機(jī)電一體化實(shí)訓(xùn)報(bào)告

實(shí)用文檔學(xué)號(hào)：2013035105姓名：華錦輝院系：成教學(xué)院專(zhuān)業(yè)：機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化年級(jí)：2013級(jí)指導(dǎo)教師：陳成坤一、實(shí)訓(xùn)目的1、通過(guò)實(shí)習(xí)，學(xué)生應(yīng)對(duì)機(jī)電工程學(xué)科有一定的感性和理性認(rèn)識(shí)，對(duì)機(jī)械設(shè)計(jì)、機(jī)電技術(shù)等方面的專(zhuān)業(yè)知識(shí)做進(jìn)一步的理解。2、通過(guò)實(shí)習(xí)，學(xué)生應(yīng)了解相關(guān)程及相關(guān)硬件，掌握機(jī)電技術(shù)相關(guān)知識(shí)及使用工具，熟練掌握其實(shí)際操作和安裝技能，3、通過(guò)實(shí)習(xí)，學(xué)生應(yīng)了解電路圖安裝與調(diào)試技術(shù)，掌握電路元件裝配、焊接技術(shù)及對(duì)故障的診斷和排除。4、通過(guò)實(shí)習(xí)，培養(yǎng)學(xué)生理論聯(lián)系實(shí)際的能力，提高分析問(wèn)題和解決問(wèn)題的能力，增強(qiáng)獨(dú)立工作能力，培養(yǎng)學(xué)生團(tuán)結(jié)合作。二、實(shí)訓(xùn)內(nèi)容（一）閃爍燈1．任務(wù)要求（1）按照電路原理圖和PCB線(xiàn)路圖，接線(xiàn)和焊接電子元件（2）接通電源后，綠燈常亮，黃燈閃爍。按下開(kāi)關(guān)，三燈交替閃爍。電路圖及PCB線(xiàn)路圖圖1.1電路圖圖1.2PCB線(xiàn)路圖面包板連接實(shí)物圖圖1.3面包板連線(xiàn)圖圖1.4面包板實(shí)物圖閃爍燈實(shí)物圖1.5閃爍燈實(shí)物（二）LED燈顯示屏任務(wù)要求（1）本設(shè)計(jì)是以單片機(jī)為核心控制器件的簡(jiǎn)單圖像的LED顯示系統(tǒng)，系統(tǒng)由單片機(jī)、和顯示屏構(gòu)成。（2）設(shè)計(jì)并實(shí)現(xiàn)5*5LED顯示，要求單片機(jī)與顯示器之間接口設(shè)計(jì)，并編制程序，在顯示器上顯示英文字母。2.ArduinoMega2560單片機(jī)ArduinoMega2560是一款基于ATmega2560(數(shù)據(jù)手冊(cè))的微控制器板。它有54個(gè)數(shù)字輸入/輸出引腳（其中15個(gè)可用作PWM輸出）、16個(gè)模擬輸入、4個(gè)UART（硬件串行端口）、1個(gè)16MHz晶體振蕩器、1個(gè)USB連接、1個(gè)電源插座、1個(gè)ICSP頭和1個(gè)復(fù)位按鈕。它包含了支持微控制器所需的一切；只需通過(guò)USB電纜將其連至計(jì)算機(jī)或者通過(guò)AC-DC適配器或電池為其供電即可開(kāi)始。Mega與面向ArduinoDuemilanove或Diecimila的盾板大多都兼容。（1）概要微控制器ATmega2560工作電壓5V輸入電壓（推薦值）7-12V輸入電壓（極限值）6-20V數(shù)字I/O引腳54（其中15個(gè)提供PWM輸出）模擬輸入引腳16每個(gè)I/O引腳的DC電流40mA3.3V引腳的DC電流50mAFlashMemory256KB，其中8KB被啟動(dòng)加載器占用SRAM8KBEEPROM4KB時(shí)鐘速度16MHz（2）編程可以利用Arduino軟件(download)給ArduinoMega編程。ArduinoMega上的ATmega2560預(yù)先燒錄了啟動(dòng)加載器，從而無(wú)需使用外部硬件編程器即可將新代碼上傳給它。它利用原始的STK500協(xié)議進(jìn)行通信。您還可以旁路啟動(dòng)加載器，利用ArduinoISP等通過(guò)ICSP（在線(xiàn)串行編程）頭為微控制器編程。