機(jī)器人控制技術(shù)與實(shí)踐 課件全套 第1-7章 緒論、機(jī)器人的機(jī)械結(jié)構(gòu)系統(tǒng) - 仿人競速機(jī)器人的設(shè)計(jì)與制作

1機(jī)器人控制技術(shù)與實(shí)踐2內(nèi)容1緒論2機(jī)器人的機(jī)械結(jié)構(gòu)系統(tǒng)3機(jī)器人電路設(shè)計(jì)4機(jī)器人中的傳感器5機(jī)器人控制系統(tǒng)6輪式巡線機(jī)器人的設(shè)計(jì)與制作7仿人競速機(jī)器人的設(shè)計(jì)與制作3第一章緒論1.1機(jī)器人的概念與發(fā)展歷史1.2機(jī)器人的組成和分類1.3機(jī)器人的關(guān)鍵技術(shù)1.4機(jī)器人的應(yīng)用1.5機(jī)器人技術(shù)的發(fā)展41.1機(jī)器人的概念1、什么是機(jī)器人？2、機(jī)器人的任務(wù)是什么？

機(jī)器人是自動(dòng)執(zhí)行任務(wù)的機(jī)器裝置。它既可以接受人類指揮，又可以運(yùn)行預(yù)先編排的程序，也可以根據(jù)以人工智能技術(shù)制定的原則行動(dòng)。協(xié)助或取代人類的工作。51.1機(jī)器人的概念體操機(jī)器人排爆機(jī)器人61.2機(jī)器人的組成和分類機(jī)器人執(zhí)行機(jī)構(gòu)驅(qū)動(dòng)裝置控制系統(tǒng)感知系統(tǒng)

基座（固定或移動(dòng)）手部腕部臂部腰部電驅(qū)動(dòng)裝置液壓驅(qū)動(dòng)裝置氣壓驅(qū)動(dòng)裝置處理器關(guān)節(jié)伺服控制器內(nèi)部傳感器外部傳感器1.2機(jī)器人的組成和分類

機(jī)器人的執(zhí)行機(jī)構(gòu)主要是執(zhí)行驅(qū)動(dòng)裝置發(fā)出的系統(tǒng)指令。相當(dāng)于人的肢體。1、執(zhí)行機(jī)構(gòu)機(jī)器人底盤有固定式和移動(dòng)式兩種類型，在移動(dòng)式的類型中，有輪式、履帶式和仿人形機(jī)器人的步行式等。1.2機(jī)器人的組成和分類

驅(qū)動(dòng)裝置是驅(qū)使執(zhí)行機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)的機(jī)構(gòu)，按照控制系統(tǒng)發(fā)出的指令信號(hào)，借助于動(dòng)力元件使機(jī)器人進(jìn)行動(dòng)作。2、驅(qū)動(dòng)裝置

通常包括驅(qū)動(dòng)源、傳動(dòng)機(jī)構(gòu)等，相當(dāng)于人的肌肉、筋絡(luò)。

驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)可分為電氣、液壓、氣壓驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)以及它們結(jié)合起來應(yīng)用的綜合系統(tǒng)組合。1.2機(jī)器人的組成和分類

控制系統(tǒng)相當(dāng)于人的大腦，通常包括處理器及相應(yīng)的軟件代碼組成，用于進(jìn)行任務(wù)及信息處理，并給出控制信號(hào)，控制機(jī)器人的執(zhí)行機(jī)構(gòu)，使其完成規(guī)定的運(yùn)動(dòng)和功能。3、控制系統(tǒng)1.2機(jī)器人的組成和分類

感知系統(tǒng)由內(nèi)部傳感器和外部傳感器組成，相當(dāng)于人的感官。4、感知系統(tǒng)

內(nèi)部傳感器用于檢測(cè)各關(guān)節(jié)的位置、速度等變量，為閉環(huán)伺服控制系統(tǒng)提供反饋信息。

外部傳感器用于檢測(cè)機(jī)器人與周圍環(huán)境之間的一些狀態(tài)變量。1.2機(jī)器人的組成和分類各部分之間的關(guān)系內(nèi)部傳感器（位形檢測(cè)）控制系統(tǒng)驅(qū)動(dòng)裝置執(zhí)行機(jī)構(gòu)工作對(duì)象外部傳感器（環(huán)境檢測(cè)）處理器關(guān)節(jié)控制器1.2機(jī)器人的組成和分類1、按用途分類

國際上通常將機(jī)器人分為工業(yè)機(jī)器人和服務(wù)機(jī)器人兩大類。我國按應(yīng)用環(huán)境將機(jī)器人分為工業(yè)機(jī)器人和特種機(jī)器人兩大類。工業(yè)機(jī)器人弧焊機(jī)器人點(diǎn)焊機(jī)器人搬運(yùn)機(jī)器人裝配機(jī)器人噴涂機(jī)器人拋光機(jī)器人1.2機(jī)器人的組成和分類2、按驅(qū)動(dòng)形式分類名稱特征說明氣動(dòng)機(jī)器人以壓縮空氣來驅(qū)動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)，動(dòng)作迅速、結(jié)構(gòu)簡單、造價(jià)低，但工作速度的穩(wěn)定性差等。液壓傳動(dòng)機(jī)器人以液壓方式驅(qū)動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)，其傳動(dòng)平穩(wěn)、動(dòng)作靈敏、出力大，但要求密封性較高。電動(dòng)機(jī)器人采用電動(dòng)方式驅(qū)動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)，常用的有步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)、直流電機(jī)驅(qū)動(dòng)和交流驅(qū)動(dòng)，其控制方法靈活、結(jié)構(gòu)緊湊簡單。1.2機(jī)器人的組成和分類名稱

特征說明

第一代機(jī)器人（可編程及示教再現(xiàn)）按事先示教或編程的位置和姿態(tài)進(jìn)行重復(fù)作業(yè)的機(jī)器人。（實(shí)用，主要用于搬運(yùn)，噴漆，點(diǎn)焊等）第二代機(jī)器人（感知機(jī)器人）帶有如視覺觸覺等外部傳感器，具有不同程度感知環(huán)境并自行修正程序的功能?？赏瓿奢^為復(fù)雜的作業(yè)，如裝配，檢查等第三代機(jī)器人（智能機(jī)器人）除具有外部感覺感知功能，還具有一定決策和規(guī)劃的能力，從而可適應(yīng)環(huán)境的變化而自主地工作。3、按智能水平分類1.3機(jī)器人的關(guān)鍵技術(shù)研究內(nèi)容涉及基礎(chǔ)研究和應(yīng)用研究兩個(gè)方面(1)機(jī)械設(shè)計(jì)； (2)機(jī)器人運(yùn)動(dòng)學(xué)、動(dòng)力學(xué)和控制；(3)軌跡設(shè)計(jì)和路徑規(guī)劃；(4)傳感器(包括內(nèi)部傳感器和外部傳感器)；(5)機(jī)器人視覺；(6)機(jī)器人語言；(7)裝置與系統(tǒng)結(jié)構(gòu)；(8)機(jī)器人智能等。1.3機(jī)器人的關(guān)鍵技術(shù)1、信息感知

感知是機(jī)器人與環(huán)境、機(jī)器人與人以及機(jī)器人之間進(jìn)行交互的基礎(chǔ)。通常機(jī)器人感知外部環(huán)境的方法，就是通過傳感器采集外部的信息，進(jìn)行分析處理。1.3機(jī)器人的關(guān)鍵技術(shù)2、執(zhí)行機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)

機(jī)器人執(zhí)行機(jī)構(gòu)的任務(wù)是根據(jù)機(jī)器人的指令完成機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)和作業(yè)任務(wù)，通常由運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)和執(zhí)行結(jié)構(gòu)組成。執(zhí)行機(jī)構(gòu)1.3機(jī)器人的關(guān)鍵技術(shù)2、執(zhí)行機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)

機(jī)器人執(zhí)行機(jī)構(gòu)的任務(wù)是根據(jù)機(jī)器人的指令完成機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)和作業(yè)任務(wù)，通常由運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)和執(zhí)行結(jié)構(gòu)組成。1.3機(jī)器人的關(guān)鍵技術(shù)2、執(zhí)行機(jī)構(gòu)

機(jī)器人執(zhí)行機(jī)構(gòu)的任務(wù)是根據(jù)機(jī)器人的指令完成機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)和作業(yè)任務(wù)，通常由運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)和執(zhí)行結(jié)構(gòu)組成。執(zhí)行機(jī)構(gòu)1.3機(jī)器人的關(guān)鍵技術(shù)3、運(yùn)動(dòng)控制

對(duì)于一個(gè)具有高度智能的機(jī)器人，它的控制系統(tǒng)實(shí)際上包含了任務(wù)規(guī)劃、動(dòng)作規(guī)劃、軌跡規(guī)劃和伺服控制等多個(gè)層次。

機(jī)器人的工作方式主要包括半自動(dòng)和全自動(dòng)的方式。半自動(dòng)的機(jī)器人需要人機(jī)接口來控制機(jī)器人的工作，全自動(dòng)工作的機(jī)器人可完全根據(jù)環(huán)境情況和預(yù)置程序完成所需的任務(wù)。1.4機(jī)器人的應(yīng)用1、工業(yè)機(jī)器人1.4機(jī)器人的應(yīng)用2、服務(wù)機(jī)器人家庭服務(wù)機(jī)器人1.4機(jī)器人的應(yīng)用2、服務(wù)機(jī)器人娛樂服務(wù)機(jī)器人1.4機(jī)器人的應(yīng)用2、服務(wù)機(jī)器人醫(yī)療服務(wù)機(jī)器人1.4機(jī)器人的應(yīng)用3、水下機(jī)器人

在未知的水下環(huán)境，由于機(jī)器人的承受能力大大超過載人系統(tǒng)，并且能完成許多載人系統(tǒng)無法完成的工作，所以水下機(jī)器人逐漸扮演著越來越重要的角色。

