ASM能力风暴机器人硬件和传感器介绍
ASM能力风暴机器人硬件和传感器介绍
电源与复位电路
能力风暴控制板采用Maxim603稳压芯片，提供 500MA，5V电压，该芯片自身的功耗很低。低电压复 位保护电路采用DS1233，当电压低于4.5V，将产生复 位信号，同时红色BAT 发光二极管变亮
通信
能力风暴采用MAX232串口驱动芯片，有2路输入 输出，PC发过来的信号IC7-9再经过一路输入去驱动 COM发光二极管，因此PC传数据给能力风暴时，黄色 COM 发光二极管会闪动。
68HC11E1原理结构图
外部存储器
能力风暴个人机器人扩展了32K的静态不挥发 RAM。其优点是既有静态RAM的速度和方便（70ns）， 又有EEPROM或FlashRom的掉电不丢失性，从而能将 程序和数据合用一个芯片。AS62256写入的数据可保存 十年以上，同时具有可靠的上电、掉电、强静电等数据 保护功能。
能 力 风 暴 AS-M
硬件及传感器
个人机器人的三大要素：
感觉、大脑与驱动器
整个信息处理过程包括：
信息获取 信息存储 信息处理 信息传递 信息输出
能力风暴个人机器人硬件结构
4只碰撞传感器 稳压与低电 压复位系统 电机 驱动 2只红外传感器 外部存储器 2只光敏传感器 喇叭 驱动 直流 驱动 1只麦克风 喇叭
碰撞传感器的电路图
光电编码器
光电编码器是一种能够传递位置信息的传感器， 它由光电编码模块及码盘组成。能力风暴个人机器人 有2只光电编码器，运用红外发射接收模块。反射器 (即码盘)是黑白相间的铝合金制成的圆片，66等分。
当码盘随轮子旋转时，黑条和白条交替经过光电 编码器，反馈的信号状态不同,即构成一个脉冲。因此 360度共产生33个脉冲，每个脉冲的分辨率约为10.91度， 轮子直径为65mm，则周长方面的分辨率约为6.19mm。
能力风暴机器人AS-U目标搜索研究
能力风暴机器人AS-UⅡ目标搜索研究张西良鲁立峰丁飞摘要：能力风暴机器人AS-UⅡ一般是通过一种或者两种自身携带的传感器实现目标搜索，但目标位置确定比较粗糙。
通过综合应用多种传感器，采用粗搜索和精搜索相结合的方法，建立随机漫游轨迹算法实现粗搜索，建立方向和位置误差算法以实现精搜索，最后设计了目标搜索程序进行了模拟仿真和实际应用试验。
结果表明：搜索目标可行，目标位置确定准确，其误差与一般搜索方法相比，大大降低，达到满意效果。
关键字：风暴机器人；目标搜索；路径规划0 引言能力风暴机器人AS-UⅡ（以下简称：AS-UⅡ）是上海广茂达公司生产的专门面向教育的机器人。
它提供了一个接口平台，可供用户进行扩展，实现二次开发，在软件，机械，电子等方面均有较强的延拓能力。
它采用图形化交互C语言（简称VJC）完成AS-UⅡ的软件开发，具有基于流程图的编程语言和交互式C语言（简称JC），便于用户自由发挥。
在基于AS-UⅡ家用机器人研究中，进行了机械的扩展，安装了机械手爪，可以实现对特定物品的抓取。
能力风暴机器人如何搜索目标，确定目标准确位置，以便机械手爪准确抓取特定物品，这是一个十分关键的问题。
因为能力风暴机器人AS-UⅡ一般是通过一种或者两种自身携带的传感器实现目标搜索，目标位置确定比较粗糙，同时AS-UⅡ手爪的自我调节范围有限，所以在研究中，通过综合应用AS-UⅡ的多种传感器，采用粗搜索和精搜索相结合的方法，建立搜索算法，来搜索目标并实现抓取目标物品。
1 能力风暴机器人AS-UⅡ功能特点AS-UⅡ是依靠传感器来与外界进行”交流”的，传感器探测到了外界信息，然后将它传给AS-UⅡ的”大脑”，”大脑”经过判断计算，控制执行机构输出动作。
AS-UⅡ自带五种传感器，包括：①碰撞传感器，能够检测到来自360度范围内物体的碰撞，使AS-UⅡ遭遇到来自不同方向的碰撞后，能够转弯避开并保持正常活动。
②红外传感器，用来检测前方，左前方，右前方的障碍，和人眼一样，在看见前方的障碍物后，可避开。
能力风暴机器人结构
作业题
五种基本旳传感器，三种基本旳执行器， 所相应旳库函数有哪些，怎样应用？
