《微型機(jī)器人技術(shù)》教學(xué)教案

任務(wù)1.1什么是機(jī)器人？

任務(wù)描述：

通過(guò)舉例、展示、講解等方法讓學(xué)生對(duì)機(jī)器人的概念、常見(jiàn)類

型等有一個(gè)感性的認(rèn)識(shí)。

任務(wù)分析及相關(guān)知識(shí)點(diǎn)：

“機(jī)器人”英文名為Robot,由捷克語(yǔ)中的“Robota”轉(zhuǎn)化而來(lái),

即勞動(dòng)的意思?！皺C(jī)器人”這一單詞，最早出現(xiàn)在1920年捷克斯洛

伐克作家恰佩克發(fā)表的科幻劇中，是小說(shuō)中沒(méi)有思想和情感的人造

人。它一出現(xiàn)就得到人們的普遍關(guān)注。

多種定義：

國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)化組織（ISO）的定義：機(jī)器人是一種自動(dòng)的、位置可

控的、具有編程能力的多功能機(jī)械手，這種機(jī)械手具有幾個(gè)軸，能

夠借助可編程序操作來(lái)處理各種材料、零件工具和專用裝置以執(zhí)行

種種任務(wù)。

美國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)局（NBS）的定義：機(jī)器人是一種能夠進(jìn)行編程

并在自動(dòng)控制下執(zhí)行某些操作和移動(dòng)作業(yè)任務(wù)的機(jī)械裝置。

美國(guó)機(jī)器人協(xié)會(huì)（RIA）的定義：機(jī)器人是一種用于移動(dòng)各種材

料、零件、工具或?qū)Ｓ醚b置的，通過(guò)可編程序動(dòng)作來(lái)執(zhí)行種種任務(wù)

的，并具有編程能力的多功能機(jī)械手。

日本工業(yè)機(jī)器人協(xié)會(huì)（JIRA）的定義：工業(yè)機(jī)器人是一種裝備

有記憶裝置和末端執(zhí)行器的，能夠轉(zhuǎn)動(dòng)并通過(guò)自動(dòng)完成各種移動(dòng)來(lái)

代替人類勞動(dòng)的通用機(jī)器。

機(jī)器人的特征：

一般的，機(jī)器人具有三個(gè)基本特征，通過(guò)這三個(gè)基本特征我們

可以判斷其是否屬于機(jī)器人范疇。

（1）大腦：自動(dòng)控制的程序，能夠想人類的大腦一樣控制整體

按照預(yù)訂的方案進(jìn)行工作。

（2）身體：不一定在形象上接近人，但要具有一定的結(jié)構(gòu)形態(tài)。

（3）動(dòng)作：任何機(jī)器人都要一定的動(dòng)作表現(xiàn)，它需要有完成一

定動(dòng)作的能力。

除最基本的特征，機(jī)器人具有以下特點(diǎn)：

（1）一種機(jī)械電子裝置。

（2）動(dòng)作具有類似于人或其他生物體的功能。

（3）可通過(guò)編程執(zhí)行多種工作，有一定的通用性和靈活性。

（4）有一定程度的智能，能夠自主地完成一些操作。

機(jī)器人技術(shù)的研究?jī)?nèi)容：

（1）機(jī)器人控制技術(shù)：主要研究的內(nèi)容有機(jī)器人控制方式和機(jī)

器人控制策略等。

（2）機(jī)器人運(yùn)動(dòng)學(xué)：研究要涉及到組成這一系統(tǒng)的各桿件之間

以及系統(tǒng)與對(duì)象之間的相互關(guān)系，為此需要一種有效的數(shù)學(xué)描述方

法。

（3）機(jī)器人靜力學(xué)：靜力學(xué)主要討論機(jī)器人手部端點(diǎn)力與驅(qū)動(dòng)

器輸入力矩的關(guān)系。

（4）機(jī)器人動(dòng)力學(xué)：動(dòng)力學(xué)方程是指作用于機(jī)器人各機(jī)構(gòu)的力

或力矩與其位置、速度、加速度關(guān)系的方程式。

（5）機(jī)器人傳感器：機(jī)器人的感覺(jué)主要通過(guò)傳感器來(lái)實(shí)現(xiàn)。外

部傳感器有視覺(jué)、觸覺(jué)、聽(tīng)覺(jué)、力覺(jué)傳感器，內(nèi)部傳感器主要有位

置、姿態(tài)、速度、加速度傳感器。

（6）空間機(jī)構(gòu)學(xué)：機(jī)器人機(jī)身和臂部機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)、機(jī)器人手部

機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)、機(jī)器人行走機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)、機(jī)器人關(guān)節(jié)部機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)。

（7）機(jī)器人語(yǔ)言：機(jī)器人語(yǔ)言分為通用計(jì)算機(jī)語(yǔ)言和專用機(jī)器

人語(yǔ)言。

任務(wù)實(shí)施:

通過(guò)上述內(nèi)容提綱，展開(kāi)進(jìn)行講解。并結(jié)合實(shí)訓(xùn)環(huán)境給予演示,

以提高學(xué)生的感性認(rèn)識(shí)。

拓展：模仿、討論（互動(dòng)）：

依據(jù)教師的講解，討論所講授知識(shí)內(nèi)容。

任務(wù)評(píng)價(jià)：

互評(píng)：由學(xué)生自述對(duì)于內(nèi)容的理解，并評(píng)價(jià)其他同學(xué)的回答是

否和自己的想法一致，若不同，自己有何見(jiàn)解。

老師總評(píng)：總結(jié)，并對(duì)學(xué)生的回答給以評(píng)論。

作業(yè)：

1、結(jié)合所講內(nèi)容和進(jìn)行的演示，通過(guò)思考將知識(shí)進(jìn)行整合

2、根據(jù)課上討論的內(nèi)容，思考為什么在某些領(lǐng)域會(huì)使用到機(jī)器

人技術(shù)?

任務(wù)1.2了解機(jī)器人技術(shù)的發(fā)展歷程與未來(lái)趨勢(shì)

任務(wù)描述：

通過(guò)舉例、展示、講解等方法讓學(xué)生了解機(jī)器人技術(shù)的發(fā)展歷

程與未來(lái)趨勢(shì)。

任務(wù)分析及相關(guān)知識(shí)點(diǎn)：

內(nèi)容介紹：

美國(guó)、日本、歐洲等發(fā)達(dá)國(guó)家的機(jī)器人技術(shù)發(fā)展：

較為發(fā)達(dá)，各國(guó)之間又有著千絲萬(wàn)縷的關(guān)系。

舉例：（工業(yè)領(lǐng)域）

近十幾年來(lái)，歐洲的德國(guó)、意大利、法國(guó)及英國(guó)的機(jī)器人產(chǎn)業(yè)

發(fā)展比較快。目前，世界上機(jī)器人無(wú)論是從技術(shù)水平上，還是從已

裝備的數(shù)量上，優(yōu)勢(shì)集中在以日美為代表的少數(shù)幾個(gè)發(fā)達(dá)的工業(yè)化

國(guó)家。

我國(guó)機(jī)器人的發(fā)展現(xiàn)狀：

我國(guó)工業(yè)機(jī)器人起步于70年代初，大致可分為3個(gè)階段：70

年代的萌芽期，80年代的開(kāi)發(fā)期，90年代的實(shí)用化期。（分階段介

紹）

讀一讀：機(jī)器人技術(shù)發(fā)展過(guò)程中的一些重要的事件。

機(jī)器人技術(shù)未來(lái)發(fā)展趨勢(shì)

1、工業(yè)機(jī)器人操作機(jī)結(jié)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計(jì)技術(shù)：探索新的高強(qiáng)度輕

質(zhì)材料，進(jìn)一步提高負(fù)載一自重比，同時(shí)機(jī)構(gòu)向著模塊化、可重構(gòu)

方向發(fā)展。

2、機(jī)器人控制技術(shù)：重點(diǎn)研究開(kāi)放式、模塊化控制系統(tǒng)，人機(jī)