水下機(jī)器人分為兩種，一種為遠(yuǎn)程遙控潛器（ROV）；另一種稱為自治水下潛器（AUV）。前者是帶纜操作，后者是無纜操作。1.4機(jī)器人的應(yīng)用3、水下機(jī)器人“藍(lán)鰭金槍魚”水下機(jī)器人“探索者”號(hào)水下機(jī)器人1.4機(jī)器人的應(yīng)用4、無人機(jī)1.4機(jī)器人的應(yīng)用5、空間機(jī)器人“索杰納”火星車“玉兔號(hào)”月球車1.5機(jī)器人技術(shù)的發(fā)展智能機(jī)器人技術(shù)材料感知仿生網(wǎng)絡(luò)微型智能交互前沿技術(shù)探索多機(jī)器人協(xié)調(diào)技術(shù)人－機(jī)器人和諧共存與交互網(wǎng)絡(luò)化與移動(dòng)感知新型機(jī)構(gòu)與驅(qū)動(dòng)仿生運(yùn)動(dòng)與智能控制微納操作技術(shù)關(guān)鍵技術(shù)攻關(guān)仿生與生物機(jī)器人極地科考機(jī)器人助老助殘家庭服務(wù)微制造機(jī)器人裝備核工業(yè)機(jī)器人油氣管道檢測(cè)電力檢測(cè)機(jī)器人系統(tǒng)集成應(yīng)用示范1.5機(jī)器人技術(shù)的發(fā)展1、軟體機(jī)器人

軟體機(jī)器人與常見的剛硬材質(zhì)機(jī)器人不同，是一類由軟體驅(qū)動(dòng)材料構(gòu)成的新型仿生連續(xù)體機(jī)器人。

氣動(dòng)軟體機(jī)器人1.5機(jī)器人技術(shù)的發(fā)展2、感知與交互

軟體機(jī)器人與常見的剛硬材質(zhì)機(jī)器人不同，是一類由軟體驅(qū)動(dòng)材料構(gòu)成的新型仿生連續(xù)體機(jī)器人。表面肌電信號(hào)來控制機(jī)械臂1.5機(jī)器人技術(shù)的發(fā)展2、感知與交互利用腦電接口控制機(jī)械臂1.5機(jī)器人技術(shù)的發(fā)展3、智能技術(shù)

多機(jī)器人系統(tǒng)是近年來探索的一項(xiàng)新型智能技術(shù)。多機(jī)器人協(xié)作汽車裝配無人機(jī)集群偵察小結(jié)機(jī)器人的主要組成部分和功能。機(jī)器人的關(guān)鍵技術(shù)。機(jī)器人的應(yīng)用。機(jī)器人未來主要研究方向。35機(jī)器人控制技術(shù)與實(shí)踐

36第二章機(jī)器人的機(jī)械結(jié)構(gòu)系統(tǒng)2.1機(jī)械結(jié)構(gòu)系統(tǒng)的主要參數(shù)2.2機(jī)械臂2.3行走機(jī)構(gòu)2.4機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)實(shí)例2.53D打印37第二章機(jī)器人的機(jī)械結(jié)構(gòu)系統(tǒng)

機(jī)器人機(jī)械結(jié)構(gòu)系統(tǒng)是機(jī)器人的支承基礎(chǔ)和執(zhí)行機(jī)構(gòu)，具備完善、合理的結(jié)構(gòu)是保證機(jī)器人是能夠精準(zhǔn)、高效工作的基礎(chǔ)。機(jī)械結(jié)構(gòu)的缺陷會(huì)限制功能的發(fā)揮，即使程序再完美也無法達(dá)到期望的效果，因此機(jī)器人的機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)直接決定機(jī)器人工作性能的好壞。382.1機(jī)械結(jié)構(gòu)系統(tǒng)的主要參數(shù)

一、自由度

機(jī)器人的自由度是指確定機(jī)器人關(guān)節(jié)在空間的位置和姿態(tài)時(shí)所需要的獨(dú)立運(yùn)動(dòng)坐標(biāo)軸的數(shù)目，通常機(jī)器人的自由度數(shù)等于關(guān)節(jié)數(shù)目。392.1機(jī)械結(jié)構(gòu)系統(tǒng)的主要參數(shù)

二、工作范圍

工作范圍是指機(jī)器人執(zhí)行器（如手臂末端或手腕中心）所能到達(dá)的所有空間區(qū)域的集合，也稱為工作區(qū)域。

工作范圍的形狀取決于機(jī)器人的自由度數(shù)和各運(yùn)動(dòng)關(guān)節(jié)的類型與配置。（a）側(cè)視圖（b）俯視圖402.1機(jī)械結(jié)構(gòu)系統(tǒng)的主要參數(shù)

三、工作速度

工作速度是指機(jī)器人在工作載荷下，機(jī)械接口中心在單位時(shí)間內(nèi)勻速移動(dòng)的距離或轉(zhuǎn)動(dòng)的角度。

工作速度受機(jī)器人所承載的重量和位置精度有密切的關(guān)系，且影響著機(jī)器人的工作效率。412.1機(jī)械結(jié)構(gòu)系統(tǒng)的主要參數(shù)

四、工作載荷

工作載荷是指機(jī)器人在工作范圍內(nèi)的任何位姿上所能承受的最大負(fù)載，一般用質(zhì)量、力矩、慣性矩表示。

機(jī)器人的載荷與負(fù)載的質(zhì)量，以及移動(dòng)速度和加速度大小與方向有著密切關(guān)系。

工作載荷還受機(jī)器人末端操作器的質(zhì)量和慣性力影響，為了保證安全，一般將高速運(yùn)行時(shí)所能抓取的工件重量作為承載能力指標(biāo)。422.1機(jī)械結(jié)構(gòu)系統(tǒng)的主要參數(shù)

五、驅(qū)動(dòng)方式

驅(qū)動(dòng)裝置是機(jī)器人的動(dòng)力之源，目前機(jī)器人常用的三種驅(qū)動(dòng)器分別為液壓式、氣動(dòng)式和電氣式。

其選擇原則主要有：（1）驅(qū)動(dòng)裝置的選擇應(yīng)以作業(yè)要求、生產(chǎn)環(huán)境為先決條件，以價(jià)格高低、技術(shù)水平為評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)（2）驅(qū)動(dòng)裝置要求關(guān)鍵指標(biāo)：力矩大、調(diào)速范圍寬、慣量小和尺寸小432.1機(jī)械結(jié)構(gòu)系統(tǒng)的主要參數(shù)

六、精度

精度代表的是機(jī)器人在空間內(nèi)，將其執(zhí)行裝置定位到程序設(shè)定位置的能力。

通常機(jī)器人精度主要是指定位精度，具體是指機(jī)器人執(zhí)行末端實(shí)際能到達(dá)的位置與目標(biāo)位置之間的差異。442.1機(jī)械結(jié)構(gòu)系統(tǒng)的主要參數(shù)

七、重復(fù)性

重復(fù)性是指從同樣的位置開始，采用相同的程序、載荷和安裝設(shè)置，機(jī)器人的執(zhí)行機(jī)構(gòu)能夠到達(dá)目標(biāo)位置的有效球形空間半徑。

重復(fù)性代表了機(jī)器人的執(zhí)行機(jī)構(gòu)在相同的命令下，多次返回至同一位置的能力，可度量多次軌跡之間的誤差。它是衡量一系列誤差值的密集度，即重復(fù)度。452.1機(jī)械結(jié)構(gòu)系統(tǒng)的主要參數(shù)

八、分辨率

分辨率是指能夠由機(jī)器人執(zhí)行器實(shí)現(xiàn)的最小增量值，比如移動(dòng)距離或轉(zhuǎn)動(dòng)角度。

機(jī)器人通過傳感器控制運(yùn)動(dòng)和精確定位時(shí)，分辨率是重要的參數(shù)之一。目前多數(shù)機(jī)器人執(zhí)行機(jī)構(gòu)的分辨率是依據(jù)執(zhí)行機(jī)構(gòu)編碼器的分辨率，或伺服電機(jī)和傳動(dòng)裝置的步長來計(jì)算獲得。462.2機(jī)械臂

常見的各類機(jī)器人機(jī)械結(jié)構(gòu)主要分為三部分：機(jī)身、手臂（包括手腕）和手部。472.2機(jī)械臂

一、機(jī)械臂的結(jié)構(gòu)

機(jī)器人手臂是連接機(jī)身和手腕的部分，用于改變手部的空間位置，并將各種載荷傳遞到機(jī)座。

常見關(guān)節(jié)型機(jī)器人的機(jī)械臂主要由腰部、臂部和手腕組成。482.2機(jī)械臂

二、關(guān)節(jié)

關(guān)節(jié)，也稱為運(yùn)動(dòng)副，在運(yùn)動(dòng)學(xué)上是指兩個(gè)物體之間的連接，它限制了兩個(gè)物體間的相對(duì)運(yùn)動(dòng)，所以相互連接的兩個(gè)物體便構(gòu)成了一個(gè)關(guān)節(jié)。（a）垂直平移（b）平行平移（c）平面旋轉(zhuǎn)（d）空間旋轉(zhuǎn)492.2機(jī)械臂

1、平移關(guān)節(jié)

平移關(guān)節(jié)，又稱為平移副、棱柱關(guān)節(jié)或滑動(dòng)關(guān)節(jié)，是兩桿件間的組件能使其中一件相對(duì)于另一件作直線運(yùn)動(dòng)的關(guān)節(jié)。

平移關(guān)節(jié)有兩種基本類型：單級(jí)型和伸縮型。單級(jí)型關(guān)節(jié)由一個(gè)可以沿另一個(gè)固定表面移動(dòng)的表面組成。伸縮型關(guān)節(jié)本質(zhì)上是由單級(jí)型關(guān)節(jié)組合而成。502.2機(jī)械臂

2、旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)

旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)，又稱為回轉(zhuǎn)副、回轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)和轉(zhuǎn)動(dòng)關(guān)節(jié)，是連接兩桿件的組件能使其中一件相對(duì)于另一件繞固定軸轉(zhuǎn)動(dòng)的關(guān)節(jié)，兩個(gè)構(gòu)件之間只做相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)的運(yùn)動(dòng)副。

旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)的剛度或者抵抗其他干擾運(yùn)動(dòng)的能力是其最重要的評(píng)價(jià)指標(biāo)之一。在剛度設(shè)計(jì)中應(yīng)考慮的關(guān)鍵因素有軸的直徑、誤差和間隙，軸承的支撐結(jié)構(gòu)，以及在梁上加載合適的預(yù)載荷。512.2機(jī)械臂

三、腕部的結(jié)構(gòu)

機(jī)器人腕部是連接手部和手臂的部分，主要用于給手臂傳遞作業(yè)載荷和改變手部的空間方向。

腕部能分別在X、Y、Z三個(gè)坐標(biāo)軸的轉(zhuǎn)動(dòng)，即具有翻轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)（Roll，R關(guān)節(jié)）、折曲關(guān)節(jié)（Bend，B關(guān)節(jié)）、移動(dòng)關(guān)節(jié)（Translate，T關(guān)節(jié)）。522.2機(jī)械臂

