教学机器人实验讲义.pdf

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1、 实验一 机器人触须蔽障实验 实验目的 1、了解教学机器人组成和结构,并运用触须传感技术实现机器人壁障功能；2、掌握 C15 单片机原理与应用开发技术；2、能够运用 C 语言编写教学机器人控制程序;实验仪器 教学机器人一台；触须传感器套件一套金属触须2 根、平头 M322 盘头螺钉 2 个、13mm 圆形立柱 2 个、M3 尼龙垫圈 2 个、3-pin 公-公接头 2 个、220电阻 2 个和 10k电阻 2 个 实验原理 机器人触须避障系统主要由触须传感器、单片机和伺服电机三部分组成,如图 1 所示;图 1 机器人触须避障系统组成 图 2 C51 单片机各管脚功能 触须传感器的触须实际为一个

2、机械式的、接地常开的开关;当触须没有被触动时,连接触须的单片机的 I/O 管脚的电压是 5V;当触须触动时,I/O 管脚的电压是 0V;单片机如图 2 的和输入接口根据触须管脚电压的变化,再由预先编辑好的程序,通过改变单片机和接口输出电压来控制伺服电机的转动而实现蔽障;其控制过程为：实验步骤 1、按图 3 安装触须；图 3 安装机器人触须 2、按图 4 连接触须传感器电路示意图,图 5 为安装后实物图；图 4 触须电路示意图 图 5 教学板上触须接线图和安装好触须的机器人 3、编写 C 语言控制程序并下载到机器人中的单片机上；4、接通机器人上电源,观察机器人运动情况;注意事项 1、安装触须时,

3、要调整触须的位置,使他们横向交叉但又不接触；2、实验结束后要关闭机器人上的电源开关;附录一 参考程序 include include int P1_4statevoid/获取 P1_4 的状态,右胡须 return P1&0 x101:0;int P2_3statevoid/获取 P2_3 的状态,左胡须 return P2&0 x081:0;void Forwardvoid P1_1=1;delay_nus1700;P1_1=0;P1_0=1;delay_nus1300;P1_0=0;delay_nms20;void Left_Turnvoid int i;fori=1;i=26;i+P1_

4、1=1;delay_nus1300;P1_1=0;P1_0=1;delay_nus1300;P1_0=0;delay_nms20;void Right_Turnvoid int i;fori=1;i=26;i+P1_1=1;delay_nus1700;P1_1=0;P1_0=1;delay_nus1700;P1_0=0;delay_nms20;void Backwardvoid int i;fori=1;i=65;i+P1_1=1;delay_nus1300;P1_1=0;P1_0=1;delay_nus1700;P1_0=0;delay_nms20;int mainvoid uart_Ini

5、t;printfProgram Runningn;while1 ifP1_4state=0&P2_3state=0 Backward;/向后 Left_Turn;/向左 Left_Turn;/向左 else ifP1_4state=0 Backward;/向后 Left_Turn;/向左 else ifP2_3state=0 Backward;/向后 Right_Turn;/向右 else Forward;/向前 实验二 机器人触须死区智能决策实验 实验目的 1、了解教学机器人组成和结构,并运用触须传感技术实现机器人触须死区智能决策功能；2、掌握 C15 单片机原理与应用开发技术；2、能够运用

6、 C 语言编写教学机器人控制程序;实验仪器 教学机器人一台；触须传感器套件一套金属触须2 根、平头 M322 盘头螺钉 2 个、13mm 圆形立柱 2 个、M3 尼龙垫圈 2 个、3-pin 公-公接头 2 个、220电阻 2 个和 10k电阻 2 个 实验原理 机器人触须避障系统主要由触须传感器、单片机和伺服电机三部分组成,如图 1 所示;图 1 机器人触须避障系统组成 触须传感器的触须实际为一个机械式的、接地常开的开关;当触须没有被触动时,连接触须的单片机的 I/O 管脚的电压是 5V;当触须触动时,I/O 管脚的电压是 0V;单片机如图 2 的和输入接口根据触须管脚电压的变化,再由预先编

7、辑好的程序,通过改变单片机和接口输出电压来控制伺服电机的转动而实现机器人进入U 形死区时如何从死区中走出的功能;其控制过程为：实验步骤 1、按实验一连接触须传感器电路；3、编写 C 语言控制程序并下载到机器人中的单片机上；4、接通机器人上电源,观察机器人运动情况;注意事项 1、安装触须时,要调整触须的位置,使他们横向交叉但又不接触；2、实验结束后要关闭机器人上的电源开关;参考程序：include include int P1_4statevoid return P1&0 x101:0;int P2_3statevoid return P2&0 x081:0;void Forwardvoid P

