机器人创新设计作品说明材料.docx
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机器人创新设计作品说明材料
机器人创新设计作品说明材料
学校名称：
XX高等专科学校
作品名称：
探索者机器人创新设计
作品设计成员：
作品设计时间：
二零一二年十月十九日
摘要
本文主要介绍了一个基于ARM7LPC2138，32位的高性能主控芯片控制的探
索者机器人的创新设计，该设计包括C语言编程，声控、振动、触碰、光强、闪
动、黑标、白标、近红外等多种传感控制，图形化编程及便携式编程三种编程
模式，能满足任何软件水平的用户实现简单或复杂的自动化控制程序及其他功
能实现。
在设计中，详细的展现了探索者机器人的各个功能模块、传感器的属性功能
工作状况。
最后，实现整个实验功能创新设计。
摘要……………………………………………………..……………………1
第一章引言………………………………………………………..…………..…1
1.1探索者机器人创新设计概述…………………………....…………....…2
1.2探索者机器人创新设计特点...…………………………………….……2
1.3探索者机器人创新设计目的…………………………..………………..3
1.4探索者机器人创新设计意义和前景………………………..……..……4
第二章、主控板………………………………………………...……….…………5
第三章、红外接收头……………………………………….………...…….………5
第四章、语音模块………………………………………….......……….…………5
第五章、LED模块………………………………………………...…….…………6
第六章、舵机…………………………………………….…………………...……6
第七章、传感器………………………………………………...……….…………7
7.1黑标/白标传感器…………………………………………..….…………8
7.2近红外传感器………………………………………………….…………8
7.3姿态传感器…………………………………………………….…………9
7.4闪动传感器...………………….……………………………………….…9
7.5声控传感器…………………………………………………….…………10
7.6触碰传感器…………………………………………………….…………10
7.7振动传感器…………………………………………………….…………11
7.8触须传感器…………………………………………………….…………11
7.9光强传感器…………………………………………………….…………11
第八章、编程手柄说明……………………………………………...….…………12
第九章、C语言编程基础指南..…………………….……………………….……13
9.1安装编程环境………………………………………………….…………13
9.2第一个ARM软件……………………………………………….…………18
9.3烧写程序……………………………………………………….…………21
9.4ARM主控板端口列表…………………………………………….………22
9.5库函数………………………………...…………………………..….……24
lib_io.c………………………………….…………………….…………24
lib_irq.c………………………………...…………………….…………26
lib_arm.c………………………………...…………………….…………27
第十章、RobottimeRobotwayStudio指南………………...…………….……28
10.1准备运行环境………………………………………………….……..…28
10.2RRS使用流程………………………………………………….…..……28
第十一章、扩展模块指南……………………...………………...……..…………29
11.1蓝牙模块……………………………………………………….……..…29
11.2语音识别模块………………………………………………….…..……29
11.3自平衡模块………………………………………………..….…………30
第一章、引言
1.1、探索者机器人创新设计概述