三、腕部的結(jié)構(gòu)

532.2機(jī)械臂

四、手部結(jié)構(gòu)

機(jī)器人的手也叫末端操作器或末端執(zhí)行器，是在機(jī)械臂腕部配置的操作機(jī)構(gòu)，相當(dāng)于人的手，其主要作用是夾持工件或按照規(guī)定的程序完成指定的工作。

542.2機(jī)械臂

五、傳動(dòng)方式

機(jī)器人傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的基本要求主要有：（1）結(jié)構(gòu)緊湊，即同比體積最小、重量最輕；（2）傳動(dòng)剛度大，即承受力矩作用時(shí)變形要小，以提高整機(jī)的固有領(lǐng)率，降低整機(jī)的低頻振動(dòng)；（3）回差小，即旋轉(zhuǎn)變向時(shí)空行程要小，以得到較高的位置控制精度；（4）壽命長與價(jià)格低。

552.2機(jī)械臂

五、傳動(dòng)方式

1.齒輪傳動(dòng)

齒輪傳動(dòng)是通過齒輪傳遞空間任意兩軸間的運(yùn)動(dòng)和動(dòng)力，是現(xiàn)代機(jī)械傳動(dòng)中應(yīng)用最廣泛的一種機(jī)械傳動(dòng)方式。562.2機(jī)械臂

五、傳動(dòng)方式

2.帶傳動(dòng)

帶傳動(dòng)是利用張緊在帶輪上的柔性帶進(jìn)行運(yùn)動(dòng)或動(dòng)力傳遞的一種機(jī)械傳動(dòng)，通常由主動(dòng)輪1、從動(dòng)輪2和張緊在兩輪上的環(huán)形帶3組成。572.2機(jī)械臂

五、傳動(dòng)方式

3.鏈傳動(dòng)

鏈傳動(dòng)是通過鏈條與鏈輪的嚙合，將主動(dòng)鏈輪的運(yùn)動(dòng)和動(dòng)力傳遞到從動(dòng)鏈輪的一種傳動(dòng)方式。582.3行走機(jī)構(gòu)

行走機(jī)構(gòu)是機(jī)器人實(shí)現(xiàn)迅速靈活移動(dòng)的關(guān)鍵部分，它由驅(qū)動(dòng)裝置、位置檢測(cè)元件、傳動(dòng)機(jī)構(gòu)、傳感器、電纜及管路等組成。固定軌跡式主要應(yīng)用于工業(yè)機(jī)器人，而無固定軌跡式按機(jī)器人的行走方式可分為輪式、履帶式和足式。

592.3行走機(jī)構(gòu)

一、足式

足式行走機(jī)構(gòu)能較好地適應(yīng)崎嶇地形，因其行走觸地點(diǎn)是離散的，可選擇優(yōu)化其可能到達(dá)的地面支撐點(diǎn)，602.3行走機(jī)構(gòu)

一、足式

1.單足機(jī)器人

單足機(jī)器人因其單條腿的結(jié)構(gòu)特性，導(dǎo)致其平衡性較差，且行走困難。

早期的單足機(jī)器人是模仿青蛙的跳躍運(yùn)動(dòng)被設(shè)計(jì)為彈跳式機(jī)器人。

單足彈跳機(jī)器人相比輪式和爬行機(jī)器人可跳躍數(shù)倍于自身高度的障礙物，且彈跳運(yùn)動(dòng)的爆發(fā)性有利于其躲避危險(xiǎn)，這也促進(jìn)了單足彈跳機(jī)器的研究發(fā)展。612.3行走機(jī)構(gòu)

一、足式

2.雙足機(jī)器人

雙足機(jī)器人是仿人雙足直立行走和能完成相關(guān)動(dòng)作的類人機(jī)器人。

雙足步行機(jī)器人對(duì)非結(jié)構(gòu)性的復(fù)雜地面具有良好的適應(yīng)性、自動(dòng)化程度高，并且移動(dòng)盲區(qū)小等優(yōu)點(diǎn)，使其成為機(jī)器人領(lǐng)域的重要發(fā)展方向之一。622.3行走機(jī)構(gòu)

一、足式

3.多足機(jī)器人

多足機(jī)器人是一種具有冗余驅(qū)動(dòng)、多支鏈、時(shí)變拓?fù)溥\(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)的足式機(jī)器人。

多足一般指四足以及四足以上，常見多足機(jī)器人同雙足一樣多采用對(duì)稱式足部結(jié)構(gòu)，最典型的就是四足機(jī)器人和六足機(jī)器人。

632.3行走機(jī)構(gòu)

二、輪式

輪式行走機(jī)構(gòu)是以驅(qū)動(dòng)輪子來帶動(dòng)機(jī)器人進(jìn)行移動(dòng)，較適合平坦的路面，由于其具有自重輕、承載大、機(jī)構(gòu)簡單、驅(qū)動(dòng)和控制相對(duì)方便、行走速度快、工作效率高等特點(diǎn)，從而被廣泛應(yīng)用，在陸地機(jī)器人中輪式也是使用最多的行走機(jī)構(gòu)。

642.3行走機(jī)構(gòu)

二、輪式

1.車輪形式

輪式行走機(jī)構(gòu)的車輪形式取決于其使用的地形地貌和車輛載重情況。常見的車輪有：實(shí)心、充氣、全向輪（OmniWheel）或麥克納姆輪（MecanumWheel）。

652.3行走機(jī)構(gòu)

二、輪式

2.車輪的配置和轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)

車輪行走機(jī)構(gòu)根據(jù)車輪的數(shù)量可分為：一輪、二輪、三輪、四輪以及多輪機(jī)構(gòu)。其中，一輪和二輪行走機(jī)構(gòu)的穩(wěn)定性問題一定程度上限制了其應(yīng)用范圍；三輪和四輪則相對(duì)穩(wěn)定，被廣泛應(yīng)用于日常生活中的輪式行走機(jī)構(gòu)中。

662.3行走機(jī)構(gòu)

二、輪式

3.輪式越障機(jī)構(gòu)

常規(guī)的輪式行走機(jī)構(gòu)對(duì)崎嶇不平地面適應(yīng)性較差，為了提高輪式機(jī)器人的地面適應(yīng)能力，研究人員開發(fā)了輪式越障機(jī)構(gòu)。

672.3行走機(jī)構(gòu)

三、履帶式

履帶式行走機(jī)構(gòu)是輪式移動(dòng)機(jī)構(gòu)的拓展，其通過在驅(qū)動(dòng)輪和一系列滾輪外側(cè)環(huán)繞循環(huán)履帶，使車輪不直接與地面接觸，而是通過循環(huán)履帶與地面發(fā)生作用，再通過驅(qū)動(dòng)輪帶動(dòng)履帶，實(shí)現(xiàn)車輪在履帶上的相對(duì)滾動(dòng)的同時(shí)，履帶在地面反復(fù)連續(xù)向前鋪設(shè)，從而帶動(dòng)底盤運(yùn)動(dòng)。

682.3行走機(jī)構(gòu)

三、履帶式

1.履帶式行走機(jī)構(gòu)的組成與形狀

履帶式行走機(jī)構(gòu)主要由履帶、驅(qū)動(dòng)鏈輪、支撐輪、拖帶輪和張緊輪組成。

692.3行走機(jī)構(gòu)

三、履帶式

1.履帶式行走機(jī)構(gòu)的組成與形狀

常見的履帶式行走機(jī)構(gòu)的形狀有：一字形和倒梯形。

702.4機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)實(shí)例

本節(jié)主要介紹如何通過SolidWorksCAD軟件來制作一個(gè)結(jié)構(gòu)件實(shí)例。一、SolidWorks簡介SolidWorksCAD軟件是一款機(jī)械自動(dòng)化設(shè)計(jì)的應(yīng)用程序。用戶使用它能快速地按照其設(shè)計(jì)思路繪制草圖，嘗試運(yùn)用多種模型特性與不同尺寸，生成模型和工程圖。712.4機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)實(shí)例

二、SolidWorks基礎(chǔ)知識(shí)

1、用戶界面SolidWorks應(yīng)用程序的用戶界面包括：文檔窗口、工具和功能選擇等，幫助高效率地生成和編輯模型。SolidWorks文檔窗口的管理器窗口主要包括：FeatureManager、PropertyManager和ConfigurationManager。SolidWorks應(yīng)用程序可通過多種方式來選擇不同功能并執(zhí)行任務(wù)。當(dāng)執(zhí)行某項(xiàng)任務(wù)時(shí)，例如繪制實(shí)體的草圖或應(yīng)用特征，SolidWorks應(yīng)用程序還會(huì)給出反饋，例如指針、推理線、預(yù)覽等。722.4機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)實(shí)例

二、SolidWorks基礎(chǔ)知識(shí)

2、草圖草圖是大多數(shù)三維模型的基礎(chǔ)。通常，創(chuàng)建模型的第一步就是繪制草圖，隨后可以從草圖生成特征。將一個(gè)或多個(gè)特征組合即生成零件。然后，可以組合和配合適當(dāng)?shù)牧慵陨裳b配體。從零件或裝配體，就可以生成工程圖。732.4機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)實(shí)例

二、SolidWorks基礎(chǔ)知識(shí)

3、特征完成草圖以后，使用拉伸或旋轉(zhuǎn)等特征來生成三維模型。742.4機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)實(shí)例

二、SolidWorks基礎(chǔ)知識(shí)

4、裝配體裝配體是多個(gè)相關(guān)零件的集合，該SolidWorks文件的擴(kuò)展名為.sldasm。裝配體最少可以包含兩個(gè)零部件，最多可以包含超過一千個(gè)零部件。這些零部件可以是零件，也可以是稱為子裝配體的其它裝配體。752.4機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)實(shí)例

二、SolidWorks基礎(chǔ)知識(shí)

5、工程圖工程圖可以由零件或裝配體模型生成。工程圖提供有多個(gè)視圖，例如標(biāo)準(zhǔn)三視圖和等軸側(cè)視圖等，還可以從模型文件導(dǎo)入尺寸并且添加工程圖注解（例如基準(zhǔn)目標(biāo)符號(hào)）等。762.4機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)實(shí)例

二、SolidWorks基礎(chǔ)知識(shí)

