机器人控制系统教案（通用8篇）
机器人控制系统教案 篇1
机器人教案
郑州市第三十一中学 芦文娜
韩晓铂
目 录
第一章 走进机器人世界
1.1 学前教育 1.2 触摸机器人
1.3 机器人的硬件构成 1.4 机器人的软件 第二章 机器人结构搭建
2.1 有“皮肤”的三轮车
2.2 有“眼睛”的自寻迹小车 2.3 有“手臂”的投篮机器人 2.4 履带战车
2.5 灵活转弯小车 2.6 娃娃学步 2.7 六足牛
第三章 机器人程序设计
3.1 三种灯光控制 3.2 避障 3.3 自寻迹 3.4 秒表 3.5 两地控制 3.6 判粗细
3.7 计数与判奇偶 3.8 多任务 3.9 事件控制 3.10 无线通信
第一章 走进机器人世界
1.1 学前教育
教学目标：理解本课程的意义，理顺教学秩序，认识课程目标。教学重点：理顺教学秩序 教学准备：学员须知30份 教时：1课时
课堂练习：参观校机器人实验室。教学内容与过程：
一、学员分组，选定班组长。
二、宣布课堂纪律、注意事项，介绍学习方法，三、公布学习总任务与学业评价。
四、参观校机器人实验室。
五、附件
《机器人制作》选修课学员须知
严格
协作
研究
一、严格
1、准时上下课。特殊情况事先向组长请假。
2、保管好器材，不遗失、不损坏。
3、保持环境安静、清洁，不得有粗鲁行为。
4、爱护电脑，禁玩游戏。
二、协作
1、每两人为一基本学习单位，合用一套器材，共同完成每个制作任务。要求：
⑴互相配合：交替进行各项操作，使人人都具有独立搭建与编程的能力。
⑵互相帮助：有困难时共同探讨，一起进步。
2、每四人合用一台电脑，充分利用电脑获取信息和练习程序设计。
3、每六人为一个小组，合用一个调试场地，三、研究
获取信息： 听课、利用电脑查阅资料和帮助文档、从互连网获取信息。
积极实践： 注重具体的结构搭建和编程练习，结累经验。 探索研究： 开拓思路，展开联想，用实验的方法证明自己的想法
四、评价
以上三条(严格、协作、研究)和机器人项目制作结果作为学习成绩的依据
成绩分四档：
A优秀
B良好
C合格
D不合格
五、理念
乐高机器人制作理念
做中学 玩中学 团结协作 祝同学们： 团队协作 学得愉快 技术进步 能力提高
班组长职责
管理班长：①填写出勤情况表
②协助组长处理管理上的难点 ③及时与教师沟通管理上的问题 技术班长：①技术上领先全班同学
②协助组长处理技术上的难点
③及时与教师沟通技术上的问题
组 长： ①技术上领先组内其他同学
②管理组内纪律，接受同学请假，③及时与二位班长协同工作
1.2 触摸机器人
教学目标：认识机器人的定义，了解机器人现状，激发学习兴趣。教学重点：机器人的定义 教学准备：录像与PPT课件 教时：1课时
课堂练习：观看录像资料 教学内容与过程：
一、讲解机器人的定义
二、讲解机器人现状
三、附件
1、机器人是什么
到目前为止人们对机器人还没有一个权威而又确切的定义，但“机器人是自动工作的机器”这种说法还是被人们广泛地接受。这样说来在我们身边到处都有机器人的存在。譬如：家中的电饭堡、洗衣机、各种防盗报警器，出租车的计价器等等。
既然机器人是自动工作的机器，那么利用机器人就可以为人们的生产、生活服务。当今，机器人的应用已经涉及到了工业、农业、家政、科研、军事实战等领域。机器人的足迹遍布陆地、海洋、天空，甚至在浩荡的宇宙太空上也能觅到它的芳踪，火星上的“勇气号控测器”向人们展示了它靓丽的风彩。机器人要按照人们的意图自动地工作，它就必需有存放程序的存储器；为获取工作环境的信息就要有传感器(输入设备)；对获取的信息进行运算和处理，根据程序设计的工作步骤发出控制指令，这就要有CPU(中央处理器)；经过处理的信息要转化成输出声音、图像或是动作，就需要执行机构(输出设备)；再有，人们为完成某一特定的的任务，给机器人编写的操作系统和应用程序。这样看来机器人是一个完整的计算机系统。
当然，机器人是一个集多个学科的高科技产物，随着通信、网络、材料等各种高新技术的加入，使机器人变得越来越聪明，功能越来越强大。机器人技术给人们带来了巨大的利益，也成了衡量各国科技发展水平的标志。因此，机器人技术受到了各国政府的和重视，纷纷在机器人的研发、应用和教学普及中投入了巨大的人力、财力和物力。
2、图片资料
我国研制的工业机器人
日本索尼公司研制的娱乐机器人
美国研制的”角斗士”军事机器人
日本研制的家政机器人
水
下
排
雷
机
器
人
农业机器人
3、积木式机器人
积木式机器人是各大厂商专为广大青少年学习制作机器人而开发的，一般以套件的形式提供。套件中包括机器人控制器、输入输出部件、编程软件光盘、程序下载装置、机器人外形结构件、制作说明书等。厂商不同提供的套件也不同，有的结构件是整体不容易拆装和改形，有的结构件是散件，可以随心所欲自由拼凑，有些控制器是封闭的,有些是开放的，可以扩展一些输入输出端口。但它们都有一个共同的特点，这就是强大的直观的图形化编程平台，有了它，学习机器人程序的设计将变得轻松而愉快，当你学而有余时，也可以采用高级语言来编程。另外，套件中提供的各式各样易插易用且性能优越的传感器和小马达，省却了你诸多的烦恼。积木式机器人的确是机器人初学者得心应手的好帮手。
以下是国内常见的积木式机器人的图片资料。
乐乐高新款机器人
AM高
机
器
人
广茂达纳英特机器人
通用中鸣机器人
—Ⅱ机器人
教学机器人
1.3 机器人的硬件构成
教学目标：认识机器人控制器、输入、输出部件、积木构件。教学重点：RCX控制器
教学准备：硬件实物、图片，PPT课件。教时：1课时
课堂练习：整理硬件储物箱 教学内容与过程：
一、介绍RCX控制器
二、输入、输出部件
三、积木构件
四、按照9786核心套装图片，整理硬件储物箱
五、附件
乐高机器人控制器(RCX)
RCX与输入、输出部件的连接
乐高的输出部件：
a)9V迷你马达
b)9V高速马达
c)9V传动马d)微型马达
达
e)遥控赛车马达
小灯
蜂鸣器
乐高的输入部件
角度传感器 光线传感器 温度传感器 触动传感器
乐高的积木
图实 物
1.4 机器人的软件
教学目标：初识乐高编程软件《ROBOLAB》 教学重点：功能面板与工具面板的操作 教学准备：多媒体投影仪，电脑。教时：1课时
课堂练习：编一个最简单的程序 教学内容与过程：
内容——软件的启动与关闭；功能面板与工具面板的作用与操作；程序的下载与运行。
纸
第二章 机器人结构搭建
2.1 有“皮肤”的三轮车
教学目标：能按照结构分解图，完成本项作品的搭建，理解乐高积木的作用。
教学重点：乐高积木与图纸的匹配，教学准备：结构分解图，乐高结木，RCX一个，马达二个，触感一个。教时：1课时
课堂练习：用乐高积木搭建一个有“皮肤”的三轮车。教学内容与过程： 实践操作。
2.2 有“眼睛”的自寻迹小车
教学目标：能按照结构分解图，完成本项作品的搭建，理解乐高积木的作用。
教学重点：乐高积木与图纸的匹配，教学准备：结构分解图，乐高结木，RCX一个，马达二个，光感一个。教时：1课时
课堂练习：用乐高积木搭建一个有“眼睛”的自寻迹小车。教学内容与过程： 实践操作。