“探索者”机器人创意设计是机器时代推出的一种机器人创新设计理念。
探
索者采用了世界先进的仿生和欠驱动设计理念，机械结构设计概念明显，传动结
构突出，可以满足绝大部分的机械原理构造。
金属机械零件美观耐用，除了可以
的搭建常规的机器人机构，还可以组合成各种仿真动物以及智能家居品。
探索者
主控板采用了32位高性能主控芯片，拥有C语言编程、图形化编程及便携式编
程三种编程模式，能满足任何软件水平的用户实现简单或复杂的自动化控制程
序。
包装箱里更配备了多种常见传感器，能让用户搭建的机器人活起来，使它们
能够听到、看到、触摸到人类世界。
1.2、探索者机器人创新设计特点
Ⅰ、突出机构设计。
探索者的设计思路是采用多种具备“积木”特点的基础机械零件，搭建出各
式各样的机械结构。
包含大量传动机构零件，引入欠驱动设计思路。
除了可搭建出各种典型的机器人机构以外，更可以激发想象力，设计出无数种创意独特的机器人机构。
Ⅱ、控制能力优越。
探索者控制器采用ARM7LPC2138，32位的高性能主控芯片，是一款专为智能机器人和小型智能设备设计的多功能控制器。
拥有巨大的缓冲区空间和强大的处理功能，可同时控制6路舵机，2路直流电机，4路传感器，并可串联协同工作，非常适合作为智能机器人的主控制器。
Ⅲ、开放电子端口。
探索者开放了包括控制器和多种传感器在内的所有电子部件I/O接口，并提
供所有电子元件电路图，供用户学习使用，可进行单片机、传感器、数字/模拟电路等课程的各种实验。
极大方便了有二次开发需求的用户。
1.3、探索者机器人创新设计目的
探索者机器人是一个典型的自动化系统，是目前世界各国进行工程训练、教学实验和研究的最为理想的平台。
随着自动化技术的发展，许多创新的工程专业都有了共同的专业基础课程，那就是电子电路、检测技术与传感器、控制原理与控制工程。
可以说这些专业基础课程是现代创新工程专业普遍性原理，也就是可以将其称为现代创新工程之道。
许多国内外的知名公司都相继在开发各种教育与娱乐机器人，为现代创新工程专业教育提供共同的教育平台，引导学生学习电子电路、检测技术与传感器、控制原理和控制工程等基础课程。
因此，采用机器人作为计算机、检测与控制技术的教学实验平台是各相关工程专业的最佳选择，这就是探索者机器人的目的和动因。
教学常用机器人大致可以分为三大类：
轮式机器人、仿生机器人和人形机器人。
目前，人形机器人是世界上最为看好也是技术含量最高的一款。
机器人创新设计将紧密结合主要面向大学生进行课程实验与实践（包括嵌入式微控制器、数电和模电、数字逻辑、工业传感器和工业控制、基础机器人等课程），同时照顾部分优秀学生开展机器人创新竞赛等要求进行建设，满足机器人基础创新课程实验和实践以及高级机器人创新竞赛两个层次的教学要求。
机器人创新设计能满足大量学生进行基础课程实验，掌握电子电路、嵌入式微控制器、检测与控制技术等工程基础课程的内容，又能组织大量学生观摩智能机器人平台和部分优秀学生代表学校参加各种创新竞赛，激励学生投身科技的热情和提高学校的知名度。
机器人创新设计可以引领科技走向进步，实现科学、便捷、安全、效率、自动化、智能化等多功能设计。
为打造世界知名的民族机器人品牌、探索全人类机器人梦想而努力。
造福人类，贡献社会。
1.4探索者机器人创新设计意义和前景
㈠、为电子设计，自动化、机械制造、计算机、机器人等主要工程专业
的学生提供一个以机器人为实验对象的创新基地，课程教学内容、方法和手
段全面引进先进教学实验模式，使学生能在“做中学、学中做”，提高学生
的创新能力和动手能力，提升整个教学实验水平，并不断的扩展和延伸，使
之能够广泛适用于各个专业教学实践和创新要求。
㈡、与机器人技术发展趋势相结合，用机器人取代传统的电子、电路、
单片机等分立式实验仪器，增强实验的开放程度和系统性，为学生提供一个
可以发挥自己想象力、创造力和展现才能的空间。
㈢、为学校参加国内、国际各种机器人大赛等提供配套的硬件和软件支
持，激励学生投身工程科技的热情和提高学校的知名度。
对于学生结束学业
后走上工作岗位更好的适应市场需求奠定基础，对于学校招生也起到一个助
推作用。
㈣、达到教育部提出的“高等教育要重视培养大学生创新能力、实践能
力和创业精神”的创新教育的要求。
㈤、智能机器人玩具的研发与设计。
㈥、通过探索者机器人的创新设计可以投入到实际工程项目设计，制造