6、模型編輯使用SolidWorks的FeatureManager和PropertyManager編輯草圖、工程圖、零件或裝配體。還可以通過在圖形區(qū)域中直接選擇特征和草圖來編輯它們。有了這種直觀的方法，就不需要再知道特征的名稱。編輯功能包括：編輯草圖、編輯特征、隱藏和顯示、壓縮和解除壓縮、退回。772.4機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)實(shí)例

三、制作零件

零件是每個(gè)SolidWorks模型的基本組件。要生成的每個(gè)裝配體和工程圖均由零件制作而成。通過此部分的學(xué)習(xí)可對(duì)SolidWorks的零件制作和常用工具的功能有大致的了解。1、圓形底座782.4機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)實(shí)例

三、制作零件

2、電機(jī)模型電機(jī)模型的制作與上述圓形底座的制作過程類似，只是草圖形狀有所不同，主要也使用了SolidWorks的拉伸凸臺(tái)操作。792.4機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)實(shí)例

三、制作零件

3、載物架載物架的制作除了使用了SolidWorks的拉伸凸臺(tái)工具，還有線性陣列、放樣凸臺(tái)和切除拉伸。802.4機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)實(shí)例

四、組建裝配體上述的圓盤底座、電機(jī)模型和載物隔擋三個(gè)零件制作完成后，則可利用SolidWorks的組裝文件將其裝配在一起生成裝配體。812.4機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)實(shí)例

四、組建裝配體5、生成工程圖SolidWorks可為設(shè)計(jì)的實(shí)體零件和裝配體建立工程圖。零件、裝配體和工程圖是互相鏈接的文件，即對(duì)零件或裝配體所做的任何更改會(huì)使得工程圖文件的對(duì)應(yīng)變更。（1）創(chuàng)建新的工程圖文件（2）設(shè)置繪圖標(biāo)準(zhǔn)和單位（3）插入標(biāo)準(zhǔn)三視圖（4）插入等軸測(cè)模型視圖（5）給工程視圖標(biāo)注尺寸822.53D打印

通過SolidWorks等機(jī)械設(shè)計(jì)軟件完成機(jī)器人結(jié)構(gòu)件設(shè)計(jì)后，可使用3D打印機(jī)快速制作出結(jié)構(gòu)件實(shí)物，進(jìn)行結(jié)構(gòu)件的初步測(cè)試，可及時(shí)發(fā)現(xiàn)問題改進(jìn)設(shè)計(jì)。3D打印的具體步驟如下：（1）建模（2）切片處理（3）打印過程（4）后期處理83機(jī)器人控制技術(shù)與實(shí)踐84第三章機(jī)器人電路設(shè)計(jì)3.1機(jī)器人的電源系統(tǒng)3.2機(jī)器人的驅(qū)動(dòng)器系統(tǒng)3.3機(jī)器人常見電路接口3.4機(jī)器人處理控制器3.5機(jī)器人的串口通信85第三章機(jī)器人電路設(shè)計(jì)

機(jī)器人是模仿人或者其他生物制作出來的自動(dòng)化機(jī)器。機(jī)器人如何給自身補(bǔ)充能量？如何執(zhí)行動(dòng)作？863.1機(jī)器人的電源系統(tǒng)

一、機(jī)器人供電方式1、電纜供電方式適用于功率較大的機(jī)器人873.1機(jī)器人的電源系統(tǒng)

一、機(jī)器人供電方式2、電池供電方式適用于移動(dòng)機(jī)器人883.1機(jī)器人的電源系統(tǒng)二、鋰電池

靠鋰離子在正負(fù)極之間的轉(zhuǎn)移來完成電池充放電工作893.1機(jī)器人的電源系統(tǒng)二、鋰電池1、鋰電池的主要參數(shù)（1）電池容量（2）標(biāo)稱電壓（3）充電終止電壓

903.1機(jī)器人的電源系統(tǒng)二、鋰電池1、鋰電池的主要參數(shù)航模電池中的參數(shù)25C20C指的是放電的倍率。航模電池還有一個(gè)參數(shù)叫放電量多少M(fèi)A，比如是3000MA，那么這個(gè)電池能承受的最大電流是：3000ma*25=75A,對(duì)應(yīng)選擇合適的電調(diào)。電池放電C率，1C,2C,0.2C是電池放電速率：表示放電快慢的一種量度。所用的容量1小時(shí)放電完畢，稱為1C放電；5小時(shí)放電完畢，則稱為1/5=0.2C放電。

913.1機(jī)器人的電源系統(tǒng)二、鋰電池2、鋰電池的正確使用方法（1）按照規(guī)定充電（2）切不可過分放電（3）長期不使用，需要取出

923.1機(jī)器人的電源系統(tǒng)二、鋰電池3、鋰電池的接插口

T型頭公母一對(duì)T60公母一對(duì)

933.1機(jī)器人的電源系統(tǒng)二、鋰電池3、鋰電池的接插口

品字型插頭

轉(zhuǎn)換頭

943.1機(jī)器人的電源系統(tǒng)三、直流穩(wěn)壓電路1、穩(wěn)壓二極管構(gòu)成的穩(wěn)壓電路

穩(wěn)壓二極管適合給那些電流消耗不大的電路（一般為1A或者2A）進(jìn)行穩(wěn)壓。953.1機(jī)器人的電源系統(tǒng)三、直流穩(wěn)壓電路1、穩(wěn)壓二極管構(gòu)成的穩(wěn)壓電路

穩(wěn)壓二極管適合給那些電流消耗不大的電路（一般為1A或者2A）進(jìn)行穩(wěn)壓。963.1機(jī)器人的電源系統(tǒng)三、直流穩(wěn)壓電路2、

集成式直流穩(wěn)壓模塊

穩(wěn)壓模塊在選用時(shí)要注意輸出電壓、輸入電壓和最大輸出電流參數(shù)973.1機(jī)器人的電源系統(tǒng)四、充電裝置

1、充電器技術(shù)參數(shù)輸入電壓：100-240V；輸入頻率：50-60HZ；單節(jié)鋰電池充電電壓:4.2V。983.1機(jī)器人的電源系統(tǒng)四、充電裝置

1、常見鋰電池充電器B3充電器，一般也叫簡易充電器，可以充2S電池（7.4V，即兩節(jié)單節(jié)大小為4.2V鋰電池串聯(lián)而成的電池）或者3S電池（11.1V，即三節(jié)單節(jié)大小為4.2V鋰電池串聯(lián)而成的電池）。每次只允許插入一種電池。993.1機(jī)器人的電源系統(tǒng)四、充電裝置

1、常見鋰電池充電器B6充電器，可以充1-6S電池（7.4V，即兩節(jié)單節(jié)大小為4.2V鋰電池串聯(lián)而成的電池充電。每次只允許插入一種電池。1003.2機(jī)器人的驅(qū)動(dòng)器系統(tǒng)一、驅(qū)動(dòng)器種類

1、電器驅(qū)動(dòng)器2、液壓驅(qū)動(dòng)器3、氣動(dòng)驅(qū)動(dòng)器等。1013.2機(jī)器人的驅(qū)動(dòng)器系統(tǒng)二、電機(jī)

電動(dòng)機(jī)是一種旋轉(zhuǎn)式電動(dòng)機(jī)器，它將電能轉(zhuǎn)變?yōu)闄C(jī)械能，它主要包括一個(gè)用以產(chǎn)生磁場的電磁鐵繞組或分布的定子繞組和一個(gè)旋轉(zhuǎn)電樞或轉(zhuǎn)子。1、電機(jī)種類按工作電源種類劃分：可分為直流電機(jī)和交流電機(jī)。按結(jié)構(gòu)及工作原理可劃分：無刷直流電動(dòng)機(jī)和有刷直流電動(dòng)機(jī)；交流電機(jī)可劃分：單相電機(jī)和三相電機(jī)。1023.2機(jī)器人的驅(qū)動(dòng)器系統(tǒng)二、電機(jī)2、電機(jī)型號(hào)Y2-160M1-8：Y表示機(jī)型為異步電動(dòng)機(jī)；2為設(shè)計(jì)序號(hào)，“2”表示第一次基礎(chǔ)上改進(jìn)設(shè)計(jì)的產(chǎn)品；160為中心高，是軸中心到機(jī)座平面高度；M1為機(jī)座長度規(guī)格，M是中型，其中腳注“2”是M型鐵心的第二種規(guī)格，而“2”型比“1”型鐵心長。8為極數(shù)，“8”是指8極電動(dòng)機(jī)。

1033.2機(jī)器人的驅(qū)動(dòng)器系統(tǒng)二、電機(jī)3、驅(qū)動(dòng)電路（LM298）

電機(jī)旋轉(zhuǎn)方式控制端IN1控制端IN2控制端IN3控制端IN4輸入PWM信號(hào)改變脈寬可調(diào)速調(diào)速端A調(diào)速端BM1正轉(zhuǎn)高低//高/反轉(zhuǎn)低高//高/停止低低//高/M2正轉(zhuǎn)//高低/高反轉(zhuǎn)//低高/高停止低低///高1043.2機(jī)器人的驅(qū)動(dòng)器系統(tǒng)三、舵機(jī)（伺服電機(jī)）

舵機(jī)主要由以下幾個(gè)部分組成，

舵盤、減速齒輪組、位置反饋電位計(jì)、直流電機(jī)、

控制電路板等。1053.2機(jī)器人的驅(qū)動(dòng)器系統(tǒng)三、舵機(jī)（伺服電機(jī)）

1、舵機(jī)的工作原理1063.2機(jī)器人的驅(qū)動(dòng)器系統(tǒng)三、舵機(jī)（伺服電機(jī)）

2、舵機(jī)的接口及供電方式舵機(jī)的輸入線共有三條，

紅色中間，

是電源線，一邊黑色（棕）的是地線，

這輛根線給舵機(jī)提供最基本的能源保證，主要是電機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)消耗，還有一條白色（橙色）是信號(hào)線，用于調(diào)速。供電有6V或者4.8V直流。1073.2機(jī)器人的驅(qū)動(dòng)器系統(tǒng)三、舵機(jī)（伺服電機(jī)）

3、用單片機(jī)來控制舵機(jī)（1）控制速度舵機(jī)和角度舵機(jī)工作（2）角度舵機(jī)的調(diào)速方法（3）模擬舵機(jī)和數(shù)字舵機(jī)1083.3機(jī)器人常見電路接口一、ADC接口電路

