能力风暴机器人认知

直流电动机的机械特性
PWM（脉冲宽度调制）调速


通过调节加在电枢绕组上的脉冲电压在每 个周期内的占空比，达到调节电枢平均电 压，进而实现调速。 注意：由于电机的绕组是电感性元件，因 此实际加在绕组上的电压并非严格的矩形 脉冲。
PWM示意
能力风暴的电池
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7.2伏 锂电
碰撞传感器方位
碰撞传感器接线图
左后 右后 左前 右前
碰撞传感器接线图
在能力风暴智能机器人里，四个碰撞开关接在一个电阻 网络里，通过采集模拟口PE3上电压值的变化，来识别出 哪个或哪些碰撞开关闭合，从而判断出哪个方向有碰撞。
红外传感器

能力风暴运用了2只 红外发射管（970nm） 和一只红外接收模 块构成红外传感系 统 (见图）。主要 用来检测前方、左 前方和右前方的障 碍，检测距离范围 为10～80cm。
能力风暴机器人的传感器
1、红外传感器 2、光敏传感器 3、光电编码器 4、碰撞传感器 5、麦克风（声音传感器） 6、其它传感器
碰撞传感器
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机器人的碰撞机构能够检测到 来自360°范围内物体的碰撞， 使机器人遭遇到来自不同方向 的碰撞后，能够转弯避开并保 持正常活动。 两部分组成：碰撞环和碰撞开 关。 对应JC代码：bumper ( ) 返回值： 0无碰撞；1左前侧有 碰撞；2右前侧有碰撞,4左后有 碰撞，8右后有碰撞。
第二部分：能力风暴机器人硬件结构
4只 碰 撞 传 感 器 稳压与低电 压复位系统 电机 驱动 2只 直 流 电 机
2只 红 外 传 感 器 外部存储器 2只 光 敏 传 感 器
BUS
LC D
2只 光 电 编 码 器
单片机
喇叭 驱动 直流 驱动
喇叭
1只 麦 克 风
1只 直 流 电 机 或伺服电机
各种外部 扩展卡
ASBU S 总线
串口 通讯 PC
单片机： CPU、一定数量的存储器芯片、I/O 接口电路集成在一个硅片上
微控制器（MCU）
采用motorola公司生产M68HC11A1作 为机器人的中央控制器。 M68HC11系列是motorola公司生产的8 位单片机中功能最强、集成功能最全的机 种。 M68HC11的可靠性很高，有程序自下 载功能，接上串口线就可以自动下载程序。 68HC11E1由CPU、片内存储器、定时 器系统、串行口、A/D、并行I/O口，中断 和复位系统组成。
无返回信号
有返回信号
反射型红外光电传感器
光电编码器工作原理图
红外光射在黑色辐条上时没有反射信号，因为红外光大部分已经 被黑色辐条吸收；当红外光射在白色辐条上时有反射信号，因为红 外光在白辐条上反射强烈。
光电编码器电路图
光电编码器和motor/encoder插座接线图
执行部分
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机器人的执行部分 是指机器人执行具 体功能时所要用到 的部件 。 扬声器、LCD、主轮 及其驱动机构
AS DIY板
能力风暴的身体结构
控制部分
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主板
控制按键 充电指示灯、下载 口、充电口、开关、 复位、运行、电源 指示灯
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感官部分
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感官部分是能力风暴机器人用来和环境进 行交流——采集环境信息的一组器件，我 们称之为传感器。 传感器：能够感受被测量（如物理量、化 学量、生物量），并能按照一定的规律转 换成可用输出信号（通常为电信号）的器 件或装置。
红外接收模块只是在接收到了一定强度的 红外光时才起到质的变化，认为有障碍。所以， 当障碍物太细时，能力风暴智能机器人会检测 不到；当障碍物是黑色或深色时，会吸收大部 分的红外光，而只反射回一小部分，有时会使 接收模块接收到的红外光强度不够，不足以产 生有障碍的信号。
可以通过调节两个电位器来调节左右两个 红外的检测距离，顺时针红外发射强，检测距 离远，逆时针红外发射弱，检测距离近。
断面为梳状结构， 为了增大受光面 积
麦克风
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感知外界的声音 工作原理 音模震荡音圈切割磁力线输 出电压信号放大计算机（68HC11) 声控开关，噪音报警 对应JC的函数： microphone （）读声音 读传感器的值。返回值是0到255间的整数 值，声音越响数值越大。
光电编码器
扬声器
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扬声器，就是能力风暴机器人的喇叭，用 于发声的部件。
出厂状态，单片 机 PA3 口 驱 动 扬 声器
单 片 机 PA3 口 驱 动直流电机（如 灭火风扇）
单 片 机 PA3 口 驱 动伺服电机（如 机器手爪）
LCD
用于显示能力风暴实时运行的信息，在状 态检测和故障诊断时特别有用。
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主动轮及其驱动机构
红外传感器的测障原理
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红外传感器是靠发射 并接收由障碍物反射 回来的红外光来判断 是否有障碍（见图）。 int ir_detector() 返回值：0无障碍；1 左侧有障碍；2右侧有 障碍；4前方有障碍。
光敏传感器
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和人一样，能力风暴机器 人也能够知道它所处环境 范围内光线的强弱 。 原理：本质上是电阻，且 其阻值随外部光线的变化 而发生变化，光线越强， 阻值越小。 对应JC的函数： photo(1)——左光敏传感 器,photo(2)——右光敏传 感器，其返回值代表光线 的强弱，光越强，值越小， 变化范围：0~255
外部存储器
能力风暴个人机器人扩展了32K的静态不 挥发RAM。片内EEPROM可现场擦除和写入，可 存放各种需经常修改、掉电后又不允许丢失 的数据，也可存放程序。片内RAM具有后备保 护特性。其优点是既有静态RAM的速度和方便 （70ns），又有EEPROM或FlashRom的掉电不 丢失性，从而能将程序和数据合用一个芯片。 AS62256写入的数据可保存十年以上，同时具 有可靠的上电、掉电、强静电等数据保护功 能。
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用于测距 原理：发射红外光码盘（与 电机轴相对固定）反射（白 色区域大部分反射，黑色区域 大部分吸收）放大计算机 对应JC代码： int rotation(int index) 读取光电编码器脉冲累计读数。 光电编码器编号index：左1,右 2。 int encoder(int index) 读取光电编码器的当前状态。 0为低电平/1为高电平（分别对 应码盘的白条/黑条）。
第一部分：机器人控制技术的发展历史