出用于生活、商业、工业、军工、航空、航天、探险等多种领域的工具。
第二章、主控板（晶振：
11.0592M）
1、输入端口A，连接传感器
2、输入端口B，连接传感器
3、输入端口C，连接传感器
4、输入端口D，连接传感器
5、红外接收端口，连接红外接收头
6、通道选择键，对应手柄的通道选择键，分为ABC三个通道
7、程序写保护口，1为正常工作状态，当按钮拨向ON时才可以进行程序下载
8、程序下载端口，连接下载线
9、舵机端口1～6，连接舵机，从左起竖排4针接口为一组，共分为6组。
（注意：
具体连接方式在操作说明中会用图示详细说明，在没有看过操作说明之前请不要连接电机）
10、输出端口7～8，连接LED、语音模块等执行部件，从左起竖排4针接口为一组，
共分为2组。
（注意：
具体连接方式在操作说明中会用图示详细说明，在没有
看过操作说明之前请不要连接LED以及语音模块）
11、电源端口，接入电池或适配器连接
12、复位键，对单片机进行重启，会清除单片机内所有未保存的动作
13、电源开关
14、电源指示灯，当开关打开后，指示灯长亮并且呈红色
第三章、红外接收头
红外接收头主要用于接收来自手柄控制发出的红外信号。
工作电压：
4.7～5.5V工作电流：
1.2mA
频率：
37.9KHZ有效距离：
5米
①、红外接收元件，用于接收手柄发出的红外信号
②、固定孔，便于用螺丝将接收头固定于机器人上
③、三芯输入线接口，连接三芯输入线
第四章、语音模块
可录制、存储和播放50分贝以上，最长20秒的音频。
①、录音键，一直按下可以录音，白色LED长亮，录音完毕松开录音键，LED
灯熄灭
②、四芯输出线接口，用于连接四芯输出线
③、播放键，按下，可以播放录音，播放完毕后LED闪动一下
④、固定孔，便于用螺丝将模块固定于机器人上
⑤、音频输入口，可插入音频输入线进行录音
⑥、麦克风，录制声音时需要将音源对准麦克风
⑦、音频输出口，可以连接外放设备（音箱、耳机等）
第五章、LED模块
工作电压：
4.7～5.5V工作电流：
1.2mA
①、固定孔，便于用螺丝将模块固定于机器人上
②、双色LED灯，颜色为红色与绿色
③、四芯输出线接口，用于连接四芯输出线
第六章、舵机
1、圆周舵机正反转控制见光盘资料例程/舵机控制/ServoCode，可直接烧录hex
文件，该程序控制输出端口1的舵机转动，速度由大至小-改变转动方向-速
度由小至大。
2、在硬件上，圆周舵机是由标准舵机改造，拆除标准舵机中电位器与减速箱之
间的反馈电路，致使标准舵机的电机无法判断自身转动角度而持续转动。
因
此圆周舵机在软件控制原理上与标准角度舵机相同，都是PWM控制。
3、舵机控制函数Servo（uint8Num,uint16Ang），第一个参数为插接在主控制板
上的输出端口的序号，第二个参数的X围在0～180之间，该参数对标准舵机
而言，对应的是标准舵机的转动角度为0～180度，标准舵机的默认角度（复
位角度）为90度；对圆周舵机而言，该参数越接近0或180，舵机转动速度越
快，反之越慢，参数等于90时圆周舵机停止转动，但是由于舵机硬件误差，
舵机停止转动的参数往往不等于90，而是在90左右浮动。
因此，需要人为设
定圆周舵机的停止参数值大小，对圆周舵机的控制也要以此值为中心。
在使
用指南手柄控制主控制板编程中，有关于手柄对圆周舵机微调的说明，以帮
助理解圆周舵机的编程控制技巧。
黑色插线连接最外插针。
第七章、传感器
7.1黑标/白标传感器
黑标/白标传感器可以帮助进行黑线/白线的跟踪，可以识别白色/黑色背景中的黑色/黑色区域，或悬崖边缘。
寻线信号可以提供稳定的输出信号，使寻线更准确更稳定。
有效距离在0.7cm～3cm之间。
工作电压：
4.7～5.5V工作电流：
1.2mA
①、固定孔，便于用螺丝将模块固定于机器人上
②、四芯输入线接口，连接四芯输入线
③、黑标传感器元件，用于检测黑线信号
注意事项：
黑标传感器的安装应当贴近地面且与地面平行，这样才能更加灵敏并且有效的检测到信号。
7.2近红外传感器
近红外传感器可以发射并接收反射的近红外信号，有效检测X围在20cm以内。
工作电压：
4.7～5.5V工作电流：
1.2mA频率：
37.9KHZ
①、固定孔，便于用螺丝将模块固定于机器人上
②、四芯输入线接口，连接四芯输入线