Arduino庫(kù)提供ATmega16U2（或rev1和rev2電路板內(nèi)的8U2）固件源代碼。ATmega16U2/8U2配有DFU啟動(dòng)加載器，它可以通過(guò)下列方式激活：在Rev1電路板上：連接電路板背面上的焊接跨接線(xiàn)（靠近意大利地圖），然后復(fù)位8U2。在Rev2或更新的電路板上：有1個(gè)電阻器，能將8U2/16U2HWB線(xiàn)路接地，從而更輕松地進(jìn)入DFU模式。然后，您可以利用AtmelFLIP軟件(Windows)或者DFU編程器(MacOSXandLinux)（MacOSX和Linux）來(lái)加載新固件?；蛘撸阋部梢允褂脦в型獠烤幊唐鳎ǜ矊?xiě)DFU啟動(dòng)加載器）的ISP頭。(3)外形圖2.1ArduinoMega2560電路圖圖2.25*5LED電路圖5*5LED焊接實(shí)物圖圖2.3焊接實(shí)物圖程序Constrow[5]={2,7,5,13,18}Constintcol[5]={6,11,10,3,4};Intpixels[5][5];Intx=5;Inty=5;Voidsetup(){For(intthisPin=0;thisPin<5;thisPin++){pinMode(col[thisPin],OUTPUT);pinMode(row[thisPin],OUTPUT);digitalWrite(col[thisPin],HIGH);}For(intx=0;x<5;x++){For(inty=0;y<5;y++){Pixels[x][y]=HIGH;}}}Voidloop(){readSensors();refreshScreen();}VoidreadSensors(){Pixels[x][y]=HIGH;X=7-map(analogRead(A0),0,1023,0,7);Y=map(analogRead(A1),0,1023,0,7);Pixels[x][y]=LOW;}VoidrefreshScreen(){For(intthisRow=0;thisRow<5;thisRow++){digitalWrite(row[thisRow],HIGH);for(intthisCol=0;thisCol<5;thisCol++){intthisPixel=pixel[thisRow][thisCol];digitalWrite(col[thisCol],thisPixel);if(thisPixel==LOW){digitalWrite(col[thisCol],HIGH);}}外殼使用三維制圖軟件設(shè)計(jì)，通過(guò)3D打印技術(shù)制作圖2.4CATIA三維制圖圖2.53D打印制作實(shí)物圖實(shí)物圖圖2.6設(shè)計(jì)成果（三）“創(chuàng)意之星”機(jī)器人1.任務(wù)要求要求：完全自主的機(jī)器人，使用各種傳感器來(lái)感知自身的位置、姿態(tài)，實(shí)現(xiàn)移動(dòng)，爬坡，推圓柱，避障等功能任務(wù)規(guī)劃：（1）搭建機(jī)器人，布置傳感器。實(shí)現(xiàn)（2）編制程序，并做練習(xí)。（3）模擬比賽練習(xí)。2.創(chuàng)意之星（1）“創(chuàng)意之星”是一種模塊化機(jī)器人組件，其特點(diǎn)是組成機(jī)器人的各種零件都是通用、可重組的，各個(gè)零件之間有統(tǒng)一的連接方式，零件之間可以自由組合，從而構(gòu)建出各種各樣的機(jī)器人構(gòu)型。為了保證“創(chuàng)意之星”機(jī)械結(jié)構(gòu)的剛性、牢固，如下圖所示零件之間采用面接觸、鍵連接、螺釘緊固的方式進(jìn)行組合。圖3.1典型連接方式控制器（1）以ATmega128為核心的MultiFLEX?2-AVR控制器圖3.2MultiFLEX2-AVR控制器功能示意圖（2）以PXA270為控制核心的MultiFLEX?2-PXA270控制器。圖3.3MultiFLEX?2-PXA270控制器傳感器（1）“創(chuàng)意之星”布置了大量的傳感器圖3.4“創(chuàng)意之星”傳感器類(lèi)型及電氣規(guī)范紅外接近傳感器紅外接近傳感器俗稱(chēng)光電開(kāi)關(guān)。