在機(jī)器人制作過程中經(jīng)常會(huì)用到模擬傳感器，模擬傳感器輸出的信號(hào)是模擬信號(hào)，由于單片機(jī)只能處理數(shù)字信號(hào)，不能直接讀取模擬信號(hào)。類型并行比較器分級(jí)型逐次逼近型積分型VFC型主要特點(diǎn)超高速高速速度、精度、價(jià)格等綜合性價(jià)比高高精度、低成本、高抗干擾能力低成本、高分辨率分辨率6108-168-1616-248-16轉(zhuǎn)換時(shí)間幾十ns幾十-幾百ns幾十-幾百kSPS幾十kSPS幾-幾十SPS價(jià)格高高中中低主要用途超高速視頻處理視頻處理高速數(shù)據(jù)采集數(shù)據(jù)采集工業(yè)控制音頻處理數(shù)字儀表數(shù)字儀表簡易ADC典型器件TLC5510MAX1200TLC0831AD7705AD6501093.3機(jī)器人常見電路接口二、上拉和下拉電路

上拉就是將不確定的信號(hào)通過一個(gè)電阻鉗位在高電平，電阻同時(shí)起限流作用，下拉同理，上拉是對(duì)器件注入電流，下拉是輸出電流。在電路連接上，上拉電阻就是電阻一端接VCC，一端接邏輯電平接入引腳(如單片機(jī)引腳)，如圖4-26所示。下拉電阻就是電阻一端接GND，一端接邏輯電平接入引腳(如單片機(jī)引腳)，如圖4-27所示。1103.3機(jī)器人常見電路接口二、上拉和下拉電路

上拉和下拉電阻有很多應(yīng)用的場合(1)當(dāng)TTL電路驅(qū)動(dòng)COMS電路時(shí)，如果TTL電路輸出的高電平低于COMS電路的最低高電平（一般為3.5V），這時(shí)就需要在TTL的輸出端接上拉電阻，以提高輸出高電平的值。(2)OC門電路必須加上拉電阻，才能使用。(3)為加大輸出引腳的驅(qū)動(dòng)能力，有的單片機(jī)管腳上也常使用上拉電阻。(4)在COMS芯片上，為了防止靜電造成損壞，不用的管腳不能懸空，一般接上拉電阻產(chǎn)生降低輸入阻抗，提供泄荷通路。(5)芯片的管腳加上拉電阻來提高輸出電平，從而提高芯片輸入信號(hào)的噪聲容限增強(qiáng)抗干擾能力。1113.3機(jī)器人常見電路接口二、上拉和下拉電路

上拉和下拉電阻有很多應(yīng)用的場合(6)提高總線的抗電磁干擾能力。管腳懸空就比較容易接受外界的電磁干擾。(7)長線傳輸中電阻不匹配容易引起反射波干擾，加上下拉電阻是電阻匹配，有效的抑制反射波干擾。(8)對(duì)于非集電極(或漏極)開路輸出型電路(如普通門電路)提升電流和電壓的能力是有限的，上拉電阻的功能主要是為集電極開路輸出型電路輸出電流通道。1123.3機(jī)器人常見電路接口三、OC/OD門電路

04機(jī)器人的供電方式3.4機(jī)器人處理控制器一、單片機(jī)字長：CPU能并行處理二進(jìn)制的數(shù)據(jù)位數(shù)8位機(jī)、16位機(jī)、32位機(jī)和64位機(jī)；內(nèi)存容量：存儲(chǔ)單元能容納的二進(jìn)制數(shù)的位數(shù)；容量單位：1K，1M、8K、64K、16M、64M；運(yùn)算速度：CPU處理速度；內(nèi)存存取時(shí)間：內(nèi)存讀寫速度50nS、70nS、200nS。04機(jī)器人的供電方式3.4機(jī)器人處理控制器一、單片機(jī)04機(jī)器人的供電方式3.4機(jī)器人處理控制器二、51系列單片機(jī)端口線（4×8=32條）:P0;P1;P2;P3電源線（2條）:VCC;GND控制線（6條）:RST;晶振等04機(jī)器人的供電方式3.4機(jī)器人處理控制器二、51系列單片機(jī)端口線（4×8=32條）:P0;P1;P2;P3電源線（2條）:VCC;GND控制線（6條）:RST;晶振等04機(jī)器人的供電方式3.4機(jī)器人處理控制器二、51系列單片機(jī)04機(jī)器人的供電方式3.4機(jī)器人處理控制器二、STM32系列單片機(jī)04機(jī)器人的供電方式3.4機(jī)器人處理控制器二、STM32系列單片機(jī)①HSI是高速內(nèi)部時(shí)鐘，RC振蕩器,頻率為8MHz。②HSE是高速外部時(shí)鐘,可接石英/陶瓷諧振器,或者接外部時(shí)鐘源，頻率范圍為4MHz~16MHz。我們的開發(fā)板接的是8M的晶振。③LSI是低速內(nèi)部時(shí)鐘，RC振蕩器，頻率為40kHz。獨(dú)立看門狗的時(shí)鐘源只能是LSI,同時(shí)LSI還可以作為RTC的時(shí)鐘源。④LSE是低速外部時(shí)鐘，接頻率為32.768kHz的石英晶體。這個(gè)主要是RTC的時(shí)鐘源。⑤PLL為鎖相環(huán)倍頻輸出，其時(shí)鐘輸入源可選擇為HSI/2、HSE或者HSE/2。倍頻可選擇為2~16倍，但是其輸出頻率最大不得超過72MHz1203.5機(jī)器人中的串口通信一、串行通信和并行通信

并行通信

串行通信1213.5機(jī)器人中的串口通信二、串行通信原理

1、異步通信方式1223.5機(jī)器人中的串口通信二、串行通信原理

2、同步通信方式1233.4機(jī)器人中的串口通信三、串行通信應(yīng)用

1、TTL：全雙工1243.5機(jī)器人中的串口通信三、串行通信應(yīng)用

2、RS232：

全雙工1253.5機(jī)器人中的串口通信三、串行通信應(yīng)用

3、不同電平接口通信串口轉(zhuǎn)換模塊小結(jié)機(jī)器人電源系統(tǒng)的組成。機(jī)器人驅(qū)動(dòng)器系統(tǒng)。機(jī)器人常用電路接口種類。機(jī)器人處理控制器的種類及用法。機(jī)器人中的串口通信方式。127機(jī)器人控制技術(shù)與實(shí)踐

128第四章機(jī)器人中的傳感器4.1傳感器4.2測(cè)距傳感器4.3灰度和顏色傳感器4.4視覺傳感器4.5慣性測(cè)量傳感器129第四章機(jī)器人中的傳感器

機(jī)器人是由計(jì)算機(jī)控制的復(fù)雜機(jī)器，為了不完全依賴人的操縱而完成一定的作業(yè)任務(wù)，它就需要具備一定程度的智能。為了完成與外部交互，就需具有類似人的感官功能。機(jī)器人傳感器在機(jī)器人的控制中起了非常重要的作用，傳感器猶如人類的感知器官，是機(jī)器人感知世界的媒介。1304.1傳感器

一、傳感器的概念

傳感器是一種能把物理量或化學(xué)量轉(zhuǎn)變成便于利用的電信號(hào)的器件。國際電工委員會(huì)的定義為：“傳感器是測(cè)量系統(tǒng)中的一種前置部件,它將輸入變量轉(zhuǎn)換成可供測(cè)量的信號(hào)”。按照Gopel等的說法是：“傳感器是包括承載體和電路連接的敏感元件”,而“傳感器系統(tǒng)則是組合有某種信息處理(模擬或數(shù)字)能力的系統(tǒng)”。1314.1傳感器

一、傳感器的組成

1324.1傳感器

一、傳感器的功能1、敏感元件直接感受被測(cè)量，并輸出與被測(cè)量有確定關(guān)系的物理量信號(hào)；2、轉(zhuǎn)換元件將敏感元件輸出的物理量信號(hào)轉(zhuǎn)換為電信號(hào)；3、變換電路負(fù)責(zé)對(duì)轉(zhuǎn)換元件輸出的電信號(hào)進(jìn)行放大調(diào)制；4、轉(zhuǎn)換元件和變換電路一般還需要輔助電源供電。1334.1傳感器

一、傳感器的分類1、根據(jù)檢測(cè)對(duì)象：內(nèi)部傳感器和外部傳感器；2、根據(jù)敏感元件：熱敏元件、光敏元件、氣敏元件、力敏元件、磁敏元件、濕敏元件、聲敏元件、放射線敏感元件、色敏元件和味敏元件等十大類；3、按輸出信號(hào)：模擬傳感器、數(shù)字傳感器、開關(guān)傳感器；4、按作用形式：主動(dòng)型傳感器、被動(dòng)型傳感器。1344.1傳感器

一、傳感器的參數(shù)1、傳感器線性度；2、靈敏度；3、傳感器分辨率；4、線性范圍；5、傳感器穩(wěn)定性；6、傳感器精度。

1354.2測(cè)距傳感器

在機(jī)器人運(yùn)動(dòng)和作業(yè)過程中，通常需要測(cè)度與目標(biāo)物或背景物的距離。距離傳感器可用于機(jī)器人導(dǎo)航和回避障礙物，也可用于機(jī)器人空間內(nèi)的物體進(jìn)行定位及確定其一般形狀特征。最常用有超聲波傳感器、激光傳感器和紅外傳感器。1364.2測(cè)距傳感器

一、超聲波傳感器超聲波傳感器是利用超聲波的特性研制而成的傳感器，它可將超聲波信號(hào)轉(zhuǎn)換成其他能量信號(hào)（通常是電信號(hào)）。超聲波傳感器主要通過發(fā)送超聲波并接受超聲波來對(duì)被檢測(cè)物進(jìn)行非接觸式無磨損的檢測(cè)。超聲波傳感器通常由發(fā)送器、接收器、控制部分與電源部分組成。1374.2測(cè)距傳感器

一、超聲波傳感器

該模塊有四個(gè)外接端口：VCC、trig、echo、GND。其中VCC是外加電源端口，通常在5V左右，GND是接地端，trig是控制端口，用于上位機(jī)產(chǎn)生觸發(fā)模塊測(cè)距的脈沖，echo是接收端口，用于檢測(cè)超聲波模塊的返回。1384.2測(cè)距傳感器

一、超聲波傳感器

模塊的工作過程如下：（1）初始化。初始化時(shí)將trig和echo端口都置低。（2）觸發(fā)測(cè)距。（3）捕捉返回。（4）計(jì)算距離。圖5-4HC-SR04超聲波模塊1394.2測(cè)距傳感器