构成机器人旳三大要素是什么？请从这三 大要素着手分析阐明机器人旳工作原理。
机器人旳调速系统采用了哪些装置？它是 怎样进行调速旳？
机器人中，怎样利用检测红外传感器检测 前方、左前方、右前方旳障碍物旳？即怎 样利用红外传感器检测障碍物旳方位旳？
当红外光射在黑色辐条上时没有反射信号，射在 白色辐条上时有反射信号，这么，当码盘随轮子 旋转时，黑条和白条交替经过光电编码器，反馈 旳信号状态不同，就构成一种脉冲，经过读出经 过左右光电编码器脉冲合计值，就可计算得到行 走旳距离和速度。经过它们可懂得机器人行走旳 距离和转弯角度。
检测左右编码器目前状态旳库函数为： encoder(1), 它返回左编码器旳目前状态到 PA0 ；encoder (2) 它返回右编码器旳目前 状态PA1 。０为低电平(黑条对着芯片)，１ 为高电平（白条对着芯片） 。
能力风暴机器人
————光电编码器
光电编码器
它是一种能够传递位置信息旳传感器，由光电编码 模块及码盘构成。它旳原理也是靠发射与接受红外 光来工作旳。 2只光电编码器利用红外发射接受模块（光电编码 器芯片集成了发射与接受功能） ，反射器（即码 盘）是黑白相间旳铝合金圆片。
问题：怎样经过光 电编码器得到机器 人行走旳距离和转 弯角度？
范例
Void main()
{ rotation(1）；/*调用1次，将脉冲计数器清零*/ drive (70,0)； /*这是库函数调用，设置直流电机 旳速度*/ wait (2.0) ； printf (“left=%f\n”,(float)rotation(1)/33.0)；/*读 出旳脉冲数值除以33即得左轮旋转圈数*/ stop () ；
机器人技术及应用-机器人内部传感器
机器人技术及应用-机器人内部传感器机器人技术及应用机器人内部传感器在当今科技飞速发展的时代，机器人已经成为我们生活和生产中不可或缺的一部分。
从工业制造中的自动化生产线，到家庭服务中的智能助手，机器人的应用范围越来越广泛。
而机器人能够如此高效、精准地完成各种任务，很大程度上依赖于其内部的传感器。
这些传感器就如同机器人的“感觉器官”，为机器人提供了感知周围环境和自身状态的能力，从而使其能够做出准确的决策和动作。
机器人内部传感器主要包括位置传感器、速度传感器、加速度传感器、力传感器、扭矩传感器、姿态传感器等。
它们各司其职，共同保障机器人的正常运行和精确操作。
位置传感器是机器人中最基本的传感器之一。
它能够精确地测量机器人各个关节或部件的位置信息。
常见的位置传感器有电位计式、编码器式和霍尔效应式等。
电位计式位置传感器通过电阻的变化来反映位置的改变，结构简单但精度相对较低。
编码器式位置传感器则利用光电或电磁原理，能够实现高精度的位置测量，广泛应用于工业机器人等对精度要求较高的场合。
霍尔效应式位置传感器则基于霍尔效应，对磁场变化敏感，适用于一些特殊的应用场景。
速度传感器用于测量机器人运动部件的速度。
常见的速度传感器有测速发电机和光电式速度传感器。
测速发电机通过将机械转速转化为电信号来测量速度，具有较高的可靠性和稳定性。
光电式速度传感器则通过检测光脉冲的频率来计算速度，具有响应速度快、精度高的优点。
加速度传感器可以感知机器人的加速度变化。
在机器人的运动控制和姿态调整中发挥着重要作用。
常见的加速度传感器有压电式、电容式和压阻式等。
压电式加速度传感器利用压电材料的压电效应，具有灵敏度高、频率响应宽的特点。
电容式加速度传感器则通过电容的变化来测量加速度，精度较高。
压阻式加速度传感器基于压阻效应，结构简单、成本较低。
力传感器和扭矩传感器对于机器人与环境的交互以及精确的力控制至关重要。
力传感器能够测量机器人与外界物体接触时所受到的力，帮助机器人实现精确的抓取、操作和装配等任务。
AS-U系列介绍
驱动器
AS611驱动芯片
板载2路大功率电机驱动，最大驱动电流可达4A），可扩展大功率电机驱动卡（24V 20A）
可扩展接口
