机器人讲义

机器人是一个典型的机电一体化系统，它融合了造型技术、机械、电子、传感器、计算机软件硬件和人工智能等众多先进技术，是进行工程训练、教学实验和研究的比较理想的平台。

随着信息与自动化技术的发展，许多创新的工程专业都有了共同的专业基础和综合课程，如电子电路、检测技术与传感器、嵌入式微控制器等。

创新教育机器人的目的就是为学生提供一个综合实验平台，进行单片机和微控制器、数字电子和模拟电子、数字逻辑、工业传感器和工业控制、基础机器人等课程的学习和实践。

通过对机器人模块的学习和研究，不仅能让学生了解机器人学基本原理、运动基础以及相关扩展功能，而且还能熟悉和掌握机器人软件之一PBASIC语言下的BASIC STAMP编译软件的原理和方法，学生可以利用该套件动手组装和调试机器人，搭建检测电路，编写控制软件，获得全方位的系统化的基础工程训练，并逐步熟悉和掌握机器人学的相关知识和要点，并予以拓展和延伸，且在学习中理论与实际联系起来，紧密结合实际动手和解决问题能力，通过“做中学、学中做”高效学习模式，进一步提高创新能力和动手能力。

相扑机器人相扑机器人是按照迷你相扑机器人比赛规则设计的，可即时用于参加比赛。

它能找到对手的位置再将对手推出界外，而且可自动侦察到边界线，防止意外越线。

它的电子部份包括一粒嵌入式BS2-IC，红外线感测器侦察对手及边界线，硬件部份包括经阳极处理黑色铅金属座架和铲子、伺服马达、车轮、可放四粒AA电池箱（不包电池）及螺丝等。

QTI 线跟踪套件 ( 红外传感器组 )QTI传感器由红外发射和接收器组成，用来检测物体表面的反射率,原本是用在相扑机器人上检测边界。

原理及其应用：当QTI传感器走过一个黑的表面，反射率较低，经过一个亮的表面，反射率是较高。

模块里面有一个RC电路，反射率的变化使得电路中的电流变化，而导致RC电路充放电时间的变化，通过RCtime来测量反射率，来实现对特定的表面（例如：黑胶带）进行跟踪。

相扑机器人应用.. 学习基础的嵌入式控制器和基础的机器人.. 运行用红外线反射原理找寻或避开物体第一章相扑机器人的大脑BASIC Stamp微控制器及教学板BASIC Stamp微控制器是以PBASIC为编程语言，通过解释器对PBASIC应用程序进行解释执行的微型计算机，具有8路或16路I/O通道，每个I/O通道接脚可直接连接到按钮开关、发光二极管、扬声器、电压计及其它TTL装置等。

通过增加一到两个额外元器件，I/O接脚就可以连接到非TTL装置，如线圈、继电器等。

BASIC Stamp由一个5伏特电压调节器、晶振器、Serial EEPROM、及一个PBASIC解释器组成。

PBASIC程序储存在非挥发性(断电后程序仍可保留)的Serial EEPROM内，解释器从EEPROM读取已储存的程序代码或将数据写进去。

解释器每次读取一条指令，经过解释后对输入/输出接脚、或本身内部结构进行适当的操作。

PBASIC程序储存在EEPROM中，程序可无限地被重复修改及写入BS2型控制模块程序执行速度：4000 指令 / 秒处理器速度：20 MHz RAM：32位SCRATCHPAD RAM： N/A EEPROM：2K 位一块BASIC Stamp 2模块就好象一个很小的电脑。

这个很小的“电脑”插在教学底板上。

你很快就会看到，教学板使得BASIC Stamp模块与电源以及串口线连接很容易硬件和软件开始学习BASIC Stamp的编程类似于开始使用崭新的PC或笔记本电脑。

当有一台新的PC 或笔记本电脑时，绝大多数人所要做的第一件事是：从包装盒里拿出来，接通电源，安装并测试一些软件，甚至用一种编程语言写一些他们自己所需要的软件。

如果这是你首次使用BASIC Stamp微处理器，那么你将做同样的工作。

本章节通过以下步骤告诉你如何安装和使用BASIC Stamp程序：1) 寻找并安装编程软件2) 连接BASIC Stamp模块到电池供电的电源3) 连接BASIC Stamp模块到计算机，以便编程4) 初次编写少量的PBASIC程序5) 完成后断开电源教学底板上有一个三位开关，见下图。

“0”位：关断教学底板电源“1”位：教学底板上电“2”位：教学底板和伺服电机一同上电为了确认BASIC Stamp模块与你的计算机通讯正常，点击“Run”菜单项，选择“Identify”。

这时，会出现一个下图所示的窗口，样例显示系统在COM2端口检测到BASIC Stamp 2 。

编写和测试一个程序告诉BASIC Stamp模块发送一条信息给PC机：' {$STAMP BS2}' {$PBASIC 2.5}DEBUG "Hello, this is a message from your sumobot."END这里有几个特殊的消息语句，你可以通过把它们放进注释的方式（在给定语句行前加右单引号），把它们写进BASIC Stamp编辑器。

这些消息语句叫做编译器指令。

以后所有的程序都要用到这两句指令。

' {$STAMP BS2}' {$PBASIC 2.5}第一条指令是“Stamp”指令，它告诉BASIC Stamp编辑器你将下载程序到BASIC Stamp 第二条指令是“PBASIC”指令，它告诉BASIC Stamp编辑器你使用的是2.5版本的PBASIC 编程语言。

