入门一 认识机器人Word格式.docx

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（a）人形机器人（b）排爆机器人

图1－1机器人

3．机器人发展的三个阶段

　　机器人有三个发展阶段，一种是第一代机器人，那么也叫示教再现型机器人，它是通过一个计算机，来控制一个多自由度的一个机械，通过示教存储程序和信息，工作时把信息读取出来，然后发出指令，这样的话机器人可以重复根据人当时示教的结果，再现出这种动作，比方说汽车的点焊机器人，如图1－2所示，它只要把这个点焊的过程示教完以后，它总是重复这样一种工作，它对于外界的环境没有感知，这个操作力的大小，这个工件存在不存在，焊的好与坏，它并不知道。

（a）（b）

图1－2点焊机器人

第一代机器人存在这种缺陷，因此，在20世纪70年代后期，人们开始研究第二代机器人，叫带感觉的机器人，如图1－3所示，这种带感觉的机器人是类似人在某种功能的感觉，比如说力觉、触觉、滑觉、视觉、听觉和人进行相类比，有了各种各样的感觉，比方说在机器人抓一个物体的时候，它实际上力的大小能感觉出来，它能够通过视觉，能够去感受和识别它的形状、大小、颜色。

抓一个鸡蛋，它能通过一个触觉，知道它的力的大小和滑动的情况。

图1－3感知机器人

第三代机器人，也是机器人学中一个理想的所追求的最高级的阶段，叫智能机器人，如图1－4所示，只要告诉它做什么，不用告诉它怎么去做，它就能完成运动，感知思维和人机通讯的这种功能和机能，目前的发展还是相对的只是在局部有这种智能的概念和含义，但真正完整意义的这种智能机器人实际上并没有存在，随着的科学技术的不断发展，智能的概念越来越丰富，它内涵越来越宽。

（a）

（b）（c）

图1－4智能机器人

4．机器人的应用领域

随着工业化的发展，近十年以来，机器人的发展的应用领域在不断拓宽，目前一个很重要的特征，机器人已经从制造业逐渐转向了非制造业和服务行业，如服务行业包括清洁、加油、救护、抢险、救灾这些等等，都属于非制造行业和服务行业，这里跟工业机器人相比，它有一个很重要的不同，它主要是一个移动平台，它能够移动、去运动，上面有一些手臂进行操作，同时还装有一些像力觉传感器和视觉传感器、超声测距传感器等等。

对周边的环境进行识别，判断它的运动，完成某种工作，这是服务机器人的基本的一个特点。

导盲机器人它针对盲人这种安全性考虑，类似于一个小狗的形状，它能够对道路的一些障碍，运动的车辆和行人进行判断，来引导这个盲人进行安全的行走，这个确实对提高盲人的安全，是非常必要的，如图1－5所示。

图1－5导盲机器人

导游礼仪机器人，这也是服务机器人，体现出一种智能的，一个体现的代表，在很多大的公司它需要对产品进行宣传，它制作出一些各种卡通形状的机器人，能够跟人进行简单的对话，介绍产品等等，这在一些宾馆能够接待一些客人等等增加企业或者宾馆的这种对社会的影响，如图1－6所示。

图1－6礼仪机器人

家务机器人主要体现在像一些对地毯和地板定期的它能够进行清扫和吸尘，它这个机器人很有意思，它有传感器，它能够把家具和人能识别出来，它自动的按照一种规律，能根据路径把地面全部的清扫干净，如图1－7所示。

图1－7家务机器人

表演娱乐机器人，很多国家在开发这种像动物园，还有迪斯尼这样的一个大型的游园，它为了增加趣味性，把研究出像模仿人，包装成各种人的样子，它能够说话唱歌和表演，这样还能跟人进行交流，这样的机器人，还包括把机器人包装成各种有趣的动物，像恐龙、大象、狮子，还有一些小的卡通式的这种动物，它已经完成像动物的一些动作的模仿，模仿它的声音，同时还跟人进行交流，如图1－8所示。

图1－8表演娱乐机器人

演奏家的机器人，包括拉小提琴，这个小提琴在乐器里是最复杂的，难度最高的一种乐器，它能通过乐曲拉小提琴，力的控制、协调、速度等等，都要进行选择或者自动的判断，还包括这也是一个机器人在做一个表演等，就是在服务机器人方面，它是一个应用很宽的领域，它跟人的需求越来越接近。

那么总结一下它有几个关键技术，技术上有四个方面，一个是移动机构，前面看过几种机器人它跟工业机器人不一样，大多数的服务机器人，它是移动的，有轮式、履带式、还有步行式的，包括还有组合式的，这种移动机构，对环境感知功能，这也是服务机器人最重要的特点，因为它所处的环境，不像工业机器人对一个固定的环境，固定的机座，固定样子来实现的，这个环境也许是未知的，也许是变化的，包括清扫机器人，屋子的形状，每家一个样子，家具的摆放不一样，甚至，还有一些人在走动，这些非结构环境使得它能够准确的描述和感知和判断，从这一点来讲，就表现出服务机器人具有一定的人的智能的这种功能，如图1－9所示。