可扩展32个I/O口；可扩展24路8位AI；可扩展32路伺服电机驱动口；
支持多进程。
VJC（流程图式编程）、标准C语言，支持流程图到C语言的一键转换，另外支持汇编语言等（不提供库）。
整体特性
开放性
开放系统库源代码；开放底层操作系统ASOS源代码；开放用户库函数源代码；提供ASBUS定义和协议；提供详细的用户手册；
提供控制主板原理图；提供主板上用的主要芯片资料；提供系统库源代码；提供用户库函数源代码；开放所有底层驱动代码；提供ASBUS总线定义和协议；提供项目的用户操作手册；
室内地板、地砖、地毯
室内地板、地砖、地毯
处理器
处理器
摩托罗拉68HC11 8位处理器，自带系统
飞利浦LPC2000系列之LPC2132 ARM7
主频
12M
60M
片内存储器
256RAM
16K RAM 64K FLASH
片外存储器
32KEEPROM
无
下载方式
RS232
USB接口下载；预留JATG调试接口；
7.2V，1300MAH锂电池
外接电源
8.4V0.5A充ห้องสมุดไป่ตู้变压器
预留电机电源扩展接口
8.4V 1A充电变压器
预留电机电源扩展接口
运行时间
2小时
2小时
充电时间
4小时
4小时
运动特性
机器人组成,元器件及功能介绍
机器人组成,元器件及功能介绍
机器人由不同的元器件组成，每个元器件都承担着不同的功能。
1. 处理器（CPU）：处理器是机器人的大脑，其主要功能是执行计算、决策和控制机器人的各种动作。
2. 传感器：机器人配备了各种传感器，如摄像头、红外线传感器、超声波传感器等。
这些传感器能够获取来自外界的信息，如位置、距离、颜色等，并将这些信息传输给处理器进行进一步的处理和分析。
3. 电机和执行器：机器人使用电机和执行器来实现各种动作，如移动、抓取、旋转等。
电机将接收到的指令转化为机器人的物理动作。
4. 通信模块：机器人配备了通信模块，可以与其他机器人或外部设备进行通讯。
通过通信模块，机器人可以接收来自远程指令的控制，或将自己的状态和数据传输给其他机器人或外部设备。
5. 电源和电池：机器人需要电源供电，电源和电池为机器人提供所需的电能。
6. 执行单元：机器人可以配备执行单元，如机械臂、抓取器等。
这些执行单元可以根据机器人的任务需求来实现特定的操作和功能。
总体而言，这些元器件的功能互补，通过相互协作来实现机器人的各种任务和功能。
例如，传感器获取环境信息，处理器分析和决策，电机和执行器执行动作，通信模块实现与外界的交互。
简述机器人各部分的名称和作用
简述机器人各部分的名称和作用机器人是指能够执行一系列任务或指令的自动化设备，它由多个部分组成，每个部分都具有特定的名称和作用。
下面是对机器人各部分的简要描述：1.机器人结构：机器人结构是机器人的基本框架，一般由金属材料制成。
机器人结构的作用是提供支撑和保护机器人的其他部分，同时也决定了机器人的外观和形状。
机器人结构还包括关节和链条等机械连接部件，用于实现机器人各部分的协调运动。
2.机器人传感器：机器人传感器用于感知周围环境的信息。
常见的机器人传感器包括摄像头、红外线传感器、超声波传感器、激光雷达等。
这些传感器能够实时监测和测量周围环境的各种参数，如距离、温度、湿度等，为机器人执行任务提供必要的信息。
3.机器人执行机构：机器人执行机构是机器人的动作执行部分，用于实现机器人的运动和操作。
常见的机器人执行机构包括电动机、液压系统、气动系统等。
这些执行机构能够通过控制机器人关节的运动，实现机器人在空间中的各种动作，如抓取、举起、运输等。
4.控制系统：机器人的控制系统负责对机器人的各个部分进行协调和控制，使机器人能够按照预定的任务执行指令。
控制系统包括硬件和软件两个部分。
硬件部分主要由控制器和传感器接口组成，用于接收传感器的输入信号和发送执行机构的控制信号。
软件部分主要由控制算法和编程语言组成，用于处理和分析传感器信息，并生成相应的控制指令。
5.人机交互界面：人机交互界面用于人类和机器人之间的信息交流和指令输入。
