高职机器人实训（北京中科）.doc

Provide Professional Equipment and Service for Education为教育提供专业设备与服务北京中科远洋科技有限公司Beijing Zhongke Yuangyang Technology Co., Ltd.中科机器人竞赛实训中科机器人竞赛实训建设方案说明建设方案说明北京中科远洋科技有限公司（中科教仪） 2011 年全国职业院校技能大赛（高职组）机器人赛项唯一指定器材 1 目目 录录一、设备简介.2二、产品特点.2三、功能介绍.31.机器人平台机械部分.32.机器人平台控制系统.4四、技术参数.6五、应用方案.61.机器人平台选择.62.参赛机器人组成.63.参赛机器人的控制.84.软件函数说明.11六、培训计划.11七、中科机器人在 2011 全国职业院校技能竞赛（高职组）的应用.12八、设备价格.13 北京中科远洋科技有限公司（中科教仪） 2011 年全国职业院校技能大赛（高职组）机器人赛项唯一指定器材 2引引 言言 中科机器人平台，是专门为高职类机器人大赛提供的统一的机器人平台，参赛队可以根据大赛任务的要求，在此平台上进一步设计制作各种抓取、投放机构，利用机器人平台提供的主控制板和编程算法实现整体机器人的控制。

一、一、 设备简介设备简介中科机器人平台由无锡职业技术学院机器人研究所与中科机器人研究工作室联合研制，机器人平台共有三种型号，手动平台：CRT-M100 型，框架大小600mm*500mm；自动平台有 2 种：CRT-A100 型（框架大小 600mm*500mm）和CRT-A200 型（框架大小 600mm*350mm） 参赛队参加比赛可以有 2 种组合方案：A 方案：1 台 CRT-M100 型手动平台和 1 台 CRT-A100 型自动平台；B 方案：1 台 CRT-M100 型手动平台和 2 台 CRT-A200 型自动平台自动机器人平台 CRT-A100 和 CRT-A200 配备了 2 台 24VDC、150 转/分、70W功率的直流减速电机以及 16 路寻线传感器、寻线传感器信号处理板、处理器控制板、电机驱动板；并提供了完整的机器人寻线算法以及控制程序，可以依靠地面白色引导线实现在比赛场地全场范围内的运动、定位；处理器控制板提供了充足的 I/O 接口，可以供参赛队使用手动机器人平台 RT-M100 配备了 2 台 24VDC、150 转/分、70W 功率的直流减速电机以及主处理器控制板、电机驱动板；并提供了完整的机器人控制程序和方法。

二、二、 产品特点产品特点1. 技术可靠机器人平台所使用的技术都经受了多次机器人大赛的考验，稳定可靠，抗干扰能力强2. 技术成熟机器人平台在研制中不追求使用过于先进技术，尽量使用成熟技术，所涉及的技术几乎所有高职院校的机械、电子专业都作为主干课程重点讲解3. 技术开放北京中科远洋科技有限公司（中科教仪） 2011 年全国职业院校技能大赛（高职组）机器人赛项唯一指定器材 3机器人平台所使用的技术将向参赛队全部开放，并介绍大赛要点，通过对这些技术的消化吸收，可以极大地提高各学校的机器人水平4. 传感器技术先进自动机器人平台所使用的 16 路巡线传感器及其信号处理技术是国内目前最先进的，可以很好地适应不同场地背景下的巡线运行三、三、 功能介绍功能介绍机器人平台的总体构成参见图 1 所示，由包括主动车轮、从动车轮、铝合金框架、直流电机、电池和电路板组成，自动平台的底部安装了 16 路巡线传感器图 1 机器人平台的总体构成1. 机器人平台机械部分1）主动轮机器人平台的主动轮有两只，金属铝芯，橡胶外胎，能够完成向前直走，向后转弯，左转，右转等这些平地上的技术动作 2）从动轮机器人平台有 1 只从动轮，和两只主动轮形成三角支撑着机器人的结构。

