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1、基于能力风暴机器人的数字指南针扩展卡设计The Design of Digital Compass Card Based on Ability Storm Robot摘要这篇论文讲述了能力风暴机器人的数字指南针扩展卡的一种设计方法,包括数字指南针芯片的选用,数字指南针电路的设计等。并用Protel 99 SE软件绘制出了电路原理图和印刷电路板,编写并调试程序。该大数字指南针扩展卡所用芯片较少,成本较低,重量轻,使用起来非常方便,用于能力风暴大学版机器人在足球比赛、灭火比赛和创意比赛中实时测量机器人所处的方位。关键词：数字指南针扩展卡；Protel 99 SE；机器人AbstractThis p
2、aper describes a method of the design of digital compass card,includingdigital compass chip selection and digital compasscircuit design. The circuit schematic and printed circuit board are maken out using Protel 99 SE,and a simple program is given in this paper. The digital compass card is composed
3、of very fewer chips,so it is lower-cost, light weight, and very easy to use. In robot soccer, put out fire games and creative games the card can measure the orientation of the robot in real-time. Keywords: digital compass card; Protel 99 SE; robot / 目录第1章绪论11.1 机器人研究的意义11.2 目前国外机器人发展趋势11.2.1 国外机器人发展
4、状况21.2.2 我国机器人发展状况31.2.3机器人技术的发展趋势31.2.4机器人足球的发展4第2章能力风暴机器人概述52.1 开设能力风暴机器人教育的意义52.2 能力风暴机器人的外形与结构52.2.1能力风暴机器人的外形52.2.1能力风暴机器人的结构52.3 能力风暴机器人的计算机硬件82.4 能力风暴机器人的开发能力92.4.1软件开发能力92.4.2机械扩展能力92.4.3电子扩展能力9第3章 数字指南针扩展卡设计103.1数字指南针组成103.2数字指南针扩展卡硬件介绍103.3 数字指南针扩展卡的设计163.3.1课题来源及设计思路163.3.2 设计方案一163.3.3 设
5、计方案二193.4 绘制原理图和印刷电路板20第4章数字指南针扩展卡的软件调试224.1 单片机C语言简介224.2单片机C语言编程224.2.1串行A/D转换编程224.2.2 单片机处理数据编程244.2.3 显示电路编程27附表 三角函数正弦值31第5章结论32辞33参考文献34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
6、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。能力风暴Ability Storms机器人由广茂达电子信息开发,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。本课题主要是设计一块基于能力风暴机器人的数字指南针,用于能力风
7、暴大学版机器人在机器人足球比赛、灭火比赛和创意比赛中实时测量机器人所处的方位,满足比赛要求。1.2目前国外机器人发展趋势机器人技术是涉及机械学、传感器技术、驱动技术、控制技术、通信技术和计算机技术的一门综合性高新技术,既是光机电软一体化的重要基础,又是光机电软一体化技术的典型代表。其产品主要有两大类,即以日本和瑞典为代表的一系列特定应用的机器人,如弧焊、点焊、喷漆装备、刷胶和建筑等,并形成了庞大的机器人产业。另一类是以美国、英国为代表的智能机器人开发,由于人工智能和其它智能技术的发展远落后于人们对它的期望,目前绝大部分研究成果未能走出实验室。机器人系统集成技术也是由几个主要发达国家所垄断。近年
8、来,机器人技术并未出现突破性进展,各国的机器人技术研究机构和制造厂商都继续在技术深化、引进新技术和扩大应用领域等方面进行探索。1.2.1国外机器人发展状况为了使机器人能更好的应用于工业,各工业发达国家的大学、研究机构和大工业企业对机器人系统开发投入了大量的人力财力。在美国和加拿大,各主要大学都设有机器人研究室,麻省理工学院侧重于制造过程机器人系统的研究,卡耐基梅隆机器人研究所侧重于挖掘机器人系统的研究,而斯坦福大学则着重于系统应用软件的开发。德国正研究开发MOVE AND PLAY机器人系统,使机器人操作就像人们操作录像机、开汽车一样。 除了这些研究单位,各大机器人企业也投入大量人力、财力开发