界面更加友好，語(yǔ)言、圖形編程界面正在研制之中。機(jī)器人控制器

的標(biāo)準(zhǔn)化和網(wǎng)絡(luò)化以及基于PC機(jī)網(wǎng)絡(luò)式控制器已成為研究熱點(diǎn)。

3、多傳感系統(tǒng)：為進(jìn)一步提高機(jī)器人的智能和適應(yīng)性，多種傳

感器的使用是其問(wèn)題解決的關(guān)鍵。其研究熱點(diǎn)在于有效可行的多傳

感器融合算法，特別是在非線性及非平穩(wěn)、非正態(tài)分布的情形下的

多傳感器融合算法。

4、機(jī)器人遙控及監(jiān)控技術(shù)：機(jī)器人半自主和自主技術(shù)，多機(jī)器

人和操作者之間的協(xié)調(diào)控制，通過(guò)網(wǎng)絡(luò)建立大范圍內(nèi)的機(jī)器人遙控

系統(tǒng)，在有時(shí)延的情況下，建立預(yù)先顯示進(jìn)行遙控等。

5、虛擬機(jī)器人技術(shù)：基于多傳感器、多媒體和虛擬現(xiàn)實(shí)以及臨

場(chǎng)感應(yīng)技術(shù)，實(shí)現(xiàn)機(jī)器人的虛擬遙控操作和人機(jī)交互。

6、多智能體控制技術(shù)：主要對(duì)多智能體的群體體系結(jié)構(gòu)、相互

間的通信與磋商機(jī)理，感知與學(xué)習(xí)方法，建模和規(guī)劃、群體行為控

制等方面進(jìn)行研究。

7、微型和微小機(jī)器人技術(shù)：這是機(jī)器人研究的一個(gè)新的領(lǐng)域和

重點(diǎn)發(fā)展方向。過(guò)去的研究在該領(lǐng)域幾乎是空白，因此該領(lǐng)域研究

的進(jìn)展將會(huì)引起機(jī)器人技術(shù)的一場(chǎng)革命，并且對(duì)社會(huì)進(jìn)步和人類活

動(dòng)的各個(gè)方面產(chǎn)生不可估量的影響，微型機(jī)器人技術(shù)的研究主要集

中在系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、運(yùn)動(dòng)方式、控制方法、傳感技術(shù)、通信技術(shù)以及行

走技術(shù)等方面。

8、軟機(jī)器人技術(shù)：主要用于醫(yī)療、護(hù)理、休閑和娛樂(lè)場(chǎng)合。傳

統(tǒng)機(jī)器人設(shè)計(jì)未考慮與人緊密共處，因此其結(jié)構(gòu)材料多為金屬或硬

性材料，軟機(jī)器人技術(shù)要求其結(jié)構(gòu)、控制方式和所用傳感系統(tǒng)在機(jī)

器人意外地與環(huán)境或人碰撞時(shí)是安全的，機(jī)器人對(duì)人是友好的。

9、仿人和仿生技術(shù)：這是機(jī)器人技術(shù)發(fā)展的最高境界，目前僅

在某些方面進(jìn)行一些基礎(chǔ)研究。

任務(wù)實(shí)施：

通過(guò)上述內(nèi)容提綱，展開(kāi)進(jìn)行講解。并結(jié)合實(shí)訓(xùn)環(huán)境給予演示,

以提高學(xué)生的感性認(rèn)識(shí)。

拓展：模仿、討論（互動(dòng)）：

依據(jù)教師的講解，討論所講授知識(shí)內(nèi)容。

任務(wù)評(píng)價(jià)：

互評(píng)：由學(xué)生自述對(duì)于內(nèi)容的理解，并評(píng)價(jià)其他同學(xué)的回答是

否和自己的想法一致，若不同，自己有何見(jiàn)解。

老師總評(píng)：總結(jié)，并對(duì)學(xué)生的回答給以評(píng)論。

作業(yè)：

1、結(jié)合所講內(nèi)容和進(jìn)行的演示，通過(guò)思考將知識(shí)進(jìn)行整合

2、根據(jù)課上討論的內(nèi)容，思考機(jī)器人技術(shù)未來(lái)的發(fā)展趨勢(shì)更有

可能集中在哪些領(lǐng)域?

任務(wù)2.1機(jī)器人的信息感知

任務(wù)描述：

通過(guò)舉例、展示、講解等方法讓學(xué)生了解：

(1)了解機(jī)器人如何感知信息。

(2)了解常用機(jī)器人傳感器的結(jié)構(gòu)、功能和特點(diǎn)。

(3)如何依據(jù)實(shí)際需要完成機(jī)器人信息感知。

任務(wù)分析及相關(guān)知識(shí)點(diǎn)：

一般人類具有視、聽(tīng)、觸、味、嗅五種感覺(jué)，傳感器賦予機(jī)器

人觸覺(jué)、視覺(jué)和聽(tīng)覺(jué)等感覺(jué)，是機(jī)器人感知信息的主要渠道和手段。

常用傳感器類型如下:

類別檢測(cè)內(nèi)容應(yīng)用目的傳感器件

判斷有無(wú)對(duì)象，并得到定

明暗覺(jué)是否有光，亮度多少光敏管、光電斷續(xù)器

量結(jié)果

彩色攝影機(jī)、濾色器、彩

色覺(jué)對(duì)象的色彩及濃度利用顏色識(shí)別對(duì)象的場(chǎng)合

色CCD

物體空間位置，判斷物體

位置覺(jué)物體的位置、角度、距離光敏陣列、CCD等

移動(dòng)

提取物體輪廓及固有特

形狀覺(jué)物體的外形光敏陣列、CCD等

征，識(shí)別物體

決定對(duì)象位置，識(shí)別對(duì)象光電傳感器、微動(dòng)開(kāi)關(guān)、

與對(duì)象是否接觸，接觸的

觸覺(jué)形態(tài)，控制速度，安全保薄膜接點(diǎn)、壓敏高分子材

位置

障，異常停止，尋徑料

對(duì)物體的壓力、握力、壓控制握力，識(shí)別握持物，壓電元件、導(dǎo)電橡膠、壓

壓覺(jué)

力分布測(cè)量物體彈性敏高分子材料

機(jī)器人有關(guān)部件(如手指)控制手腕移動(dòng)，伺服控制，

力覺(jué)應(yīng)變片、導(dǎo)電橡膠

所受外力及轉(zhuǎn)矩正確完成作業(yè)

光傳感器、氣壓傳感器、

與對(duì)象物是否接近，接近控制位置，尋徑，安全保

接近覺(jué)超聲波傳感器、電渦流傳

距離，對(duì)象面的傾斜障，異常停止

感器霍爾傳感器、

垂直于握持面方向物體的球形接點(diǎn)式、光電式旋轉(zhuǎn)

修正握力，防止打滑，判

滑覺(jué)位移，旋轉(zhuǎn)重力引起的變傳感器角編碼器、振動(dòng)檢

斷物體重量及表面狀態(tài)

形測(cè)器、

微動(dòng)開(kāi)關(guān)

微動(dòng)開(kāi)關(guān)是具有微小接點(diǎn)間隔和快動(dòng)機(jī)構(gòu)，用規(guī)定的行程和規(guī)

定的力進(jìn)行開(kāi)關(guān)動(dòng)作的接點(diǎn)結(jié)構(gòu)，用外殼覆蓋，其外部有驅(qū)動(dòng)桿的

一種開(kāi)關(guān)。它是一種根據(jù)運(yùn)動(dòng)部件的行程位置而切換電路工作狀態(tài)

的控制電器。微動(dòng)開(kāi)關(guān)的動(dòng)作原理與控制按鈕相似，部件在運(yùn)行中,

裝在其上撞塊壓下微動(dòng)開(kāi)關(guān)的驅(qū)動(dòng)桿，使其觸點(diǎn)動(dòng)作而實(shí)現(xiàn)電路的

切換，達(dá)到控制運(yùn)動(dòng)部件行程位置的目的。

光電接近傳感器

光電接近傳感器，是利用光的各種性質(zhì)，檢測(cè)物體的有無(wú)和物

體表面狀態(tài)變化的傳感器。

光電接近傳感器與其他傳感器相比具有：檢測(cè)距離長(zhǎng)、對(duì)檢測(cè)