二、激光測(cè)距傳感器激光傳感器是利用激光技術(shù)進(jìn)行測(cè)量的傳感器。它由激光器、激光檢測(cè)器和測(cè)量電路組成。它通過記錄并處理從光脈沖發(fā)出到返回被接收所經(jīng)歷的時(shí)間，即可測(cè)定目標(biāo)距離。利用激光的高方向性、高單色性和高亮度等特點(diǎn)可實(shí)現(xiàn)無接觸遠(yuǎn)距離測(cè)量。它的優(yōu)點(diǎn)是速度快，精度高，量程大，抗光、電干擾能力強(qiáng)等。1404.2測(cè)距傳感器

二、激光測(cè)距傳感器1、工作原理激光傳感器工作時(shí)，先由激光發(fā)射二極管對(duì)準(zhǔn)目標(biāo)發(fā)射激光脈沖。經(jīng)目標(biāo)反射后激光向各方向散射。部分散射光返回到傳感器接收器，被光學(xué)系統(tǒng)接收后成像到雪崩光電二極管上。雪崩光電二極管是一種內(nèi)部具有放大功能的光學(xué)傳感器，因此它能檢測(cè)極其微弱的光信號(hào)，并將其轉(zhuǎn)化為相應(yīng)的電信號(hào)。激光測(cè)距一般采用三種方式來測(cè)量距離：脈沖法、相位法和三角測(cè)距法。141圖5-8L1A05RS232激光測(cè)距傳感器L1A05R3232模塊是一種基于相位式測(cè)量原理的激光測(cè)距模塊，它的測(cè)量范圍為0.03-50米，分辨率為1毫米。當(dāng)用于測(cè)量距離時(shí)，它與外部設(shè)備有四個(gè)引腳相連，即電源、地、TX和RX，電源通常為5V，TX和RX用于和上位機(jī)通過串口通信，默認(rèn)的通信速率為19200比特/秒。4.2測(cè)距傳感器1424.2測(cè)距傳感器

三、紅外傳感器紅外傳感器是一種以紅外線為介質(zhì)來完成測(cè)量功能的傳感器，具有響應(yīng)速度快等諸多優(yōu)點(diǎn)，現(xiàn)已在工農(nóng)業(yè)、國防、科技等諸多領(lǐng)域應(yīng)用廣泛。紅外傳感器可根據(jù)某些條件的不同進(jìn)行進(jìn)一步的分類。根據(jù)紅外線對(duì)射管的驅(qū)動(dòng)方式不同可分為電平型和脈沖型;根據(jù)探測(cè)原理的不同可分為光子探測(cè)器(探測(cè)原理基于光電效應(yīng)的)和熱探測(cè)器(探測(cè)原理基于熱效應(yīng))；根據(jù)功能的不同可分為輻射計(jì)、搜索跟蹤系統(tǒng)、熱成像系統(tǒng)、紅外測(cè)距通信系統(tǒng)和混合系統(tǒng)五大類。

1434.2測(cè)距傳感器

三、紅外傳感器

1、工作原理（1）時(shí)間差法測(cè)距原理（2）反射能量法測(cè)距原理（3）相位法測(cè)距原理（4）三角測(cè)量原理

1444.2測(cè)距傳感器三、紅外傳感器

2、紅外測(cè)距傳感器的應(yīng)用

圖5-12SharpGP2Y0A21YK0F模塊模塊對(duì)外有三個(gè)端口，分別為VCC、Vo和GND。VCC是外加電源端口，通?？稍O(shè)定為5V左右，GND接地，Vo是測(cè)量信號(hào)模擬輸出，大小與測(cè)量距離相對(duì)應(yīng)，可直接和外部的A/D電路相連，轉(zhuǎn)換為數(shù)字值。1454.3灰度傳感器

灰度傳感器利用不同顏色的檢測(cè)面對(duì)光的反射程度不同，光敏電阻對(duì)不同檢測(cè)面返回的光其阻值也不同的原理進(jìn)行顏色深淺檢測(cè)。它輸出的是連續(xù)的模擬信號(hào)，因而能很容易地通過A/D轉(zhuǎn)換器或簡單的比較器實(shí)現(xiàn)對(duì)物體反射率的判斷，是一種實(shí)用的機(jī)器人巡線傳感器。1464.3灰度傳感器1、工作原理

圖5-14灰度探測(cè)傳感器工作原理

灰度傳感器包括一只發(fā)光二極管和一只光敏電阻，安裝在同一個(gè)平面上。在有效的檢測(cè)距離內(nèi)，發(fā)光二極管發(fā)出白光，照射在檢測(cè)面上，檢測(cè)面反射部分光線，由光敏電阻檢測(cè)此光線的強(qiáng)度。由于光敏電阻的阻值大小隨照射光線的強(qiáng)弱而變化，在連接外部電路時(shí)，可以根據(jù)檢測(cè)到的信號(hào)大小，判斷檢測(cè)面的顏色深淺。1474.3灰度傳感器1、灰度傳感器得應(yīng)用（1）數(shù)字式灰度傳感器圖5-15SEN1595模塊對(duì)外接口有三個(gè)，分別為VCC（電源）、GND（地）和SIG（輸出信號(hào)），其中供電電壓4-6VDC，推薦5V左右。

1484.3灰度傳感器1、灰度傳感器得應(yīng)用（1）模擬式灰度傳感器

圖5-16RB-02S078A模擬灰度傳感器對(duì)外接口有三個(gè)，分別為VCC（+）、GND（-）和S（輸出信號(hào)）。1494.3顏色傳感器

顏色傳感器是一種可以識(shí)別物體顏色的傳感器，它將物體的表面顏色轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的電壓或不同頻率的方波輸出，后續(xù)微處理器與預(yù)先定義好的參考顏色進(jìn)行比較，當(dāng)兩者在一定的誤差范圍內(nèi)相吻合時(shí)，輸出顏色檢測(cè)結(jié)果。

1504.3顏色傳感器

2、顏色傳感器的應(yīng)用

（a）

（b）

（c）TCS230顏色傳感器小結(jié)傳感器的分類和參數(shù)。測(cè)距傳感器的種類及用法?；叶葌鞲衅骱皖伾珎鞲衅鞯姆N類及應(yīng)用。152機(jī)器人控制技術(shù)與實(shí)踐

153第五章機(jī)器人控制系統(tǒng)5.1機(jī)器人的底層控制5.2機(jī)器人的上層控制5.3機(jī)器人控制的MATLAB仿真154第五章機(jī)器人控制系統(tǒng)

機(jī)器人控制技術(shù)，從廣義上可以分為機(jī)器人的底層控制和上層控制。

底層控制主要是通過傳感器采集各種基本信息，通過簡單的算法實(shí)現(xiàn)機(jī)器人的簡單行走，實(shí)質(zhì)包含傳感器的控制、電機(jī)和舵機(jī)控制以及最基礎(chǔ)的PID控制方法；

上層控制主要包含機(jī)器人的路徑規(guī)劃、足式機(jī)器人的步態(tài)規(guī)劃以及多機(jī)器人協(xié)作控制方法等。04機(jī)器人的供電方式5.1機(jī)器人的底層控制

1、PID運(yùn)動(dòng)控制

巡線機(jī)器人如何使用PID？04機(jī)器人的供電方式5.1機(jī)器人的底層控制

1、PID運(yùn)動(dòng)控制04機(jī)器人的供電方式5.1機(jī)器人的底層控制

1、PID運(yùn)動(dòng)控制04機(jī)器人的供電方式3.1機(jī)器人的底層控制PID控制是一種基于偏差“過去、現(xiàn)在、未來”信息估計(jì)的有效而簡單的控制算法。1、PID運(yùn)動(dòng)控制04機(jī)器人的供電方式5.1機(jī)器人的底層控制PID控制是一種基于偏差“過去、現(xiàn)在、未來”信息估計(jì)的有效而簡單的控制算法。

對(duì)偏差按比例、積分和微分通過線性組合構(gòu)成控制量，對(duì)被控對(duì)象進(jìn)行控制1、PID運(yùn)動(dòng)控制04機(jī)器人的供電方式5.1機(jī)器人的底層控制

比例作用的引入是為了及時(shí)成比例地反映控制系統(tǒng)的偏差信號(hào)，系統(tǒng)偏差一旦產(chǎn)生，調(diào)節(jié)器立即產(chǎn)生與其成比例的控制作用，以減小偏差。比例控制反應(yīng)快，但對(duì)某些系統(tǒng)，可能存在穩(wěn)態(tài)誤差，加大比例系數(shù)、系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)誤差減小，但穩(wěn)定性可能變差。隨著比例系數(shù)的增大，穩(wěn)態(tài)誤差減小，同時(shí)動(dòng)態(tài)性能變差，振蕩比較嚴(yán)重。

積分作用的引人是為了使系統(tǒng)消除穩(wěn)態(tài)誤差，提高系統(tǒng)的無差度，以保證實(shí)現(xiàn)對(duì)設(shè)定值的無靜差跟蹤。

微分作用的引入主要是為了改善控制系統(tǒng)的響應(yīng)速度和穩(wěn)定性。微分作用能反映系統(tǒng)偏差的變化率，預(yù)見偏差變化的趨勢(shì)，因此能產(chǎn)生超前的控制作用。直觀而言，微分作用能在偏差還沒有形成之前，就已經(jīng)消除偏差。因此，微分作用可以改善系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)性能。1、PID運(yùn)動(dòng)控制04機(jī)器人的供電方式3.1機(jī)器人的底層控制2、智能PID參數(shù)整定（1）基于繼電反饋的PID參數(shù)自整定

繼電反饋控制結(jié)構(gòu)04機(jī)器人的供電方式5.1機(jī)器人的底層控制2、智能PID參數(shù)整定（2）基于模糊PID控制的參數(shù)自整定模糊PID控制自整定控制器結(jié)構(gòu)04機(jī)器人的供電方式5.1機(jī)器人的底層控制2、智能PID參數(shù)整定（3）基于神經(jīng)網(wǎng)路PID的參數(shù)整定基于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)自適應(yīng)PID控制系統(tǒng)04機(jī)器人的供電方式5.1機(jī)器人的底層控制2、智能PID參數(shù)整定（4）基于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的模糊PID參數(shù)整定基于神經(jīng)絡(luò)的模糊PID控制系統(tǒng)04機(jī)器人的供電方式5.2機(jī)器人的上層控制1、路徑規(guī)劃機(jī)器人通過各種傳感器獲取環(huán)境信息,利用人工智能進(jìn)行識(shí)別、理解、推理并做出判斷和決策來完成一定的任務(wù)。