9、机器人系统。国外机器人领域发展近几年有如下几个趋势： 工业机器人性能不断提高,而单机价格不断下降,平均单机价格从1991年的10.3万美元降至20XX的6.5万美元。 机械结构向模块化、可重构化发展。例如关节模块中的伺服电机、减速机检测系统三位一体化,由关节模块、连杆模块用重组方式构造机器人整机,国外已有模块化装配机器人产品问世。 工业机器人控制系统向基于PC机的开放型控制器方向发展,便于标准化、网络化；器件集成度提高,控制柜日渐小巧,且采用模块化结构；大大提高了系统的可靠性、易操作性和可维修性。 机器人中的传感器作用日益重要,除采用传统的位置、速度、加速度等传感器外,装配、焊接机器人还应用了
10、视觉、力觉等传感器,而遥控机器人则采用视觉、声觉、力觉、触觉等多传感器的融合技术来进行环境建模及决策控制；多传感器融合配置技术在产品化系统中已有成熟应用。 虚拟现实技术在机器人中的作用已从仿真、预演发展到用于过程控制,如使遥控机器人操作者产生置身于远端作业环境中的感觉来操纵机器人。 当代遥控机器人系统的发展特点不是追求全自治系统,而是致力于操作者与机器人的人机交互控制,即遥控加局部自主系统构成完整的监控、遥控操作系统,使智能机器人走出实验室进入使用化阶段。美国发射到火星上的索杰纳机器人就是这种系统成功应用的最著名的实例。 机器人化机械开始兴起。从94年美国开发出虚拟轴机床以来,这种新型装置已成
11、为国际研究的热点之一,纷纷探索开拓其实际应用的领域。1.2.2 我国机器人的发展状况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
12、面发展,以期在十五后期立于世界先进行列之中。1.2.3机器人技术的发展趋势工业机器人技术发展与应用水乳交融。在第一代工业机器人普及的基础上,第二代已经推广,成为主流安装机型,第三代智能机器人已占有一定比重。以应用为龙头拉动工业机器人技术的发展,其技术特点与重点发展领域体现在下述方面：机械结构以关节型为主流,应3K行业和汽车、建筑、桥梁等行业需求,超大型机器人应运而生。如焊接数十米长、l0t以上大构件的弧焊机器人群；采取蚂蚁啃骨头的协作机构,己普遍采用CAD、CAE等技术用于设计、仿真与制造中。控制技术 大多数采用32位CPU,控制轴多达27轴,NC技术和离线编程技术大量采用。协调控制技术日趋成
13、熟,基于PC的开放式结构控制系统由于成本低并具有标准现场网络功能,己成为一股潮流。驱动技术 直接驱动技术则广泛用于装配机器人中。新一代的伺服电机与基于微处理器的智能伺服控制器相结合,已由日本FANUC 公司开发并用于工业机器人中；在远程控制中已采用了分布式智能驱动新技术。智能化的传感器多有应用 在上述167种机型中,装有视觉传感器的有94种,占56.3,不少机器人装有两种传感器,有些机器人留下了多种传感器接口。网络通信方式 在上述167种机型中,有69种采用Ether网通讯方式,占41.3,其它采用RS232,RS422,RS485等通讯接口。高速、高精度、多功能化目前所知最快的装配机器人最大
14、合成速度为16.5m/s;高精度机器人的位置重复性为正负0.01mm.有一种大直角坐标搬运机器人,其最大合成速度达80m/s;而另一种并联机构的NC机器人,其位置重复性达l um。90年代末的机器人一般都具有两、三种功能。最近瑞典Neos公司开发出一种高精度、高可靠性的可切割、钻孔、铣削、磨削、装配、搬运的多功能机器人,用于多家著名汽车厂和飞机公司。集成化与系统化工业机器人的应用从单机、单元向系统发展。多达百台以上的机器人群与微机及周边智能设备和操作人员形成一个大群体。跨国大集团的垄断和全球化的生产将世界众多厂家的产品联接在一起,实现了标准化、开放化、网络化的虚拟制造,为工业机器人系统化的发展
15、推波助澜。1.2.4机器人足球的发展足球机器人比赛虽然刚刚开展几年时间,但是它吸引了越来越多人的关注。因为它以喜闻乐见的方式走进了我们的视野,虽然它的体积很小,但是它的意义非常重大。它是综合了计算机技术,自动化技术,机电一体化技术,人工智能技术,模式识别技术的一门综合技术。 现在的足球机器人比赛有两个系列：即ROBOCUP 和FIRA 。每年都要进行一次比赛。中国最早参加了FIRA比赛,东北大学代表队和哈工大代表队都取得了好成绩。另外中国还参加了ROBOCUP系列的比赛。在20XX的ROBOCUP比赛中,清华大学代表队获得了世界冠军。另外,中国人工智能学会在20XX成立了机器人足球专业委员会。机器人足球参加了科技申奥主题活动,还将参加20XX的世界杯足球赛。以上活动说明机器人足球在中国获得良好发展。第2章 能力风暴机器人概述2.1 开设能力风暴机器人教育的意义能力风暴机器人就是一种非常典型的智能机器人。开展能力风暴机器人研究活动,旨在进一步加强未成年人思想道德教育,提高广大青少年的科学素养,发展自身潜能,引导更多的大中小学生关注科技、热爱科技、走进科技,涌现出更多的未来科学家和未来工程师。在积极推进基础教育和高等教育