2.3 有“手臂”的投篮机器人
教学目标：能按照结构分解图，完成本项作品的搭建，理解乐高积木的作用。
教学重点：乐高积木与图纸的匹配，教学准备：结构分解图，乐高结木，RCX一个，马达二个。教时：1课时
课堂练习：用乐高积木搭建一个有“手臂”的投篮机器人。教学内容与过程： 实践操作。
2.4 履带战车
教学目标：能按照结构分解图，完成本项作品的搭建，理解乐高积木的作用。
教学重点：乐高积木与图纸的匹配，教学准备：结构分解图，乐高结木，RCX一个，马达二个，触感二个。教时：1课时
课堂练习：用乐高积木搭建一个履带战车。教学内容与过程： 实践操作。
2.5 灵活转弯小车
教学目标：能按照结构分解图，完成本项作品的搭建，理解乐高积木的作用。
教学重点：乐高积木与图纸的匹配，教学准备：结构分解图，乐高结木，RCX一个，马达二个，光感一个。教时：1课时
课堂练习：用乐高积木搭建一个灵活转弯小车。教学内容与过程： 实践操作。
2.6 娃娃学步
教学目标：能按照结构分解图，完成本项作品的搭建，理解乐高积木的作用。
教学重点：乐高积木与图纸的匹配，教学准备：结构总图，乐高结木，马达一个。，教时：1课时
课堂练习：用乐高积木搭建一个“娃娃学步”。教学内容与过程： 实践操作。
2.7 六足牛
教学目标：能按照结构分解图，完成本项作品的搭建，理解乐高积木的作用。
教学重点：乐高积木与图纸的匹配，教学准备：结构分解图，乐高结木，RCX一个，马达二个。教时：1课时
课堂练习：用乐高积木搭建一个“六足牛”。教学内容与过程： 实践操作。
第三章 机器人程序设计
3.1 三种灯光控制
教学目标：学习顺序结构、绝对跳转指令，完成三种不同灯光控制的编程。
教学重点：顺序结构与绝对跳转指令
教学准备：ROBOLAB软件，乐高积木，RCX一个，小灯一只，触感一个。
教时：1课时
课堂练习：ROBOLAB编程 教学内容与过程： 学习内容：
输入部件触感，输出部件小灯，停止图标，绝对跳转图标，开始与结束图标。
一、台灯控制程序
功能：按钮按下后，小灯亮，再次按下，小灯灭，可重复。
台灯控制程序
二、门口灯控制程序
功能：按钮按下后，小灯亮，延时2秒后，小灯灭，可重复。
门口灯控制程序
二、警灯控制程序
功能：程序启动后，小灯间隔1秒闪烁，始终循环。
警灯控制程序
3.2 避 障
教学目标：，马达图标与时间等待图标，完成“碰碰车”控制的编程。教学重点：马达图标与设置，时间等待图标与设置。
教学准备：ROBOLAB软件，乐高结木，RCX一个，马达二个，触感一个。
教时：1课时
课堂练习：硬件配置与ROBOLAB编程 教学内容与过程： 学习内容：
马达图标与设置，时间等待图标与设置。
“碰碰车”控制程序
功能：小车向前运行，遇到障碍，先后退0.2秒,再转弯0.5秒,然后继续前进
“碰碰车”控制程序
3.3 自寻迹
教学目标：学习光感的应用，选择结构的应用，完成“沿黑线走”控制的编程。
教学重点：选择结构的应用
教学准备：ROBOLAB软件，乐高结木，RCX一个，马达二个，光感一个。
教时：1课时
课堂练习：硬件配置与ROBOLAB编程 教学内容与过程： 学习内容： 光感的应用，选择结构的应用。
“沿黑线走”控制程序。
功能：小车自动沿黑线行驶，但不会停止。
“沿黑线走”控制程序
3.4 秒 表
教学目标：学习计时器、显示屏、容器、清零，完成“秒表”控制的编程。
教学重点：计时器、显示屏、容器、清零图标的应用。教学准备：ROBOLAB软件，RCXG一个，触感一个。教时：1课时
课堂练习：硬件配置与ROBOLAB编程 教学内容与过程：
计时器、显示屏、容器、清零图标的应用。
秒表控制程序
功能：按钮按下，开始计时，显示屏以0.1秒累加，再次按下，时间值固定。
3.5 两地控制
教学目标：学习容器清零，选择结构嵌套，完成“二个按钮控制一个灯”的编程。教学重点：选择结构嵌套
教学准备：ROBOLAB软件，RCX一个，小灯一个，触感二个。教时：1课时
课堂练习：硬件配置与ROBOLAB编程 教学内容与过程：
容器清零，选择结构嵌套。
“二个按钮控制一个灯”的程序
功能：两个按钮均可独立控制一个小灯。
3.6 判粗细
教学目标：会计算机器人经过某段距离的时间，完成“判断黑线粗细”的编程。
教学重点：怎样判定过了一段路程。
教学准备：ROBOLAB软件，乐高结木，RCX一个，光感一个，场地一个。
教时：1课时
课堂练习：硬件配置与ROBOLAB编程 教学内容与过程：
确定经过一段黑线的时间程序
“判断黑线粗细”的程序
功能：小车前进，过细黑线继续前进，过粗黑线后小车停止。
3.7 计数与判奇偶
教学目标：学习容器的运算，容器选择图标，完成计数与判奇偶的编程。
教学重点：容器的运算，容器选择图标。
教学准备：ROBOLAB软件，RCX一个，乐高结木，马达一个，光感一个。
教时：1课时
课堂练习：硬件配置与ROBOLAB编程 教学内容与过程：
机器人场地与“判粗细”程序相同
计数程序
功能：小车前进，过粗黑线后小车停止，显示经过的细黑线数目。
判奇偶程序 功能：小车前进，过粗黑线后小车停止，若经过的细黑线数目为奇数，机器人会亮一个灯。否则，若经过的细黑线数目为偶数，会亮两个灯。
3.8 多任务
教学目标：学习多任务编程、音阶图标，完成“边走边唱歌”的编程。教学重点：多任务编程
教学准备：ROBOLAB软件，RCX一个，乐高结木，马达二个，光感一个。
教时：1课时
课堂练习：硬件配置与ROBOLAB编程 教学内容与过程：
多任务“边沿黑线走边唱歌”的程序
3.9 事件控制
教学目标：学习事件控制应用、完成“任意时刻停止沿黑线走”控制的编程。
教学重点：事件控制应用 教学准备：ROBOLAB软件，RCX一个，触感一个，马达二个，光感一个。
教时：1课时
课堂练习：硬件配置与ROBOLAB编程 教学内容与过程：
“任意时刻停止沿黑线走”程序
3.10 无线通信
教学目标：学习无线通信应用、完成“双胞胎小车”控制的编程。教学重点：顺序结构与绝对跳转指令
教学准备：ROBOLAB软件，RCX二个，乐高结木，马达一个，角感二个。
教时：1课时
课堂练习：硬件配置与ROBOLAB编程 教学内容与过程：
“双胞胎小车”程序
“发信小车”程序
“收信小车”程序
机器人控制系统教案 篇2
随着机器人技术的高速发展,对机器人的需求急剧增大。根据机器人工作环境的不同分为工业机器人和特种机器人。工业机器人是面向工业领域的多自由度机器人,而特种机器人是服务型机器人。其中移动机器人是特种机器人的一种,具有体积小、可靠性高、适应能力强的特点。移动机器人行走有轮式、履带式、腿式三种形式。轮式机器人移动速度快、控制比较灵活,但是越障能力有限,在冰雪、泥地性能不足;履带式移动机器人抓地性能好,但是无法保障高通过能力;腿式机器人控制复杂,不适于对灵活性、快速性高的场合。
1 自主移动机器人规划路径
