黄金部队竞速创意赛技术报告.docx
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黄金部队竞速创意赛技术报告
2014中国机器人大赛暨RoboCup公开赛
2014中国工程机器人大赛(RobotatWork)
技术报告
参赛学校
队伍名称
参赛队员
带队教师
(姓名/联系方式)
参赛项目
竞速创意赛
中国机器人大赛暨RoboCup公开赛(工程类项目)组委会
中国工程机器人大赛组委会
2014年8月
填写说明
1、凡参加此次工程机器人大赛比赛的参赛队伍必须填写本技术报告。
2、现场报到时,将申报书的电子档和纸质档提交至大赛组委会。
3、本书应该填写完整、内容详实、表达准确,数字一律填写阿拉伯数字,英文一律为TimesNewRoman。
4、填写本技术报告时,各项内容字数不得少于规定字数。
5、打印格式与装订
(1)纸张为A4大小,双面打印;
(2)文中小标题为四号、仿宋、加黑;
(3)栏内正文为小四号、仿宋;
关于技术报告使用授权的说明
本人完全了解2014年中国机器人大赛暨RoboCup公开赛(工程类项目)&2014中国工程机器人大赛(RobotatWork)关于保留、使用技术报告和研究论文的规定,即:
参赛作品著作权归参赛者本人,比赛组委会所有,比赛组委会可以在相关主页上收录并公开参赛作品的设计方案、技术报告以及参赛模型车的视频、图像资料,并将相关内容编纂收录在组委会出版论文集中。
参赛队员签名:
带队教师签名:
日期:
一、作品简介(研究内容、目标、完成情况概述)
研究内容和目的以及完成情况
第一部分(包括研究内容、目标、完成情况、国内外情况等四部分内容)总计不得多于2页
一、研究内容:
我们的研究内容主要包括两个方面,既机器人的机械结构设计和控
制系统的设计。
同时我们的研究也涉及到计算机科学技术,自动化控制技术,伺服电机控制技术和传感器技术等等方面,力求做到外形和人类的高度相似,并能自主完成一些较为复杂的工程项目。
二、研究目标:
设计并制作一种能够自主识别赛道并且沿黑线直立行走,并能过跨越障碍物的仿人机器人。
力求机器人能够完成左转、右转、左平移、右平移、起立、下蹲、连续行进、连续后退、大步跨越特定障碍等动作。
三、完成情况:
我们是7月初开始着手设计参赛机器人的,到目前撰写本文,共有两个月的时间。
在这期间队员们相互鼓励、相互配合,并在老师的悉心指导下完成了机器人外部结构设计和主控板的设计以及之后的机器人组装、外围布线、传感器安置和程序的编写和调试。
最终完成了一台能够完全自主的沿赛道高速直立行进而且能够自主识别并翻越特定障碍物的17舵仿人机器人。
相关研究国内外情况概述
仿人机器人可以说是机器人研究领域较高研究成果的代表,而且机器人这一学科也是一个非常复杂的学科,它涉及电子学、机械学、计算机科学、自动控制工程、仿生学等多方面学科。
我国在研究仿人机器人领域取得较大成果的大学主要有,清华大学,天津大学,北京科技大学,哈尔滨工业大学。
我国每年也会在不同地点以不同的方式举办各种各样的机器人比赛,其中比较有名气的有robocup公开赛和中国智能机器人大赛等等。
在国际上,有仿人机器人奥林匹克大赛等比赛。
比赛项目大概分为竞速、体操、球类运动和工程项目几大类。
各国参赛队伍在展示机器人的同时也展示了各国的实际经济实力、工业实力以及科学技术的发展。
世界上机器人技术较为先进的国家是日本和美国,其中日本本田公司的ASIMO机器人尤为著名。
二、研究技术方案(硬件设计、软件设计、系统调试说明)
硬件设计
第二部分(包括硬件设计、软件设计、系统调试说明三个部分)总计不得多于5页
电源机器人属于电子设备,所以给机器人提供足够的电量是很重要的事情。
机器人在做剧烈运动的时候耗电是很大的,市场上的普通电池都无法使机器人正常运动。
使用的是7.4V-1000mAh-15C直流电源。
光电传感器
光电传感器是采用光电元件作为检测元件的传感器。
它首先把被测量的变化转换成光信号的变化,然后借助光电元件进一步将光信号转换成电信号。
光电传感器一般由光源、光学通路和光电元件三部分组成。
控制芯片
控制芯片模块包括单片机、时钟电路、复位电路、外部程序存储芯片扩展以及大规模CPLD芯片。
单片机采用森汉公司的AT89S52,它是8位的高性能嵌入式控制器,其内部集成了8k的可在线编程的Flash存储器;256字节的RAM,可寻址64字节,具有32根I/O口、3个可编程定时器、8个中断源、6个中断矢量、1个看门狗定时器。
时钟电路给系统提供时间基准,设计时采用11.05296MHz晶振。
同时,本设计还扩展了一片8k×8位的外部存储芯片2864。
CPLD芯片采用的是ALTERA公司的EPM7128。
串行通信
串行通信模块主要用于AT89S52单片机与PC机之间的串行通信。
由于PC机的COM口符合RS-232标准,AT89S52单片机上的串行接口是CMOS电平,在RS-232与CMOS电平通信时,需要电平转换,因此,设计时利用MAX232芯片来作电平转换。
舵机的驱动控制
动力源的选择
目前市场上,有很多种电动机向机器人提供能源:
直流电机、交流电机、步进电机、伺服电动机。
由于双足步行机器人要求的精度要求比较高,而交直流电机通电就转,断电就停,比较难进行机器人的位置控制;步进电机虽能按一定的精度工作,但它本身是一个开环系统,精度达不到要求。
因此,我选择使用伺服电动机。
因经济条件有限,我使用的是价格比较便宜的伺服电动机—舵机。
舵机最早出现在航模运动中。
在航空模型中,飞行机的飞行姿态是通过调节发动机和各个控制舵面来实现的。
电动舵机的工作原理如图1所示。
其中,舵机控制器一般采用PID控制,以满足舵机动静态指标要求;伺服功率放大器一般由脉冲宽度调制器(PWM)和开关控制电路组成;直流伺服电机是电动舵机的执行元件,可采用有刷或无刷直流电机;减速机构一般采用蜗轮蜗杆或丝缸减速机构。