物體的限制少、響應(yīng)時(shí)間短分辨率高、可實(shí)現(xiàn)非接觸的檢測(cè)等優(yōu)點(diǎn)。

光電傳感器主要分為：對(duì)射型、回歸反射型、擴(kuò)散反射型3類,

大多光電傳感器使用可視光（主要為紅色，也用綠色、藍(lán)色來(lái)判斷

顏色）和紅外光。

灰度傳感器

灰度檢測(cè)傳感器主要用于檢測(cè)地面不同顏色的灰度值?；叶葯z

測(cè)傳感器主要由一個(gè)光敏電阻和一個(gè)發(fā)光二極管組成。其中光敏電

阻是由一種特殊的半導(dǎo)體材料制成的電阻器件，它應(yīng)用了半導(dǎo)體材

料的光電效應(yīng)原理。

LED尸尸

尸尸

信號(hào)輸出

光纖傳感器

光纖傳感器包括由一束光纖構(gòu)成的光纜和一個(gè)可變形的反射表

面。光通過(guò)光纖束投射到可變形的反射材料上，反射光按相反方向

通過(guò)光纖束返回。如果反射表面是平的，則通過(guò)每條光纖所返回的

光的強(qiáng)度是相同的。如果反射表面因與物體接觸受力而變形，則反

射的光強(qiáng)度不同。用高速光掃描技術(shù)進(jìn)行處理，即可得到反射表面

的受力情況。

光電編碼器

光電編碼器是一種集光、機(jī)、電為一體的數(shù)字化檢測(cè)裝置，它

具有分辨率高、精度高、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、體積小、使用可靠、易于維護(hù)、

性價(jià)比高等優(yōu)點(diǎn)。光電編碼器主要用于速度或位置（角度）的檢測(cè)。

聽(tīng)覺(jué)傳感器

聽(tīng)覺(jué)也是機(jī)器人的重要感覺(jué)器官之一。由于計(jì)算機(jī)技術(shù)及語(yǔ)音

學(xué)的發(fā)展，現(xiàn)在已經(jīng)部分實(shí)現(xiàn)用機(jī)器代替人耳。他不僅能通過(guò)語(yǔ)音

處理及辨識(shí)技術(shù)識(shí)別講話人，還能正確理解一些簡(jiǎn)單的語(yǔ)句。

壓力傳感器

壓覺(jué)傳感器安裝于機(jī)器人手指上、用于感知被接觸物體壓力值

大小的傳感器。壓覺(jué)傳感器又稱為壓力覺(jué)傳感器，可分為單一輸出

值壓覺(jué)傳感器和多輸出值的分布式壓覺(jué)傳感器。

超聲波傳感器

超聲波傳感器，是通過(guò)送波器將超聲波向?qū)ο笪锇l(fā)送，通過(guò)受

波器接受這種反射波，來(lái)檢測(cè)對(duì)象物的有無(wú)和距離對(duì)象物的距離。

通過(guò)計(jì)算從超聲波發(fā)信到受信為止所需要的時(shí)間和聲速的關(guān)系，來(lái)

計(jì)算傳感器和對(duì)象物之間的距離。

視覺(jué)傳感器

視覺(jué)傳感器是組成智能機(jī)器人最重要的傳感器之一。目前機(jī)器

人視覺(jué)多數(shù)是用電視攝像機(jī)和對(duì)信號(hào)進(jìn)行處理的運(yùn)算裝置來(lái)實(shí)現(xiàn)

的，由于其主體是計(jì)算機(jī)，所以又稱為計(jì)算機(jī)視覺(jué)。機(jī)器人視覺(jué)硬

件主要包括圖像獲取和視覺(jué)處理兩部分，而圖像獲取由照明系統(tǒng)、

視覺(jué)傳感器、模擬一數(shù)字轉(zhuǎn)換器和幀存儲(chǔ)器等組成。

任務(wù)實(shí)施：

通過(guò)上述內(nèi)容提綱，展開(kāi)進(jìn)行講解。并結(jié)合實(shí)訓(xùn)環(huán)境給予演示,

以提高學(xué)生的感性認(rèn)識(shí)。

拓展：模仿、討論（互動(dòng)）：

依據(jù)教師的講解，討論所講授知識(shí)內(nèi)容。

任務(wù)評(píng)價(jià)：

互評(píng)：由學(xué)生自述對(duì)于內(nèi)容的理解，并評(píng)價(jià)其他同學(xué)的回答是

否和自己的想法一致，若不同，自己有何見(jiàn)解。

老師總評(píng)：總結(jié)，并對(duì)學(xué)生的回答給以評(píng)論。

作業(yè)：

1、結(jié)合所講內(nèi)容和進(jìn)行的演示，通過(guò)思考將知識(shí)進(jìn)行整合

2、根據(jù)課上討論的內(nèi)容，思考我們演示的微型機(jī)器人平臺(tái)上的

傳感器都有哪些，屬于哪種類別？

任務(wù)2.2機(jī)器人的控制系統(tǒng)

任務(wù)描述：

通過(guò)舉例、展示、講解等方法讓學(xué)生達(dá)到：

(1)了解機(jī)器人常用的控制器種類和功能特點(diǎn)。

(2)能夠依據(jù)實(shí)際需要選擇合適的機(jī)器人控制器。

任務(wù)分析及相關(guān)知識(shí)點(diǎn)：

機(jī)器人控制系統(tǒng)組成框圖

傳簡(jiǎn)

動(dòng)易

控部機(jī)

分器

制與人

機(jī)機(jī)

器架械

目前，機(jī)器人控制器發(fā)展迅速，種類繁多，呈現(xiàn)出百家爭(zhēng)鳴的

格局。對(duì)于不同類型的機(jī)器人，如競(jìng)賽機(jī)器人與工業(yè)機(jī)器人，控制

系統(tǒng)就有較大差別，一般而言，小型和微型的機(jī)器人可以用微控制

器控制，復(fù)雜的工業(yè)機(jī)器人需要高速PLC控制器來(lái)完成。

如何選擇合適的控制器：

1、此款控制器制造商或銷售商是否能夠提供完整的、有條例的

學(xué)習(xí)資料和開(kāi)發(fā)應(yīng)用技術(shù)文檔，編程語(yǔ)言是否易學(xué)易懂。

2、此款控制器周邊附件產(chǎn)品是否齊全，比如各種傳感器、無(wú)線

數(shù)傳模塊、顯示設(shè)備等，相應(yīng)的程序源代碼是否公開(kāi)。

3、這是不是一個(gè)普及型的控制器(對(duì)全世界而言)，制造商是

否有較大影響力，有一定的研發(fā)實(shí)力，可以不定期推出新產(chǎn)品，為

日后升級(jí)做保障。

4、控制器的性能對(duì)于你開(kāi)發(fā)的機(jī)器人是否夠用，例如ADC（數(shù)

模轉(zhuǎn)換器）、PWM（脈沖寬度調(diào)制）、單獨(dú)定時(shí)器、RAM（隨機(jī)存儲(chǔ)

器）、執(zhí)行指令速度等。

主流控制器介紹：

單片機(jī)系統(tǒng)控制器

單片機(jī)是集成在一塊芯片上的微型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，使用它時(shí)只需

要配以簡(jiǎn)單的輔助電路就可以使用，而且要實(shí)現(xiàn)復(fù)雜的控制輸出也

很容易，特別適合用做小型或微型機(jī)器人的控制。

嵌入式系統(tǒng)控制器

機(jī)器人控制器采用8位和16位單片機(jī)雖然常見(jiàn)、簡(jiǎn)單，但其處

理速度和內(nèi)部集成情況無(wú)法與32位控制器相比擬。當(dāng)需要實(shí)現(xiàn)復(fù)雜

的行為控制時(shí)，單片機(jī)系統(tǒng)就有些不太勝任，為此我們需要考慮更

加高級(jí)的控制器一一嵌入式微控制器。

高速PLC系統(tǒng)控制器

PLC具有完整的運(yùn)動(dòng)控制功能，通過(guò)高速的背板，處理器與伺

服接口模塊進(jìn)行通信，從而實(shí)現(xiàn)高度的集成操作及位置環(huán)和速度環(huán)

的閉環(huán)控制。完全能夠滿足高性能工業(yè)機(jī)器人的要求。

RV-SQ系列控制器

CRnQ-700系列

驅(qū)動(dòng)器模塊

任務(wù)實(shí)施:

通過(guò)上述內(nèi)容提綱，展開(kāi)進(jìn)行講解。并結(jié)合實(shí)訓(xùn)環(huán)境給予演示,

以提高學(xué)生的感性認(rèn)識(shí)。

拓展：模仿、討論（互動(dòng)）:

依據(jù)教師的講解，討論所講授知識(shí)內(nèi)容。

任務(wù)評(píng)價(jià):

互評(píng)：由學(xué)生自述對(duì)于內(nèi)容的理解，并評(píng)價(jià)其他同學(xué)的回答是

否和自己的想法一致，若不同，自己有何見(jiàn)解。

老師總評(píng)：總結(jié)，并對(duì)學(xué)生的回答給以評(píng)論。

作業(yè):

1、結(jié)合所講內(nèi)容和進(jìn)行的演示，通過(guò)思考將知識(shí)進(jìn)行整合

2、根據(jù)課上講授的內(nèi)容，思考我們所了解的機(jī)器人都采用了什

么控制系統(tǒng)?

