中科机器人平台应用方案.docx
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中科机器人平台应用方案
ZK
中科机器人应用方案
—2011年全国职业院校技能大赛
高职组机器人赛项指定平台
第二版
2011年3月
引言
中科机器人平台，是专门为高职类机器人大赛提供的统一的机器人平台，参赛队可以根据大赛任务的要求，在此平台上进一步设计制作各种抓取、投放机构，利用机器人平台提供的主控制板和编程算法实现整体机器人的控制。
一、设备简介
中科机器人平台由无锡职业技术学院机器人研究所与中科机器人研究工作室联合研制，机器人平台共有三种型号，手动平台为CRT-M100型，框架大小600mm*500mm；自动平台有2种，CRT-A100型（框架大小600mm*500mm）和CRT-A200型（框架大小600mm*350mm）。
参赛队参加比赛可以有2种组合方案：
A方案：
1台CRT-M100型手动平台和1台CRT-A100型自动平台；
B方案：
1台CRT-M100型手动平台和2台CRT-A200型自动平台。
自动机器人平台CRT-A100和CRT-A200配备了2台24VDC、150转/分、70W功率的直流减速电机以及16路寻线传感器、寻线传感器信号处理板、处理器控制板、电机驱动板；并提供了完整的机器人寻线算法以及控制程序，可以依靠地面白色引导线实现在比赛场地全场范围内的运动、定位；处理器控制板提供了充足的I/O接口，可以供参赛队使用。
手动机器人平台RT-M100配备了2台24VDC、150转/分、70W功率的直流减速电机以及主处理器控制板、电机驱动板；并提供了完整的机器人控制程序和方法。
二、产品特点
1.技术可靠
机器人平台所使用的技术都经受了多次机器人大赛的考验，稳定可靠，抗干扰能力强。
2.技术成熟
机器人平台在研制中不追求使用过于先进技术，尽量使用成熟技术，所涉及的技术几乎所有高职院校的机械、电子专业都作为主干课程重点讲解。
3.技术开放
机器人平台所使用的技术将向参赛队全部开放，并介绍大赛要点，通过对这些技术的消化吸收，可以极大地提高各学校的机器人水平。
4.传感器技术先进
自动机器人平台所使用的16路巡线传感器及其信号处理技术是国内目前最先进的，可以很好地适应不同场地背景下的巡线运行。
三、功能介绍
机器人平台的总体构成参见图1所示，由包括主动车轮、从动车轮、铝合金框架、直流电机、电池和电路板组成，自动平台的底部安装了16路巡线传感器。
图1机器人平台的总体构成
1.机器人平台机械部分
1）主动轮
机器人平台的主动轮有两只，金属铝芯，橡胶外胎，能够完成向前直走，向后转弯，左转，右转等这些平地上的技术动作。
2）从动轮
机器人平台有1只从动轮，和两只主动轮形成三角支撑着机器人的结构。
从动轮随着主动轮的方向改变自己的方向。
众所周知，三点支撑结构是最稳定的结构，从动轮和两个主动轮形成了一个稳定的支撑结构。
3）直流电机
机器人平台上有两个2台额定电压24VDC、150转/分、70W功率直流减速电机。
4）铝合金框架
机器人平台的框架使用了铝合金型材制成，参赛队可以很方便地利用配备的专用螺母将设计的上部机构安装在平台上。
5）铝板
机器人平台上铺设了5块4mm厚的铝板，参赛队可以根据自己的需要在这些铝板上打孔，用于固定安装上部机构，如果不需要这些铝板，参赛队可以自行卸下，以减轻整体重量。
2.机器人平台控制系统
自动机器人平台控制系统包括16路巡线传感器、传感器信号处理板、主控制板、电机驱动板和其他待开发扩展部件组成。
组成框图如图2所示。
图2自动机器人平台控制系统组成框图
图2中，虚线框中的部分是机器人平台已经配备的部分，其他部分需要参赛队在设计中根据所设计的上部机构的动作情况自行开发。
手动机器人平台控制系统包括主控制板、电机驱动板和其他待开发扩展部件组成。