自主移动机器人能根据指令及环境进行自主路径规划,不断采集局部环境信息,做出决策实现安全到达目标地点。移动机器人采用上下位机控制方式,通过调整左右驱动轮实现运动,机器人载体通过无线通讯发送数据给上位机,机器人通过摄像头测距避障系统完成侦察观测。光靠图像识别摄像头,角度和转动是有限制的,辅以超声红外动态测距避障系统,可以对摄像头侦察范围外的障碍物进行测距和定位。由于摄像头在微弱的光线下无法观察,借助红外动态测距可以弥补不足。通过对障碍物进行测距,无线传输到动机器人可以在光线差的环境中自主寻找光源完成相应任务。系统软件启动后进行系统自检和初始化,然后进行路径的规划。若发现光源,机器人停止运动,等待命令;没有发现光源,发现光源机器人停止运动,发出出错信息。当超声波系统发现前方有障碍物时,将产生外部中断,终止程序运行,重新规划路径,实现机器人的自主移动。
机器人的轨迹包括位移、速度和加速度。轨迹的生成是先给定轨迹上若干点,将其景运动学映射到关节空间,建立相应点运动方程,对关节进行插值,实现空间的运动要求。机器人的规划指机器人根据自身任务,解决方案的过程。
机器人运动规划是对手部位姿的描述,控制轨迹是按时控制手部或工具中心的空间路径。机器人的运动描述为工具坐标系和工件坐标系的相对运动。这种运动需把机器人、手爪、工具分离开,抽象出模型的描述方法。通常用点来表示机器人的状态或表示工具坐标系的位姿。不仅要规定机器人的起点和终点,还要规定中间点。运动轨迹除了位姿约束外,还存在各路径点之间的时间分配。机器人运动应当平稳,否则会造成机械部件的磨损。
机器人的轨迹规划一般是三步:第一步对机器人的任务进行运动路径的设计。第二步根据轨迹参数,模拟路径。第三步是对轨迹进行计算,算出位置、速度和加速度,生成运动轨迹。轨迹规划可以在关节空间进行,也可以在直角坐标空间进行。在关节空间进行的轨迹规划是将所有关节变量表示为时间的函数,用一阶、二阶导数描述机器人预期运动。在直角坐标空间规划轨迹是将手爪位姿、速度、加速度表示为时间函数,相应的关节位置、速度、加速度由手爪信息导出。
2 移动机器人进化控制系统
基于功能集成的移动机器人系统是由进化规划模块和基于行为的控制模块组成的。这种综合体系的优点是具有实时性,保持了目标可控性,具有自学习功能,不断调行为,以达到适应环境、完成任务的目的。机器人的避障、平衡、前进和后退是基于行为的模块来提供。进化规划模块负责高智能任务,包括路径规划及任务生成、协调工作。为了完成特定任务,进化规划模块需将目标驱动状态激活,设置协调参数。移动机器人进化控制系统储存了经验库指导进化规划。为了缓和系统各种行为模块的竞争,需要进化规划模块统筹安排。这种柔性协调策略根据机器人所处环境和执行任务不同而调整,在原有的基础上加以完善。
移动机器人进行控制系统的实现需要进行逻辑设计和物理实现。逻辑设计以进化规划模块与反射行为的实现为中心。离线进化算法模块根据经验知识对机器人运动路线做出离线规划,机器人的运动由运动规划模块控制。当遇到障碍时,启动反射行为,机器人有效避开障碍物。机器人启动在线进化规划,计算新路径,保持路径跟踪的有效。
3 机器人控制系统组态
机器人控制系统软件分为上位机软件和下位机软件。上位机有系统编程软件,下位机提供伺服软件。系统软件提供系统定义、命令、语言、编译。系统软件针对运动形式,进行轨迹的规划、坐标变化。
下位机是直接控制设备的计算机,一般是PLC或单片机。上位机发出的命令首先发给下位机,下位机根据命令解释成时序信号直接控制外部设备。下位机不时读取设备状态数据,转化成数字信号反馈给上位机。下位机控制系统是检测机器人系统的核心,其性能的优劣直接影响机器人的执行能力。
下位机主要由CPU214模块、3个数字量输出模块EM232、1个模拟量扩展模块EM231,3个变频器、传感器、采样控制模块、电源组成。控制系统使用的电源取决于控制系统的需求。由于机器人不断移动,系统采用充电电池供电。机器人硬件平台由两台IPC、一个伺服器、三个PWM放大器组成。传感器是机器人的五官,是机器人具有自主能力的重要前提。机器人系统共有超声、激光、增量编码器。超声传感器用来探测周围2米内的障碍物信息。激光传感器结合路标用来提供机器人在工作环境中的位置。超声和激光传感器的信号通过计算机实时处理形成位置和障碍物的信息,通过并行口将信息发给控制器。每个电机装有增量式编码器,实现轴空间的位置闭环控制。CPU214作为下位机的控制核心,存储和运行控制程序,与上位机及扩展模块之间的通讯和控制驱动轮的速度。将变频器的参数设定为高速、中速、低速,并且具有正反转、启动和停车功能,防止在鞋面上失控和频繁紧急启动和停车对系统的损坏。
依据下位机主程序的流程,下位机控制分为四部分:初始化模块、解析模块、控制模块、通信模块。各部分负责各自的任务,当主程序运行到某一部分时,只要将相应的子程序调用即可。
(1)初始化模块
系统初始化是指系统启动后调用的首个程序模块,在PLC上电后清空存在的机器人信息。为了防止各个模块在刚执行程序或首次调用模块参数时由于前一次参数未清除引起电机转动错误等问题,应该上电后就将每个程序模块参数清零。还要将定时器的计数寄存器清零,定义串口的波特率。
(2)解析模块
系统解析模块是对上位机发送到下位机的命令进行解析,得到上位机发送的控制指令。程序初始化完成后,定时器开始工作,等待上位机的控制命令字数据帧,程序函数进行控制命令字解析,用于系统的控制。
(3)控制模块
控制模块是下位机控制系统的核心。机器人的运动依赖于电机控制,机器人各种动作时利用控制器的电机控制程序实现。操作人员通过上位机监控机器人,无线接收模块将控制命令字发送给CPU,CPU按照指定的命令确定电机的转速,将电机控制命令转换为PWM信号传送给电机驱动芯片,电机驱动芯片驱动电机进行转动。
机器人控制器的设计是基于模块化体系出发的。将机器人的控制器、传感器、驱动器进行分解,形成标准的模块化功能构建。每个功能构件具有各自的功能,具有统一的总线接口,各功能构件之间按照机器人标准通信协议,通过总线通信;利用机器人对各个构件进行封装,形成一个抽象实体,向上层应用程序提供统一的访问接口。最后将构件组态成一个完整的机器人。机器人的软件和硬件被中间件隔离,形成相对独立的硬件和软件系统。硬件系统是传感器、执行器等组成。软件是控制算法和程序。
典型的机器人构件是由硬件、控制驱动接口、网络与总线通信接口、操作系统、软件中间件组成。软件中间件屏蔽了底层硬件和应用软件信息,实现不同功能构件的软件连接支持。系统的整个软件系统都是运行在机器人控制器上的,包括操作系统、中间件、应用程序等。机器人控制器不一定是一个独立的功能构件,有的机器人控制器可以连接许多外设。
(4)通信模块
