【正文】 性的比賽，在比賽中的機器人通過攝像頭，馬達，齒輪和各種傳感器來感知環(huán)境信息和位置，然后用相應的執(zhí)行機構來完成相關的任務。以滿足機器人武術擂臺賽的要求。 在本文中，武術擂臺競賽機器人控制系統(tǒng)分為四個模塊：機械模塊，主控制模塊，驅動模塊和數(shù)據(jù)采集模塊。接著，主控制模塊選擇高性能的 Xscale PXA270的，適用于電動機控制。信息取得模塊負責環(huán)境信息的感知，并 且信息被發(fā)送給主控制系統(tǒng)。在實現(xiàn)硬件平臺的基礎上對控制系統(tǒng)的軟件部分進行了模塊化的設計， 通過系統(tǒng)調試和測試的硬件和軟件是質在系統(tǒng)的要求作為一個整體來滿足設計要求 。 江蘇信息職業(yè)技術學院畢業(yè)設計報告 4 第一章 緒論 研究背景 1920 年，捷克的作家 恰佩克卡雷爾在 一部科幻劇本 ，第一次提出了機器人的概念，那 時候 人們把機器人作為 新科技 的一個專用名詞。 1954 年， 美國的喬治現(xiàn)代科技的發(fā)展給了機器人技術無限的創(chuàng)新能量。例如， 將具有 減速器的馬達模塊，檢測系統(tǒng) ， 伺服馬達 等 獨立的模塊整合，以達到減少體積，精確控制的目的 ； 關節(jié)模塊和連桿模塊用于構建所述機 器人在重組，這是方便的機器人的組件的形式。 ， 一體化 持續(xù)改進的。 使用 在機器人的 設計中 越來越重要。目前的視覺傳感器、 力傳感器 成為 用于組裝和焊接機器人中不可缺少的傳感器。智能機器人的關鍵技術是配置技術的融合。 選題的背景 近 年來，為了實現(xiàn)科學技術振興國家的戰(zhàn)略，中國舉行了各類機器人大賽，這為學生提供了一個平臺來展示自己的想象力和創(chuàng)造力。從外面看，以四色的中心角呈黑色到灰色白色漸變。該 場地 是圍繞著一個方形的黑色柵欄 ，距離平臺 700毫米高 500毫米。 2． 起始區(qū)域和斜坡涂 敷 有正藍色和黃色 的標志 。 3． 斜坡長度 400毫米，寬 400毫米，斜坡和 平臺 齊平，即 150 毫米 為 頂部的高度。表面材料為亞光 PVC膜，各種顏色和所使用的 線條是由 電腦彩色印刷的形式生產(chǎn)。5千克 左右，白色的表面（技術挑戰(zhàn) 賽 ，兩個 圓柱 ，分別 是 白色和綠色）塑料電工膠帶。 江蘇信息職業(yè)技術學院畢業(yè)設計報告 6 圖 12 比賽專用圓柱 6． 現(xiàn)場的照明：該部位的區(qū)域的賽場，照明的照度在 600Lux到 1200Lux，應柔軟，均勻，區(qū)域照明差不超過 300Lux。 競賽細則 。然后找到放置繡球的圓柱臺 ， 拿起球自主扔進了臺（不能將圓柱弄倒），然后找到銅鑼，用手或腳擊打銅鑼。（實際無白色引導軌跡）。 各尺寸規(guī)格如下： 1) 放置繡球和麥克風的圓柱體為 PVC 材質，； 2) 正綠色和正黃色圓形圖案直徑為 500mm；材質為 PVC 亞光膜；其位置大約在擂臺中心與對應角 連線的中點。但一旦開始比賽后將沿用第一次擺放的位置。 3 千克，繞了一個 45條 200? 300毫米絲帶。同時，通過機器人的編程，可以提高我們 C 語言的運用能力，通過不同編程語言實現(xiàn)一些動作能夠讓我們從中掌握和理解分析問題和解決問題的根本方法。 在理論上和實際應用上盡可能的使機器人實現(xiàn)高靈活的運動狀態(tài)。 提出結構設計方案，設計武術擂臺機器人的結構。 三部分對機器人設計都是至關重要的。本文設計了機器人的主要活動部件、外殼、電機和輪子。 選擇了紅外傳感器。 對機器人進行搭建 。 以及為了達到更好的狀態(tài) 。 江蘇信息職業(yè)技術學院畢業(yè)設計報告 8 第二章 武術擂臺機器人設計方案 機器人總體設計方案 基于 中國機器人大賽暨 RoboCup 公開賽 ， 機器人 設計 以模擬人形為基礎，底盤采用強度大的 DB材質，并以花鍵和螺母加以緊固。機器人以完成指定動作為設計目的。 底盤使用雙 DB材質板，四個減速電機分布在底板 的左右兩側，四個電機安置在底盤的菱角處，這樣有利于齒輪 的精確輸出。 