图1－9演奏机器人

　　建筑机器人在国外，用量和需求在逐渐增加，建筑机器人它主要解决，像筑路机器人，也都需要建筑机器人，包括喷涂，挖掘机，包括像一些建筑的模块化的预制板来进行拼接，都需要一些自动化的装置，还包括家庭装修的时候，像墙壁的粉刷这个量也很大，而且也很脏，对人体有害，现在国外一些公司，在开发面向家庭的粉刷这种机器人已经得到了小批量的使用，如图1－10所示。

图1－11建筑机器人

图1－10建筑机器人

消防救护机器人，在日本发展的比较多，那么像高楼建筑一旦发生火灾，那么大家知道这是很危险的事情，通过机器人来辅助来进行救护，把人从高楼救下来，然后进行抢救，包括高楼着火的时候，它可以用这种消防救护机器人爬到大楼上去，进行喷水，或者是进行切断一些电缆等等这样的工作，都可以用机器人来完成，如图1－11所示。

图1－11消防机器人

医疗机器人，是近五年来发展比较迅速的一个新的应用领域，可以看到几个方面，包括人是一个非常珍贵的生物，包括人的眼球、神经、血管都很精细，如果人手术的时候，医生来手术，一是疲劳，另一方面人操作的精度还是有限的，如腰间盘突出这种病，医疗机器人进行识别后，能够自动地用机器人来辅助进行定位，进行操作和手术，如图1－12所示。

图1－12医疗机器人

　　那么机器人是人类的得力助手，能友好相处的可靠朋友，将来会看到人和机器人会存在一个空间，成为一个人的助手和朋友。

机器人会不会产生抢人们工作的问题，相信是不会出现“机器人上岗，工人下岗”的局面，因为人们随着社会的发展，实际上把人们从繁重的体力和危险的环境中解放出来，使人们有更好的岗位去工作。

所以很多专家预测，在21世纪的前20年是机器人从制造业走向非制造业的发展一个重要时期，也是智能机器人发展的一个关键时期，目前国际上很多国家，也对机器人对人类社会的影响的估计提出了新的认识，同时，也可以看到机器人技术，涉及到多个学科，机械、电工、自动控制、计算机测量、人工智能、传感技术等等，它是一个国家高技术实力的一个重要标准。

二、软件开发平台

1．开发平台的特点

机器人软件开发平台采用的是通用机器人多语言教学系统，到目前为止它有LOGO语言、QBASIC语言、汇编语言、C语言四种编程语言，简单易学，可以根据个人的能力选择不同的开发语言。

同时，通用机器人多语言教学系统配有仿真系统，可以创建和真实的通用机器人功能相当的虚拟的通用机器人，可以在不必涉及硬件的情况下进行编程，在计算机上完成对比赛场景的模拟和对所编写的程序的演示，而这些命令和程序经过汇编后可直接下传到通用机器人上运行。

2．软件的安装

（1）将通用机器人多语言教学系统光盘放入光盘驱动器。

（2）打开光盘目录中的“setup.EXE”，出现安装窗口。

如图1-13所示

图1-13安装窗口

（3）依次单击按钮，就可以完成通用机器人多语言教学系统的安装,在桌面上建立一个“

”图标。

（4）单击Windows桌面的“开始”按钮，将鼠标指针依次移动到“程序”→“通用机器人多语言教学系统”→“通用机器人”选项上并单击,屏幕出现通用机器人的多语言教学系统，如图1-14所示。

自此软件开发平台就安装完毕了。

图1-14多语言教学系统

三、机器人的大脑

（一）机器人的主板

主板是机器人的核心部分，它由一个单片机和一系列的驱动电路组成。

它的功能类似于人的大脑。

在机器人运动的过程中，它主要完成接收信息、处理信息、发出指令等一系列过程。

机器人主板的控制芯片采用的是PIC系列的单片机，其型号是PIC16F873A，它有4K的程序存储器、192字节的RAM、128字节的EEPROM、通用的输入/输出口、A/D转换器和通用通讯接口等。