通信模块负责下位机数据信息收发。设计移动机器人通信系统考虑几个因素:可靠性、实时性、能量效率、带宽。移动机器人的软件操作平台是基于Linux。面向机器人的控制编程软件是用.C++语言编写,源代码是开放的。机器人本体是服务器端,客户端与服务器端的连接实现使用的是基于TCP的socket编程。机器人本体不断将客户所需要的数据发送到客户端,客户根据编写的算法分析接收的数据,将移动机器人的运动控制指令送到机器人本体。移动机器人根据定义好的命令协议解析控制指令,让移动机器人按照控制指令运动。在实际的数据传输中,数据量较大,除了机器人的速度、角度、位置以外,还需要传送声呐传感器数据,为了保证数据传送的实时性,服务器端使用多线程编程。主线程实现服务器端的打开、监听、建立连接,以及命令帧的接收、解析、数据包的发送。设计的windows通信控制平台通过网卡接收移动机器人的速度、角度、位置、声呐信息等。机器人本体是一个两层结构:底层是嵌入式控制器,上层是Linux操作平台。移动机器人的数据由底层的嵌入式操作系统通过串行口每100毫秒向机器人的Linux平台传送一次。
5 结语
移动机器人关键技术的研究有两条技术路线:一条是按需牵引,技术驱动,结合工业发展的需求,开发柔性机器人。一条是从技术上模仿动物的功能,研究智能机器人。移动机器人走向实用和大众,必须解决运动系统、导航系统、精确感知能力。移动机器人的智能目标是自主性、适应性、交互性。自主性指机器人根据工作任务和环境变化,自己制定工作规划。适应性指机器人能适应复杂工作环境,不断识别和测量周围物体,理解索要执行的任务,做出正确判断及动作的能力。交互性是指机器人和环境、机器人和人、机器人和机器人之间信息的获取、处理和理解。
移动机器人涉及机械、自动控制原理、计算机、通信领域,是一个综合性研究课题。移动机器人一起独特的特点,在军事、工业、农业中获得广泛应用。随着科技进步,对移动机器人的运动轨迹的快速、精确、抗干扰能力要求越来越高。根据移动机器人能否在空间实现自由度,分为全方位和非全方位移动机器人。全方位移动机器人适合在工作空间有限的,对机器人机动性要求高的场合。
摘要：以智能控制系统核心,实现对障碍物测距及自主避障行走控制,不断采集环境信息作出决策的自主移动机器人的控制系统设计。
关键词：移动机器人,定位,自主运行
参考文献
[1]李荣华,褚金奎,王洪青,李庆瀛.机器人分层分布式控制系统设计与实现[J].微计算机信息,2008年,第32期:229-230.
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关于移动机器人控制系统探索 篇3
关键词：控制系统；模块；功耗
中图分类号：TP242 文献标识码：A 文章编号：1674-7712 (2012) 06-0096-01
控制系统是移动机器人的核心部分，它的优劣决定了系统控制性能的优劣。移动机器人采用MSP430F149单片机作为主控芯片，主要包括红外遥控模块、传感器模块、电机速度控制模块、液晶显示模块、电源模块和JTAG接口共六大模块。其中传感器模块包括黑线检测、障碍物检测和金属探测。
遥控器端的发射模块PT2262通过异步串行方式发射信号，移动机器人上的接收模块PT2272接收信号，并送往单片机MSP430F149进行处理。程序通过查询方式判断相应端口的高低电平信号，以调用相应模块的程序，并通过锁相环CD4046和电机驱动芯片KA3082驱动直流电机，实现设定的运动。光电码盘以脉冲形式把移动机器人的实际运行速度反馈到锁相环比较信号的输入端和定时器A的捕获寄存器，以达到对速度的精确控制。总电源通过低压差线性稳压器MAX603和低漏电调整器TPS77133进行电平转换，以给不同模块提供电压。
目前，移动机器人普遍采用TI公司的DSP作为主控芯片，但其芯片本身及其仿真器价格偏高，不适合小规模开发。本文选用同是TI公司推出的另一种单片机MSP430F149作为控制核心。采用了JTAG技术、FLASH在线编程技术，省去了仿真器，使用自制的仿真接口即可实现在线仿真调试，具有很高的性价比。
红外遥控模块主要由PT2262发射模块和PT2272接收模块组成。PT2262和PT2272是一对带地址数据编码功能的红外遥控发射和接收集成芯片。编码器PT2262使不同的按键及按键方式唯一的对应一个码字（一个完整的码字由地址码、数据码和同步码组成）。当按下某个按键，PT2262对其进行编码并将码字由17脚传送到发射模块中，再由发射模块发射出去；接受模块接受到码字后，通过PT2272的14脚输入，PT2272把自己的地址码与码字的地址码（即PT2262的地址码）经过两次比较核对后，VT脚才输出高电平，与此同时相应的数据脚也输出高电平。
其中，按下D键后，通过按A键可以增加设定速度，按B键可以减小设定速度，速度设定完成后，按C键确认返回。设置移动机器人停止功能键的目的：当周围环境发生大的变化或移动机器人避障功能失败时，避免移动机器人与障碍物发生碰撞，对机械本体造成损坏。
遥控器的发射模块主要由4个按键、编码芯片PT2262和发射电路组成。其中TE端为编码启动端，低电平有效，使其接地（即编码一直有效）。Dout为编码输出端，输出数据信号到红外发射管。
解码芯片PT2272根据其后缀不同，输出有“暂存”和“锁存”两种状态。在此，选取“暂存”状态。对于PT2272红外接收芯片，为了调制红外载波信号，PT2272之前由一红外接收头对信号进行处理，然后经放大器放大后输入PT2272芯片，其输出端与单片机端口相连，单片机中程序通过查询的方式去检测这几个端口的高低电平情况，并根据电平信号去执行相应的功能。
PT2272的编码地址必须和PT2262的编码地址保持一致。从原理图知PT2262和PT2272的编码地址相同，其A0和A1均接地，其它六个脚悬空。
本文由16位定时器TIMER_B来产生PWM，并经CD4046锁相环芯片和KA3082驱动芯片来控制电机速度。
TIMER_B支持同时进行的多种时序控制、多个捕获/比较功能、多种波形输出，也可以是上述功能的组合。并具有中断功能，其中断可由计数器溢出引起，也可来自具有捕获或比较功能的捕获/比较寄存器。有4种定时器模式（停止模式、增计数模式、连续模式和增减计数模式）。7个相同的捕获/比较寄存器CCRX，为实时处理提供了灵活的控制手段。输出单元用于发出输出信号，每个输出单元有8种工作模式（输出模式、置位模式、PWM翻转/复位模式、PWM置位/复位模式、翻转模式、复位模式、PWM翻转/置位模式和PWM复位/置位模式）。
本文使用TIMER_B的增减计数模式，输出模式为PWM翻转/置位。PWM波形的周期是CCR0寄存器数值的2倍，其占空比大小的改变可通过调节CCR1或CCR2寄存器的数值来实现，最终可实现对电机速度的调节。
电机驱动芯片选用KA3082，可以方便的完成对电机的控制。通过调节VCTL的外部电压就可完成对速度的控制，设置VIN1和VIN2就可以控制电机正反转和制動。
锁相环选用CD4046，它是通用的CMOS锁相环集成电路，其特点是电源电压范围宽（为3V~18V），输入阻抗高，动态功耗小，在中心频率为10KHz下功耗仅为600?w，属微功耗器件。