圖 24 機器人 腰部 設計 腰部采用四個 CDS5516 數(shù)字舵機控制機器人進行一定動作，比如在抱柱子處需要機器人稍后仰，在靠近綠色柱子的地方稍前傾，在武術擂臺的中央表演區(qū)域，江蘇信息職業(yè)技術學院畢業(yè)設計報告 10 需要機器人前傾后仰等。 圖 26 傳感器 正面設計 正面使用五個紅外傳感器，用來檢測和精確對齊包括柱子、銅鑼等一些主要目標的距離。底部采用四個灰度傳感器，分別收集不同區(qū)域的閾值，確定機器人的位置和移動方向，從而反饋給控制系統(tǒng)，及時自我調正。 控制系統(tǒng) 模塊 11 基于 PXA270 的機器人控制系統(tǒng)的設計與實現(xiàn) 表 1 MultiFLEX?2PXA270 控制器的電氣規(guī)范 項目 數(shù)據(jù) 說明 電池電壓 ~DC 使用 2 節(jié)鋰聚合物電池， 標稱電壓 ，使用過程電壓范圍為~ 充電電壓 —— 控制器內置智能充電器，充電過程會自動調節(jié)電壓。過流保護生效后，需要重新上電才能工作。 保護電流 6~8A 超過此電流后，自動切斷。 I/O 電平 低電平 GND + ；高電平 VCC – 數(shù)字量輸入 /輸出 12 個 GND/VCC/SIG 三線制（ SIG 可以設為輸入或者輸出，在 NorthSTAR軟件中配置或通過協(xié)議配置）。舵機工作電壓等于控制器工作電壓。 以太網(wǎng)接口 1 個 100M 自適應以太網(wǎng)接口 音頻接口 1 輸入 1輸出 無線通訊 支持 54M 無線以太網(wǎng)卡（選配部件） 圖 27 PXA270 控制器 控制系統(tǒng) 采用 MultiFLEX?2PXA270控制器 ，數(shù)字舵機 0到 7號， AD接口 0到11號， IO接口 0 到 11號。 江蘇信息職業(yè)技術學院畢業(yè)設計報告 12 電源電路設計 MultiFLEX?2PXA270 控制器內置一組 的鋰離子電池。 圖 28 PXA270 內部電路 圖 29 控制器及舵機電源 根據(jù)電路的需要，電源為 ， AD和 IO傳感器， USB等，需要 5V 電源供電， 基于此基礎上， 為 電路 接入 連接 電池，使用 LM25576 電源穩(wěn)壓芯片 使 5V 電源 。 高速：最高 。在速度控制模式下可連續(xù)旋轉，速度控制 ?？偩€連接，理論上可以串聯(lián)連接 254 單位 。波特率高達 1M。 的伺服更新率 。有位置，溫度，電壓，速度反饋 。 圖 212 舵機電路 這里將 Robotis UART 直接連接到舵機的信號線，以及該網(wǎng)絡的另一端兩個74HCl26緩沖器被連接到主控制芯片的 TXD0 和 RXD0，然后通過主控制核心。當 PA0高 TXD0為低， PA1已經(jīng)實江蘇信息職業(yè)技術學院畢業(yè)設計報告 14 現(xiàn) 自主 控制，如圖上圖中， U1B， TXD0信號傳導，數(shù)據(jù)可以被發(fā)送到轉向 舵機 。 通信模塊的 選用 機器人控制系統(tǒng)，其設計在本文中主要使用兩種通信方法： USB實現(xiàn)串行端口 、網(wǎng)線實現(xiàn) 串行端口 。 RS422 接口采用 RJ11 接口插座，對應的 RJ11 插頭如圖 213 所示，線序定義如表所示： 圖 213 傳輸網(wǎng)線（ CJ45） 表 2 網(wǎng)線內部線序表 水 晶 頭 線序 定義 顏色 VCC 白 GND 黑 422_A 紅 422_B 綠 422_Y 黃 422_Z 藍 由于控制器模塊已集成 串行端口 ，所以我們使用網(wǎng)線接入，實現(xiàn)數(shù)據(jù)下載反饋。光電開關在發(fā)射機將 輸入電流轉換成光信號，接收器可以根據(jù)接收的光的強度檢測目標對象。 這個光電開關的開關量信號。 反射鏡反射式光電開關 它在一個設置發(fā)射器和接收器，由光電開關發(fā)射機發(fā)射的光被反射回接收器，對象被檢測到并且完全阻斷光，這個光電開關就 會產(chǎn)生一個檢測開關信號時。 當對象是不透明的，對射式光電開關是最可靠的檢測裝置。 這個光電開關是 適合對象高速運動的檢測，并且它可以在透明和半透明的對象中分辨，使用安全和可靠。 光纖式光電開關 精度高，反應速度快，安裝環(huán)境可多樣選擇 。 創(chuàng)意之星機器人套件有 許多 個 漫反射光電開關， 50cm 左右的有效距離。