任務(wù)2.3機(jī)器人的機(jī)械結(jié)構(gòu)

任務(wù)描述：

通過(guò)舉例、展示、講解等方法讓學(xué)生達(dá)到：

1、了解機(jī)器人總體機(jī)械結(jié)構(gòu)。

2、了解機(jī)器人常用機(jī)械機(jī)構(gòu)。

3、根據(jù)學(xué)習(xí)到的知識(shí)進(jìn)行機(jī)器人總體設(shè)計(jì)，并能選擇合適的機(jī)

構(gòu)。

任務(wù)分析及相關(guān)知識(shí)點(diǎn)：

機(jī)械結(jié)構(gòu)對(duì)于機(jī)器人能否順利完成工作任務(wù)還起到至關(guān)重要的

作用。

機(jī)器人種類繁多，結(jié)構(gòu)也是多種多樣，但總體而言，絕大部分

機(jī)器人機(jī)械結(jié)構(gòu)由移動(dòng)裝置、上肢部分和傳動(dòng)裝置三大部分組成。

移動(dòng)裝置相當(dāng)于人的腳，機(jī)器人用它來(lái)走路；

上肢一般包括機(jī)械手臂和手抓，它能模仿人手的動(dòng)作，完成各

種各樣的工作；

傳動(dòng)裝置將驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)的動(dòng)力和運(yùn)動(dòng)傳遞到機(jī)器人的機(jī)械手部

分，使機(jī)器人來(lái)完成各種工作。

機(jī)器人常用移動(dòng)裝置

固定機(jī)構(gòu)：如果機(jī)器人通過(guò)手臂轉(zhuǎn)動(dòng)就可以到達(dá)工作范圍內(nèi)，

就不需安裝要行走機(jī)構(gòu)，機(jī)器人直接固定到機(jī)架上即可，大部分工

業(yè)機(jī)器人都采用這種固定機(jī)構(gòu)。

輪式機(jī)構(gòu)：讓機(jī)器人動(dòng)起來(lái)最簡(jiǎn)單最直接的方法就是給他裝上

輪子，既輪式機(jī)構(gòu)。這種車輪式“腳"能高速穩(wěn)定地運(yùn)動(dòng)，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單,

操作方便，適用于平坦地面行走。

履帶式機(jī)構(gòu)：在野外凹凸不平或松軟地面工作時(shí)，輪式機(jī)構(gòu)運(yùn)

動(dòng)起來(lái)就會(huì)非常吃力?？梢栽谳喿油饷嫜b上履帶，增大其與路面的

接觸面積，既履帶式機(jī)構(gòu)。

多足機(jī)構(gòu)：若要求機(jī)器人的行走機(jī)構(gòu)像人的雙腳一樣，可走、

跑、跳，適用于多種路面行走，運(yùn)動(dòng)形式更靈活。也可采用足形機(jī)

構(gòu)?？梢圆捎孟袢说碾p腳一樣的兩足機(jī)構(gòu)。但是，兩足步行機(jī)器人,

行走時(shí)很難保持身體平衡，在制作和控制方面還具有相當(dāng)大的難度。

故可采用多足的運(yùn)動(dòng)形式。

機(jī)器人的常用上肢機(jī)構(gòu)

機(jī)器人手臂常用機(jī)構(gòu)：處在自由狀態(tài)下的任何物體都具有6個(gè)

自由度，即沿著3個(gè)直角坐標(biāo)軸的移動(dòng)和繞著3個(gè)坐標(biāo)軸的轉(zhuǎn)動(dòng)。

根據(jù)這一原則，機(jī)器人的手臂只須有相對(duì)應(yīng)的6個(gè)自由度就可以了。

（1）直角坐標(biāo)型手臂機(jī)構(gòu)

（2）圓柱坐標(biāo)型手臂機(jī)構(gòu)

（3）極坐標(biāo)型手臂機(jī)構(gòu)

（4）關(guān)節(jié)型手臂機(jī)構(gòu)

（5）機(jī)器人手腕機(jī)構(gòu)

機(jī)器人手抓常用機(jī)構(gòu)

機(jī)器人手爪一般稱為末端操作器。用電機(jī)控制的機(jī)器人的手很

難象人的手那樣靈活的操縱物體，并且需要抓取的材料或工具形狀、

大小、重量和材質(zhì)都不同，比如采摘與搬運(yùn)或清掃等工作性質(zhì)不同,

所以沒(méi)有一種簡(jiǎn)單的設(shè)計(jì)能夠適用于所有的工作需要，每種設(shè)計(jì)只

能在某一方面比其它設(shè)計(jì)更有優(yōu)勢(shì)，手部通用性也比較差。所以手

臂上需要有機(jī)械、電器、液壓氣動(dòng)的接口，以根據(jù)工作需要安裝不

同結(jié)構(gòu)的手爪。

（1）外夾式手爪機(jī)構(gòu)

（2）指狀式手爪機(jī)構(gòu)

（3）氣體或電磁吸盤機(jī)構(gòu)

機(jī)器人的常用傳動(dòng)機(jī)構(gòu)

機(jī)器人的傳動(dòng)機(jī)構(gòu)沒(méi)有好壞優(yōu)劣之分，只能根據(jù)設(shè)計(jì)者的需要

或加工條件選擇合適的傳動(dòng)機(jī)構(gòu)，也可以根據(jù)需要將幾種傳動(dòng)機(jī)構(gòu)

配合使用。可以通過(guò)機(jī)械傳動(dòng)機(jī)構(gòu)傳遞，也可通過(guò)氣體或液體傳遞。

1、皮帶傳動(dòng)或鏈傳動(dòng)機(jī)構(gòu)

2、齒輪傳動(dòng)

3、絲杠螺母?jìng)鲃?dòng)機(jī)構(gòu)

4、連桿傳動(dòng)機(jī)構(gòu)

5、流體傳動(dòng)機(jī)構(gòu)

任務(wù)實(shí)施：

通過(guò)上述內(nèi)容提綱，展開(kāi)進(jìn)行講解。并結(jié)合實(shí)訓(xùn)環(huán)境給予演示,

以提高學(xué)生的感性認(rèn)識(shí)。

拓展：模仿、討論（互動(dòng)）：

依據(jù)教師的講解，討論所講授知識(shí)內(nèi)容。

任務(wù)評(píng)價(jià)：

互評(píng)：由學(xué)生自述對(duì)于內(nèi)容的理解，并評(píng)價(jià)其他同學(xué)的回答是

否和自己的想法一致，若不同，自己有何見(jiàn)解。

老師總評(píng)：總結(jié)，并對(duì)學(xué)生的回答給以評(píng)論。

作業(yè)：

1、結(jié)合所講內(nèi)容和進(jìn)行的演示，通過(guò)思考將知識(shí)進(jìn)行整合

2、根據(jù)課上講授的內(nèi)容，課下查閱資料詳細(xì)了解至少一種機(jī)器

人的機(jī)械結(jié)構(gòu)。

任務(wù)4機(jī)器人的動(dòng)力供給

任務(wù)描述:

通過(guò)舉例、展示、講解等方法讓學(xué)生達(dá)到：

1.了解常用電動(dòng)機(jī)，掌握直流減速電機(jī)、步進(jìn)電機(jī)、伺服電機(jī)

的基本工作原理、功能及特性。

2.能夠根據(jù)實(shí)際需要選擇適合的機(jī)器人電機(jī)驅(qū)動(dòng)裝置，完成驅(qū)