选用CD4046锁相环芯片的主要目的是为了提高速度控制的精度。CD4046锁相环的信号输入端输入的是TIMER_B产生的PWM波，比较信号的输入端输入的是光电码盘的反馈信号，其中光电码盘以脉冲形式反馈的是移动机器人的实际速度，通过CD4046可求出两个波形的相位差，将其接到KA3082的电机速度控制端，最终可使移动机器人的实际速度和PWM波输出的速度相同，实现对速度的精确控制。
锁相环芯片CD4046输出端PH CMPR2接KA3082的电压控制端VCTL。由VIN1和VIN2来控制电机的正反转和制动。这两端与单片机引脚相连，即正反控制由单片机来完成。同时光电码盘测出左右轮转速以脉冲形式反馈到MSP430F149的TIMER_A的捕获模块，通过模糊控制算法，以使实际速度快速的达到设定速度。
认识机器人教案 篇4
一、教学目标
知识目标：了解机器人的概念、产生、发展、种类与应用。技能目标：熟练利用网络查找信息和处理信息。
情感目标：培养学生对机器人的兴趣，培养学生关心科技、评选最佳主题奖、最佳演示奖、最佳合作奖。
（2）通过自评和互评的方式进行评价，标准如下：
3、作业布置
（1）说说机器人与一些电动玩具的区别？
（2）完成一个关于机器人演示文稿的制作，包括机器人的热爱科学、勇于探索的精神。
二、重点难点
教学重点：机器人的概念及应用 难点分析：机器人的概念
三、教学过程：
1、新课导入
21世纪被信息技术专家誉为智能机器人的时代，机器人在各行各业将得到更加广泛的应用，机器人技术综合机械工程、电子工程、传感器应用、信息技术、数学、物理、等多种学科，它代表着一个国家的高科技发展水平，例如我国首例远程遥控机器人手术就是由北京的医生通过电脑遥控着沈阳机器人“黎元”进行脑外科手术。
那究竟什么是机器人？我们要学习使用的机器人是什么样子？机器人能够做些什么？我们如何控制机器人？今天开始我一起走进机器人世界去寻找上述问题答案。观看有关机器人的视频片段
2、教学内容 机器人的概念
各国科学家对机器人的定义有所不同，而且随着时代的变化，机器人的定义也在不断发生变化。
中国的科学家们把机器人定义为一种自动化的机器，具备一些与人或生物相似的能力，如感知能力、规划能力、动作能力、协同能力等，是一种具有高度灵活性的自动化机器，它的外形不一定象人。
判断一个机器人是否是智能机器人我们可以根据下面三个基本特点：
（1）具有感知功能，即获取信息的功能。机器人通过“感知”系统可以获取外界环境信息，如声音、光线、物体温度等。
（2）具有思考功能，即加工处理信息的功能。机器人通过“大脑”系统进行思考，它的思考过程就是对各种信息进行加工、处理、决策的过程。
（3）具有行动功能，即输出信息的功能。机器人通过“执行”系统（执行器）来完成工作，如行走、发声等。机器人的产生、发展、种类与应用
对这些内容请大家以小组合作的形式通过互联网、光盘等媒体检索信息，并设计一个关于机器人的有关知识的演示文稿。1）成立小组，分工合作，制定活动计划。小组成员
（2）确定“机器人世界探索”活动的探索主题，构建问题框架。
（3）评价要求（1）展示
在小组内展示“机器人世界探秘”项目。各小组推出代表参加班级交流。发展、机器人的分类、机器人的特点等内容。
三、课堂小结：这节课我们了解了机器人的概念和机器人的产生、发展、种类及应用等知识。并对学生的演示文稿的任务完成情况进行小结和评价。
第12课机器人学走路 教学分析：
本课教学内容为《小学信息技术》教材（浙江教育出版社）第四册第12课，属机器人模块。本课教学是在学生学习了《第10课我们身边的机器人》、《第11课机器人仿真软件》掌握了机器人的简单工作原理，初步掌握机器人仿真软件的使用，并会控制机器人走直线的基础上学习本课，为以后学习《机器人画正多边形》、《机器人分辨颜色》打下基础。
学情分析：
本次市研训活动，是临时选取了机器人模块的第3课作为教学内容，由于学生第一次接触机器人教学内容，且没有了第10课、第11课两课的铺垫，尽管学生对此教学内容充分好奇，但教学过程中教师处理不好，学生会觉得无从下手。因此，本课的教学对教师绝对是一次挑战。教学目的：
1．知识与技能：学会使用“转向”模块编写程序，控制机器人转向；学会使用“启动电机”“延时”“停止电机”模块编程，控制机器人走弧线。
2．过程方法：通过任务驱动与学生的操作实践，使用学会简单的机器人编程控制思想。
3．情感态度与价值观： 让学生在编程控制中体验成功的快乐，充分激发孩子学习信息技术的兴趣。教学过程：
一、铺垫导入 1．出示机器人，简单师生交流，拓展学生对机器人的了解。讨论：机器人由程序来控制。我们用程序语言把机器人完成任务的步骤与方法表达出来，这个过程叫编程。2．教师演示机器人控制程序在仿真软件中的仿真。介绍：这种机器人的编程软件的启动与仿真。3．学生打开范例尝试仿真。
讨论1：机器人的动作，如直行、拐弯等。
二、小组合作自主探究
1．任务一：让机器人动起来。
教师讲解与学生操作：介绍编程环境（菜单、快捷工具、模块库、编程区）----模块的拖放、移动、删除----直行模块与转向模块的设置---文件的保存
子任务1：机器人直行（教师示范，并讲解仿真环境的“运行、有轨迹、退出”几个按钮的使用。
子任务2：机器人原地转向（学生独立完成）
子任务3：机器人走折线（最好走出一个90度的角出来）要求：学生自主探究，教师巡视指导，适时转播点评。2．任务二：让机器人走弧线。
让机器人转弯，学习探究启动电机模块与延时等待模块的设置。教师通过示意图分析让学生理解机器人是怎样实现左、右转弯的，从而突破难点。任务1：让机器人学会走弧线。（学生自主探究，小组合作交流）
三、巩固新知，拓展练习。
任务：让机器人学会写数字“7”“8”“9”
要求：学生自主探究为主，教师适时点拨
四、小结反馈今天所学新知。
机器人避障
课题
机器人避障 教学目标
1.知识目标：
认识机器人的传感器，初步了解机器人的传感器是如何工作的；初步学会分支结构的程序设计方法。2.能力目标：
能把避障的实际问题转化成一个机器人信息处理的过程，能编写一个简单的程序来实现这个任务。3.情感目标：
体会到机器人的智能性，进一步培养对机器人学习的兴趣。重点 难点
传感器的工作原理。课前 准备
机器人；编程环境；机器人避障场地。课时 2课时 教学过程
一、创设情景导入。
教师出示机器人所需完成的任务。出示障碍物。
出现疑难机器人撞到障碍物会怎么样？你希望机器人能完成什么样的动作？
二、分析第一任务指令。
如果让机器人前进固定的距离，我们可以通过让机器人前进一段时间来实现。请学生设置机器人的行走
出示障碍物，让机器人在行走过程中碰到障碍物，而机器人还在继续行走。
碰到障碍物机器人应该停止运转，而机器人前进多少距离才会碰上障碍物这点我们不知道，那怎么办？引出传感器
三、传感器介绍。介绍传感器概念 出示各类传感器图片
介绍传感器实现避障的原理
四、程序设计。
引导学生完成以下流程图： 学生演示，实现功能。
五、拓展延伸。
如果机器人遇到障碍物，你能让它绕过障碍物，继续前进吗？
自主研究探索。
六、课堂小结。
灭火机器人
一、教学目标：
1、知识与技能目标：
了解亮度检测传感器的使用方法，了解机器人灭火的工作原理。
2、过程与方法目标：