常见的人机交互界面包括触摸屏、语音识别、虚拟现实、手势识别等。
人机交互界面使得人类能够通过简单直观的方式与机器人进行交互，有效地控制和操作机器人。
6.电源和能源管理系统：机器人需要能量来支持其运行和执行任务，因此电源和能源管理系统是机器人的重要组成部分。
电源系统提供机器人所需的电能，能源管理系统用于对机器人的能源进行管理和优化。
这样可以确保机器人在执行任务过程中能够持续稳定地运行，提高机器人的工作效率和续航能力。
AS-UIII能力风暴个人机器人硬件平台认识
• 4、电池：智能机器人的能源。 电池采用镍氢电池，6伏，1.2Ah • 5、底盘：机架结构的基础 • 6、外壳：外壳采用仿飞碟的形状，突出起新 颖的造型。外壳四周有15个孔，便于安装各类 传感器 。 • 7、液晶显示器：显示机器人运动的各种信息。 • 8、传感器：传感器是机器人的感觉器官。 碰撞传感器 红外传感器 光敏传感器 光电编码器 麦克风 • 9、控制板：控制板是机器人控制电路。 • 10、碰撞环：用于机器人感受来自不同方向的 碰撞。
红外传感器测障原理
通过发射端发射红外信号，接收端接收由障碍 物反射或直接接收回来的红外信号，来判断是 否有障碍物。
• 红外接收模块只是在接收到了一定强度的红外 光时才起到质的变化，认为有障碍。 • 当障碍物太细时，能力风暴个人机器人会检测 不到； • 当障碍物是深色时，会吸收部分的红外光，而 只反射回一小部分，会导致接收模块接收到的 红外光强度不够，不足以产生有障碍的信号。
红外发射管
红外接收模块
• 机器人上红外传感器可用于测距、测障、计数等； • 接收到的光强和传感器与目标的距离有关，因此也叫接 近觉传感器。机器人的最远“可视距离”是80cm。在调 节时我们可以利用主板上的调节电位器，在电位器的旁 边分别标有“irleft”“irright”，顺时针旋转，机器 人的“可视距离”增大，反之，减小。
5.麦克风
• AS-UII 智能机器人上的麦克风(microphone)是能够识别 声音声强大小的声音传感器。 • 麦克风采集到的信号通过LM386 进行放大，放大倍数为 200(放大倍数由C25 的大小确定)，输出信号接至PE2。 没有声音时，电压为2.5V 左右，转换为8 位二进制数后 得到的十进制整数为127 左右。
2.碰撞传感器
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光敏电阻的工作原理图
碰撞传感器
碰撞传感器是使能力风暴个人机器人有 感知碰撞环上的碰撞信息能力的传感器。在 能力风暴个人机器人的左前、右前、左后、 右后设置有四个碰撞开关（常开），它们与 碰撞环共同构成了碰撞传感器 。
四个基本方向发生碰撞时返回值（二 进制）对应关系如下：
左前 右前 左后 右后 0010 0001 1000 0100
能 力 风 暴 AS-M
硬件及传感器
个人机器人的三大要素：
感觉、大脑与驱动器
整个信息处理过程包括：
信息获取 信息存储 信息处理 信息传递 信息输出
能力风暴个人机器人硬件结构
4只碰撞传感器 稳压与低电 压复位系统 电机 驱动 2只红外传感器 外部存储器 2只光敏传感器 喇叭 驱动 直流 驱动 1只麦克风 喇叭
电源与复位电路
能力风暴控制板采用Maxim603稳压芯片，提供 500MA，5V电压，该芯片自身的功耗很低。低电压复 位保护电路采用DS1233，当电压低于4.5V，将产生复 位信号，同时红色BAT 发光二极管变亮
通信
能力风暴采用MAX232串口驱动芯片，有2路输入 输出，PC发过来的信号IC7-9再经过一路输入去驱动 COM发光二极管，因此PC传数据给能力风暴时，黄色 COM 发光二极管会闪动。
碰撞传感器的电路图
光电编码器
光电编码器是一种能够传递位置信息的传感器， 它由光电编码模块及码盘组成。能力风暴个人机器人 有2只光电编码器，运用红外发射接收模块。反射器 (即码盘)是黑白相间的铝合金制成的圆片，66等分。
