控制机器人的动作。
总结：机器人的基本组成包括机械硬件、电子系统、软件系统和人机交互界面。
机器人的结构组成
机器人的结构组成1. 机器人的定义和作用在现代科技快速发展的背景下，机器人成为了人们生活中越来越重要的一部分。
机器人是一种能够自主执行任务的设备或机械系统。
它们可以进行自主感知、思考和行动。
机器人的出现和应用给人类带来了巨大的便利和效益，它们在工业、医疗、农业、军事等领域发挥着重要的作用。
2. 机器人的结构组成的基本要素机器人的结构组成主要包括以下几个基本要素：2.1. 机械结构机械结构是机器人体系结构中的基础组成部分。
它包括机器人的框架、关节、运动装置等。
机械结构的设计直接影响到机器人的运动能力和灵活性。
常见的机械结构类型包括人形、轮式、足式等。
2.2. 传感器传感器是机器人感知外部环境的重要手段。
它们可以提供机器人所需的各种信息，如距离、速度、方向、温度、湿度等。
常见的传感器包括摄像头、红外线传感器、超声波传感器等。
2.3. 控制系统控制系统是机器人的智能核心。
它负责接收并处理传感器获取的信息，并根据预设的算法做出相应的决策和控制。
控制系统可以分为硬件和软件两个部分。
硬件部分包括处理器、接口电路等，软件部分包括算法、逻辑控制等。
2.4. 电源系统电源系统为机器人提供所需的电能，以保证其正常运行。
电源系统根据机器人的需求可以采用不同的方式，如直流电源、交流电源等。
同时，为了提高机器人的续航能力，电源系统也需要考虑能量的管理和优化。
2.5. 执行器执行器负责机器人的运动和动作。
它们接收来自控制系统的指令，以实现机器人的各种功能。
常见的执行器有电动机、液压马达等。
3. 机器人的层次结构机器人的结构组成可以分为多个层次，以完成复杂的任务和动作。
3.1. 感知层感知层是机器人的最底层，负责获取外部环境的信息。
通过传感器，机器人可以感知到周围的物体、人或环境等。
感知层可以提供信息给上一层的决策层。
3.2. 决策层决策层是机器人的中间层，负责对感知层提供的信息进行处理和分析，并根据预设的算法和策略做出决策。
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光电传感器的数量与布置方式
为保证循迹智能汽车能够按照赛道引导线运行，一般需要多个 传感器同时检测赛道。 理论上讲，所用的传感器越多，对赛道的检测则越精确，控
制越灵活，但是，当传感器数量增多时，占用的单片机管脚增多，
处理电路也增多，消耗的电量也越多。
因此，从实际应用的角度考虑，需合理选择传感器的数量。
No.1：三端稳压芯片
三端稳压芯片使用方便，适合初学者入门用。 但是，输出电压无法调节，且输出电流一般比较小！ 常用的稳压芯片由LM7805，LM7806，LM2940，LM1117等。
摄 像 头 组 光电组
电磁组
车模通过采集赛道上少数孤立点反射亮度
进行路经检测的属于光电组。
车模通过感应由赛道中心电线产生的交变磁
场进行路经检测的属于电磁组。
车模通过采集赛道图像（一维、二维）或者
连续扫描赛道反射点的方式进行进行路经检测的 属于摄像头组。
光电组路径检测传感器的分类：
红外对管
灰度传感器
7
飞思卡尔智能车竞赛规则
摄像头组竞赛规则变化
车模运行方向 动力轮 转向轮
第七届
第九届
车模运行方向 转向轮 动力轮
第八届
2015/9/28
8
飞思卡尔智能车竞赛规则
电磁组竞赛规则变化
车模运行方向 动力轮 转向轮
第八届
第七届
第九届
2015/9/28
9
第二讲：2学时
中国矿业大学徐海学院
车 模 套 件
硬件比较电路
优点： (a) 直接向单片机提供数字量信号，抗干扰性能好！ (b) 单片机无需AD转换功能，编程简单。 缺点： (a) 需要外加电路，增加了硬件设计的复杂程度； (b) 为适应不同赛道，需要手动调节电位器以满足要求。