发条和秒表和继电器组成的控制器 在电气时代开始时，人们用钟表内机械的 旋转分时控制一些继电器的通断，从而控 制一些机床和生产线的运行。这种装置类 似于早期洗衣机内的定时器。
齿轮和凸轮组成的控制器

在模拟计算机诞生前，也就是蒸汽机时代， 有些机械天才硬是用数百个齿轮和凸轮搭 建出机械计算机，人们通过转动印有数字 的各种齿轮，另一些齿轮就将运算结果显 示出来。机械计算机在人类史上上曾经是 高科技产品，第二次世界大战时，德国著 名的密码机就是一种机电混合式计算机， 它当时是最保密的通信工具。
感官部分
传感器的分类：
○接触式：接触觉 压觉 力觉 滑觉 热觉 材料感觉 ○非接触式
感官部分
传感器的分类：
○内部传感器：自身状态检测
位置、角度、力、姿态、速度
○外部传感器：对外部环境的感觉 距离、接近程度、接触状态
感官部分
传感器的分类：
○按感觉类型分类： 视觉 听觉 接触觉
味觉
嗅觉
电波传感器
感官部分 传感器的分类：
模拟计算机

在数字计算机诞生前，人们用电子管、电 容器和电感线圈、电阻搭建模拟计算机， 能够完成许多简单的计算和控制任务。所 谓模拟计算机就是其计算采用的信号不是1、 0 数字信号，而是电压连续变换的模拟信号， 类似于自动控制原理中的各种控制器采用 的运算。别小看了模拟计算机，上世纪80 年代中东战争时，阿拉伯国家使用的苏制 全自动自行防空炮内采用模拟计算机实现 计算飞机轨迹并控制火炮射击标。
直流电 机
主动常用的驱动方法
1、液压驱动 2、气压驱动 3、直流电动机驱动 4、步进电动机驱动 5、交流电动机驱动
直流电机的基本概念
直流电路中，用来将机械能转换为电能或将电能 转换为机械能的旋转电机 。 伺服电机：能够把输入电信号变换成轴上的角位 移或角速度的旋转电机。 伺服电机由两部分组成： ⑴机械旋转部分：由一些啮合传动的齿轮构成； ⑵电子控制部分：闭环控制系统。 机器人运动控制的核心与基础是其伺服执行机构 及其控制系统。
ASBUSA和ASBUSB分别有14个信号线。 PCO-PC7：数据总线 RESET：复位信号 IRQ：外部中断输入脚 VCC：+5V电源（负载不要超过300MA） Vmotor：电机电压，也即电池电压，可接较 大负载 GND：地 IS0-IS3：输入选择线0-3 OS0-0S3：输出选择线0-3 PA1-PA2：输入捕捉口 PA3：输出比较口，已被喇叭、DC3，servo 使用， PE5-PE7：模拟输入口
○按输出信号方式
开关量型：用于确定现场的某种状态“是”与“否”，“有”或 “无”，“通”或“断”。被检测的对象只有两种状态。因此可根据 其输出的电信号是高、底电平来作为区分两种状态的依据。 模拟量型：主要用于需要确定连续变化量的场合。如：温度的高低、 声音的强弱、距离的远近、压力的大小等。因计算机只能处理数字信 号，因此这类传感器的信号输出要经过模拟量/数字量的转化（A/D转 换），才能由计算机做进一步的处理。 脉冲型：输出连续的脉冲信号，主要用于连续记数的场合。如：生产 线上的产量统计、电机转过的单位角度数目、固定时间内某些事件发 生的次数等。
o 能力风暴机器人有两个主动轮，两个主动 轮带动整个机器人的运动。 o 驱动机构在这里是两个三级减速箱。 o Ｉ=Z1/Z2 Z1为主动齿轮的齿数，Z2为 被动齿轮的齿数 。 o 输出的速度可表达为： V输出＝V动力源×I