8、1_1=1;delay_nus1700;P1_1=0;P1_0=1;delay_nus1300;P1_0=0;delay_nms20;void Left_Turnvoid int i;fori=1;i=26;i+P1_1=1;delay_nus1300;P1_1=0;P1_0=1;delay_nus1300;P1_0=0;delay_nms20;void Right_Turnvoid int i;fori=1;i=26;i+P1_1=1;delay_nus1700;P1_1=0;P1_0=1;delay_nus1700;P1_0=0;delay_nms20;void Backwardvoid

9、int i;fori=1;i4 counter=1;Backward;/向后 Left_Turn;/向左 Left_Turn;/向左 else counter=1;ifP1_4state=0&P2_3state=0 Backward;/向后 Left_Turn;/向左 Left_Turn;/向左 else ifP1_4state=0 Backward;/向后 Left_Turn;/向左 else ifP2_3state=0 Backward;/向后 Right_Turn;/向右 else Forward;/向前 实验三 机器人红外蔽障实验 实验目的 1、了解教学机器人组成和结构,并运用红外传感

10、技术实现机器人壁障功能；2、掌握 C15 单片机原理与应用开发技术；2、能够运用 C 语言编写教学机器人控制程序;实验仪器 教学机器人一台；红外传感器套件一套两个红外检测器、两个 IR LED、四个 470电阻和两个 9013 三极管 实验原理 机器人红外避障系统主要由红外传感器电路、单片机和伺服电机三部分组成,如图 1 所示;图 1 红外传感控制系统组成 C51 单片机由 P1-3 和 P3-6 输出持续 1ms 的开关脉冲,经左右两个三极管 9013 放大后,驱动左右两个 IR LED 发出频率为的红外光;当左右两束红外光遇到障碍物时,反射光被左右两个探测器 IR DETECT 接收,引起

11、单片机 P1-2 和 P3-5 输入接口电位变化;单片机依据输入接口的电位变化情况,通过编制的程序来控制伺服电机的转动,进而实现避开障碍物的目的;程序控制算法为：实验步骤 1、按图2红外传感器电路原理图连接红外传感器,图3为安装实物图;图 2 红外传感器电路原理图 图 3 实物连接参考图 3、编写 C 语言控制程序并下载到机器人中的单片机上；4、接通机器人上电源,观察机器人运动情况;注意事项 1、红外传感器电路在实验前要进行调试,参考 C51 单片机应用与 C 语言程序设计教程；2、实验结束后要关闭机器人上的电源开关;参考程序：include include include define Le

12、ftIR P1_2 /左边红外接收连接到 P1_2 define RightIR P3_5 /右边红外接收连接到 P3_5 define LeftLaunch P1_3 /左边红外发射连接到 P1_3 define RightLaunch P3_6 /右边红外发射连接到 P3_6 void IRLaunchunsigned char IR int counter;ifIR=L forcounter=0;counter38;counter+LeftLaunch=1;_nop_;_nop_;_nop_;_nop_;_nop_;_nop_;_nop_;_nop_;_nop_;_nop_;_nop_;

13、_nop_;LeftLaunch=0;_nop_;_nop_;_nop_;_nop_;_nop_;_nop_;_nop_;_nop_;_nop_;_nop_;_nop_;_nop_;ifIR=R forcounter=0;counter38;counter+/右边发射 RightLaunch=1;_nop_;_nop_;_nop_;_nop_;_nop_;_nop_;_nop_;_nop_;_nop_;_nop_;_nop_;_nop_;RightLaunch=0;_nop_;_nop_;_nop_;_nop_;_nop_;_nop_;_nop_;_nop_;_nop_;_nop_;_nop_

14、;_nop_;void Forwardvoid/向前行走子程序 P1_1=1;delay_nus1700;P1_1=0;P1_0=1;delay_nus1300;P1_0=0;delay_nms20;void Left_Turnvoid/左转子程序 int i;for i=1;i=26;i+P1_1=1;delay_nus1300;P1_1=0;P1_0=1;delay_nus1300;P1_0=0;delay_nms20;void Right_Turnvoid/右转子程序 int i;for i=1;i=26;i+P1_1=1;delay_nus1700;P1_1=0;P1_0=1;dela

15、y_nus1700;P1_0=0;delay_nms20;void Backwardvoid/向后行走子程序 int i;for i=1;i=65;i+P1_1=1;delay_nus1300;P1_1=0;P1_0=1;delay_nus1700;P1_0=0;delay_nms20;int mainvoid int irDetectLeft,irDetectRight;uart_Init;printfProgram Runningn;while1 IRLaunchR;/右边发射 irDetectRight=RightIR;/右边接收 IRLaunchL;/左边发射 irDetectLeft