③、近红外信号发射头，用于发射红外信号
④、近红外信号接收头，用于接收反射的红外信号
注意事项：
在安装近红外传感器时，注意不要遮挡发射和接收头，以免传感器检测发生偏差。
7.3姿态传感器
姿态传感器可以检测机器人机身的倾斜变化，识别机器人所处的姿态，而适时做出反应。
例如摔倒了之后，姿态传感器就会被触发。
通常倾斜超过45度时会被触发。
①、固定孔，便于用螺丝将模块固定于机器人上
②、四芯输入线接口，连接四芯输入线
③、姿态感应元件，检测机身的倾斜状态
注意事项：
姿态传感器在安装时应注意与地面保持平行。
以免传感器安装倾斜而引起持续触发。
7.4闪动传感器
闪动传感器可以检测到环境光线的突然变化，从而使机器人做出相应的指令动作。
30LUX照度以上变暗触发，30LUX照度以下变亮触发。
可通过用手电筒照射或者用手遮挡光线均可触发。
①、固定孔，便于用螺丝将模块固定于机器人上
②、四芯输入线接口，连接四芯输入线
③、光敏元件，检测光线强度
注意事项：
日光灯是有闪烁的，频率在50HZ左右，这种闪烁会被闪动传感器识别，因此要避免在日光灯下使用。
7.5声控传感器
声控传感器可以检测到周围环境的声音信号，声控元件是对震动敏感的物质，有声音时就被触发。
有效检测X围在50分贝以上（参考正常人说话时的声
音）。
①、固定孔，便于用螺丝将模块固定于机器人上
②、四芯输入线接口，连接四芯输入线
③、微型麦克风，检测声音。
7.6触碰传感器
触碰传感器可以检测物体对开关的有效触碰，通过触碰开关触发相应动作。
触碰开关行程距离2mm。
①、固定孔，便于用螺丝将模块固定于机器人上
②、四芯输入线接口，连接四芯输入线
③、触碰开关，检测触碰
注意事项：
触碰感应器需要安装在机器人容易被触碰到的位置，需要触碰开关本身被物体碰到后才会被触发。
7.7振动传感器
振动传感器可以检测到机体本身的振动。
①、固定孔，便于用螺丝将模块固定于机器人上
②、四芯输入线接口，连接四芯输入线
③、振动感应元件，用于检测振动
7.8触须传感器
触须传感器可以检测到物体对弹簧触须的有效触动。
安装时通常是将弹簧与地面平行。
有效触动角度45度。
①、固定孔，便于用螺丝将模块固定于机器人上
②、四芯输入线接口，连接四芯输入线
③、弹簧触须：
与障碍物接触后发生弹性形变，触发传感器
注意事项：
触须感应器需要安装在机器人前端容易被触碰到的位置，需要弹簧触须被物体折弯至接触金属卡桥才会被触发。
7.9光强传感器
光强传感器可以检测到周围光线强度的变化。
光强传感器能够识别光线强弱，闪动传感器只能检测光线的突变。
30LUX照度以下触发。
（距离40瓦日光灯1.5米左右）
①、固定孔，便于用螺丝将模块固定于机器人上
②、四芯输入线接口，连接四芯输入线
③、光敏元件，当光线由强变弱时被触发
注意事项：
安装时注意将感光元件对准光源。
这样传感器才能较精确的检测到光线的强弱变化。
第八章、编程手柄说明
1、红外信号发射端口
2、摇杆1，控制连接在主控板输出端口1和端口2所连接的舵机的动作
3、摇杆2，控制连接在主控板输出端口3和端口4所连接的舵机的动作
4、摇杆3，控制连接在主控板输出端口5和端口6所连接的舵机的动作
5、摇杆4，控制连接在主控板输出端口7和端口8所连接的语音模块或LED的动作
6、动作加载键，清除当前未保存的动作
7、通道选择键，选择通道时，与主控制板通道配合使用，调整到对应通道
8、动作保存键，保存当前操作的动作
9、上方为动作记录键1，下方为动作播放键1，播放动作记录键1录制的动作，
与主控板输入端口A的触发功能对应
10、上方为动作记录键2，下方为动作播放键2，播放动作记录键2录制的动作，
与主控板输入端口B的触发功能对应
11、上方为动作记录键3，下方为动作播放键3，播放动作记录键3录制的动作，
与主控板输入端口C的触发功能对应
12、上方为动作记录键4，下方为动作播放键4，播放动作记录键4录制的动作，
与主控板输入端口D的触发功能对应
13、程序下载口，更新手柄程序
14、电源开关
15、微调，校正标准舵机角度以及圆周舵机停止不稳定状态
16、电源、信号指示灯，标志为红色时表示电源接通，蓝色时表示正在发射信
号
第九章、C语言编程基础指南
9.1安装编程环境
一、安装ADS
下载ADS1.2：
.mcu123./down/get.asp?
