机器人设计讲课稿
《智能控制与程序设计》-宝贝车机器人
课程报告
班级：电信学院13306
人员：王丽春
同组人员：陈天、刘棒锦
时间：2015.11.14
指导教师：杨杰、汤博文
地点：工业中心3021
一、课程目的、任务及要求
1.1课程目的
①通过训练，了解一个完整的、可以运动的机器人应由那几部分组成。理解每一个机器
人都是根据特定要求而设计的，设计的第一步就是将使用要求分析清楚，确定设计时需要考虑的参数，包括：机器人的运动路径、定位精度，重复定位精度、任务执行参数等。
②了解目前机器人的能量供给的各种形式，掌握控制部分和执行部分的供电方式。
③理解机器人的运动系统的构成及其原理。
④了解机器人探测周边环境的传感器有那些，掌握传感器的信号如何传送给单片机的。
⑤理解机器人是如何根据传感器的信息做出决策。
⑥掌握机器人如何运动，并且了解机器人运动的其它方法。
⑦理解机器人与用户交换信息的各种方法。
⑧培养团队协作和独立工作能力。
1.2课程任务及要求
③陈述清楚宝贝机器人如何实现运动。
④掌握宝贝机器人的控制部分和运动部分的供电方式，并画出这两部分的电路示意图。
⑤理清宝贝机器人的人机交互关系，陈述清楚宝贝机器人如何实现人机交互（通过串口调试软件实现人机交互）。
⑥陈述清楚宝贝机器人有那些传感器，传感器的信息是如何传送到单片机的。
⑦完成宝贝机器人的触觉导航，并陈述清楚其原理。
⑧能在实验中迅速排除各种故障。
⑨鼓励创新，在完成前八个任务的前提下，尽量能做出新的开发，如果现有硬件条件不
满足，可以陈述清楚创新原理。
二、课程准备
2.1 实验设备
硬件：PC机一台、AT89S52型单片机、机器人组件、ISP下载电缆、串口线、电池
软件：Keil uVision4 IDE集成开发环境、progisp172软件下载工具、串口调试软件2.2机器人的组装和软件的安装及初步应用
2.2.1组装宝贝车机器人
“宝贝车”是由许多部件组成的一款机器人，在使用及编程控制其运动之前，首先要进行组装，步骤如下：
(1)安装机器人底盘硬件
零件列表：宝贝车底盘、螺柱、盘头螺钉、13/32英寸的橡胶圈
1.将13/32英寸的橡胶套圈插到宝贝车底盘中心的孔内，确保底盘中心孔的边缘嵌在
橡胶圈的凹槽中；
2.用4个螺钉将螺柱固定在底盘上。
(2)拆除伺服喉，将电机安装在底盘上
零件列表：宝贝车底盘（已部分组装好）、连续旋转电机、螺钉3/8英寸4-40、
螺母 4-40
1.用螺钉和螺母将电机固定在底盘上，为了最好性能，需从里面将电机放入底盘。由于
底盘空间小，螺钉也小，所以螺丝起子不容易进去，螺钉的安装需要有一定的耐心；
2.用标签纸表示左右电机轮。
(3)安装电池盒和轮子
零件列表：宝贝车底盘、平头螺钉 3/8英寸4-40、螺母4-40、带有插头的电池盒、开口销、球状尾轮、橡皮圈、塑胶轮子
1.安装电池盒比较简单，注意的就是在将电源线和伺服电机线穿过橡胶圈的孔时，由于
两条线的接头比较大，可先将橡胶圈取出便于穿出，当线穿过之后再将橡胶圈安在底盘的空上；
2.安装尾轮，用开口销作为轴，穿过底盘左侧、尾轮、底盘右侧的孔，将球状尾轮固定
在底盘上，并将开口销的一端弯曲；安装驱动轮，只要将两个轮子有凹槽的一面压在输出轴上，并用螺钉固定即可，注意给轮子安橡胶圈时，为了便于安装将橡胶圈可裁窄一些。
(4)安装教学底板
零件列表：宝贝车机器人底盘、平头螺钉、带控制器的教学板
2.2.2安装软件及其初步应用
1.本次实验需要用到3款软件：Keil uVision4 IDE集成开发环境、PROGISP172下载软
件、串口调试软件。
在软件安装好以后，应有串口的连接和ISP下载线的连接，以实现编程和交互。