软件比较方式
优点：
(a) 传感器输出直接与单片机AD端口连接，无需外加电路；
思考：电容的作用？
No.4：MOS-H桥
采用大功率场效应MOS管自行搭建H桥电路对电机进行驱动。
优点：内阻极小、开关速度快、加散热片很方便，可发挥电 机极限速度。 缺点：电路连接和逻辑控制较为复杂，设计难度大。
MOS-H桥式驱动电路原理图
MOS-H桥式
驱动电路原理图
电容耐压值：>=25V
总结：智能车驱动电路设计
No.1：L298N
L298N是ST公司生产的一种高电压、大电流电
机驱动芯片。该芯片采用15脚封装。该芯片可以驱 动一台两相步进电机或四相步进电机，也可以驱动 主要特点：
两台直流电机。
工作电压高，最高工作电压可达46V； 输出电流大，瞬间峰值电流可达3A，持续工作电流为2A，额定功率25W。
内含两个H桥的高电压大电流全桥式驱动器，可以用来驱动直流电动机和步进电
“W”字形布局方式
为了能够提早地预测到弯道的出现，可以将左右 两端的传感器进行适当前置，从而形成“W”形布局， 此外，还可利用“W”形布局来检测赛道的弯曲程度。
光电传感器的布局间隔
各个传感器的布局间隔对智能车的运行，是有一定影响的。传
感器的间隔是否合适，对过弯的精确性以及防止飞车有很大的影响。
设定传感器间隔的原则是：既要满足一定的密度以保证走弯道 时轨迹相对精确，又要尽可能拥有大的横向控制范围来防止飞车。 若传感器间隔设置合适，当赛道有一点微小的变化时，小车的控制 单元就能进行相应的反应（改变前轮转角），从而使得过弯道的轨 迹与弯道大体重合，精确性好。
相同频率的反射光，因而可以有效防止可见光对反射激光的影响。为
了更好的接收反射回来的光，在接收管上套一个透镜，可以起到一定的 滤光作用，使接收管接收的信号更加强，便于单片机对数据进行处理。
光电组智能汽车对传感器需要考虑的三个问题：
(1) (2) (3) 传感器的数量 传感器的布局方式 传感器的布局间隔
激光管
线阵CCD
检测原理：当发射管发出的光线照射在赛道的不同位置时，接收
管的状态发生较大变化，通过相应的处理电路就可以获得此时的
状态值，进行路径的判断。
光电传感器检测路面信息的原理是由发射管发射一定波
长的光，经地面反射到接收管。由于在黑色和白色上反射系
数不同，在黑色上大部分光线被吸收，而白色上可以反射回
机器人技术基础
（硬件部分）
主 讲：夏帅 中国矿业大学徐海学院
课时安排
1
课程概述与引言 车模介绍与组装 硬件电路设计与制作 电路连接与程序下载 1课时 2课时 4课时 2课时
2
3 4
5
车模现场测试与考核
1学时
第一讲：1学时
中国矿业大学徐海学院
课程内容与目标
循迹智能汽车的设计与制作 20课时
赛场实际测试
分立元件的H桥电路输出功率最大，但电路复杂且成本较高，
适合有一定硬件设计基础的同学选用！
三、电源管理电路
作用：为芯片及元件提供电压使其能正常稳定的工作！ 智能车的运行仅由一
个电池提供电源！
镍镉电池放电曲线！
参数：
• 电压：1.2×6=7.2 V
• 容量：2000mAh
传感器
5V
主控板
5V/3.3V
L298N硬件电路原理图
No.2：M33886
特性：
工作电压：5-40V
导通电阻： 120mΩ
输入信号：TTL/CMOS PWM频率：< 10KHz 短路保护、欠压保护、 过温保护等 输出电流可达5A
M33886内部结构原理图
M33886速度控制原理
通过改变电机驱动芯片MC33886所输入的PWM波的占空比， 来控制对电机的供电电压的大小，从而控制电机的转动速率。通 过选择PWM端口的输入端来控制电机转向。