動(dòng)任務(wù)。

任務(wù)分析及相關(guān)知識(shí)點(diǎn)：

電機(jī)是機(jī)器人中最常使用的動(dòng)力源。

步進(jìn)電機(jī)主要用于機(jī)器人肩臂旋轉(zhuǎn)步進(jìn)驅(qū)動(dòng)，其功率范圍較小,

一般在10瓦左右。

直流伺服電機(jī)可用于機(jī)器人的伸縮、擺動(dòng)、升降、旋轉(zhuǎn)、彎曲、

開(kāi)閉等運(yùn)動(dòng)部位。

交流伺服電機(jī)在機(jī)器人中的應(yīng)用情況與直流伺服電機(jī)相同，但

交流伺服電機(jī)與直流伺服電機(jī)相比，功率大、過(guò)載能力強(qiáng)，無(wú)電刷，

環(huán)境適應(yīng)性好，因而交流伺服電機(jī)是今后機(jī)器人用電機(jī)的發(fā)展方向。

低速電機(jī)主要用于系統(tǒng)精度要求高的機(jī)器人。

直流減速電動(dòng)機(jī)的應(yīng)用

直流減速電動(dòng)機(jī)，即齒輪減速電動(dòng)機(jī)，是在普通直流電動(dòng)機(jī)基

礎(chǔ)上，加配齒輪減速箱。齒輪減速箱的作用是提供較低的轉(zhuǎn)速，較

大的力矩。同時(shí)，齒輪減速箱不同的減速比可以提供不同的轉(zhuǎn)速和

力矩。減速電動(dòng)機(jī)通常也稱為齒輪馬達(dá)或齒輪電動(dòng)機(jī)。

步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的應(yīng)用

步進(jìn)電機(jī)是將電脈沖信號(hào)轉(zhuǎn)變?yōu)榻俏灰苹蚓€位移的開(kāi)環(huán)控制元

件。步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的種類有很多，其中常用的是永磁式步進(jìn)電動(dòng)機(jī)、

反應(yīng)式步進(jìn)電動(dòng)機(jī)和混合式步進(jìn)電動(dòng)機(jī)，另外還有感應(yīng)子式步進(jìn)電

動(dòng)機(jī)和單相式步進(jìn)電動(dòng)機(jī)。

步進(jìn)電機(jī)有步距角、靜轉(zhuǎn)矩及電流三大要素組成，一旦三大要

素確定，步進(jìn)電機(jī)的型號(hào)便確定下來(lái)了。（選擇方法）

私服電動(dòng)機(jī)的應(yīng)用

伺服電機(jī)包括直流伺服電機(jī)和交流伺服電機(jī)。其中直流伺服電

機(jī)可分為有刷和無(wú)刷電機(jī)，有刷直流伺服電機(jī)成本低，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，

啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩大，調(diào)速范圍寬，控制容易，需要維護(hù)，但維護(hù)方便，會(huì)

產(chǎn)生電磁干擾，對(duì)環(huán)境有較多要求。

在使用伺服電動(dòng)機(jī)時(shí)，我們采用脈寬調(diào)制方式來(lái)調(diào)整電動(dòng)機(jī)的

轉(zhuǎn)速和方向。

舵機(jī)是機(jī)器人常用的伺服電機(jī)，早期是應(yīng)用在航模中控制方向

的，后來(lái)有人發(fā)現(xiàn)這種機(jī)器的體積小、重量輕、扭矩大、精度高，

由于具備了這樣的優(yōu)點(diǎn)，很適合應(yīng)用在機(jī)器身上作為機(jī)器人的驅(qū)動(dòng)。

舵機(jī)簡(jiǎn)單的說(shuō)就是集成了直流電機(jī)、電機(jī)控制器和減速器等，

并封裝在一個(gè)便于安裝的外殼里的伺服單元。能夠利用簡(jiǎn)單的輸入

信號(hào)比較精確的轉(zhuǎn)動(dòng)給定角度的電機(jī)系統(tǒng)。

機(jī)器人有許多個(gè)關(guān)節(jié)，每一個(gè)關(guān)節(jié)我們稱為一個(gè)自由度。一般

的機(jī)體，都有十幾個(gè)自由度，這樣才能夠保證動(dòng)作的靈活性。在機(jī)

器人機(jī)體上，我們通過(guò)使用舵機(jī)作為每個(gè)關(guān)節(jié)的連接部分。它可以

完成每個(gè)關(guān)節(jié)的定位和運(yùn)動(dòng)。

任務(wù)實(shí)施：

通過(guò)上述內(nèi)容提綱，展開(kāi)進(jìn)行講解。并結(jié)合實(shí)訓(xùn)環(huán)境給予演示,

以提高學(xué)生的感性認(rèn)識(shí)。

拓展：模仿、討論（互動(dòng)）

依據(jù)教師的講解，討論所講授知識(shí)內(nèi)容。

任務(wù)評(píng)價(jià)：

互評(píng)：由學(xué)生自述對(duì)于內(nèi)容的理解，并評(píng)價(jià)其他同學(xué)的回答是

否和自己的想法一致，若不同，自己有何見(jiàn)解。

老師總評(píng)：總結(jié)，并對(duì)學(xué)生的回答給以評(píng)論。

作業(yè)：

1、結(jié)合所講內(nèi)容和進(jìn)行的演示，通過(guò)思考將知識(shí)進(jìn)行整合

2、根據(jù)課上講授的內(nèi)容，課下查閱資料詳細(xì)了解舵機(jī)的相關(guān)知

識(shí)。

學(xué)習(xí)情境三輪式移動(dòng)機(jī)器人的設(shè)計(jì)

任務(wù)1機(jī)器人本體部件制作

任務(wù)描述：

通過(guò)舉例、展示、講解等方法讓學(xué)生達(dá)到：

（1）了解機(jī)器人本體的制作方法。

（2）了解機(jī)器人本體的制作過(guò)程中需要注意的問(wèn)題。

任務(wù)分析及相關(guān)知識(shí)點(diǎn)：

機(jī)體板介紹

兩種規(guī)格型號(hào)，分別是132X02X180規(guī)格和132X02X96規(guī)格

2種規(guī)格機(jī)體板為金屬鋁制材料。

機(jī)體塊介紹

十一種規(guī)格的機(jī)體塊：

（1）2孔機(jī)體塊：金屬鋁合金材料，長(zhǎng)24mm、寬12mm、厚

12mm,共有2個(gè)M4.5（內(nèi)）M7.5（外）過(guò)孔，2個(gè)M4絲孔，2個(gè)

M4頂孔，孔間距為12mm。

（2）3孔機(jī)體塊：金屬鋁合金材料，長(zhǎng)36mm、寬12mm^厚

12mm,共有3個(gè)M4.5（內(nèi)）M7.5（外）過(guò)孔，3個(gè)M4絲孔，2個(gè)

M4頂孔，孔間距為12mm。

（3）4孔機(jī)體塊：金屬鋁合金材料，長(zhǎng)48mm、寬12mm、厚

12mm,共有4個(gè)M4.5（內(nèi)）M7.5（外）過(guò)孔，4個(gè)M4絲孔，2個(gè)

M4頂孔,孔間距為12mm。

（4）5孔機(jī)體塊：金屬鋁合金材料，長(zhǎng)60mm＞寬12mm、厚

12mm,共有5個(gè)M4.5（內(nèi)）M7.5（外）過(guò)孔，5個(gè)M4絲孔，2個(gè)

M4頂孔,孔間距為12mm。

（5）6孔機(jī)體塊：金屬鋁合金材料，長(zhǎng)72mm＞寬12mm、厚

12mm,共有6個(gè)M4.5（內(nèi)）M7.5（外）過(guò)孔，6個(gè)M4絲孔，2個(gè)

M4頂孔，孔間距為12mm。

（6）7孔機(jī)體塊：金屬鋁合金材料，長(zhǎng)84mm、寬12mm、厚

12mm,共有7個(gè)M4.5（內(nèi)）M7.5（外）過(guò)孔，7個(gè)M4絲孔，2個(gè)

M4頂孔，孔間距為12mm。

（7）8孔機(jī)體塊：金屬鋁合金材料，長(zhǎng)96mm、寬12mm^厚

12mm,共有8個(gè)M4.5（內(nèi)）M7.5（外）過(guò)孔，8個(gè)M4絲孔，2個(gè)

M4頂孔，孔間距為12mm。

（8）9孔機(jī)體塊：金屬鋁合金材料，長(zhǎng)108mm、寬12mm、厚

12mm,共有9個(gè)M4.5（內(nèi)）M7.5（外）過(guò)孔，9個(gè)M4絲孔，2個(gè)

M4頂孔,孔間距為12mm。

（9）10孔機(jī)體塊：金屬鋁合金材料，長(zhǎng)120mm、寬12mm、

厚12mm,共有10個(gè)M4.5（內(nèi)）M7.5（外）過(guò)孔，10個(gè)M4絲孔,

2個(gè)M4頂孔，孔間距為12mm。

（10）11孔機(jī)體塊:金屬鋁合金材料，長(zhǎng)132mm、寬12mm、

厚12mm,共有11個(gè)M4.5（內(nèi)）M7.5（外）過(guò)孔，11個(gè)M4絲孔,

2個(gè)M4頂孔，孔間距為12mm。

（11）12孔機(jī)體塊：金屬鋁合金材料，長(zhǎng)144mm、寬12mm、

厚12mm,共有12個(gè)M4.5（內(nèi)）M7.5（外）過(guò)孔，12個(gè)M4絲孔,

2個(gè)M4頂孔，孔間距為12mm。

機(jī)體條介紹

五種規(guī)格的機(jī)體條:

（1）3孔機(jī)體條：金屬鋁材料，長(zhǎng)36mm、寬12mm、厚2mm,

共有3個(gè)M4.5過(guò)孔，孔間距為12mm。

（2）4孔機(jī)體條：金屬鋁材料，長(zhǎng)48mm、寬12mm^厚2mm,

共有4個(gè)M4.5過(guò)孔，孔間距為12mm。

（3）5孔機(jī)體條：金屬鋁材料，長(zhǎng)60mm、寬12mm、厚2mm,

共有5個(gè)M4.5過(guò)孔，孔間距為12mm。

（4）6孔機(jī)體條：金屬鋁材料，長(zhǎng)72mm、寬12mm、厚2mm,

共有6個(gè)M4.5過(guò)孔，孔間距為12mm。

（5）7孔機(jī)體條：金屬鋁材料，長(zhǎng)84mm、寬12mm、厚2mm,

共有7個(gè)M4.5過(guò)孔，孔間距為12mm。

萬(wàn)向輪介紹：結(jié)合實(shí)物介紹

電機(jī)驅(qū)動(dòng)輪：結(jié)合實(shí)物介紹

任務(wù)實(shí)施:

通過(guò)上述內(nèi)容提綱，展開(kāi)進(jìn)行講解。并結(jié)合實(shí)訓(xùn)環(huán)境給予演示,

以提高學(xué)生的感性認(rèn)識(shí)。

拓展：模仿、討論（互動(dòng)）

依據(jù)教師的講解，討論所講授知識(shí)內(nèi)容。

任務(wù)評(píng)價(jià):

互評(píng)：由學(xué)生自述對(duì)于內(nèi)容的理解，并評(píng)價(jià)其他同學(xué)的回答是

否和自己的想法一致，若不同，自己有何見(jiàn)解。

老師總評(píng)：總結(jié)，并對(duì)學(xué)生的回答給以評(píng)論。

作業(yè)：

1、結(jié)合所講內(nèi)容和進(jìn)行的演示，通過(guò)思考將知識(shí)進(jìn)行整合

2、根據(jù)課上講授的內(nèi)容，課下利用課余時(shí)間到實(shí)訓(xùn)室進(jìn)行實(shí)物

練習(xí)。

學(xué)習(xí)情境三輪式移動(dòng)機(jī)器人的設(shè)計(jì)

任務(wù)2機(jī)器人機(jī)體基本安裝操作

任務(wù)描述:

通過(guò)舉例、展示、講解等方法讓學(xué)生達(dá)到：

(1)了解機(jī)器人機(jī)體的安裝及操作方法。

(2)了解機(jī)器人機(jī)體的安裝過(guò)程中需要注意的問(wèn)題。

任務(wù)分析及相關(guān)知識(shí)點(diǎn)：

固定機(jī)體塊

前面已經(jīng)介紹了，機(jī)體塊上的孔帶有螺紋，所以機(jī)體塊通常直

接使用螺絲進(jìn)行固定，在實(shí)際的組裝時(shí)，要根據(jù)具體需要現(xiàn)在合適

長(zhǎng)度的螺絲進(jìn)行操作。

機(jī)體塊之間的連接

在進(jìn)行機(jī)器人機(jī)體的搭建時(shí)，同時(shí)需要使不同的機(jī)體塊進(jìn)行連

接使用，一般的我們采用長(zhǎng)螺絲將機(jī)體塊間的孔進(jìn)行穿透式連接固

定。

機(jī)體板之間的連接

輪式移動(dòng)機(jī)器人的地盤是有一個(gè)或多個(gè)機(jī)體板構(gòu)成的，機(jī)體板

直接用機(jī)體塊進(jìn)行支撐，機(jī)體板和機(jī)體塊通常使用螺絲進(jìn)行連接

電機(jī)驅(qū)動(dòng)輪安裝

電機(jī)驅(qū)動(dòng)輪是在直流電動(dòng)機(jī)軸上安裝一個(gè)膠皮輪的方法制作

的，為了能將電機(jī)驅(qū)動(dòng)輪固定在車體上，在電動(dòng)機(jī)外殼上我們加裝

了一個(gè)固定金屬片，使用螺絲和螺絲帽將固定金屬片和機(jī)體板固定

在一起。

萬(wàn)向輪的安裝

萬(wàn)向輪的固定和電機(jī)驅(qū)動(dòng)輪固定方法相似，只需要使用螺絲和

螺絲帽將其固定在需要的位置就行了。當(dāng)然，如果機(jī)體板的面積有

限，為了提高機(jī)體板的面積使用率，我們也可以使用螺絲和機(jī)體塊

來(lái)進(jìn)行萬(wàn)向輪的固定

電路板的安裝

移動(dòng)式機(jī)器人的控制電路板通常安裝在機(jī)器人最上部或內(nèi)部,

同樣采用螺絲或銅柱固定。

傳感器模塊的安裝

移動(dòng)式機(jī)器人的傳感器安裝位置一般會(huì)根據(jù)具體任務(wù)來(lái)具體安

裝，我們通常將傳感器和機(jī)體片用膠粘合在一起，在使用螺絲將機(jī)

體片固定到車體上。

任務(wù)實(shí)施:

通過(guò)上述內(nèi)容提綱，展開(kāi)進(jìn)行講解。并結(jié)合實(shí)訓(xùn)環(huán)境給予演示,

以提高學(xué)生的感性認(rèn)識(shí)。

拓展：模仿、討論（互動(dòng)）

依據(jù)教師的講解，討論所講授知識(shí)內(nèi)容。

任務(wù)評(píng)價(jià)：

互評(píng)：由學(xué)生自述對(duì)于內(nèi)容的理解，并評(píng)價(jià)其他同學(xué)的回答是

否和自己的想法一致，若不同，自己有何見(jiàn)解。

老師總評(píng)：總結(jié)，并對(duì)學(xué)生的回答給以評(píng)論。

作業(yè)：

1、結(jié)合所講內(nèi)容和進(jìn)行的演示，通過(guò)思考將知識(shí)進(jìn)行整合

2、根據(jù)課上講授的內(nèi)容，課下利用課余時(shí)間到實(shí)訓(xùn)室進(jìn)行實(shí)物

練習(xí)。

學(xué)習(xí)情境三輪式移動(dòng)機(jī)器人的設(shè)計(jì)

任務(wù)3直流、步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的控制實(shí)現(xiàn)

任務(wù)描述：

通過(guò)舉例、展示、講解等方法讓學(xué)生達(dá)到：

（1）了解直流、步進(jìn)電動(dòng)機(jī)設(shè)計(jì)電路。

（2）了解直流、步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的控制方法。

任務(wù)分析及相關(guān)知識(shí)點(diǎn)：

直流電動(dòng)機(jī)

單片機(jī)搭建的最小系統(tǒng)可以直接控制直流電動(dòng)機(jī)嗎？（提出問(wèn)

題）

直流電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路使用最廣泛的就是H全橋式電路，這種驅(qū)動(dòng)

電路可以很方便實(shí)現(xiàn)直流電機(jī)的四象限運(yùn)行，分別對(duì)應(yīng)正轉(zhuǎn)、正轉(zhuǎn)

制動(dòng)、反轉(zhuǎn)、反轉(zhuǎn)制動(dòng)。

我們采用內(nèi)部集成有兩個(gè)橋式電路的專用芯片L298所組成的

電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路。L298是ST公司生產(chǎn)的一種高電壓、大電流電機(jī)驅(qū)

動(dòng)芯片，是驅(qū)動(dòng)二相和四相步進(jìn)電機(jī)的專用芯片，我們利用它內(nèi)部

的橋式電路來(lái)驅(qū)動(dòng)直流電機(jī)，。該芯片的主要特點(diǎn)是：工作電壓高，

最高工作電壓可達(dá)46V；輸出電流大，瞬間峰值電流可達(dá)3A,持續(xù)