END在程序运行结束之后，这个命令把BASIC Stamp模块置于低功耗模式，所以这个命令比较简便。

在低功耗模式下，BASIC Stamp模块等待复位键按下（或释放）或有新的程序通过编辑器下载。

如果板上的复位键被按下，BASIC Stamp模块将再运行一次已加载的程序；如果新程序被加载进来，旧程序会被擦除，并且开始运行新程序。

“DEBUG”格式词或控制符就是让BASIC Stamp发送到调试终端的信息以某种特定方式显示的指令。

“DEC”就是一个格式词，告诉调试终端显示十进制数值。

“CR”是一个向调试终端发送回车命令的控制符。

控制符“CR”之后的文本或数值会显示在原有文本的下一行。

你可以修改你的程序使它包含更多的格式词或控制符的调试命令。

第二章相扑机器人的动力————伺服电机本次实验所用的机器人采用的是Parallax公司的连续旋转伺服电机伺服电机主要有三根线，分别为：黑、红、白，其中红色的为电源线（最大为6V直流电压）；黑色为地线；白色的为控制信号线（一般输入周期为23ms左右的脉冲序列），通过对这信号线输入脉冲序列来控制电机的运动，可以控制电机的运动速度，运动方向）。

所有电机使用前必须进行零位校正。

控制伺服电机速度和方向涉及如何让BASIC Stamp微控制器不断发送相同命令给电机。

该命令通常以每秒50次的频率重复发送到伺服电机以维持其速度和方向你可以调用PAUSE命令，让BASIC Stamp微控制器在执行下一条命令之前先等待一段时间。

PAUSE DurationDuration 是PAUSE命令的参数，它的值告诉BASIC Stamp移到下一条命令之前要等待多久。

Duration的单位是千分之一秒。

假如你想延时1秒，可以给Duration赋值为1000 重复执行指令。

电脑和微控制器的最大优点之一就是他们从来不会抱怨不停地重复做同样的事情。

你可以把需要不停重复执行的命令放在“DO …… LOOP”之间。

例如，如果你想每隔一秒打印一条信息，按如下方式将DEBUG和PAUSE命令放在“DO …… LOOP”之间即可：DODEBUG "Hello!", CRPAUSE 1000LOOPLED测试电路搭建电路如下图所示。

1)确认发光二极管的短针脚（阴极）插入标有Vss的黑色插孔中。

2)确认发光二极管的长针脚（阳极）插入白色面包板上图示的位置。

编程让LED发光或熄灭。

编程控制LED测试电路命令HIGH和LOW使BASIC Stamp把LED与Vdd和Vss交替连接伺服电机根据信号的高电平持续时间的长短作为向什么方向转动的指示。

对于精确的伺服电机控制而言，信号的高电平持续的时间要求比HIGH命令和PAUSE命令的时间值要精确的多。

你只能每次以1ms为单位改变PAUSE命令参数Duration 的取值。

有一条不同的命令PULSOUT，能把高电平细分成更高的时间精度。

参数Duration的计量单位是百万分之2秒（即2微秒）！PULSOUT Pin, Duration你可以利用下面这条命令，发送一个高电平信号，让接在P13上的LED发光2微秒：PULSOUT 13, 1伺服电机调零在本任务中，将运行一个程序，发送一个脉冲信号到伺服电机，让电机保持静止。

由于伺服电机在工厂没有预先调整，它们在接收到该信号时将转动。

你要用螺丝刀调节伺服电机让它们保持静止。

这就是伺服电机调零。

调节之后，你要测试伺服电机，验证其功能是否正常。

测试程序将发送信号让伺服电机顺时针和逆时针以不同的速度旋转。

发送零点标定信号下图显示的信号是发送到与P12连接的伺服电机的校准信号，称为零点标定信号。

伺服电机调节好之后，这个信号就可以指示电机保持静止。

这个指令是由时间间隔为20 ms 的脉宽为1.5 ms的一系列脉冲组成得出PULSOUT命令参数Pin的值也不困难。

I/O管脚是P12，那么Pin的值就是12。

下面我们计算脉宽为1.5 ms时PULSOUT命令的参数Duration的取值。

1.5 ms即0.0015 秒。

前面说过，无论PULSOUT命令的参数Duration的值是多少，都要乘以2 μs，这样就可以计算出脉冲将持续多长时间。

如果知道脉冲要持续多长时间，你就可以计算出PULSOUT命令的参数Duration的值。

用这个公式计算：如何保存值并计数本任务介绍在PBASIC 程序中用于保存数值的变量。

后面的机器人程序很大程度上依赖这些变量。

能保存数值最主要的意义是程序能用这些变量来计数。

一旦你的程序能计数，它就不但能控制也能记录某件事件发生的次数。

PBASIC语言在使用变量之前，要先给出它的名字（variableName）和大小（Size）。

这叫声明一个变量：variableName VAR Size在声明变量之后，你也可以对它初始化，即给它一个初始值（或起始值）。

value = 500在“value = 500”中，符号“=”是个运算符。

其中Word:0~65535Byte:0~255Nib:0~15Bit:0~1计数并控制循环次数最方便的控制一段代码执行次数的方法是利用FOR…NEXT循环，语法如下：FOR Counter = StartValue TO EndValue {STEP StepValue}…NEXT三个点”…”表示你可以在FOR 和NEXT之间放一个或多个的命令。