⑴学会亮度检测传感器及机器人灭火原理。
⑵学会分析和处理机器人出现各种情况。
3、情感目标：
培养学生动手、动脑能力，培养学生创新意识和精神。
二、教学重难点：
1、教学重点：
亮度检测传感器的使用和灭火原理。
2、教学难点：
⑴灭火基本原理。
⑵出现各种情况成因分析。
三、课时：1
四、教学过程：
（一）激趣导入：
师演示机器人灭火的视频，生观看。
（二）新课教学：
1、师出示灭火流程图并分析。
2、请学生自学本课第1小节的内容。
3、师小节本知识点内容。
板书：编写灭火程序：
师讲述：当亮度检测传感器的测试数值小于8时，机器人会停止前进；启动风扇灭火，灭完火后退出循环，停止风扇运动。
1、师演示操作步骤（略）
2、生观看。
3、师请生动手自主学习。
4、生自学，师巡视，予以指导。
5、师请做好的学生演示操作步骤。
6、请学生代表对操作情况予以点评。
7、师归纳，小结。
（三）延展。
师请学生完成书中练习“试一试”。
（四）评一评。
请学生对本节课所有知识点掌握情况进行自我点评。
（五）反思：
小班教案《机器人》 篇5
学习动词：
伸、拍、抬、跺、走、跑、跳，并做相应的动作。
尝试跟着音乐做动作。
活动准备
课件准备：
“机器人”组图;《我是机器人》歌曲视频;《我是机器人》歌曲音频及伴奏。
活动过程
出示组图“机器人”，鼓励幼儿自由猜测机器人的作用，激发活动兴趣。
――你们瞧这是什么?(机器人)
――你们猜这个机器人会做什么事情呢?
小结：这是一个会跳舞的机器人。
播放歌曲视频《我是机器人》，引导幼儿学习动词并做相应动作。
1.播放歌曲视频第1遍，引导幼儿学习动词并做相应动作。
――机器人做了哪些动作?(伸、拍、抬、跺、走、跑、跳)
2.播放歌曲视频第2-3遍，鼓励幼儿跟着视频一起做动作。
播放歌曲音频《我是机器人》，鼓励幼儿跟着音乐做动作。
――如果只听音乐，你们还能跟上机器人跳舞的动作吗?
播放歌曲伴奏《我是机器人》，鼓励幼儿创编机器人跳舞的动作并随乐做动作。
1.幼儿自主创编动作。
――你们还能帮机器人想到哪些不一样的舞蹈动作?(伸出双手甩一甩，双手叉腰弯一弯，伸出小脚踢一踢)
2.教师跟随伴奏演唱改编后的歌曲，带领幼儿做动作。
――试试跟着音乐跳一跳你们自己想出来的动作。
活动延伸
区域活动
机器人教案doc 篇6
一、课时：一课时
二、教学目标：
1、让学生能充分发挥自己的想象力，用画面表现“我的机器人朋友”。
2、了解机器人的功能和特点，让学生知道机器人和人类之间的关系。
3、鼓励学生大胆构思、充分发挥机器人伙伴想象，机器人伙伴能画出各具特色的作品。
三、教学重点：让学生能充分发挥自己的想象力，用画面表现“机器人伙伴”。
四、教学难点：鼓励学生大胆构思、充分发挥想象，能设计出各具特色的作品，并用自己喜爱的颜色进行涂色。
五、教学准备：教师：各种图片、课件。
学生：铅笔、记号笔、水彩笔、彩色铅笔„„
六、教学过程：
1、组织教学：接受自己的机器人玩具，并让同学们介绍自己的玩具机器人，激发学生学习兴趣。
2、导入新授
1.我们身边的万能机器人有哪些呢？接下来我们来认识其中的一个，展示哆啦a梦的图片。
2.师：“请同学们告诉老师，哆啦a梦（小叮当）的最大特点是什么？”
生：“小叮当有个万能口袋。”
师：“那小叮当的口袋里都有些什么宝贝？” 生：“时光机、魔毯、竹蜻蜓等。” 3.机器人瓦力
播放机器人总动员中的三个短片，让学生在短片中认识机器人瓦力，并让他们找到瓦力的好朋友。
生：“瓦力的好朋友是伊娃。”
机器人总动员中的机器人，各有各的功能，有打扫卫生的，有警卫机器人，有寻找生物的机器人。瓦力的功能是在未来被污染的地球整理垃圾。那么同学们，在未来的世界里，你认为机器人还能帮助我们做些什么？我们又怎么将他们绘画出来呢？
3、学习画机器人
1.展示其他机器人的绘画图片，欣赏别人设计的机器人，观察它们的功能和画法。
2.总结机器人的主要组成图形和我们最常用到得图形，例如正方形、长方形、半圆等等。
4、教师演示
1.绘画过程中讲解我的步骤，并在绘画过程中解释我机器人的功能。
2.告诉同学们在绘画中可能遇到的问题，并提醒同学们需要注意的地方。
3.教师演示完毕后，同学们准备如何画？如何表现？
5、小组讨论后，学生设计绘画，教师巡回指导
1.巡视全班学生作业。
2.辅导个别学生，引导其作业紧紧围绕主题。
3.适当之时给其绘画资料借以参考。
4.鼓励学生画出独特的作品。5.选出二名学生来讲讲自己设计的机器人，学生分别讲明创意，为其他学生拓宽思路。
6、给自己的机器人进行涂色
用自己喜欢的颜色进行上色
7、小结
竞赛机器人驱动控制系统分析 篇7
1 驱动控制系统结构
由系统控制方案可知:驱动控制系统应该其有串口通信功能,能对左、右轮驱动电机的速度进行闭环控制,对驱动电机具有快速的起停控制能力,能监控一些传感器的数字、模拟量输入。根据这些功能要求,驱动控制系统应包含图1所示的电路单元:串行通信接口单元;左右轮电机驱动单元;电机测速单元;数字量接口单元;模拟量接口单元[2]。
2 驱动控制系统硬件组成
2.1 电机选择
电机作为机器入动力的来源是人们关心的问题。控制电路再精密、再准确,没有高效的电机,电路的性能也无法发挥。
选择性能优越的电机才能在高强度、高对抗的比赛中取得好成绩。目前用于驱动竞赛机器人的电机种类有很多,有有刷直流电机、无刷直流电机等。体现电机性能的参数为空载转数和力矩。有刷直流电机是最早出现的、能实现调速的电动机。长期以来,有刷直流电动机因其具有良好的线性调速特性及动态特性,简单高效的控制性能而一直占据着调速控制的统治地位。无刷直流电机控制虽然体积小,力矩大,但电路复杂,小型化比较困难,只作为系统升级时参考使用。本文采用德国faulhbaer公司生产的2224006SR有刷直流电机。该电机体积小,扭矩大,为大多数世界队伍所采用。配以9.7比率的行星减速箱,使扭矩更大。该电机同时配备了光电编码器IE2-512,电机主轴转动一周,编码器输出512个脉冲,且宽度仅为1mm.这些优点都为提高机器人的性能打下了基础。
2.2 电机测速单元
本文采用的直流电机内部集成了速度编码器,输出为两个相位相差90°的方波信号,因此电机测速电路的任务已不再是如何使焉传感器获得电机速度信息,而是如何对编码器输出信号进行精确测量,保证测量结果与实际转速有良好的线性对应关系。
增量编码盘是一种测量角位移增量的传感器,输出信号焘和B具有90°的相差。当A超前于B时,表明编码器中码盘是顺时针旋转的,反之,码盘为逆时针旋转。当增量编码盘的细分数为N时,它的每一个脉冲代表的角位移为360/N度。A、B信号的频率相同,频率大小反映当前电机速度,由这两个信号就可得到电机转向、转角和转速等数据。