智能機(jī)器人路徑規(guī)劃是指在有障礙物的工作環(huán)境中,如何尋找一條從給定起點(diǎn)到終點(diǎn)適當(dāng)?shù)倪\(yùn)動(dòng)路徑,使機(jī)器人在運(yùn)動(dòng)過程中能安全、無碰地繞過所有障礙物。已知障礙（靜態(tài)）未知障礙（動(dòng)態(tài)）各種比賽機(jī)器人巡邏機(jī)器人戰(zhàn)場機(jī)器人醫(yī)療機(jī)器人排爆機(jī)器人04機(jī)器人的供電方式5.2機(jī)器人的上層控制2、足式機(jī)器人步態(tài)控制（1）固化編程（2）基于模型的方法（3）基于生物控制策略：CPG、遺傳算法、蟻群算法等。04機(jī)器人的供電方式5.2機(jī)器人的上層控制3、多機(jī)器人協(xié)作

有效地組織多個(gè)自主移動(dòng)機(jī)器人通過一種協(xié)作機(jī)制完成指定的任務(wù)是多協(xié)作機(jī)器人相對(duì)于個(gè)體機(jī)器人執(zhí)行任務(wù)的最大區(qū)別所在。（1）簡單協(xié)作：舞蹈機(jī)器人（2）復(fù)雜協(xié)作：利用相關(guān)算法實(shí)現(xiàn)多機(jī)協(xié)作。機(jī)器人1機(jī)器人2機(jī)器人3機(jī)器人404機(jī)器人的供電方式3.2機(jī)器人的上層控制3、多機(jī)器人協(xié)作

有效地組織多個(gè)自主移動(dòng)機(jī)器人通過一種協(xié)作機(jī)制完成指定的任務(wù)是多協(xié)作機(jī)器人相對(duì)于個(gè)體機(jī)器人執(zhí)行任務(wù)的最大區(qū)別所在。（1）簡單協(xié)作：舞蹈機(jī)器人（2）復(fù)雜協(xié)作：利用相關(guān)算法實(shí)現(xiàn)多機(jī)協(xié)作。機(jī)器人1機(jī)器人2機(jī)器人3機(jī)器人4如何定義主從？以多機(jī)救援機(jī)器人為例04機(jī)器人的供電方式5.3機(jī)器人控制的MATLAB仿真基于CPG的雙足機(jī)器人步態(tài)規(guī)劃算法步態(tài)是指雙足機(jī)器人的每條腿按一定的順序和軌跡的運(yùn)動(dòng)過程，是確保步行機(jī)構(gòu)穩(wěn)定運(yùn)行的重要因素。雙足仿人機(jī)器人主要有兩種步態(tài)，分別是仿人行走運(yùn)動(dòng)步態(tài)和跑步運(yùn)動(dòng)步態(tài)。04機(jī)器人的供電方式5.3機(jī)器人控制的MATLAB仿真基于CPG的雙足機(jī)器人步態(tài)規(guī)劃算法04機(jī)器人的供電方式5.3機(jī)器人控制的MATLAB仿真基于CPG的雙足機(jī)器人步態(tài)規(guī)劃算法

仿人步行步態(tài)兩足之間運(yùn)動(dòng)是相互抑制的，故兩者之間為抑制性連接。小結(jié)機(jī)器人的PID控制的原理。機(jī)器人的上層控制方法。機(jī)器人控制的MATLAB仿真。173機(jī)器人控制技術(shù)與實(shí)踐

174第六章輪式巡線機(jī)器人的設(shè)計(jì)與制作6.1輪式巡線機(jī)器人6.2硬件設(shè)計(jì)6.3軟件開發(fā)環(huán)境 6.4STM32的I/O端口的應(yīng)用6.5系統(tǒng)整體調(diào)試175

輪式移動(dòng)機(jī)器人是最常見的機(jī)器人類型，是機(jī)器人應(yīng)用領(lǐng)域的重要研究發(fā)展方向。輪式機(jī)器人的移動(dòng)方向有時(shí)需要外加環(huán)境標(biāo)識(shí)的引導(dǎo)，其中引導(dǎo)線是一種常用的方式。第六章輪式巡線機(jī)器人的設(shè)計(jì)與制作1766.1輪式巡線機(jī)器人

輪式機(jī)器人是最常見的機(jī)器人，它不僅移動(dòng)速度快、穩(wěn)定性好，而且移動(dòng)方向易于控制，廣泛應(yīng)用于安防、醫(yī)療、工業(yè)等多個(gè)領(lǐng)域。輪式機(jī)器人為了到達(dá)目的地，有時(shí)需要一定的引導(dǎo)方式，最常見的就是沿著地面引導(dǎo)線行走。1776.2硬件設(shè)計(jì)

機(jī)器人包括底盤結(jié)構(gòu)、舵機(jī)、輪子、傳感器、穩(wěn)壓模塊、電池等。1786.2硬件設(shè)計(jì)

1、機(jī)械結(jié)構(gòu)輪式巡線機(jī)器人的主體采用兩輪加萬向輪的結(jié)構(gòu)，車前側(cè)安裝兩個(gè)傳感器，用于檢測(cè)地面信息，車后側(cè)安裝萬向輪實(shí)現(xiàn)車身穩(wěn)定及轉(zhuǎn)向功能。1796.2硬件設(shè)計(jì)

2、電路設(shè)計(jì)輪式巡線機(jī)器人系統(tǒng)的電路主要包括主控板、傳感器、電源、驅(qū)動(dòng)器等組成。1806.2硬件設(shè)計(jì)

（1）主控板為了完成輪式巡線機(jī)器人的控制，主控板選用STM32單片機(jī)開發(fā)板。與MCS-51等單片機(jī)相比運(yùn)算速度更快、集成度更高、對(duì)數(shù)據(jù)量的處理功能更強(qiáng)大，具有高性能、低功耗、低成本等特性，較適合用于小型機(jī)器人的開發(fā)。1816.2硬件設(shè)計(jì)

（2）驅(qū)動(dòng)器的選擇適合輪式機(jī)器人驅(qū)動(dòng)的方式主要有速度舵機(jī)和直流電機(jī)等方式。其中，直流電機(jī)轉(zhuǎn)速快、力矩大，更加適合快速移動(dòng)、負(fù)重要求較高的機(jī)器人；速度舵機(jī)控制精度較高，更加適合機(jī)械臂、抓手等高精度定位的領(lǐng)域。1826.2硬件設(shè)計(jì)

（3）電源模塊穩(wěn)定的供電電壓是保障硬件電路穩(wěn)定工作的前提。主控制板芯片的工作電壓為2-3.6V，舵機(jī)和小直流電機(jī)的工作電壓為4.8-7.2V，選擇了額定電壓為7.4V的2S鋰電池供電。1836.2硬件設(shè)計(jì)

（4）傳感器輪式巡線機(jī)器人的傳感器主要用于探測(cè)，白色地圖中黑色邊界線，所以選用型號(hào)為SEN1595的灰度傳感器。1846.2硬件設(shè)計(jì)

（5）電路連接架構(gòu)輪式巡線機(jī)器人控制電路的主要硬件及其主要參數(shù)確定后，可參考下圖將各硬件相連組成機(jī)器人的控制系統(tǒng)，進(jìn)行各模塊的測(cè)試。1856.3軟件開發(fā)環(huán)境

Keil是一款基于微控制器的軟件開發(fā)平臺(tái)，是目前ARM內(nèi)核單片機(jī)開發(fā)的主流工具。Keil提供了包括C編譯器、宏匯編、連接器、庫管理和一個(gè)功能強(qiáng)大的仿真調(diào)試器在內(nèi)的完整開發(fā)方案，通過一個(gè)集成開發(fā)環(huán)境將這些功能組合在一起。1866.3軟件開發(fā)環(huán)境

1、KeilMDK開發(fā)環(huán)境的安裝（1）安裝mdk_514.exe以管理員身份安裝，右鍵點(diǎn)擊出現(xiàn)下圖的界面，并根據(jù)提示完成安裝。1876.3軟件開發(fā)環(huán)境

（2）安裝Keil.STM32F1xx_DFP.1.0.5.pack為了能在KEIL中對(duì)STM32M3進(jìn)行正常的編程及編譯，需要繼續(xù)安裝相關(guān)的庫函數(shù)包。1886.3軟件開發(fā)環(huán)境

2、下載及調(diào)試軟件（1）代碼下載及調(diào)試程序編譯好后，需要將編譯后的hex文件下載到STM32開發(fā)板的主控CPU，程序才能運(yùn)行，執(zhí)行相關(guān)動(dòng)作。STM32開發(fā)板下載程序的方法有串口下載和J-Link下載。如果通過J-Link下載器進(jìn)行下載，則需要準(zhǔn)備J-Link下載器。1896.3軟件開發(fā)環(huán)境

2、下載及調(diào)試軟件（2）代碼調(diào)試機(jī)器人調(diào)試的過程中，遇到問題需要進(jìn)一步確認(rèn)原因，此時(shí)需要可視化的調(diào)試工具。1906.4STM32的I/O端口的應(yīng)用

STM32-M3單片機(jī)有7組16位的并行I/O口：PA、PB、PC、PD、PE、PF、PG，共112個(gè)，這些端口既可以作為輸入（Input），也可以作為輸出（Output）；可按16位處理，也可按位方式（1位）使用。如果將PA-PG口作為輸入或輸出時(shí)，需要先進(jìn)行相關(guān)的配置。STM32的部分有復(fù)用功能，既有普通的輸入輸出口功能，又能作為串口等復(fù)用功能。1916.4STM32的I/O端口的應(yīng)用

一、I/O端口的配置及使用1、I/O端口配置在KeilMDK的頭文件“stm32f10_gpio.h”里，端口定義按照下面的結(jié)構(gòu)體操作：typedefstruct{u16GPIO_Pin;GPIOSpeed_TypeDefGPIO_Speed;GPIOMode_TypeDefGPIO_Mode;}GPIO_InitTypeDef;。1926.4STM32的I/O端口的應(yīng)用