组成框图如图3所示。
图3手动机器人平台控制系统组成框图
图3中，虚线框中的部分是机器人平台已经配备的部分，其他部分需要参赛队在设计中根据所设计的上部机构的动作情况自行开发
1）16路巡线传感器
自动机器人平台底部安装了16路巡线传感器，可以准确地探测到地面白色引导线以及白色引导线的十字交叉点。
信号发送给传感器信号处理板。
2）传感器信号处理板
16路巡线传感器将采集到的地面白色引导线信息送入本电路板，对采集的信息进行处理，过滤掉地面背景反射信号，有效信号再送入单片机控制板，同时用发光二极管指示当前某路传感器是否在白色引导线上。
3）主控制板
主控制板是机器人的大脑，核心是微处理器，考虑到目前全国高职院校的普遍情况，选用了8051核心的单片机。
控制板支持两大类输入，既16通道专用巡线传感器输入，和8通道传感器输入。
8通道传感器输入接口用于连接光电、接近或者超声传感器等（可以直接选用市场上的成熟产品），可以让参赛队在整体设计机器人时，充分利用各种传感器探测外部信息。
本电路板上有一个DB9串口，用来实现程序的在线下载，便于调试。
微处理器向电机控制板发出电机PWM脉宽调制信号和方向信号，用来控制2个左右轮调速电机的运行速度和方向。
本电路板上设置了8个非调速电机输出接口，可以用来控制4个正反转直流电机或者8个单向运转直流电机。
4）电机驱动板
电机驱动板接受主控制板发来的电机PWM脉宽调制信号和方向信号，驱动机器人平台上的2个24V直流减速电机。
利用PWM信号占空比的不同，来控制电机的不同转速；利用方向信号，控制直流电机的正反转，从而实现机器人平台的前进、后退和转弯。
四、技术参数
1.外形尺寸：
CRT-A100和CRT-M100：
框架尺寸600mm*500mm，最大尺寸（车轮宽度）：
600mm*645mm；
CRT-A200：
框架尺寸600mm*350mm，最大尺寸（车轮宽度）：
600mm*495mm。
2.运行速度：
1米/秒。
3.电源：
3节12V、2AH铅酸密封电池。
4.充电方式：
外置充电器。
5.巡线传感器：
专用16路循迹传感器。
6.额定载重：
20Kg。
五、应用方案
1.机器人平台选择
机器人平台有2种组合方案，参赛队需要首先确定自己比赛策略，决定选择哪一种组合。
2.参赛机器人组成
机器人平台解决了机器人在比赛场地上运动的问题，参赛队需要自行开发上部机构，包括储球箱，抓取、投放机构，再将它们与机器人平台组合在一起，组成完整的参赛机器人，如图4所示。
图4完整参赛机器人的组成
3.参赛机器人的控制
自动机器人平台提供了16路巡线传感器信号接受处理，平台左右轮调速电机的控制以及相关程序，平台可以沿白色引导线巡线前进、经过了指定数量的白色引导线交叉点后后停止、转弯等。
但是对于场地上桥墩的识别、球的抓取投放等所需要的硬件和软件需要参赛队自行设计。
整体程序设计流程图可以参考图5。
图5自动参赛机器人程序设计流程图
机器人平台所提供的程序可以实现图5中虚线框内的功能，虚线框外部的功能实现需要参赛队自己编写程序。
手动机器人平台提供了按键信号接受处理，平台左右轮调速电机的控制以及相关程序，通过按键操作，可以实现平台的左转、右转、前进和后退。
但是对于上部机构的电机控制所需的硬件和软件需要参赛队自行设计，整体程序设计流程图可以参考图6。
图6手动参赛机器人程序设计流程图
机器人平台所提供的程序可以实现图6中虚线框内的功能，虚线框外部的功能实现需要参赛队自己编写程序。
程序开发可以直接使用keiluvision开发软件，使用C语言与汇编语言均可。
4.软件函数说明
平台提供了一些常用的函数，用户可以直接使用这些函数，也可以自己定义和扩展函数。
☆ST_B（）----程序初始化设置
【功能】此函数为初始化程序设置。