TMS32F02812中包含两个事件管理器,每个事件管理器内又备自包含~个QEP,能够完成对一组编码器输斑信号解码。利用TMS320F2812本身提供的QEP对编码器进行解码,一片DSP就能对两个电机进行闭环控制。文献H钉提出采用现有的鳃码芯片进行速度解码,如HCTL2020,82C54等,此种方法工作稳定,却会增加电路设计的复杂程度。原因有三点:(1)读写信号和片选信号与DSP连接较复杂,需要附加芯片实现组合逻辑;(2)DSP在访问蒙82C54这样的慢速器件时,要用READY信号产生若干等待状态;(3)TMS320F2812数据引脚分布比较分散。本文在提出利用CPLD进行编码器解码思想酶基础上,提出基于FPGA硬件解码器的解码方案,虽然均是利用大规模可编程逻辑器件进行实现,但实现方法不同。
由于系统控制的电机转速较高,故采用测频方式测量编码器码盘输出的A、B信号。A、B信号频率相同,相位相差90°。可以根据A、B信号通过D触发器后的输出波形,判断是A超前B,还是B超前A,即判断电机转向。
测速电路中利用电机编码器的A相输入信号作为电机速度测量的计数脉冲,CNT_EN信号与CLK信号经过一系列的逻辑门之后,在CNT_EN信号变化后的第一次CLK脉冲到来时,产生与CLK脉冲同频率的脉冲信号LATCH与ACLR。当CNT_EN为低电平时,产生LATCH信号输如脉冲,控制74373将当前速度锁存到数据总线上。当CNL为高电平时,ACLR输出脉冲,计数器同步清零。将电机测速逻辑封装为one_speed_mod模块,该模块完成了电机速度检测的基本功能。CNT_EN为CLK信号频率的1/217,应调整CNT_EN的频率以保证该频率小于电机最大转速时编码器产生信号的频率。
两个one_speed_mod并联后,通过FPGA内部的74138控制各子模块使能,选择当前总线上的数据。为了精确测量,再配置计数器进行编码器脉冲数的测量,这样可以通过查询,得到当前电机转过角度。
以上的逻辑设计,完成了对电机的转速、转向、转角的检测,TM3S20F2812若以寻址方式读取各电机状态,还需对FPGA口线进行配置。在本文中,系统将分为DSP板和FPGA控制板两块主PCB电路板进行制作。为了减轻DSP板的布线复杂程度,充分利用FPGA口线可自由配置的优势,将DSP需要外接的RAM设置在FPGA控制板上,这样可以利用FPGA内部布线,完成DSP与外部存储单元的连接,并把DSP产生的PWM信号送给电机驱动芯片。在进行FPGA顶层电路设计时,应考虑FPGA口线类型。由于TMS320F2812需要对RAM完成读写操作,对速度检测模块完成读操作,因此FPGA与DSP、RAM之间的数据接口,设置为双向IO口。
2.3 行走电机驱动单元
半导体功率器件在对电动机的驱动过程中起着至关重要的作用,它对直流电动机电枢电压的控制和驱动方式可以分为线性放大驱动和开关驱动两种。
线性放大驱动方式是半导体功率器件工作在线性区,其优点是:控制原理简单,输出波动小,线性好,对临近电路干扰小;缺点是:功率器件工作在线性区会将大部分电功率用于产生热量,效率低,因此这种方式只适用于数瓦以下的微小功率直流电动机的驱动。绝大多数直流电机采用开关驱动方式,它是使半导体功率器件工作在开关状态,通过脉宽调制PwM来控制电动机的电枢电压,实现调速。
对于过流保护问题,由于直流电机在转动方向快速切换以及电机堵转的时候,会在电枢上产生较大的电流,有可能损坏电机,因而需要采取措施进行过流保护。本文选用MAX472来测量通过电机的电流。MAX472是一款在电源高端测电流的芯片。该电路允许测量的最大电流为5A,主回路电流I流经电阻Resnse时,在上面产生微小压降,这个压降经采样电阻RGI和RG2(RGI=RG2=RG)送入MAX472芯片,在芯片的8脚上会产生和电流1成正比的模拟电压。
2.4 串行通信单元
驱动控制系统和底层系统的通信要通过RS232串行通信实现。RS232标准采用了负逻辑信号电平,逻辑“1”的电平为-15V~-5V,逻辑“0”的电平为+5V~+15V。这种电平和TMS320F2812提供的逻辑电平不同,需要设计一个接口电路完成两种电平的转换。本文采用MAX232芯片来实现这一电路。
2.5 模拟量输入接口单元
驱动控制系统几乎保留了所有TMS230F2812的模拟资源,这些资源可以用来检测过流信号、超声波测距传感。器的输出信号。TMS230F2812的A/D转换输入信号最高电压为2.5V,蔼外部传感器的信号输入一般大于该电压值,因而设置了模拟量电压输入的接口电路。输入电压Vin首先经过一个电压跟随器,以确保其驱动能力,2.5V稳压管则确保输入DSP的模拟电压不会超过其允许的最大值。R2和Cl则构成一个髓滤波器,滤除模拟输入中的干扰量。
2.6 数字量接口单元
TMS230F2812 3.3V的逻辑电平,不同于TTL逻辑电路的5V逻辑电平,因而需要有电路完成这两种逻辑电平之闻的转换,我们剩用集电极开路芯片的特性来实现不同电平的转换。
从TTL逻辑电平到3.3V逻辑电平之间的转换电路,U1A为同相驱动器,其输出端口是集电极开路的,Vin为TTL逻辑电平输入。当Vin为高时,U1A的2脚为高阻状态,上拉电阻R1将让Vout上的电压拉为3.3V;当Vin为低时,U1A的2脚和地导通,Vout输出OV。电于3.3V比TTL高电平最低允许电压2V要高,所以本文认为:3.3V逻辑电平到TTL电平之间不需要再加入转换电路。
3 测试结果与分析
在上述所涉及的驱动控制系统为硬件平台的前提下,对驱动轮的速度进行了实验和分析。从给出了本设计方案中速度控制在突加大控制量情况下的响应曲线比较可以看出,加入编码器测速后,超调量明显减小,控制性能得到大大改善。表1反映了速度的控制效果。在初始速度为O时,分别突加40、60、80和100四个控制量(单位为r/s)的情况下,静态误差都被限制在2.5%以内,调节时间也比较短,取得了较好的控制效果,此性能可以满足竞赛机器人比赛的需求。
4 结语
根据竞赛机器人驱动控制系统的任务,对驱动电机进行了选择,然后给出了驱动控制系统的结构框图,再详细介绍了各个单元电路的原理和实现方式。从总体来看,本文研究的驱动控制系统具有如下特点:(1)结构合理。驱动控制系统的设计单元模块清晰,结构安排合理。控制电路和驱动电路各成系统,二者之间的接口定义合理。控制电路的设计也按功能、信号性质(数字或模拟信号)进行合理区分-降低了不同模块之间的相互干扰。(2)高集成度,驱动控制系统的设计采用了比较先进的高集成芯片EP1C3和SA60。前者是光电编码器的控制芯片,可以很好地控制编码器完成对驱动电机转速、转角和转向的检测,为机器入的运行提供可靠的保证;后者则是高集成高可靠的H桥驱动电路,具有体积小、功能强、控铡方便的特点。从整体上来讲,整个驱动控制系统的电路集成度高,结构清晰明了。
摘要：竞赛机器人融合机械设计、自动控制、人工智能、人机接口、机电一体化等多项技术,已成为机器人研究领域中的一个热点,本文主要对于竞赛机器人驱动控制系统设计进行探讨,主要在给出驱动控制系统结构框图的基础上,分析了驱动控制系统硬件组成,对于进一步深化竞赛机器人设计具有一定作用。
关键词：竞赛机器人,驱动控制系统,硬件组成
参考文献
[1]关浩,蓝健,杨博龙.气动竞赛机器人控制系统设计[J].液压与气动,2009,01.