工作電流為2A；內(nèi)含兩個(gè)H橋的高電壓大電流全橋式驅(qū)動(dòng)器，可以

用來(lái)驅(qū)動(dòng)直流電動(dòng)機(jī)和步進(jìn)電動(dòng)機(jī)、繼電器、線圈等感性負(fù)載；采

用標(biāo)準(zhǔn)TTL邏輯電平信號(hào)控制；具有兩個(gè)使能控制端，在不受輸入

信號(hào)影響的情況下允許或禁止器件工作；有一個(gè)邏輯電源輸入端，

使內(nèi)部邏輯電路部分在低電壓下工作；可以外接檢測(cè)電阻，將變化

量反饋給控制電路。

>CURRENTSENSINGB

OUTPUT4

3OUTPUT3

INPUT4

〉ENABLEB

INPUT3

nLOGICSUPPLYVOLTAGEVss

GND

nINPUT2

ENABLEA

>INPUT1

SUPPLYVOLTAGEVs

>OUTPUT2

___OUTPUT1

>CURRENTSENSINGA

表L298邏輯功能表

EnAINIIN2運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)

0XX停止

110正轉(zhuǎn)

101反轉(zhuǎn)

111剎停

100停止

依據(jù)流程圖設(shè)計(jì)程序

(1)正轉(zhuǎn)程序

//電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)程序，正轉(zhuǎn)

#include<reg5l.h>

//---------------------------------

#defineucharunsignedchar

#defineuintunsignedint

//--------------------------------

sbitDIRO=P1AO;//INI輸入

sbitDIR1=P1A3;〃IN3輸入

sbitPWM0=PlA2;//EnA控制位

sbitPWMl=PlA4;//EnB控制位

//-------------------------------

voidDelay100ms(unsignedintt);

//-------------------------------

voidmain()

while(l)

DIRO=1;〃正轉(zhuǎn)

PWMO=1;〃使能開(kāi)，正轉(zhuǎn)開(kāi)始

Delay100ms(100)；

PWM0=0;//使能關(guān)，正轉(zhuǎn)停止

Delay100ms(100)；

)

)

//-------------Delay100ms------------------

voidDelay100ms(unsignedintt)

(

unsignedinti,j;

while(t—)

(

for(i=0;i<100;i++)

(

forG=0;j<125;j++){}

)

)

（2）反轉(zhuǎn)程序

〃電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)程序，正轉(zhuǎn)

#include<reg5l.h>

//--------------------------------------------------

#defineucharunsignedchar

#defineuintunsignedint

//-------------------------------------------------

sbitDIR0=PlA0;〃INI輸入

sbitDIR1=P1A3;〃IN3輸入

sbitPWM0=PlA2;//EnA控制位

sbitPWMl=PlA4;//EnB控制位

//------------------------------------------------

voidDelay100ms(unsignedintt);

//------------------------------------------------

voidmain()

(

while(l)

(

DIR0=0;〃反轉(zhuǎn)

PWMO=1;〃使能開(kāi)，反轉(zhuǎn)開(kāi)始

Delay100ms(100)；

PWM0=0;〃使能關(guān)，反轉(zhuǎn)停止

Delay100ms(100)；

)

)

//--------------Delay100ms.......................

voidDelay100ms(unsignedintt)

{

unsignedinti,j;

while(t-)

(

for(i=0;i<100;i++)

(

for(j=0;j<125;j++){)

步進(jìn)電動(dòng)機(jī)

步進(jìn)電機(jī)是一種感應(yīng)電機(jī)，它的工作原理是利用電子電路，將

直流電變成分時(shí)供電的，多相時(shí)序控制電流，用這種電流為步進(jìn)電

機(jī)供電，步進(jìn)電機(jī)才能正常工作，驅(qū)動(dòng)器就是為步進(jìn)電機(jī)分時(shí)供電

的，多相時(shí)序控制器。雖然步進(jìn)電機(jī)已被廣泛地應(yīng)用，但步進(jìn)電機(jī)

并不能像普通的直流電機(jī)，交流電機(jī)在常規(guī)下使用。它必須由雙環(huán)

形脈沖信號(hào)、功率驅(qū)動(dòng)電路等組成控制系統(tǒng)方可使用。

實(shí)現(xiàn)對(duì)步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的控制，需要按照步進(jìn)電機(jī)的要求對(duì)其進(jìn)行

有序的脈沖控制。也就是說(shuō)我們需要在MCU端口給出有序的高低電

平變化即可實(shí)現(xiàn)對(duì)其的控制。

#include<reg52.H>

#include<intrins.h>

#include<absacc.h>

sbitDIRO=P1AO;

sbitPWMO=P1A2;

sbitDIRI=P1A3;

sbitPWM1=P1A5;

/*sbitDIR2=P2A4;

sbitPWM2=P2A5;

sbitDIR3=P2A6;

sbitPWM3=P2A7;

*/

voidDelay_nus(unsignedintus)

(

while(us-)

(

_nop_();

voidDelay_nms(unsignedintms)

(

while(ms—)

(

Delay_nus(1000);//600us實(shí)際700us左右

voidmain()

{

while(1)

(

Pl=0xFC;

Delay_nus(600);

/*Pl=0xF6;

Delay_nus(500);

Pl=0xF3;

Delay_nus(500);*/

Pl=0xF9;

Delay_nus(500);

/*PWMO=1;PWM1=1;//cdirO;cdirl;

Delay_nms(l);

PWMO=0;PWM1=l;//cdirO;sdirl;//sdir3;

Delay_nms(l);

PWMO=1;PWM1=l;//sdirO;sdirl;//cdir2;

Delay_nms(l);

PWMO=1;PWM1=0;//sdirO;cdirl;//cdir3;

Delay_nms(l);

}*/

任務(wù)實(shí)施：

通過(guò)上述內(nèi)容提綱，展開(kāi)進(jìn)行講解。并結(jié)合實(shí)訓(xùn)環(huán)境給予演示,

以提高學(xué)生的感性認(rèn)識(shí)。

拓展：模仿、討論(互動(dòng))

依據(jù)教師的講解，討論所講授知識(shí)內(nèi)容。

任務(wù)評(píng)價(jià)：

互評(píng)：由學(xué)生自述對(duì)于內(nèi)容的理解，并評(píng)價(jià)其他同學(xué)的回答是

否和自己的想法一致，若不同，自己有何見(jiàn)解。

老師總評(píng)：總結(jié)，并對(duì)學(xué)生的回答給以評(píng)論。

作業(yè)：

1、結(jié)合所講內(nèi)容和進(jìn)行的演示，通過(guò)思考將知識(shí)進(jìn)行整合

2、根據(jù)課上講授的內(nèi)容，課下利用課余時(shí)間到實(shí)訓(xùn)室進(jìn)行實(shí)物

練習(xí)。

學(xué)習(xí)情境三輪式移動(dòng)機(jī)器人的設(shè)計(jì)

任務(wù)3.5機(jī)器人移動(dòng)功能實(shí)現(xiàn)

任務(wù)描述：

通過(guò)舉例、展示、講解等方法讓學(xué)生達(dá)到：

(1)了解機(jī)器人的移動(dòng)方式。

(2)了解如何控制直流電動(dòng)機(jī)實(shí)現(xiàn)機(jī)器人的移動(dòng)。

任務(wù)分析及相關(guān)知識(shí)點(diǎn)：

機(jī)器人前進(jìn)功能實(shí)現(xiàn)

只需要讓前軸上兩個(gè)提供動(dòng)力的電動(dòng)機(jī)帶動(dòng)車輪向前轉(zhuǎn)動(dòng)就行

了。依據(jù)前面介紹的電動(dòng)機(jī)的控制可以輕松實(shí)現(xiàn)。

#include<reg51.h>

//■

#defineucharunsignedchar

#defineuintunsignedint

//-------------------------------

sbitDIRO=P1AO;〃INI輸入

sbitDIR1=P1A3;〃IN3輸入

sbitPWM0=PlA2;//EnA控制位

sbitPWMl=PlA4;//EnB控制位

//------------------------------

voidDelay100ms(unsignedintt);

//------------------------------

voidmain()

{

while(l)

(

DIRO=1;//設(shè)定正轉(zhuǎn)

DIR1=1;//設(shè)定正轉(zhuǎn)

PWMO=1;〃使能開(kāi)，正轉(zhuǎn)開(kāi)始

PWM1=1;〃使能開(kāi)，正轉(zhuǎn)開(kāi)始

Delay100ms(100)；

PWM0=0;//使能關(guān)，正轉(zhuǎn)停止

PWM1=O;〃使能關(guān)，正轉(zhuǎn)停止

Delay100ms(100)；

)

}

//--------------Delay100ms------------------

voidDelay100ms(unsignedintt)

unsignedinti,j;

while(t—)

for(i=0;i<100;i++)

(

for(j=0;j<125;j++){}

)

)

