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1、机器人3D仿真系统使用教程 机器人3D仿真系统教材纳英特电脑电子工程有限公司第页天津市太平村第二中学张汝生 整理目 录前 言2第一部分 预备知识31.1 虚拟机器人的结构与功能31.1.1 身体结构31.1.2 感觉器官31.1.3 编程语言51.2 机器人3D仿真系统能做什么51.2.1 为机器人编写程序51.2.2 创建环境51.2.3 仿真运行6第二部分 初试身手7第一课 简易机器人安装8第二课 机器人前进12第三课 机器人转弯19第四课 机器人走正方形22第五课 机器人走五角星27第六课 机器人走圆形32第七课 落地扇35第八课 机器人测障41第九课 机器人走轨迹49第十课 机器人走迷
2、宫61第三章 稳步前进64第十一课 走正方形65第十二课 赛车69第十三课 曲棍球比赛74第十四课 避障79第十五课 街道灭火82第十六课 消防员灭火86第十七课 消防员搜索90第十八课 机器人探宝94第十九课 射门97第二十课 点球101第二十一课 测障105第二十二课 过人108第四部分 我能赢1114.1 灭火比赛1114.2机器人轨迹比赛111附录一：机器人3D仿真系统的安装111附录二： 功能及函数说明111附录三：如何利用工具制作地面纹理111附件四：仿真机器人的端口说明111第一部分 预备知识在本章中，我们对机器人3D仿真系统作一个简单介绍，让读者初步了解机器人的结构、传感器和编
3、程语言。在读完本章内容之后，相信读者就能方便地使用机器人3D仿真系统了。1.1 虚拟机器人的结构与功能1.1.1 身体结构1.1.2 感觉器官智能机器人的感觉功能，是由机器人身上的传感器实现的。纳英特机器人身上安装的传感器有以下几种：1. 红外传感器红外传感器由红外发射器和红外接收器两部分组成。当接收装置收到发射装置发射的红外信号，机器人即可利用收到的信号来识别周围特定环境的变化。机器人就是利用这一原理对检测其周围有、无障碍物的。红外传感器测到障碍物返回给主机的数值为1，没测到障碍物返回为0。红外传感器结构如图1-1所示。图1-1 红外传感器结构图2. 火焰传感器火焰传感器能够检测光线的强度，
4、检测到的值为0255 之间的整数。光线越亮，检测到的数值越小；光线越暗，检测到的数值越大。此项功能跟实物的纳英特8位机器人基本相同。火焰传感器结构如图1-2所示。图1-2 火焰传感器结构图3. 碰撞传感器碰撞传感器 碰撞传感器是由一个接触导轮和一个接触开关组成。当接触导轮碰到物体时，接触开关会被按下。当开关按下时返回主机的数值为0，没按下时返回主机的数值为1，碰撞传感器结构如图1-3所示。图1-3 碰撞传感器图示碰撞方向的确定 利用碰撞传感器，可以判断碰撞发生的方向，在机器人合适位置安装碰撞传感器，当某一处的碰撞传感器发生了碰撞，传感器返回的值为0，否则为1，利用这个值，可以确定发生碰撞的方向
5、。4. 地面灰度传感器地面灰度传感器由一个发射装置和一个接收装置组成。发射装置发出的光照射到地面，接收装置通过检测返回的光线强度并将其转换为机器人可以识别的信号。不同颜色反射光的强度不同，颜色越深，反射光越弱，返回的数值就越大；反之，返回的数值就越小，检测到的值为0255 之间的整数。此项功能跟实物的纳英特8位机器人基本相同。地面灰度传感器结构如图1-4所示。图1-4 地面灰度传感器图示5. 指南针传感器指南针传感器是利用地球磁场辨别方向，并将其转换成机器人可以识别的模拟信号。指南针传感器的返回值为0360之间的整数。可根据实际需要，将任意方位的传感器值调整设置为特定的值。指南针传感器结构如图
6、1-5所示。图1-5 指南针传感器图示1.1.3 编程语言纳英特智能机器人的编程语言是 C语言，由机器人C语言和流程图编程语言两部分组成。读者使用仿真版的时候，可以用流程图编程。在用流程图编程的同时，可以自动生成C代码，便于读者观察、解释或修改程序，参见图16。在图16 中，左边模块库，中间是流程图，右边是C代码。在流程图编辑界面右侧，即可看到当前程序的C代码。图1-61.2 机器人3D仿真系统能做什么1.2.1 为机器人编写程序在纳英特机器人仿真版中，可以用流程图编写机器人程序，同时自动生成C 代码。也可以直接在打开程序编辑器的时候选择用C语言为机器人编写程序为。1.2.2 创建环境可以自由
7、创建环境是机器人3D仿真的一个突出优点，这往往是使用真实的机器人时所做不到的。在纳英特3D仿真软件中，读者可以利用光源、障碍物构建各种环境，也可以利用画图工具画各种轨迹图然后导入到仿真中。如房间、迷宫、轨迹灭火场地等。下面的图17 就是用仿真版创建的一个场地“机器人轨迹灭火”。图1-71.2.3 仿真运行仿真运行就是进入仿真环境，让虚拟机器人按照控制程序指令运行。编好程序、创建环境、搭建好机器人之后，就可以仿真运行了。因此，在仿真版中，读者能够直观地看到机器人运行的效果。第二部分 初试身手本章内容是以机器人项目的形式编写的，既便于初学者入门，也便于已有基础的读者参考。通过本章的学习，读者学会简
