第四单元简易机器人的设计与制作

第四单元简易机器人的设计与制作

经过前面单元的学习,同学们已经掌握了单片机及其控制程序、单片机与控制电路、单片机与机械传动。本单元通过设计和制作由传感器、单片机、继电器、电动机和传动机械等组成的简易机器人或简单的自动控制系统，完成2～3个规定的动作,这是一个综合性的应用，要求通过软件设计实现对硬件的程序控制。我们将以“项目”为主线，“任务”为模块，“活动”为技能培训目标，从简到繁、从易到难。在本单元中,同学们会不断取得学习经验,学到良好的思维方式,学会与人合作、学会与人分享成功的喜悦。同时会培养同学们分析问题、解决问题与独立思考的能力,激发大家的学习兴趣。

1. 了解简易机器人制作的一般步骤

２、了解简易机器人的一般调试过程

３．能根据项目制定设计方案

4. 机器人竞走赛的设计与制作

5. 能说会走机器人的设计与制作

6．灭火机器人设计与制作

第一节 初识机器人

机器人是20世纪人类的伟大发明之一。一提到机器人,大家可能就会想到电影、电视、科学幻想小说中的机器人,你可能会说：“机器人和人一样，有鼻子有眼睛,有胳膊有腿,有头脑会思考,能说话，会打仗，跑的比人有还快,力气比人还大。它的本领比人强得多,一会是人，一会变成了汽车,一会又变成了大炮，真够神的。”显然这种说法不太准确。“变形金刚Ⅱ”中的擎天柱、还是铁臂阿童木”这些都是科学幻想中的机器人形象。现实的机器人和这些机器人相差实在太远了。当你走进现代化自动工厂,想目睹机器人丰采的话,你一定会大失所望。现代机器人,特别是工业机器人的尊容实在不敢恭维,不仅没有鼻子、眼睛,甚至也没有胳膊和腿。它们有的像机器、有的像怪物。有的脑袋又尖又长,有的肚子上长着脑袋,有的手长在了脚的位置,有的三头六臂。干活的方式也是千奇百怪，有的躺着做事,有的斜着身子搬运东西,有的是爬着行走携带重物,总之,这些机器人的外形是五花八门。

在世界各国不同的语言中，Ｒｏbot

是机器人的代名词。各国科学家从不同的车身车间焊接机器人 火星控测机器人

心脏手术机器人 萨克斯管演奏机器人

角度出发,给出的定义也有所不同。我国科学家对机器人的定义是:“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。”

关于机器人如何分类,国际上没有制定统一的标准,有的按负载重量分,有的按控制方式分,有的按自由度分,有的按结构分，有的按应用领域分。我国的机器人专家从应用环境出发，将机器人分为两类，即工业机器人和特种机器人。

机器人是由控制器、动力源、传动机械和传感器等组成的有机整体。通过传感器对外部环境的感知功能,采集信息输入控制器,后者对输入信息进行计算、判断和决策，然后输出指挥行动的命令到传动机械。控制器中的控制程序是机器人控制的核心，它告诉机器人要做什么事情。通过编制不同的控制程序，机器人可以执行不同的任务。例如:我们在设计灭火机器人时,必须有眼睛(传感器)，能看到哪里着火了;必须有脚（传动机械)，能快速到达火源所在地;还必须有手,能拿着灭火器具（传动机械)来灭火，而眼、手、脚之间的协调是靠机器人控制器(单片机)来完成的。

第二节机器人竞走赛

你知道吗？竞走起源于英国。

在十六七世纪的英国，男仆们陪伴

乘坐四轮马车的主人长途旅行时，

时而跑时而走，激发了竞走这一运

动项目的诞生。本项目将制作一个

步行机器人来模拟竞走比赛。

1、知道设计和制作简易机器人的一般过程。

2、设计和制作一个能够直立行走的步行机器人模型。

3、会使用传感器完成机器人的启动与终点线的识别。

4、能编写机器人竞走比赛的控制程序。

5、通过机器人的比赛,体验学习成功的快乐，养成同学之间相互协作的良好习惯。

导航一了解竞走

竞走起源于英国。19世纪初，英国出现步行比赛的活动。1９世纪末,部

分欧洲国家盛行从一个城市到另一个城市的竞走旅行。１8６６年英国业余体育俱乐部举行首次冠军赛，距离为7英里。竞走分场地竞走和公路竞走两种。1９０8年首次进入奥运会,当时的距离是3５00米和１０英里。此后几届奥运会距离有所不同，有过３000米、１0公里等，从1956年奥运会起定为２0公里(195６年列入)、50公里(1932年列入)。女子竞走于1992年才被列入奥运会，距离为１０公里，2000年奥运会将改为２0公里。

竞走与跑的根本区别在于走步时两脚必须与地面轮换

接触,不能有腾空阶段。田径比赛规则规定：每步中,运动员

在后脚离地之前,前脚必须着地，脚落地时,该腿必须有一瞬

间的伸直。竞走运动员在比赛途中，如违犯了上述规定，

第一次犯规裁判员举白旗给竞走比赛者警告，若再次犯规，

裁判员举起红旗,取消其比赛资格。运动员在最后1圈犯规，

可根据具体情况给予警告或直接取消其比赛资格。

导航二项目分析

本项目是设计和制作一个能够直立行走的步行机器人

来进行竞走比赛。在规定的场地内机器人从起跑区出发，经

过规定的线路,在最短的时间内到达终点。由于是模拟竞走

比赛，所以要求机器人必须用脚前进，而不是用轮子前进，

机器人在前进时,双脚应相互交替着地。

机器人的启动可使用声、光、磁、电等方式，一旦启

动便不允许人为干预必须由程序控制,而非人为控制。

大家准备好了吗？不用着急，其实在第三章的项目二中已经搭建一个两足步行的机器人模型,这里只要将它们与控制系统组装在一起就可以了。

本项目会使用到２种传感器。其实,各种传感器的作用都是一样的,它能将非电量的物理信息转换成与之有确定关系的电信号,输送给控制电路进行处理。不同的是他们敏感的非电量信息不同,有的是光,有的是声,有的是温度,有的是磁……。例如：声控传感器是机器人的耳朵，它能将声音信号转变为电信号。光敏传感器是机器人的眼睛，有强光照射时它就能追光行走，这主要是因为光敏传感器能将光信号转变为电信号。