【说明】ST_B（）函数包括端口设置、PCA时钟源、控制寄存器、计数初值、启动按键等设置，该函数只需在主程序开始时调用一次即可。
☆S_S（s）----加速启动
【功能】此函数为加速启动函数，实现平台从静止状态加速启动运行。
【说明】参数s:
加速启动时的最大值设置，占空比为s的十倍，s最大为10，输出占空比由0%增加到100%。
如：
S_S（40）；表示平台从静止状态加速启动运行至速度为40时。
☆delay_ms（T）----延时
【功能】此函数为毫秒级延时函数。
【说明】参数T用于调用时的延时时间设置，T的取值范围是1—60000。
如：
delay_ms（1000）;表示延时时间为1秒。
☆motor（m,z,n）----电机运行
【功能】此函数为电机运行函数。
【说明】参数m：
选择电机，l代表左电机，r代表右电机。
参数z：
设置电机的正反转，f代表正转，b代表反转。
参数n：
电机的占空比设置（转速）。
如：
motor（l,f,50）;表示左电机以50%的占空比正转。
☆stop（m）----电机停止
【功能】此函数为电机停止函数。
【说明】参数m：
选择电机，l代表左电机，r代表右电机，rl代表同时选择左右电机。
如：
stop（rl）；表示左右电机同时停止。
☆FOLL_FINE（ti）----巡线计数
【功能】此函数为16位巡线传感器巡线计数函数。
【说明】参数ti：
巡线条数设置（即寻到设定条数时会跳出此函数），范围1—255。
如：
FOLL_FINE（3）;表示平台沿引导线前进检测到3条交叉引导线。
☆TURN90（e）----旋转90度
【功能】此函数为平台人旋转90度（即寻找与前进方向90度交叉的白条）。
【说明】参数e：
选择机器人左转或右转，l左转90度，r右转90度。
如：
TURN90（r）;表示平台右转90度。
☆BACK（ms）----延时后退
【功能】此函数为平台延时后退。
【说明】参数ms：
设定后退时间，ms级延时，范围是1—60000。
如：
BAKE（200）;表示平台后退0.2秒。
六、培训计划
北京中科机器人研究工作室将向使用此平台的参赛队提供为期2天的免费集中技术培训，内容包括：
7.1技术部分
7.1.1电气部分
控制电路的原理、电路分析，基本功能、常见故障诊断与处理、扩展使用方法。
7.1.2软件部分
机器人控制算法、巡线算法；巡线程序编制调试（驱动电机控制）、障碍物的识别与处理、手动机器人的控制等控制程序（含源代码）
7.1.3机械部分
底盘平台的安装、上部机构的设计思路（一种典型的上部动作机构的设计及安装调试）
7.2．机器人创意部分。
7.2.1机器人创意（策略）。
7.2.2机器人设计。
7.2.3大赛要点、注意事项。
七、设备价格
A方案：
名称
型号
数量
单价（万元）
小计（万元）
手动机器人平台
CRT-M100
1
3.95
3.95
自动机器人平台
CRT-A100
1
4.75
4.75
合计：
8.70
B方案：
名称
型号
数量
单价（万元）
小计（万元）
手动机器人平台
CRT-M100
1
3.95
3.95
自动机器人平台
CRT-A200
2
3.45
6.90
合计：
10.85
C方案：
名称
型号
数量
单价（万元）
小计（万元）
手动机器人平台
CRT-M100
1
3.95
3.95
自动机器人平台
CRT-A100
1
4.75
4.75
自动机器人平台
CRT-A200
2
3.45
6.90
合计：
15.60
附：
2011年全国职业院校技能大赛”高职组机器人技术应用赛项规程概要
请参考：
http:
//www.chinaskills.org/news-nr.asp?
anclassid=106&nclassid=451&id=1524
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