16、=LeftIR;/左边接收 ifirDetectLeft=0&irDetectRight=0/两边同时接收到红外线 Backward;Left_Turn;Left_Turn;else ifirDetectLeft=0/只有左边接收到红外线 Backward;Right_Turn;else ifirDetectRight=0/只有右边接收到红外线 Backward;Left_Turn;else Forward;实验四 机器人红外边沿探测实验 实验目的 1、了解教学机器人组成和结构,并运用红外传感技术实现机器人边沿探测功能；2、掌握 C15 单片机原理与应用开发技术；2、能够运用 C 语言编写教学

17、机器人控制程序;实验仪器 教学机器人一台；红外传感器套件一套两个红外检测器、两个 IR LED、二个 1K、二个 470电阻和两个 9013 三极管,卷装黑色聚氯乙烯绝缘带 19 mm 宽；2 一张白色招贴板22 x 125 in 56 x 71 cm;实验原理 机器人红外避障系统主要由红外传感器电路、单片机和伺服电机三部分组成,如图 1 所示;图 1 红外传感控制系统组成 C51 单片机由 P1-3 和 P3-6 输出持续 1ms 的开关脉冲,经左右两个三极管 9013 放大后,驱动左右两个 IR LED 发出频率为的红外光;当左右两束红外光遇到障碍物时,反射光被左右两个探测器 IR DET

18、ECT 接收,引起单片机 P1-2 和 P3-5 输入接口电位变化;单片机依据输入接口的电位变化情况,通过编制的程序来控制伺服电机的转动,进而实现边沿探测并避开边沿的目的;程序控制算法为：实验步骤 1、按实验三的方法连接红外传感器如图 2,用 1 k 或 2 k 电阻代替下图中 R3R4,这样一来就减少了流通 IR LED 的电流,使机器人在本任务中看得近一些,并将发射和接受探测头弯成如图 3 所示角度;图 2 红外传感器电路原理图 图 3 俯视的探测器 2、建立一块有绝缘带边界的场地;使用至少3条绝缘带,绝缘带边之间连接紧密,没有白色漏出来,如图3所示;图4 模拟桌面边沿的绝缘带边 3、编写

19、 C 语言控制程序并下载到机器人中的单片机上；4、接通机器人上电源,观察机器人运动情况;注意事项 1、红外传感器电路在实验前要进行调试,参考 C51 单片机应用与 C 语言程序设计教程；2、实验结束后要关闭机器人上的电源开关;参考程序：include include include define LeftIR P1_2/左边红外接收连接到P1_2 define RightIR P3_5/右边红外接收连接到P3_5 define LeftLaunch P1_3/左边红外发射连接到P1_3 define RightLaunch P3_6/右边红外发射连接到P3_6 void IRLaunchuns

20、igned char IR int counter;ifIR=L/左边发射 forcounter=0;counter38;counter+LeftLaunch=1;_nop_;_nop_;_nop_;_nop_;_nop_;_nop_;_nop_;_nop_;_nop_;_nop_;_nop_;_nop_;LeftLaunch=0;_nop_;_nop_;_nop_;_nop_;_nop_;_nop_;_nop_;_nop_;_nop_;_nop_;_nop_;_nop_;ifIR=R/右边发射 forcounter=0;counter38;counter+RightLaunch=1;_nop

21、_;_nop_;_nop_;_nop_;_nop_;_nop_;_nop_;_nop_;_nop_;_nop_;_nop_;_nop_;RightLaunch=0;_nop_;_nop_;_nop_;_nop_;_nop_;_nop_;_nop_;_nop_;_nop_;_nop_;_nop_;_nop_;int mainvoid int i,pulseCount;int pulseLeft,pulseRight;int irDetectLeft,irDetectRight;uart_Init;printfProgram Runningn;do IRLaunchR;/右边发射 irDetect

22、Right=RightIR;/右边接收 IRLaunchL;/左边发射 irDetectLeft=LeftIR;/左边接收 ifirDetectLeft=0&irDetectRight=0/向前走 pulseCount=1;pulseLeft=1700;pulseRight=1300;else ifirDetectLeft=1&irDetectRight=0/右转 pulseCount=10;pulseLeft=1300;pulseRight=1300;else ifirDetectLeft=0&irDetectRight=1/左转 pulseCount=10;pulseLeft=1700;pulseRight=1700;else/后退 pulseCount=15;pulseLeft=1300;pulseRight=1700;fori=0;ipulseCount;i+P1_1=1;delay_nuspulseLeft;P1_1=0;P1_0=1;delay_nuspulseRight;P1_0=0;delay_nms20;while1;实验五 创新设计实验 根据实验机器人的功能和现有的传感器配件,自己设计一个机器人的运动方式;