主题网络机器人系统结构研究 篇8
关键词:网络;搜索;机器人
中图分类号:TP393 文献标识码:A文章编号:1007-9599 (2010) 06-0000-01
Topical Web Robot Syetem Research
Tu Yuan
(PLA 61716 Troop,Fuzhou350003,China)
Abstract:As an important part of search engine,web robot can automatically download web pages from Internet.It helps search engine gather web pages.Web robot starts work with some seed links,and then it tranverse the whole web.However,topical web robot is not only a tool that downloads pages from web,but also can recognize topical relevece of links and the content of web pages.The main goal of topical web robot is not only to fulfill the recall rate,but also to improve the precision rate,providing search engine with a topical web warehouse.Nowadays, topical web robot,a important developing direction of search engine has become a research hot spot in the domain of search engine technology.
Keywords:Web;Search;Robot
一、主题网络机器人的主要结构
主题网络机器人(Topical Web Robot,也称聚焦网络机器人:Focused Web Robot)是对网络中搜集相关主题页面的技术,当网络信息量呈爆发性增长时,以特定主题为目标的垂直式搜索将会越来越可行及实用,并将与通用搜索引擎形成强大的互补。
为网络机器人提供了主题关键字,并在存储之前增加了一个主题相关性判断步骤,若页面与主题相关就存储,否则就丢弃。这样的网络机器人虽然能对主题资源进行搜集,但它依然要遍历整个网络,并没有提高搜集的效率,并且网页爬行的效果在相当大程度上依赖于种子站点的质量。同时无法避免的是,这样的网络机器人还会下载很多与主题无关的页面,对带宽和网络资源的造成了极大的浪费。
为了改进上述诸多的缺点,通过遍历各种算法和策略来保证网络机器人把搜集目标尽可能聚焦到相关主题页面。主要研究工作为如何将待爬行的URL按一定策略进行排序,使得与主题相关且质量高的URL优先爬行。
主题网络机器人包括以下三个主要模块:
(一)页面相关度评价模块:该模块主要特点是以文本分类的思想作为基础。在主题网络机器人爬行开始的时候,本模块根据用户输入的主题关键字和初始信息逐渐进行学习,训练一个页面相关度评价模型。每当搜集到一个页面,本模块将计算其主题相关度值,若该值大于或等于给定的阈值,则该页面就被存入页面库,否则丢弃。
(二)链接评价模块:该模块是主题网络机器人的最关键的模块,主要用于快速评价从页面提取出来的URL与主题的相关程度,并提供爬行策略用以指导网络机器人搜集页面。URL的超链接评价得分越高,其优先级就越高,即它就应该优先被爬取。反之,若发现某链接与主题无关,则将该URL去除,这个过程被称为剪枝。通过适当的剪枝,网络机器人就无需遍历与主题不相关的页面,从而在很大程度上保证了爬行效率与查准率。然而,剪枝也可能将潜在的与主题相关的页面也剪掉,从而牺牲了部分的查全率。所以,链接评价模块合理的选用评价机制对网络机器人的爬行效率以及爬行质量至关重要。
(三)页面搜集模块:该模块的主要作用是搜集网页,负责连接链接评价模块和页面相关度评价模块。首先,从待爬行URL队列中取出评价得分最高的URL,搜集URL对应的网页,其次再将该页面交给页面相关度评价模块处理。在主题网络机器人爬行过程中,爬行策略由链接评价模块提供。该模块是网络机器人的基本模块。
二、通用网络机器人与主题网络机器人比较
我们将搜集到的主题页面称为“回报”。通用网络机器人系统是在对互联网上的页面分布特性不做任何判断和策略调整的情况下进行的盲目爬行。对于用户的主题相关的检索需求来说,虽然通用网络机器人系统召回率较高,但通用网络机器人系统搜集的主题相关页面回报率是相当低的,同时大把浪费了网络与系统资源。例如,通过通用网络机器人在一个爬行周期(7天)能够爬行所有Web页面20%,而其中关于某个主题的资源为5%,则在一个爬行周期内,只能搜集到l%(20%×5%)的主题相关资源,而还剩下大量与主题无关的资源。
虽然在实现原理上主题网络机器人与通用网络机器人基本相同,但不同的是主题网络机器人的爬行过程是目标主题驱动的、有选择性的爬行页面。它根据给定的目标主题,在主题相关性策略的指引下有选择性的访问Web上的相关页面,搜集与主题相关的页面。
主题网络机器人主要目标并不在追求网络资源的查全率,而将主要目标锁定为搜集与某一特定主题内容相关的网页,为面向主题的查询准备网页数据库,追求网络资源的查准率。相比通用网络机器人,主题网络机器人需要在以下几个方面需要更进一步的工作:
(一)网页主题过滤。网络上的页面是海量的,但往往目标页面仅是其中很少一部分,而网络中大部分的页面却是与主题不相关或相关程度较低的页面。因此,主题网络机器人需要对网页进行主题过滤,过滤掉不相关网页或者相关度较低的网页。
(二)信息的定制。由于主题的搜索引擎是为用户提供某一特定主题或学科领域的信息。搜集的信息应该满足用户对特定主题的特殊要求。信息定制就是让用户定制自己想要查找的内容,通常有给出分类关系,关键词,初始网站和网页范例等形式。
(三)寻找高质量网页和关键资源。关键资源:是指一个包含许多指向特定主题的超链接的网页。高质量网页:是指内容与主题相关或高度相关的网页。通常,指定主题的关键资源总是链向高质量网页。由于网页信息分布通常呈现不均匀性,寻找和发现高质量网页和关键资源不但大大提高了主题网络机器人搜集Web页面的效率和质量,还可以为主题表示模型的优化和学习等应用提供支持。
(四)启发式搜索策略算法。WWW是一张巨大的信息网,如何引导主题网络机器人有目的,有选择的搜集与特定领域相关的Web页面是一个关键问题。通常,主题网络机器人通常采用某种启发式搜索策略算法,根据用户设置的主题词或者主题表示模型,以启发式函数计算每个URL的权值,进行URL排序,优先选择权值高的URL访问,放弃未达到要求的URL。
参考文献:
[1]何晓阳,吴强,吴治蓉.HITS算法与PageRank算法比较分析.情报方法,2004,2:85-90
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