当码盘随轮子旋转时，黑条和白条交替经过光电 编码器，反馈的信号状态不同,即构成一个脉冲。因此 360度共产生33个脉冲，每个脉冲的分辨率约为10.91度， 轮子直径为65mm，则周长方面的分辨率约为6.19mm。
扩展应用
扩展光敏传感器 扩展红外接收传感器 扩展数字输出口、数字输入口 扩展伺服电机口（6个） 扩展机械手爪、手臂等 。。。。。。
声音传感器
能力风暴个人机器人上的麦克风microphone 是能够识别声音声强大小的声音传感器。 当对着microphone发出一些声音，可以看到 microphone的值不断变化。它的变化范围是0～（IC5）进行放 大，放大倍数为200（由C13确定），输出信号接至 PE2。没有声音时，电压为2．5V左右，转换为8位 二进制数后得到的十进制整数为127左右
能力风暴还能集成很多其他的传感器，插在 ASBus上即可使用。下面作简单介绍：
人体热释片传感器 超声传感器 连续测距红外传感器 数字指南针 温度传感器 火焰传感器 。。。。。。
能力风暴 计算机硬件
微控制器（MCU）
68HC11E1有CPU、片内存储器、定时器系统、 串行口、A/D、并行I/O口，中断和复位系统组成。
68HC11E1原理结构图
外部存储器
能力风暴个人机器人扩展了32K的静态不挥发 RAM。其优点是既有静态RAM的速度和方便（70ns）， 又有EEPROM或FlashRom的掉电不丢失性，从而能将 程序和数据合用一个芯片。AS62256写入的数据可保存 十年以上，同时具有可靠的上电、掉电、强静电等数据 保护功能。
BU S
2只直流电机
LCD
2只光电编码器
单片机
1只直流电机 或伺服电机
各种外部 扩展卡
ASBUS 总线
串口 通讯 PC
能力风暴的传感器及处理电路
传感器是将力或温度、距离等各 种工业量改变为电信号输出的元件。 能力风暴上用了一下几中传感器： 1. 红外传感器 2. 光敏传感器 3. 碰撞传感器 4. 光电编码器 5. 声音传感器
红外传感器
能力风暴运用了2只红外发射管（970nm）和一 只红外接收模块构成红外传感系统，主要用来检测 前方、左前方和右前方的障碍，检测距离范围为 10～80cm。
用户可以通过调节IRLEFT和IRRIGHT两个电 位器来调节左右两个红外的检测距离。主板中的R5 为24K电阻，它将红外光发射的调制频率固化在 38KHz左右，这是红外接收模块中带通滤波器的中 心频率。
电机驱动电路
电机驱动采用广茂达定制的直流电机驱动芯片IC8（AS611）
硬件扩展总线ASBUS
能力风暴控制板设计了ASBUS总线见（图），简单 类似于ISA和PCI总线。采用堆叠式的ASBUS扩展卡可 以方便扩展控制板的功能。
ASBUSA和ASBUSB分别有14个信号线。 PCO-PC7：数据总线 RESET：复位信号 IRQ：外部中断输入脚 VCC：+5V电源（负载不要超过300MA） Vmotor：电机电压，也即电池电压，可接较大负载 GND：地 IS0-IS3：输入选择线0-3 OS0-0S3：输出选择线0-3 PA1-PA2：输入捕捉口 PA3：输出比较口，已被喇叭、DC3，servo使用， PE5-PE7：模拟输入口
红外测障原理图
光敏传感器
能力风暴个人机器人上有2只光敏传感器， 它可以检测到光线的强弱。
光敏传感器其实是一个光敏电阻，它的阻 值受照射在它上面的光线强弱的影响。能力风 暴个人机器人所用的光敏电阻的阻值在很暗的 环境下为几百ＫΩ，室内照度下几ＫΩ，阳光或 强光下几十Ω。
光敏传感器是一个可变的电阻， 它的接插方式没有方向性 。
AS62256在电压低于4.5V，将自动封锁读/写操 作，已保护数据。因此电池电压过低时，单片机低 电压保护没有来得及工作时，系统运行有可能失常。
地址空间与8个读写控制线选择对应表：
写操作 OX4000—OX4FFF OX5000—OX5FFF OX6000—OX6FFF OX7000—OX7FFF OS0 OS1 OS2 OS3 读操作 IS0 IS1 IS2 IS3