由于本研究制作的机器人的各关节是选择使用舵机驱动。
此类电机的特点就是体积小、重量轻且控制简单,另外价格也较便宜。
机构的设计
根据本课题的要求,本文设计了机器人的机构,其主要特点有以下几点:
布置对称性
步行运动中普遍存在结构对称性。
由步行运动中的对称性,发现机身运动的对称性和腿机构的对称性之间存在相互关系。
框架的设计有效的利用了RC伺服电机的尺寸大小,并使电机的活动范围能尽量符合各关节的活动范围。
软件设计
我使用的是KEIC软件进行编程。
系统整体调试设计
我使用的是KEIC软件进行编程,在校内有自制的比赛场地,我们经过反复的实验和调试,最终完成比赛所需要的机器人结构和程序。
三、附录(硬件设计图、电路设计原理图、程序等)
此部分无页数限制下。
下图为我们使用的MCU引脚图。
图为我们使用的传感器所连接的万用接口的引脚图。
//行走子程序
#include
#include
#include
#include
#include
#include
#include
//#############################################################################
//函数名称:
voidleft_cs(ucharsetp)
//函数说明:
左侧身子程序
//入口参数:
step,表示左侧身的幅度
//出口参数:
无
//#############################################################################
voidleft_cs(ucharsetp)
{
uchari;
for(i=0;i { position[8]-=1; position[9]+=1; position[10]-=1; position[11]+=1; PWM_24(); low_level_500u(12); } } //############################################################################# //函数名称: voidright_cs(ucharsetp) //函数说明: 右侧身子程序 //入口参数: step,表示右侧身的幅度 //出口参数: 无 //############################################################################# voidright_cs(ucharsetp) { uchari; for(i=0;i { position[8]+=1; position[9]-=1; position[10]+=1; position[11]-=1; PWM_24(); low_level_500u(12); } } //############################################################################# //函数名称: voidleft_up(ucharsetp) //函数说明: 抬左腿子程序 //入口参数: step,表示抬左腿的高度 //出口参数: 无 //############################################################################# voidleft_up(ucharsetp) { uchari; for(i=0;i { position[0]-=2; position[1]+=4; position[2]+=2; //position[6]=243; //position[7]=16; //position[16]=35; position[8]+=1; position[9]-=1; position[10]+=1; position[11]-=1; PWM_24(); low_level_500u(12); } } //############################################################################# //函数名称: voidright_up(ucharsetp) //函数说明: 抬右腿子程序 //入口参数: step,表示抬右腿的高度 //出口参数: 无 //############################################################################# voidright_up(ucharsetp) { uchari; for(i=0;i { position[8]-=1; position[9]+=1; position[10]-=1; //position[6]=233; //position[7]=6; // //position[16]=25; position[11]+=1; position[3]+=2; position[4]-=4; position[5]-=2; PWM_24(); low_level_500u(12); } } //############################################################################# //函数名称: voidleft_forward(ucharsetp) //函数说明: 迈左腿子程序 //入口参数: step,表示左腿前进的程度 //出口参数: 无 //############################################################################# voidleft_forward(ucharsetp) { uchari; for(i=0;i { position[0]-=1; position[2]-=1; position[3]-=1; position[5]-=1; PWM_24(); low_level_500u(12); } } //############################################################################# //函数名称: voidright_forward(ucharsetp) //函数说明: 迈右腿子程序 //入口参数: step,表示右腿前进的程度 //出口参数: 无 //############################################################################# voidright_forward(ucharsetp) { uchari; for(i=0;i { position[0]+=1; position[2]+=1; position[3]+=1; position[5]+=1; PWM_24(); low_level_500u(12); } } //############################################################################# //函数名称: voidleft_down(ucharsetp) //函数说明: 落左腿子程序 //入口参数: step,表示左腿落下的程度 //出口参数: 无 //############################################################################# voidleft_down(ucharsetp) { uchari; for(i=0;i { position[0]+=2; position[1]-=4; position[2]-=2; position[8]-=1; position[9]+=1; position[10]-=1; position[11]+=1; PWM_24(); low_level_500u(12); } } //############################################################################# //函数名称: voidright_down(ucharsetp) //函数说明: 落右腿子程序 //入口参数: step,表示右腿落下的程度 //出口参数: 无 //############################################################################# voidright_down(ucharsetp) { uchari; for(i=0;i { position[8]+=1; position[9]-=1; position[10]+=1; position[11]-=1; position[3]-=2; position[4]+=4; position[5]+=2; PWM_24(); low_level_500u(12); } } //############################################################################# //函数名称: voidwalk(ucharsetp) //函数说明: 前进子程序 //入口参数: step,表示前进的步数 //出口参数: 无 //############################################################################# voidwalk(ucharsetp) { uchari; //sit_down(50); delay10ms(5); //抬右腿半步子程序 left_cs(12);//左侧身 right_up(10);//抬右腿 right_forward(17);//迈右腿 right_down(10);//放右腿 right_cs(12);//右侧身 //前进循环 for(i=0;i { right_cs(12);//右侧身 left_up(10);//抬左腿 left_forward(30);//迈左腿 left_down(10);//放左腿 left_cs(12);//左侧身 left_cs(12);//左侧身 right_up(10);//抬右腿 right_forward(30);//迈右腿 right_down(10);//放右腿 right_cs(12);//右侧身 right_cs(12);//右侧身 left_up(10);//抬左腿 left_forward(30);//迈左腿 left_down(10);//放左腿 left_cs(12);//左侧身 left_cs(12);//左侧身 right_up(10);//抬右腿 right_forward(30);//迈右腿 right_down(10);//放右腿 right_cs(12);//右侧身 } //抬左腿半步子程序 right_cs(12);//右侧身 left_up(10);//抬左腿 left_forward(17);//迈左腿 left_down(10); left_cs(12); //stand_up(50); } 下图为我们机器人大体完成时的图片
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- 黄金 部队 创意 技术 报告
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