它是利用被檢測(cè)物對(duì)光束的遮擋或反射，由同步回路選通電路，從而檢測(cè)物體有無(wú)的。光電開(kāi)關(guān)將輸入電流在發(fā)射器上轉(zhuǎn)換為光信號(hào)射出，接收器再根據(jù)接收到的光線(xiàn)的強(qiáng)弱或有無(wú)對(duì)目標(biāo)物體進(jìn)行探測(cè)。多數(shù)光電開(kāi)關(guān)選用的是波長(zhǎng)接近可見(jiàn)光的紅外線(xiàn)光波型，因此也稱(chēng)為紅外開(kāi)關(guān)。圖3.5紅外接近傳感器5.執(zhí)行器機(jī)器人常用的運(yùn)動(dòng)驅(qū)動(dòng)部件有直流有刷電機(jī)、直流無(wú)刷電機(jī)、步進(jìn)電機(jī)、舵機(jī)等。“創(chuàng)意之星”配置了直流有刷電機(jī)、微型舵機(jī)、機(jī)器人專(zhuān)用舵機(jī)等。（5.1）CDS5516機(jī)器人舵機(jī)proMOTIONCDS系列機(jī)器人舵機(jī)屬于一種集電機(jī)、伺服驅(qū)動(dòng)、總線(xiàn)式通訊接口為一體的集成伺服單元，主要用于微型機(jī)器人的關(guān)節(jié)、輪子、履帶驅(qū)動(dòng)，也可用于其它簡(jiǎn)單位置控制場(chǎng)合。圖3.6CDS5516機(jī)器人舵機(jī)（5.2）CDS5516的調(diào)試設(shè)置軟件CDS5516的基礎(chǔ)參數(shù)設(shè)置、保護(hù)參數(shù)調(diào)節(jié)、性能測(cè)試等都可以通過(guò)RobotSevoTerminal軟件來(lái)實(shí)現(xiàn)。圖3.7RobotSevoTerminal（5.3）CDS5516機(jī)器人舵機(jī)外接單片機(jī)6.NorthSTAR圖形化開(kāi)發(fā)環(huán)境（6.1）NorthSTAR是一個(gè)圖形化交互式機(jī)器人控制程序開(kāi)發(fā)工具。在NorthSTAR中，通過(guò)鼠標(biāo)的拖動(dòng)邏輯框的控件和對(duì)控件做簡(jiǎn)單的屬性設(shè)置，就可以快捷的編寫(xiě)機(jī)器人控制程序。程序編輯完后，可以編譯并下載到機(jī)器人控制器中運(yùn)行。NorthSTAR編程環(huán)境具有操作簡(jiǎn)便、功能強(qiáng)大特點(diǎn)，能讓您在圖標(biāo)拖動(dòng)中創(chuàng)建復(fù)雜的邏輯，讓您的機(jī)器人按照您的意愿動(dòng)作。圖3.8流程圖界面（6.2）NorthSTAR具有調(diào)試和在線(xiàn)監(jiān)控功能，可以實(shí)時(shí)查詢(xún)傳感器的值、舵機(jī)位置，或者設(shè)置舵機(jī)速度和位置。圖3.9舵機(jī)調(diào)試界面7.機(jī)器人的裝配（大家的共同努力）整個(gè)擂臺(tái)機(jī)器人由1個(gè)控制板，12個(gè)舵機(jī)和3個(gè)紅外接近傳感器及“創(chuàng)意之星”機(jī)器人零部件組成。4個(gè)舵機(jī)組成主要的四個(gè)車(chē)輪，由6個(gè)舵機(jī)組成兩個(gè)機(jī)械臂，2個(gè)舵機(jī)組成兩個(gè)機(jī)械腿。下列是裝配實(shí)物圖：圖3.10機(jī)器人機(jī)構(gòu)圖程序（1）下面是圖形化的程序語(yǔ)言：圖3.11NorthSTAR圖形化程序源程序如下：#include"Apps/SystemTask.h"uint8SERVO_MAPPING[12]={10,3,4,8,19,20,1,16,18,2,9,17};intmain(){MFInit();MFInitServoMapping(&SERVO_MAPPING[0],12);MFSetPortDirect(0x00000FF0);MFSetServoMode(10,0);MFSetServoMode(3,0);MFSetServoMode(4,0);MFSetServoMode(8,0);MFSetServoMode(19,0);MFSetServoMode(20,0);MFSetServoMode(1,0);MFSetServoMode(16,0);MFSetServoMode(18,1);MFSetServoMode(2,1);MFSetServoMode(9,1);MFSetServoMode(17,1);//爬坡動(dòng)作序列while(1){//收攏手臂MFSetServoPos(10,512,1000);MFSetServoPos(3,512,1000);MFSetServoPos(4,512,300);MFSetServoPos(8,512,300);MFSetServoPos(19,512,300);MFSetServoPos(20,512,300);MFSetServoPos(1,512,300);MFSetServoPos(16,512,300);MFSetServoRotaSpd(18,-500);MFSetServoRotaSpd(2,500);MFSetServoRotaSpd(9,-500);MFSetServoRotaSpd(17,500);MFServoAction();DelayMS(1000);//爬坡動(dòng)作1—前進(jìn)MFSetServoPos(10,512,1000);MFSetServoPos(3,512,1000);MFSetServoPos(4,400,300);MFSetServoPos(8,400,300);MFSetServoPos(19,400,300);MFSetServoPos(20,400,300);MFSetServoPos(1,620,300);MFSetServoPos(16,400,300);MFSetServoRotaSpd(18,-500);MFSetServoRotaSpd(2,500);MFSetServoRotaSpd(9,-500);MFSetServoRotaSpd(17,500);MFServoAction();DelayMS(1000);//爬坡動(dòng)作2—前傾MFSetServoPos(10,512,1000);MFSetServoPos(3,512,1000);MFSetServoPos(4,273,300);MFSetServoPos(8,285,300);MFSetServoPos(19,178,300);MFSetServoPos(20,722,300);MFSetServoPos(1,493,300);MFSetServoPos(16,512,300);MFSetServoRotaSpd(18,-500);MFSetServoRotaSpd(2,500);MFSetServoRotaSpd(9,-500);MFSetServoRotaSpd(17,500);MFServoAction();DelayMS(1000);//爬坡動(dòng)作3—后傾MFSetServoPos(10,512,1000);MFSetServoPos(3,512,1000);MFSetServoPos(4,273,200);MFSetServoPos(8,285,200);MFSetServoPos(19,178,200);MFSetServoPos(20,722,200);MFSetServoPos(1,360,200);MFSetServoPos(16,652,200);MFSetServoRotaSpd(18,-500);MFSetServoRotaSpd(2,500);MFSetServoRotaSpd(9,-500);MFSetServoRotaSpd(17,500);MFServoAction();DelayMS(1000);//收攏手臂MFSetServoPos(10,512,1000);MFSetServoPos(3,512,1000);MFSetServoPos(4,273,300);MFSetServoPos(8,285,300);MFSetServoPos(19,178,300);MFSetServoPos(20,722,300);MFSetServoPos(1,360,300);MFSetServoPos(16,652,300);MFSetServoRotaSpd(18,-500);MFSetS