id=39（右键单击）
左键点击上图所示的“本地双线路服务器”直接下载，或右键单击迅雷下载
解压后点击“setup.exe”开始安装。
1、点击“Next”
2、点击“Yes”
3、点击“Next”
4、选择“Full”，点击“Next”
5、点击“Next”
6、点击“Next”
7、点击“Next”
8、点击“下一步”
9、点击“下一步”
10、选择安装程序“crack”目录下“LICENSE.DAT”点击“下一步”
11、点击“下一步”
12、点击“完成”
13、点击“Finish”
9.2第一个ARM软件
打开ads软件
1、点击“file”—“new”—“project”—“ARMExecuableImageforlpc2131”，选择工程存放路径“位置”，
录入“工程名”（led），点击“确定”
2、工程建立完毕
3、选择红色下拉菜单处为“DebugInFLASH”
4、点击“Edit”—“DebugInFLASHSettings”，“TargetSettings”项中“Post-Linker”选择“ARMfromELF”，点击“Apply”
5、续5，“ARMFromELF”项中“OutputFormat”选择“Intel32bitHex”，“Outputfilename”栏输入“*.hex”（led.hex），点击“Apply”—“OK”
6、输入程序代码
/*点亮一个LED灯*/
#include"config.h"
#include"sysTime.h"
constuint32_tLed1=（1<<31）;
intmain（void）
{
PINSEL2=PINSEL2&（0x08）;
IO1DIR=Led1;
IO1SET=Led1;
IO1CLR=Led1;
initSysTime（）;
while
（1）
{
IO1SET=Led1;
pause（100000）;
IO1CLR=Led1;
pause（100000）;
}
return0;
}
7、点击F7，完成代码编译，led工程目录FlashRel中生成LPC21xx.hex烧录文件
9.3烧写程序
一、设置USB下载线
1、下载USB驱动：
code.google./p/robotway/downloads/list
2、解压后点击“setup”打开安装程序，在程序窗口点击“INSTALL”，完成后关闭驱动安
装程序
3、将USB下载线接入电脑，选择自动查找设备，完成驱动安装
4、右键单击“我的电脑”，选择“属性”—“硬件”—“设备管理器”—“端口（和
LPT）”，右键单击“USB-SERIAL（×）”，选择“属性”—“端口设置”—“高级”，选择“端口号”为“3”，点击确定完成。
二、下载安装烧写程序
1、下载烧写程序：
filer.blogbus./6243670/resource_6243670_.rar
2、解压后点击“PhilipsFlashUtilityInstallation.exe”安装程序
三、连接ARM主控板
1、将USB下载线miniUSB端接入ARM主控板程序下载端口
2、拨动程序写保护口到“ON”位
3、打开ARM主控板电源
4、按一次复位键
四、烧写程序
1、打开“开始菜单\程序\PhilipsSemiconductors\FlashUtility\Launch
LPC210x_ISP.exe”
2、界面右侧munication栏，选择ConnectedtoPort为“3:
”
3、点击界面中下侧“ReadDeviceID”按钮，正常时出现“PleaseresetyourLPC2000board
nowandthenpressOK”，确定后界面左下角出现“ReadPartIDSuccessfully”
4、点击界面中间“Erase”按钮，界面左下角出现“ErasedLPC2000FlashSuccessfully”
5、在“FlashProgramming”栏，点击“Filename:
”右下侧“...”按钮，在出现的对话框中选择编译完成的“*.hex”文件，点击“UploadtoFlash”，完成程序烧录。
9.4ARM主控板端口列表
端口名称端口号端口功能功能说明
EINT0外部中断0输入
红外接收端口P0.16MAT0.2定时器0的匹配输出通道2
CAP0.2定时器0的捕获输入通道2
PWM5脉宽调制器输出5
输出端口1P0.21CAP1.3定时器1的捕获输入通道3
AD0.2A/D转换器0输入2
输出端口1P0.29CAP0.3定时器0的捕获输入通道3
MAT0.3定时器0的匹配输出通道3
AD0.1A/D转换器0输入1
输出端口2P0.28CAP0.2定时器0的捕获输入通道2
MAT0.2定时器0的匹配输出通道2
SSEL0SPI0从机选择SPI0接口用作从机
输出端口2P0.7PWM2脉宽调制器输出2
EINT2外部中断输入2
AD0.0A/D转换器0输入0
输出端口3P0.27CAP0.1定时器0的捕获输
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