基于能力风暴机器人的数字指南针设计Word格式文档下载.docx

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汇编语言设计；

VJC1.6；

机器人

Abstract

Thispaperdescribesamethodofdesignofdigitalcompassdrivecard,includingdigitalcompasssensorsanddrivechipselection,drivingcircuitdesign.ThecircuitschematicandprintedcircuitboardaremakenoutusingProtel99SE,andasimpleprogramisgiveninthispaper.Thedigitalcompassdrivecardiscomposedofveryfewerchips,soitislow-cost,lightweight,andveryeasytouse.Inaword,itsolvestheproblemofdirectiondetectioninthecompetitionsuchasrobotsoccergame,andthisdesigngreatlyincreasetheintelligentoftheAbilityStormRobot.

Keywords:

DigitalCompassDriveCard;

Assemblylanguage;

Protel99SE;

Robot

第1章绪论

1.1机器人研究的意义

机器人（Robot）是自动执行工作的机器装置。

它既可以接受人类指挥，又可以运行预先编排的程序，也可以根据以人工智能技术制定的原则纲领行动。

它的任务是协助或取代人类工作的工作，例如生产业、建筑业，或是危险的工作。

科学的进步与技术的创新，为机器人的研究与应用开辟了广阔的思路与空间。

自从二十世纪六十年代初人类创造了第一台机器人以后,机器人就显示出它极大的生命力，在短短不到五十年的时间中,机器人的技术得到迅速的发展。

“机器人产业在二十一世纪将成为和汽车、电脑并驾齐驱的主干产业。

”从庞大的工业机器人到微观的纳米机器人，从代表尖端技术的仿人型机器人到孩子们喜爱的宠物机器人，机器人正在日益走近我们的生活，成为人类最亲密的伙伴。

机器人技术和产业化在中国具有一定的现实基础和广阔的市场前景。

“能力风暴”（AbilityStorms）机器人由上海广茂达电子信息有限公司开发，呈单片机结构，外形酷似宇UFO，是专为个人机器人的需求设计的，专门面向教育的机器人。

它是专门为大学进行课程教学、工程训练、机器人竞赛、科技创新以及研究服务开发的新型移动智能机器人。

能力风暴个人机器人配有5种十几个传感器，另外还可以根据需要扩展其他传感器，对环境的感知能力很强。

感知环境的能力是产生智能行为的前提，因此能力风暴能产生许多智能性行为。

在实际的比赛中能力风暴有时会产生方向辨别失误或错误，导致比赛不能正常进行下去。

为此，我们为机器人设计了一块数字指南针扩展卡，它直接插在机器人主板上，通过ASBUS总线向机器人发送实时方位角数据，使机器人实现自动辨别方向，大大地提高了机器人智能性。

1.2我国机器人的发展状况

我国的工业机器人从80年代“七五”科技攻关开始起步，在国家的支持下，通过“七五”、“八五”科技攻关，目前已基本掌握了机器人操作机的设计制造技术、控制系统硬件和软件设计技术、运动学和轨迹规划技术，生产了部分机器人关键元器件，开发出喷漆、弧焊、点焊、装配、搬运等机器人；

其中有130多台套喷漆机器人在二十余家企业的近30条自动喷漆生产线（站）上获得规模应用，弧焊机器人已应用在汽车制造厂的焊装线上。

但总的来看，我国的工业机器人技术及其工程应用的水平和国外比还有一定的距离，当前我国的机器人生产都是应用户的要求，“一客户，一次重新设计”品种规格多、批量小、零部件通用化程度低、供货周期长、成本也不低，而且质量、可靠性不稳定。

因此迫切需要解决产业化前期的关键技术，对产品进行全面规划，搞好系列化、通用化、模块化设计，积极推进产业化进程。

我国的智能机器人和特种机器人在“863”计划的支持下，也取得了不少成果。

其中最为突出的是水下机器人，6000米水下无缆机器人的成果居世界领先水平，还开发出直接遥控机器人、双臂协调控制机器人、爬壁机器人、管道机器人等机种；

在机器人视觉、力觉、触觉、声觉等基础技术的开发应用上开展了不少工作，有了一定的发展基础。

但是在多传感器信息融合控制技术、遥控加局部自主系统遥控机器人、智能装配机器人、机器人化机械等的开发应用方面则刚刚起步，与国外先进水平差距较大，需要在原有成绩的基础上，有重点地系统攻关，以系统集成带动机器人技术的全面发展，以期在“十五”后期立于世界先进行列之中。