)

機(jī)器人后退功能實(shí)現(xiàn)

小型車體機(jī)器人的后退其實(shí)從控制角度來(lái)說(shuō)只是正向控制和反

向控制的區(qū)別。結(jié)合我們前面介紹的L298搭建的驅(qū)動(dòng)控制電路，其

實(shí)只需要按照邏輯功能表對(duì)輸入通道進(jìn)行相應(yīng)控制就可以輕松實(shí)

現(xiàn)。

#include<reg51.h>

//-------------------------------

#defineucharunsignedchar

#defineuintunsignedint

//-------------------------------

sbitDIRO=P1AO;〃INI輸入

sbitDIR1=P1A3;〃IN3輸入

sbitPWMO=P1A2;//EnA控制位

sbitPWM1=P1A4;//EnB控制位

//------------------------------

voidDelay100ms(unsignedintt);

//------------------------------

voidmain()

{

while(l)

(

DIR0=0;//設(shè)定反轉(zhuǎn)

DIR1=0;//設(shè)定反轉(zhuǎn)

PWM0=l;〃使能開(kāi)，反轉(zhuǎn)開(kāi)始

PWM1=1;//使能開(kāi)，反轉(zhuǎn)開(kāi)始

DelaylOOms(100)；

PWM0=0;〃使能關(guān)，反轉(zhuǎn)停止

PWM1=O;〃使能關(guān)，反轉(zhuǎn)停止

DelaylOOms(100)；

)

}

//---------------DelaylOOms-------------------

voidDelay100ms(unsignedintt)

unsignedinti,j;

while(t-)

(

for(i=0;i<100;i++)

(

for(j=0;j<125;j++){}

機(jī)器人轉(zhuǎn)彎功能實(shí)現(xiàn)

轉(zhuǎn)彎的形式基本包括：左轉(zhuǎn)，右轉(zhuǎn)和后轉(zhuǎn)三種模式。一般的，

使用雙直流電動(dòng)機(jī)提供動(dòng)力的微型機(jī)器人轉(zhuǎn)彎有兩種實(shí)現(xiàn)方式：一

種是在單電動(dòng)機(jī)控制轉(zhuǎn)彎，在前進(jìn)過(guò)程中，使車體外側(cè)電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)，

車體內(nèi)測(cè)電機(jī)停止就可以實(shí)現(xiàn)這種轉(zhuǎn)彎；另外一種方式是雙電動(dòng)機(jī)

控制轉(zhuǎn)彎，即車體外側(cè)電機(jī)正轉(zhuǎn)，車體外側(cè)電機(jī)反轉(zhuǎn)，實(shí)現(xiàn)這種轉(zhuǎn)

彎方式。其轉(zhuǎn)彎角度直接和電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)間有關(guān)，可以通過(guò)控制轉(zhuǎn)

動(dòng)時(shí)間來(lái)控制轉(zhuǎn)動(dòng)角度。

（1）單電機(jī)控制轉(zhuǎn)彎

//1路直流電動(dòng)機(jī)控制右轉(zhuǎn)

#include<reg51.h>

//-----------------------

#defineucharunsignedchar

#defineuintunsignedint

//-----------------------------------

sbitDIRO=P1AO;//INI輸入

sbitDIR1=P1A3;〃IN3輸入

sbitPWMO=P1A2;//EnA控制位

sbitPWMl=PlA4;//EnB控制位

//------------------------------

voidDelay100ms(unsignedintt);

//------------------------------

voidmain()

{while(l)

(

DIRO=1;//設(shè)定左輪正轉(zhuǎn)

PWMO=1;//左輪使能開(kāi)，啟動(dòng)正轉(zhuǎn)

Delay100ms(15)；//調(diào)整此處參數(shù)可以調(diào)整轉(zhuǎn)彎角度

PWM0=0;〃左輪使能關(guān)，停止正轉(zhuǎn)

Delay100ms(50)；

)

)

//-------------Delay100ms----------------

voidDelay100ms(unsignedintt)

{unsignedinti,j;

while(t—)

(

for(i=0;i<100;i++)

(

for(j=0;j<125;j++){}

(2)雙電機(jī)控制轉(zhuǎn)彎

〃2路直流電動(dòng)機(jī)控制右轉(zhuǎn)

#include<reg51.h>

//-------------------------------

#defineucharunsignedchar

#defineuintunsignedint

//-------------------------------

sbitDIRO=P1AO;〃INI輸入

sbitDIR1=P1A3;〃IN3輸入

sbitPWMO=P1A2;//EnA控制位

sbitPWM1=P1A4;//EnB控制位

//------------------------------

voidDelay100ms(unsignedintt);

//------------------------------

voidmain()

{while(l)

(

DIRO=1;//設(shè)定左輪正轉(zhuǎn)

DIR1=0;//設(shè)定右輪反轉(zhuǎn)

PWM0=l;//左輪使能開(kāi)，啟動(dòng)正轉(zhuǎn)

PWM1=1;〃右輪使能開(kāi)，啟動(dòng)正轉(zhuǎn)

Delay100ms(15)；//調(diào)整此處參數(shù)可以調(diào)整轉(zhuǎn)彎角度

PWM0=0;〃左輪使能關(guān)，停止正轉(zhuǎn)

PWM1=1;〃右輪使能關(guān)，停止正轉(zhuǎn)

Delay100ms(50)；

//-------------Delay100ms----------------

voidDelay100ms(unsignedintt)

(

unsignedinti,j;

while(t—)

(

for(i=0;i<100;i++)

(

for(j=0;j<125;j++){}

任務(wù)實(shí)施：

通過(guò)上述內(nèi)容提綱，展開(kāi)進(jìn)行講解。并結(jié)合實(shí)訓(xùn)環(huán)境給予演示,

以提高學(xué)生的感性認(rèn)識(shí)。

拓展：模仿、討論（互動(dòng)）

依據(jù)教師的講解，討論所講授知識(shí)內(nèi)容。

任務(wù)評(píng)價(jià)：

互評(píng)：由學(xué)生自述對(duì)于內(nèi)容的理解，并評(píng)價(jià)其他同學(xué)的回答是

否和自己的想法一致，若不同，自己有何見(jiàn)解。

老師總評(píng)：總結(jié)，并對(duì)學(xué)生的回答給以評(píng)論。

作業(yè)：

1、結(jié)合所講內(nèi)容和進(jìn)行的演示，通過(guò)思考將知識(shí)進(jìn)行整合

2、根據(jù)課上講授的內(nèi)容，課下利用課余時(shí)間到實(shí)訓(xùn)室進(jìn)行實(shí)物

練習(xí)。

學(xué)習(xí)情境三輪式移動(dòng)機(jī)器人的設(shè)計(jì)

任務(wù)3.6壁障機(jī)器人的設(shè)計(jì)

任務(wù)描述:

通過(guò)舉例、展示、講解等方法讓學(xué)生達(dá)到：

(1)了解如何使用傳感器進(jìn)行障礙物檢測(cè)。

(2)了解如何根據(jù)傳感器信息進(jìn)行控制操作。

任務(wù)分析及相關(guān)知識(shí)點(diǎn)：

避障機(jī)器人是一種具有自主躲避障礙的微型機(jī)器人。它是如何

發(fā)現(xiàn)障礙并躲避障礙的呢？關(guān)鍵在于它身上的眼睛一一傳感器。

本次任務(wù)中用于檢測(cè)外部障礙的傳感器我們采用光電式接近傳

感器。光電傳感器在一般情況下由三部分構(gòu)成，它們分為：發(fā)送器、

接收器和檢測(cè)電路。

發(fā)射的光束一般來(lái)源于半導(dǎo)體光源，發(fā)光二極管(LED)、激光二

極管及紅外發(fā)射二極管。發(fā)送器對(duì)準(zhǔn)目標(biāo)發(fā)射光束，光束不間斷地

發(fā)射。

接收器有光電二極管、光電三極管、光電池組成。在接收器的

前面，裝有光學(xué)元件如透鏡和光圈等，在其后面是檢測(cè)電路，它能

濾出有效信號(hào)和應(yīng)用該信號(hào)。

光電式接近傳感器采用了標(biāo)準(zhǔn)3針接口，兩側(cè)分別接電源和地,

中間為信號(hào)端，使用時(shí)只需將信號(hào)端直接接入單片機(jī)10口即可使單

片機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)讀取。當(dāng)單片機(jī)10口為低電平時(shí)說(shuō)明有障礙物出現(xiàn)；

當(dāng)單片機(jī)10口為