机器人主板是在PIC16F873的外围扩展了一些机器人常用的传感器的驱动电路和通讯接口，例如电机驱动电路、红外探测模块驱动电路、扬声器驱动电路和通讯接口电路等。

机器人主板实物图如图1-15所示。

图1－15机器人主板

我们可以通过机器人编程软件来编写程序然后把程序下载到机器人主板上单片机的程序存储器里，运行机器人，机器人就会根据你设计的程序而进行动作。

（二）PIC单片机特点

1．PIC16F873A单片机的引脚和内部结构

如图1－16所示为PIC16F873A引脚图，内部结构如图1-17所示。

图1-16PIC16F873A引脚图

图1-17PIC16F873A内部结构

（1）CPU

中央处理器CPU由运算器和控制单元构成。

运算器：

是以8位的算术/逻辑运算部件ALU为核心，除了ALU之外，只有一个累加器，称为工作寄存器W。

工作寄存器是一个利用率很高的8位寄存器，是CPU中工作最频繁的寄存器。

控制单元：

是CPU的“神经”中枢，控制单元包括定时控制逻辑、RAM文件寄存器、地址多路选择器、指令寄存器、文件选择寄存器等。

（2）存储器M

PIC16F873A程序存储器总线的数据线与地址线位数不同；

数据存储器总线的数据线与地址线位数不同；

程序存储器与数据存储器的数据线与地址线位数也不同。

PIC16F873A程序存储器总线的数据线为14位，地址线为13位，因此，程序存储器的大小为4K*14位。

程序存储器可多次重复写入FLASHROM，并且可以在程序执行中写入新的数据。

PIC16F873A数据存储器总线的数据线为8位，地址线为9位。

9位地址线，29＝512，可以寻址512个单元。

这512个单元被平均分为4个存储器体或称存储区，每个存储区有128个8为数据存储空间。

（3）输入/输出口

输入、输出口是单片机与外部电路的接口。

PIC16F873有A口,B口,C口3组输入/输出口。

每一组输入/输出口都可以作为一般的数据输入与数据输出使用。

每一组输入/输出口相应的引脚都可以被独立设定为输入或输出引脚，设为1表示为输入，设为0表示输出。

A口是一个6位的双向输入/输出口，依次为RA0,RA1,RA2,RA3,RA4,RA5。

B口是一个8位的双向输入/输出口，依次为RB0、RB1、…、RB7。

C口是一个8位的双向输入/输出口，依次为RC0、RC1、…、RB7。

（4）模拟输入

PIC16F873中嵌入了一个模拟/数字转换器A/D模块，在用PIC16F873A开发产品中需要检测处理模拟信号时十分方便。

PIC16F873A中具有一个10位A/D转换模块，可支持5个通道的模拟输入。

五个通道依次为A口的RA0、RA1、RA2、RA3、RA5。

（5）定时器/计数器

PIC16F873内有三个定时器/计数器,分别称为Timer0,Timer1,Timer2.

Timer0是一个带有预分频器的8位定时器/计数器。

Timer1是一个带有预分频器的16位定时器/计数器,在使用外部晶体振荡时钟时，在sleep期间仍能工作。

Timer2是一个带有8位周期的寄存器，预分频器和后分频器的8位定时器/计数器。

（6）捕捉、比较及脉冲宽度调制（Capture/Compare/PWM,CCP）模块

CCP模快可以提供外部信号的捕捉、内部比较输出及脉冲宽度调制输出三种功能。

但须注意，在规划一个CCP模快时，用户只能选择其中一种功能使用。

CCP模快必须与定时器/计数器一起使用。

捕捉指的是监测引脚上输入信号的状态，当信号状态符合设定的条件时，立即产生中断，并记录当时的定时器/计数器值。

比较指的是将事先设定好的值与定时器方式或同步计数器方式下的值相互比较，若两个值相等，则立即长生中断并驱动事先设定好的动作。

脉冲宽度调制PWM指的是输出脉冲宽度可调整的信号，此时，脉冲的周期和工作周期是由内部的定时器产生的，所以需要配合定时器来使用。

（7）中断

PIC16F873的中断源有13个。

这些中断享一个中断向量地址，PIC使用查询的方式判断别谁产生了中断，并由用户在程序设计中设定中断的优先级别。

2．PIC单片机与MCS-51系列单片机的区别

（1）总线结构:

MCS-51单片机的总线结构是冯-诺依曼型,计算机在同一个存储空间取指令和数据,两者不能同时进行;

而PIC单片机的总线结构是哈佛结构,指令和数据空间是完全分开的,一个用于指令,一个用于数据,由于可以对程序和数据同时进行访问,所以提高了数据吞吐率。

正因为在PIC单片机中采用了哈佛双总线结构，所以与常见的微控制器不同的一点是：

程序和数据总线可以采用不同的宽度。

数据总线都是8位的，但指令总线位数分别位12、14、16位。

（2）流水线结构:

MCS-51单片机的取指和执行采用单指令流水线结构,即取一条指令,执行完后再取下一条指令;

而PIC的取指和执行采用双指令流水线结构,当一条指令被执行时,允许下一条指令同时被取出,这样就实现了单周期指令。

（3）寄存器组:

PIC单片机的所有寄存器,包括I/O口,定时器和程序计数器等都采用RAM结构形式,而且都只需要一个指令周期就可以完成访问和操作;

而MCS-51单片机需要两个或两个以上的周期才能改变寄存器的内容。

（三）机器人主板的测试

机器人主板需要连接DC5V电源才能正常工作，同时还需要通过下载线连接到PC机（或笔记本电脑）以便下载程序。

以上接线完成后，就可以对机器人主板进行测试了。

下面将告诉你如何完成上述任务？

1．下载线的连接方法

机器人的下载线一端为串口，另外一端为USB口，将机器人下载线的串口端连接到PC机串口（或笔记本电脑的USB转串口的适配器）上。

如果你使用的是计算机，那么将下载线的串口电缆连接到你的计算机后面的COM端口上。

如图1－18所示。

图1－18下载线与PC机上的串口连接方法

如果你使用的是笔记本电脑，由于大部分笔记本都没有串口，所以需要使用USB转串口的适配器，如图1－19所示。

USB转串口的适配器一端连接笔记本电脑的USB口，另外一端连接机器人的下载线的串口端。

图1－19USB转串口适配器

下载线的USB端连接机器人主板的USB下载口，具体的连接方法如图1－20所示。

图1－20下载线与主板的连接方法

2．电池组的连接方法

机器人主板正常工作是需要电源的，因此，它使用的是4.8V电池组。

每一节电池容量1.2V,都是充电电池，四节组合到一起是4x1.2=4.8V。

按图1－21所示，将每一个电池放到电池盒中时，都要按照塑料盒子里面标记有电池机型（“＋”，“－”）的方向装入。

图1－21电池的安装方法

在电池组和主板之间还要连接一个电源开关，方便接通和断开电源。

具体的连接方法如图1－22所示。

图1－22电池组与电源开关的连接方法

接下来，将电源开关的另外一端的插头与主板的电源接口连接在一起，具体的连接方法如图1－23所示。

1－23电池组与主板的连接方法

当电池组的电量用完了以后，我们需要用充电器对电池进行充电，那么，充电器与电池组的连接方法如图1－24所示。

图1－24充电器与电池组的连接方法

3．扬声器的连接方法

扬声器（喇叭）是机器人发出声音的器件，利用它我们可以让机器人唱歌等，扬声器与主板的连接方法如图1－25所示。

图1－25扬声器与主板的连接方法

到此为止，机器人主板测试的硬件部分就连接完了。

4．主板测试方法

（1）．打开软件

在桌面上双击图标，打开通用机器人编程软件，如图1-26所示：

图1-26打开软件

（2）．语言选择

在标题栏中点击“设置”在下拉菜单中选择“语言选择”，然后选择QBasic语言，如图1-27所示：

图1-27语言选择

（3）．编辑程序

把程序输入到编辑窗口中，如图1-28所示：

图1-28编辑程序

（4）.语法检查

点击标题栏的“运行”选项，再点击“语法检查”,如图1－29所示，检查你编写的程序是否有语法错误，如果有错误会有提示，并进行修改。

图1－29语法检查

然后点击“连接机器人”，会弹出如图1-30界面：

图1－31连接机器人

（5）．下传程序

把机器人下载线一端连接PC机串口,一端连接机器人主板上的下载口,打开5V的电源开关,“下传”两个字会由灰色变为黑色,如图1-32所示,代表着PC和机器人主板通讯成功,然后点击“下传”按钮,进行程序下传,屏幕对话框中出现流动的下载线,同时可以看到下传的过程中,通讯下载线中部小盒中的绿色指示灯点亮。

图1-32下传界面

下传成功后，屏幕上会出现“程序下传正确”的提示和程序占用空间的百分比，如图1-33所示，单击“OK”按钮，完成程序下载。

图1-33下传成功界面

（6）．机器人运行程序

完成下传后，断开机器人主板电源开关，拔下机器人通讯下载线，然后在打开电源开关，我们会听到救护车的声音。

说明主板是好的。

（7）.故障排除

A．下传的不成功，屏幕会出现错误提示（如图1-34所示），可检查通讯电缆后，再次单击

按钮，下传就会成功。

图1-34

B．如果没有听到救护车的声音，检查扬声器的质量，检查的方法如下：

用数字万用表测量扬声器的质量。

阻抗是衡量一只扬声器性能优劣的一个重要指标。

通常扬声器上标明的标称阻抗是指在特定频率（400－1000HZ）下的交流阻抗，而用万用表测试的阻抗是直流纯电阻。

交流阻抗比直流阻抗值约大1.1～1.3倍。

用万用表测量扬声器的电阻，然后成1.2，所得出的电阻如果接近扬声器的标称阻值说明扬声器基本是好的；

如果测出来的电阻值比标称值过大或过小，则说明扬声器性能下降，均不能正常发声。