1#电机 1#电机电流检测 2#电机 2#电机电流检测
2#电机控制端
供电电源：电池（地）
L298N控制功能表
IN1 IN2 ENA
电机状态
X
1 0
控制方式：
X
0 1
0
1 1
停止
顺时针 逆时针
(1) IN1接正转PWM1，IN2接反转PWM2，EN控制启停；
(2) EN接一路PWM，IN1接方向控制端DIR，DIR经反向后接IN2。 比较：第二种方式比第一种方式要节省单片机管脚，控制更方便！
驱动电路的作用时将固定的电源电压变为可调的直流电源，输 出给直流电机，达到控制小车运行速度的目的。 驱动电路基本上均采用H桥的电路结构形式，通过调节控制端 PWM信号的占空比即可调节输出的直流电压，进而控制小车速度。
L298N电路最简单，且成本最低，适合初学者使用，但是驱动
功率比较小。 M33886开通电阻较大，应用时需特别注意发热的问题。 BTS7960为半桥结构，有电机正反转要求时需要两片。
5V/6V
舵机
电 池 直 接 供 电
电机驱动
摄像头
5V/12V 不同的电路需要不同的电压，而电 源仅由一个7.2V电池供电，因此，电 源管理电路需要将7.2V的电压变换为 各种需要的电压等级！
无线模块 3.3V
智能车电源设计要点
电源是整个系统稳定工作的前提，因此必须有一个合理的电源设计。
注意两点：
(b) 通过软件编程可自适应赛道的关照变化； (c) 减少了硬件直接的连线，提高系统的可靠性。 缺点： (a) 要求单片机具备ADC资源； (b) 增加了软件编程的复杂程度。
实验室提供的传感器为红外对管光电传 感器，采用软件编程实现数字化编码。
激光管检测电路：
由于激光管成本高、对眼睛有伤害，第八届飞思卡尔 智能车竞赛中已禁止使用激光管！ 激光传感器由两部份构成，一部份为发射部份，一部分为接收部份。 发射部份由一个振荡管发出300kHz 频率的振荡波后，激光管发光；接 收部份由一个相匹配300kHz 的接收管接收返回的光强，经过电容滤波 后直接接入单片机，由于激光传感器使用了调制处理，接收管只能接受
1. 与一般的稳压电源不同，小车的电池电压一般在6-8V 左右，要考 虑在电池损耗的情况下电压的降低。 2. 单片机必须与大电流器件分开供电，避免大电流器件对单片机造 成干扰，影响单片机的稳定运行。
现在各种新型的电源芯片层出不穷，可以根据自己的需求自行选择电
源芯片。 应该主要注意稳压压差和最大输出电流两个指标能否满足设计要求。
M33886
BTS7960/7970
MOS-H桥
PWM控制
H形驱动电路原理图
+Us VT11 VT VD1 A VT VT 2 2 +
M M
电机正转，车模前进！
Ug3 VT44 VT Ug4 g4
电机反转，车模后退！
VD2
U g2
2
VD4 1
H桥式直流电机驱动电路原理图
功能表：
输入 D1 0 0 0 0 /D2 1 1 1 1 IN1 1 0 0 1 IN2 0 1 0 1 OUT1 1 0 0 1 输出 OUT2 0 1 0 1
M33886 并联使用
增大输出电流， 提高驱动能力！
发热严重是M33886应用中特别注意的问题！（为什么？）
No.3：BTS7960/7970
电磁组传感器检测原理：
20kHz、100mA
交流电流
引导线附件磁场分布曲线
电磁组传感器检测原理：
由于采集的是磁信号，因此电磁传感器受外界光线干扰小。
电磁传感器信号采集处理电路原理图
二、电机驱动
智能汽车由直流电机提供动力，电机由车载直流电源供电， 小车在运行过程中需要根据赛道设定合适的速度，即需要对电 机速度进行控制。因此，一般需要通过电机驱动电路向电机提 供可以调节输出电压的电源，以控制小车的速度。
另外，传感器的不同排列方式也会对赛道的检测有不同的作用。