粗糙表面的光強度小于所述光滑表面的 光強度 ，并且該材料的反射率是影響光電開關的有效距離的重要參數(shù)。 優(yōu)點 該對象不限定于金屬，所有能反射的物體都可以作為被檢測的對象。 所以我們使用這個傳感器 用途：如圖 所示 ，所用的“創(chuàng)意之星”機器人的紅外光電開關的型號為 E18B0，數(shù)據(jù)是： VCC： 5V。輸出方式： NPN晶體管 OC輸出。 圖 214 紅外接近傳感器 紅外接近傳感器是開關傳感器，任何接口的 IO0? IO11 可以 由 NorthSTAR 讀取和編程。但具有靈敏度調節(jié)旋鈕的傳感器，可以調整感測觸發(fā)的距離。 原理：用于測量對象的前部，傳感器探頭之間的距離的。 GP2D12主要由紅外線發(fā)射器， PSD（位置敏感檢測器）以及相 關的處理電路，紅外線發(fā)射器發(fā)射的紅外線光束，紅外線被反射回來，并投影 到 中心位置 。 不同的反射率材料。 下圖 使用創(chuàng)意之星 GP2D12 紅外測距傳感器，和普通 GP2D12 不同的是，我們 17 基于 PXA270 的機器人控制系統(tǒng)的設計與實現(xiàn) 設計類似于貝殼頭的機器人，可以方便地安裝到創(chuàng)意之星的一部分。傳感器規(guī)格如下： 檢測范圍： 1080cm 工作電壓： 45。您如果要得到真實的距離值需要做 2 次換算，假設您從 NorthSTAR 讀取的 AD 值為 491，換算為真實電壓值為5*(491/1023)=，從 215 的對照圖可以知道當前傳感器探頭到障礙物的距離是 50cm。由于不同顏色的白色光的反射能力，最高的同種材料的白色反射，最低的黑色反射。 圖 ，那么任何接口的 AD0? AD7可以由 NorthSTAR 讀取和編程。在機器人的情況下，可以作為一個傳感器來區(qū)分與周圍白線上。 MultiFLEXTM2PXA270 控制器可以訪問常用的 USB 攝像頭，并且具有圖像搜索引擎，可以識別各種顏色，有綠色和白色兩 種 圓柱和黃銅鑼，使用攝像頭可以讓機器人更清楚地認識 圓 柱顏色外觀的 區(qū)別。 開關信號：該計算機的數(shù)據(jù)結構是由 0和 1，所以 0和 1數(shù)據(jù)的兩個狀態(tài)是最容易處理。只有 0 和 1 的數(shù)字信號是被稱為切換信號，同樣可以是在傳感器只有高或低的電路水平被稱為開關傳感器輸出。可以被發(fā)送到主控制芯片識別，開關的量也比較簡單，只有相應的接口電路，用于開關的量無需處理。 2）使用的串行端口（機器人現(xiàn)在使用）和數(shù)字伺服通信，來實現(xiàn)轉向器的控制 。 CDS5516采用總線式通訊 , 需要注意的是：每個 CDS5516 需要使用不同 ID；每串 CDS5516的數(shù)量不能太多，最好是 6 個以下。這樣的電流會讓舵機線發(fā)熱，并產(chǎn)生比較大的電壓降，最后一個 CDS5516 可能因為沿途舵機線的分壓而導致工作電壓過低， CDS5516在電壓過低時會出現(xiàn)復位、數(shù)據(jù)通訊不正常等等狀況。 本節(jié)主要介紹如何用調試器進行 控制器的程序燒錄和串口通訊。 給控制器的 ATmega128 和 ATmega8下載程序 將調試器設為 AVRISP 模式。 把調試器的 USB 線接到 PC 機上，將 5 針杜邦頭接到控制器左側的 M128_ISP或 M8_ISP插針上，杜邦頭有“△”號的為 GND 針腳，注意線的 GND針腳和控制板的 GND針腳對應（第二版控制器的插針位置和第一版控制器不同，但線序相同）。并默認網(wǎng)關 PC機與各類傳感器相連接，以便方面查詢相應的閾值。即將 256 個亮度等級的灰度圖像通過適當?shù)拈撝到K信息職業(yè)技術學院畢業(yè)設計報告 22 選取而獲得仍然可以反映圖像整體和局部特征的二值化圖像。二值化主要通過標定目標顏色閾值，并將背景中相近的顏色去除掉，實現(xiàn)目標物的識別。這就是二值化。這四個部分是機器人的整體設計的體系結構，在此基礎上，為硬件電路設計。 軟件 是系統(tǒng)的靈魂。機器人完成既定任務和功能。這需要精確的設定時間為機器人前進，右轉，為了確保機器人在最短的時間可以檢測