2、驅(qū)動(dòng)發(fā)光二極管配置好端口后，可以通過程序設(shè)置端口輸出電平的高低，這里以端口接一個(gè)發(fā)光二極管為例。要求當(dāng)端口輸出低電平時(shí)，發(fā)光二極管亮；端口輸出高電平時(shí)，發(fā)光二極管滅。#include"stm32f10x.h"#include"led.h"#include"delay.h"intmain（void）{LED_Init（）;//初始化LED，包括端口配置SysTick_Init（）;//初始化時(shí)鐘while（1）{GPIO_SetBits（GPIOD，GPIO_Pin_5）;//PB5輸出高電平Delay_ms（1000）;//延時(shí)500msGPIO_ResetBits（GPIOD，GPIO_Pin_5）;//PB5輸出低電平Delay_ms（1000）;//延時(shí)500ms}}1936.4STM32的I/O端口的應(yīng)用

2、驅(qū)動(dòng)發(fā)光二極管配置好端口后，可以通過程序設(shè)置端口輸出電平的高低，這里以端口接一個(gè)發(fā)光二極管為例。要求當(dāng)端口輸出低電平時(shí)，發(fā)光二極管亮；端口輸出高電平時(shí)，發(fā)光二極管滅。#include"stm32f10x.h"#include"led.h"#include"delay.h"intmain（void）{LED_Init（）;//初始化LED，包括端口配置SysTick_Init（）;//初始化時(shí)鐘while（1）{GPIO_SetBits（GPIOD，GPIO_Pin_5）;//PB5輸出高電平Delay_ms（1000）;//延時(shí)500msGPIO_ResetBits（GPIOD，GPIO_Pin_5）;//PB5輸出低電平Delay_ms（1000）;//延時(shí)500ms}}1946.4STM32的I/O端口的應(yīng)用

二、PWM波產(chǎn)生驅(qū)動(dòng)電機(jī)和舵機(jī)需要PWM波來來實(shí)現(xiàn)能量、信號(hào)等參數(shù)的調(diào)節(jié)。通過對(duì)IO口輸出固定頻率的高低電平，是常見的PWM波生成方法，這種方法較適合固定占空比的PWM波。如果機(jī)器人在行走過程中需要調(diào)速，則一般考慮由定時(shí)器產(chǎn)生PWM波。STM32的定時(shí)器除了TIM6和TIM7，其他的定時(shí)器都可以用來產(chǎn)生PWM輸出。其中高級(jí)定時(shí)器TIM1和TIM8可以同時(shí)產(chǎn)生7路的PWM輸出。而通用定時(shí)器也能同時(shí)產(chǎn)生4路的PWM輸出。1956.4STM32的I/O端口的應(yīng)用

三、舵機(jī)和電機(jī)驅(qū)動(dòng)1、I/O口驅(qū)動(dòng)舵機(jī)控制電機(jī)運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)速的是高電平持續(xù)的時(shí)間，當(dāng)高電平持續(xù)1.5ms時(shí)，該脈沖序列發(fā)給經(jīng)過零點(diǎn)標(biāo)定后的舵機(jī)，舵機(jī)不會(huì)旋轉(zhuǎn)。當(dāng)高電平持續(xù)時(shí)間為1.3ms時(shí)，電機(jī)順時(shí)針全速旋轉(zhuǎn)，當(dāng)高電平持續(xù)時(shí)間1.7ms時(shí)，電機(jī)逆時(shí)針全速旋轉(zhuǎn)。下面介紹如何給STM32微控制器編程使PD端口的第9、10腳（PD9、PD10）產(chǎn)生舵機(jī)的控制信號(hào)。1966.4STM32的I/O端口的應(yīng)用

三、舵機(jī)和電機(jī)驅(qū)動(dòng)2、I/O口驅(qū)動(dòng)直流電機(jī)直流電機(jī)工作時(shí)由于需要的電流較大，通常要用到電機(jī)驅(qū)動(dòng)器。電機(jī)工作電壓大小和電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)速度有一定的關(guān)系。電機(jī)可以實(shí)現(xiàn)正傳和反轉(zhuǎn)，正反轉(zhuǎn)取決于電源的供電（+或者-）；電機(jī)的速度也可以通過PWM波等方式調(diào)速實(shí)現(xiàn)。電機(jī)旋轉(zhuǎn)方式控制端IN1控制端IN2調(diào)速使能ENM1正轉(zhuǎn)高低PWM調(diào)速反轉(zhuǎn)低高停止低低1976.4STM32的I/O端口的應(yīng)用

四、傳感器數(shù)據(jù)采集1、讀取數(shù)字灰度傳感器STM32單片機(jī)接數(shù)字式灰度傳感器，實(shí)際上是使用STM32單片機(jī)I/O口的輸入功能。當(dāng)遇到黑線時(shí)，傳感器返回高電平；當(dāng)遇到白線時(shí)，傳感器返回低電平。2、讀取模擬灰度傳感器當(dāng)機(jī)器人行走的地圖顏色情況較多，不是只有黑白兩種狀態(tài)時(shí)，這時(shí)就要借助模擬傳感器獲取不同顏色的灰度信息，并據(jù)此判斷地圖顏色信息。模擬傳感器產(chǎn)生的信號(hào)是模擬信號(hào)，由于單片機(jī)只能處理數(shù)字信號(hào)，不能直接讀取模擬信號(hào)。因此，要將模擬灰度傳感器的信號(hào)口連接到ADC接口，用來讀取數(shù)據(jù)。1986.4STM32的I/O端口的應(yīng)用

五、系統(tǒng)整體調(diào)試整體調(diào)試分為直行糾偏調(diào)試、左轉(zhuǎn)調(diào)試和右轉(zhuǎn)調(diào)試三部分。這里定義傳感器1為小車最左邊的傳感器，傳感器2為小車中間的傳感器，傳感器3為小車最右邊的傳感器。直行糾偏調(diào)試左轉(zhuǎn)調(diào)試右轉(zhuǎn)調(diào)試如果小車要增加其他功能，只要添加相應(yīng)功能的外設(shè)即可。比如實(shí)現(xiàn)避障功能，只要在小車上安裝紅外避障傳感器，并寫上相關(guān)避障程序即可。199機(jī)器人控制技術(shù)與實(shí)踐

200第七章仿人競速機(jī)器人的設(shè)計(jì)與制作7.1仿人競速機(jī)器人概述7.2仿人競速機(jī)器人的硬件設(shè)計(jì)7.3仿人機(jī)器人的程序控制設(shè)計(jì) 7.4仿人競速機(jī)器人的步態(tài)規(guī)劃7.5系統(tǒng)整體調(diào)試201

輪式移動(dòng)機(jī)器人是最常見的機(jī)器人類型，是機(jī)器人應(yīng)用領(lǐng)域的重要研究發(fā)展方向。輪式機(jī)器人的移動(dòng)方向有時(shí)需要外加環(huán)境標(biāo)識(shí)的引導(dǎo)，其中引導(dǎo)線是一種常用的方式。第七章仿人競速機(jī)器人的設(shè)計(jì)與制作2027.1仿人競速機(jī)器人概述

仿人競速機(jī)器人是指以人類自身為原型參照的機(jī)器人來完成競速運(yùn)動(dòng)，也是多關(guān)節(jié)機(jī)器人研究領(lǐng)域較具代表性的研究對(duì)象，也是機(jī)器人學(xué)、機(jī)器人技術(shù)以及人工智能的研究熱點(diǎn)。其研究主要集中于步態(tài)生成、動(dòng)態(tài)穩(wěn)定控制和機(jī)器人設(shè)計(jì)等方面。仿人機(jī)器人研究發(fā)展到今天，已經(jīng)從20世紀(jì)的基礎(chǔ)研究向21世紀(jì)的應(yīng)用研究邁進(jìn)，并呈現(xiàn)出多學(xué)科交叉態(tài)勢(shì)。2037.2仿人競速機(jī)器人的硬件設(shè)計(jì)

一、機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

仿人競速機(jī)器人的械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)主要包括機(jī)器人自由度的分配、驅(qū)動(dòng)方式的選擇、機(jī)器人實(shí)體結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)、機(jī)器人主體制作材料的選擇和機(jī)器人整體裝配的工藝性等。1、自由度

仿人競速機(jī)器人的腿部結(jié)構(gòu)應(yīng)和人類腿部類似，理想的結(jié)構(gòu)應(yīng)具有髖關(guān)節(jié)、膝關(guān)節(jié)和踝關(guān)節(jié)，可用六自由度實(shí)現(xiàn)，2047.2仿人競速機(jī)器人的硬件設(shè)計(jì)

一、機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)2、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

仿人競速機(jī)器人的實(shí)體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)可仿照人體的結(jié)構(gòu)，從手部結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、軀干結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和腿部結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)三方面考慮。（1）腿部設(shè)計(jì)2057.2仿人競速機(jī)器人的硬件設(shè)計(jì)

一、機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)（2）軀干部設(shè)計(jì)2067.2仿人競速機(jī)器人的硬件設(shè)計(jì)

一、機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)（3）整體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)2077.2仿人競速機(jī)器人的硬件設(shè)計(jì)

二、控制電路設(shè)計(jì)

仿人競速機(jī)器人系統(tǒng)的電路主要包括主控板、傳感器、電源、驅(qū)動(dòng)器等組成。2087.2仿人競速機(jī)器人的硬件設(shè)計(jì)

二、控制電路設(shè)計(jì)1、主控板

仿人競速機(jī)器人的控制，主控板選用STM32單片機(jī)mini開發(fā)板。2097.2仿人競速機(jī)器人的硬件設(shè)計(jì)

二、控制電路設(shè)計(jì)2、驅(qū)動(dòng)器的選擇

適合機(jī)器人關(guān)節(jié)驅(qū)動(dòng)的方式主要有步進(jìn)電機(jī)、伺服電機(jī)、舵機(jī)等方式。設(shè)計(jì)仿人競速機(jī)器人時(shí)，選用了MG995舵機(jī)作為仿人競速機(jī)器人關(guān)節(jié)的驅(qū)動(dòng)器。2107.2仿人競速機(jī)器人的硬件設(shè)計(jì)

二、控制電路設(shè)計(jì)3、電源模塊

電源的性能直接決定著硬件電路工作的穩(wěn)定性。控制板芯片的工作電壓為2-3.6V。舵機(jī)的工作電壓為4.8-7.2V，選擇了額定電壓為7.4V，容量為1500mAh的2S鋰電池供電，LM2596SDC-DC穩(wěn)壓模塊，實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定的5V電壓轉(zhuǎn)換。2117.2仿人競速機(jī)器人的硬件設(shè)計(jì)

二、控制電路設(shè)計(jì)4、傳感器

仿人競速機(jī)器人的傳感器主要用于探測(cè)白色地與黑色邊界線，即黑白色的識(shí)別，所以選用型號(hào)為SEN1595的灰度傳感器。其工作原