1.3能力风暴机器人概述

1.3.1能力风暴机器人简介

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。

它融合了现代工业设计、机械、电子、传感器、计算机和人工智能等诸多领域的先进技术，学生可以通过使用能力风暴个人机器人接触到多方面的知识和技术。

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。

1.3.2能力风暴机器人的外形与结构

能力风暴机器人外形酷似UFO，它有一个功能强大的微处理系统和传感器系统，而且它还能扩展听觉、视觉、和触觉，成为真正意义上的智能机器人。

图1-1是能力风暴机器人的外观俯视图。

图1-1能力风暴机器人的外观俯视图

AS-UⅡ的身体结构主要由控制部分、传感器部分和执行部分三大部分组成，下面分别介绍这三部分的结构和组成。

1.控制部分

控制部分是AS-UⅡ机器人的核心组成部分，AS-UⅡ控制部分的主要由以下两个部分组成：

（1）主板

位于AS-UⅡ“心脏”部位的控制部件是AS-UⅡ的大脑——主板，它由很多电子元器件组成，跟人的大脑一样，主要完成接收信息、处理信息、发出指令等一系列过程。

AS-UⅡ的大脑有记忆功能，这主要由主板上的内存来实现，至于“大脑”的分析、判断、决断功能则由主板上的众多芯片共同完成。

（2）控制按键

位于AS-UⅡ背部的控制面板，是AS-UⅡ机器人运行控制部件，具体按键分布如图1-2所示。

图1-2能力风暴机器人的控制按键部分

（a）开关按钮：

控制AS-UⅡ电源开关的按钮，按此按钮可以打开或关闭机器人电源。

（b）电源指示灯：

按下AS-UⅡ的开关后，这个灯会发绿光，这时就可以与机器人进行交流。

（c）充电指示灯：

当你给机器人充电时，“充电”指示灯发红光。

（d）充电口：

将充电器的相应端插入此口，再将另一端插到电源上即可对机器人充电。

（e）下载口：

“充电口”旁边的“下载口”用于下载程序到机器人主板上，使用时只需将串口连接线的相应端插入下载口，另一端与计算机连接好，这样机器人与计算机就连接起来了。

（f）复位/ASOS按钮：

这是个复合按钮，用于下载操作系统和复位。

当串口通信线接插在下载口上时，按击此按钮，机器人系统默认为此操作为下载操作系统；

如果你想使用其复位功能则需要将通信线拔下，按击此按钮，机器人系统认为此操作为系统复位。

（g）运行键：

打开电源后，按击“运行”键，机器人就可以运行内部已存储的程序，按照“指令”行动。

（h）通信指示灯：

“通信”指示灯位于机器人主板的前方，在给AS-UⅡ下载程序时，这个黄灯会闪烁，这样就表明下载正常，程序正在进入机器人的“大脑”即CPU。

2.传感器部分

传感器是机器人的重要组成部分，是机器人与外部环境进行交流和沟通的桥梁，AS-UⅡ机器人主要包括以下五种传感器。

（1）碰撞传感器

AS-UⅡ机器人的下部放置了一个碰撞系统，保证AS-UⅡ机器人的正常活动。

AS-UⅡ机器人的碰撞机构能够检测到来自360°

范围内物体的碰撞，使AS-UⅡ机器人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

AS-UⅡ机器人的红外传感器共包含两种器件：

红外发射管和红外接收管，红外接收管位于AS-UⅡ机器人的正前方，两只红外发射管位于红外接收管的两侧。

红外发射管可以发出红外线，红外线在遇到障碍后被反射回来，红外接收管接收到被反射回来的红外线以后，通过A/D转换送入CPU进行处理。

AS-UⅡ机器人的红外传感器能够看到前方10cm～80cm，90°

范围内的比210mm×

150mm面积大的障碍物，如果障碍物太小太细、或者在它的可视范围以外，它可就没法看到了。

在AS-UⅡ机器人的可视范围内，它的可视距离是可以调整的。

（3）光敏传感器

光敏传感器是由两个光敏电阻组成，它位于机器人的正前方。

光敏传感器能够探测光线，不过在这里我们是让它看见特定的颜色。

在AS-UⅡ机器人的光敏传感器罩上了一层滤光纸，通过它的颜色来决定AS-UⅡ机器人能探测什么颜色的光线。

（4）话筒

AS-UⅡ机器人的话筒的功能很强，它可以感受到声音的强弱。

但AS-UⅡ的话筒和人的耳朵一样，并不是所有的声音都能听得见，能听见的声音在一定的频率范围内，这个范围和人能听得到的范围大致是一样的，大约是16Hz～20000Hz的机械波。

AS-UⅡ机器人在听到声音命令后，会根据指示（由程序事先输入）采取行动。

（5）光电编码器

在AS-UⅡ机器人里有码盘和光耦（光电编码器）。

光电编码器主要作为控制的反馈信号。

光耦通过测定随轮轴一起转动的码盘的转动角度，得出轮子所转动的圈数，从而测定距离。

3.执行部分

机器人的执行部分是指机器人执行具体功能时所要用到的部件，AS-UⅡ机器人的执行部分主要包括以下几个部分。

（1）扬声器

AS-UⅡ机器人也可以通过扬声器发出一定频率的声音，也可以通过编程让机器人演奏歌曲。

（2）LCD

AS-UⅡ机器人上的LCD可以显示除中文外的各种字符。

利用LCD可以单步显示程序运行的中间结果。

（3）主动轮及其驱动机构

AS-UⅡ机器人的主动轮有两只，能够完成向前直走，向后转弯，左转，右转，原地打转这些平地上的技术动作；

正因为有驱动机构齿轮箱的存在，AS-UⅡ才可以利用直流电机输出的动力。

（4）从动轮

AS-UⅡ机器人有2只从动轮，通过安置弹簧，它们可以在垂直与地面的方向上上下移动，保持机器人动态平衡和实现一定的越障功能。

（5）直流电机

在AS-UⅡ机器人上有两个直流电机，为主动轮提供动力。

1.3.3能力风暴机器人的计算机硬件

人对周围环境的反应过程主要是：

感觉→大脑思考→作出反映，机器人的信息处理流程也是如此。

能力风暴智能机器人的配有5种十几个传感器，另外还可以根据需要扩展其他传感器，对环境的感知能力很强。

感知环