8、单程序的编写及机器人项目制作的基本步骤。机器人，顾名思义，就是类似人的机器。本章主要介绍了机器人的执行器，即机器人的液晶显示屏、运动系统、传感器，相当于人的口、腿脚、眼睛。读者只要边看边做，很快就能熟悉机器人了。第一课 简易机器人安装1）打开仿真软件，在主界面上点击“机器人搭建”按钮。即可进入机器人编辑场景。如图2-1所示：图2-12) 在初始机器人选项中选择“新建”，机器人组件选项中选择“马达”，单击“添加部件”，然后用鼠标左键选择要添加部件的位置，如图2-2所示。图2-23) 选中马达的装配点，再以装配点为旋转中心进行角度的调整，再点击要装配的主机位置，如图2-3所示。图2-34) 安装好
9、后，单击右键选择马达，单击左键“设置属性”，将左电机端口号设置为“0”，同样操作设置右电机端口号设置为“1”，（电机端口号可以设置为0、1、2、3）马达装配后如图2-4所示。图2-45) 在机器人组件里选择“轮子”，在部件类型列表里选择“小轮宽胎”进行装配，为马达装配轮胎，装配方法和装马达的方法一样。装好后如图2-5所示。图2-56) 最后再为机器人安装万向轮。在机器人组件里选择“轮子”，在部件类型列表里选择“万向轮”进行装配。装配好如图2-6所示。图2-6单击完成，保存机器人。这样就完成一个简单的机器人马达、轮子的装配。第二课 机器人前进学习任务本节课将学习控制机器人前进和驱动左右电机的方法
10、，学习使用执行器模块库中的“移动”模块和“启动电机”模块编写程序，熟悉制作仿真项目的基本不步骤和方法。（本节课需用的机器人同第一课搭建的机器人）场地搭建软件点击场地编辑即可进入场景编辑部分：场景组件选择：标识点起始点，如图2-6所示。位移方向盘长度、宽度调节栏图2-6添加到场景中如上图所示，在起始点上点击鼠标右键选择设置属性，通过左侧上方的长度和宽度条对起始点的大小进行调节，同时可通过下方位移方向盘，对起始点位置进行调节。场地编辑完成后点击右下角“完成”按钮保存文件。文件命名为“机器人前进-场地”。程序设计1）点击主界面上的“进入仿真”，在“程序代码”下拉菜单中选择“新建”开始程序的编写给机器
11、人赋予智慧。如图2-7所示。图2-7一般选用流程图文件。如果能熟练运用C语言的也可以选择C语言文件。2）进入机器人编程环境，拖动执行器模块库中的“移动”模块到“主程序”下，如图2-8所示。单击鼠标左键拖到“主程序”下图2-8在拖动时，必须将拖动的模块对准“主程序”下方的黑色箭头，当箭头变为红色时，松开鼠标左键，这样才能成功地将此模块与主程序连接起来。如果模块图标的外框是虚线框，则表示模块之间没有正确连接，此时，可以用鼠标左键拖动模块重新连接也可以单击鼠标左键选中错误连接的模块，按Delete键，确认后删除。双击“移动”图标，进行参数设置。左右电机分别输入相同的数值70，此时电机正转，如图2-9
12、所示。2输入701输入703单击图2-93）在模块库中选择 “延时”模块，并拖动到“前进”模块下面，正确连接后双击“延时”模块设置机器人时间为1.5秒钟，如图2-10 所示。1拖动“延时”2双击4输入时间值5单击确定3选中时间精确度 图2-104）在程序设计中，当机器人到达目的地后停下来，需要从执行器模块库中拖动“停止”模块到“延时”模块下,并设置参数让机器人停止。取消选择停止所有电机，选择电机0、电机1，设置完成后，程序流程图中的“停止”模块，显示为“停止电机0,1”。如果机器人安装有多个电机，则根据机器人装配的实际情况选择停止相应的电机，如图2-11所示。1拖动“停止”模块到“延时”模块下
13、2双击3单击确定图2-11最后关闭窗口并保存文件到默认的目录下，命名为“机器人前进-程序”。如图2-12所示。图2-12仿真运行点击“进入仿真”进入机器人组队的设置界面，规则选择“常规”，场地选择保存的场地：机器人前进-场地；分组不用设置；机器人名称可以随便命名；程序代码选择保存的程序：机器人前进-程序；机器人选择第一课搭建的机器人。此时点击“下一步”进入仿真。具体设置如图2-13所示。图2-13在下面这个界面上点击“进入仿真”会自动跳出保存项目对话框。输入项目名称即可以对做好的仿真项目进行保存以便在快速启动中打开。如图2-14所示。图2-14保存好之后，将进入如图的界面点击“开始”，开始运行
14、做好的仿真。如图2-15所示。图2-15当发现机器人的硬件或者程序有问题需要修正的时候按以下操作进行：机器人程序的修改当鼠标右键选中主机盒，屏幕左上角会弹出一个运行参数的对话框，对话框下方有个代码显示，点击代码显示。下方就会出现对应的C代码。打开后如图2-16所示。图2-16在机器人显示出代码框内任意位置双击鼠标左键，即进入代码编辑界面可对机器人程序进行修改保存，然后复位，再重新开始运行机器人。同时在此状态下，可看到机器人当前正在运行的某段代码，便于发现错误并进行及时修改。：场地的修改在场地任意位置点击鼠标右键选择编辑，即可对场地进行修改。如图2-17所示。图2-17各显神通分别用“移动”和“启动电机”模块编写程序完成机器人前进2秒再后退2秒停止的任务，并在仿真中实现。第三课 机器人转弯学习任务本节课将学习 “移动”模块或“启动电机”模块实现机