Keil uVision4软件的使用：启动Keil uVision4 →Project→New Project→在文件名中输入“001”，保存在想保存的位置→选择AT89S52，确定→选择不加载“否”→单击新建按钮，将编号的程序写入→保存001.c在项目文件夹→在目标工程项目中，右键“Source Group1”→单击Add Files to Group Source Group1→Add→右键Target1→选择Option for target‘Target1’→单击output，选择Create HEX Fi:→确定→运行，没有错误即创建成功→文件名为001.hex，这个文件就是将来可以烧录到C51单片机中的可执行程序。
PROGISP172下载软件的使用：
串口调试软件的使用：打开串口调试终端，选择COM1后单击“打开串口”，在程序运行时，在接收区就会看到单片机向PC发出的信息。此软件用来显示单片机与计算机的交互信息，在硬件上要有串行接口或USB接口来与单片机教学板的串口连接。
三、课程任务
3.1伺服电机的控制
3.1.1单片机的输出测试
单片机的输出测试是通过控制单灯闪烁实现的根据图1搭建LED电路：
图 1
通过编程控制单灯闪烁、两灯同时闪烁和两灯交替闪烁，以及其闪烁的时间，只要让两个LED灯分别接到P1_0和P1_1，电路连接方式相同，通过对P1_0和P1_1赋值，并改变delay_nms(time)即可实现以上各种控制，例如两灯交替闪烁，间隔时间为1s，程序如下：
#include
#include
int main(void)
{
uart_Init();
printf("The LED conneced to P1_0 is blinking!\n");
while(1)
{
P1_1=1;
delay_nus(1500);
P1_1=0;
delay_nus(200);
}
}
3.1.2伺服电机的标定
在测试控制伺服电机转速的信号之前，一定要对伺服电机标定（调零），其程序如下：
●对右轮标定
#include
#include
int main(void)
{
uart_Init(); //初始化串口
printf("The LED connected to P1_0 is blinking!\n");
while(1)
{
P1_0=1； // P1_0输出高电平
delay_nus(1500); //延时1.5ms
P1_0=0; // P1_0输出低电平
delay_nms(20); //延时20ms
}
}
此程序使左轮静止不动，如果左轮缓慢动，应用起子对其调整，具体步骤：将教学底板上的三位开关扳到2，调整底盘下边伺服电机的调零螺钉，调整时要缓慢，直到标定的轮子静止不动。
●对左轮标定
#include
#include
int main(void)
{
uart_Init(); //初始化串口
printf("The LED connected to P1_0 is blinking!\n");
while(1)
{
P1_1=1； // P1_1输出高电平
delay_nus(1500); //延时1.5ms
P1_1=0; // P1_1输出低电平
delay_nms(20); //延时20ms
}
}
此程序使右轮静止不动，如果右轮缓慢转动，同样应用起子对其调整，具体步骤同左轮的标定。
遇到的问题及解决办法:
分别标定两个伺服电机比较浪费时间，可以将两个程序写在一起，同时对左右电机进行标定，可节省时间。
3.1.3对电机控制信号的测试
控制电机的速度的是高电平持续时间，当高电平持续时间为1.3ms时，电机顺时针全速旋转，当高电平持续时间1.7ms时，电机逆时针全速旋转
注意的问题：顺时针和逆时针是从所测试的轮子的外面轴向看过去的旋转方向。
●图2为电机转速为0的控制信号时序
图2
●图3为1.3ms的控制脉冲序列使电机顺时针全速旋转
图3
●图4为1.7ms的控制脉冲序列使电机逆时针全速旋转
图4
心得体会:电机转动方向及速度的调节可以通过改变delay_nus()；括号中数值来实现调节。实际测试小车时，合理的速度及左右轮方向的配合可以使小车行走时更可靠，这需要反复调试程序。
3.2机器人巡航控制