从动轮随着主动轮的方向改变自己的方向众所周知，三点支撑结构是最稳定的结构，从动轮和两个主动轮形成了一个稳定的支撑结构3）直流电机北京中科远洋科技有限公司（中科教仪） 2011 年全国职业院校技能大赛（高职组）机器人赛项唯一指定器材 4机器人平台上有两个 2 台额定电压 24VDC、150 转/分、70W 功率直流减速电机4）铝合金框架机器人平台的框架使用了铝合金型材制成，参赛队可以很方便地利用配备的专用螺母将设计的上部机构安装在平台上5）铝板机器人平台上铺设了 5 块 4mm 厚的铝板，参赛队可以根据自己的需要在这些铝板上打孔，用于固定安装上部机构，如果不需要这些铝板，参赛队可以自行卸下，以减轻整体重量2. 机器人平台控制系统自动机器人平台控制系统包括 16 路巡线传感器、传感器信号处理板、主控制板、电机驱动板和其他待开发扩展部件组成组成框图如图 2 所示图 2 自动机器人平台控制系统组成框图图 2 中，虚线框中的部分是机器人平台已经配备的部分，其他部分需要参赛队在设计中根据所设计的上部机构的动作情况自行开发手动机器人平台控制系统包括主控制板、电机驱动板和其他待开发扩展部件组成组成框图如图 3 所示。

16路路巡巡线线传传感感器器主主控控制制板板调调速速电电机机驱驱动动板板传传感感器器信信号号左左右右行行走走调调速速电电机机PWM、方方向向信信号号红红外外、接接近近或或超超声声传传感感器器非非调调速速电电机机驱驱动动板板非非调调速速电电机机传传感感器器信信号号处处理理板板北京中科远洋科技有限公司（中科教仪） 2011 年全国职业院校技能大赛（高职组）机器人赛项唯一指定器材 5图 3 手动机器人平台控制系统组成框图图 3 中，虚线框中的部分是机器人平台已经配备的部分，其他部分需要参赛队在设计中根据所设计的上部机构的动作情况自行开发1）16 路巡线传感器自动机器人平台底部安装了 16 路巡线传感器，可以准确地探测到地面白色引导线以及白色引导线的十字交叉点信号发送给传感器信号处理板2）传感器信号处理板16 路巡线传感器将采集到的地面白色引导线信息送入本电路板，对采集的信息进行处理，过滤掉地面背景反射信号，有效信号再送入单片机控制板，同时用发光二极管指示当前某路传感器是否在白色引导线上3）主控制板主控制板是机器人的大脑，核心是微处理器，考虑到目前全国高职院校的普遍情况，选用了 8051 核心的单片机。

控制板支持两大类输入，既 16 通道专用巡线传感器输入，和 8 通道传感器输入8 通道传感器输入接口用于连接光电、接近或者超声传感器等（可以直接选用市场上的成熟产品） ，可以让参赛队在整体设计机器人时，充分利用各种传感器探测外部信息本电路板上有一个 DB9 串口，用来实现程序的下载，便于调试微处理器向电机控制板发出电机 PWM 脉宽调制信号和方向信号，用来控制2 个左右轮调速电机的运行速度和方向本电路板上设置了 8 个非调速电机输出接口，可以用来控制 4 个正反转直操操作作手手柄柄主主控控制制板板调调速速电电机机驱驱动动板板按按键键位位置置信信号号左左右右行行走走调调速速电电机机PWM、方方向向信信号号红红外外、接接近近或或超超声声传传感感器器非非调调速速电电机机驱驱动动板板非非调调速速电电机机北京中科远洋科技有限公司（中科教仪） 2011 年全国职业院校技能大赛（高职组）机器人赛项唯一指定器材 6流电机或者 8 个单向运转直流电机4）电机驱动板电机驱动板接受主控制板发来的电机 PWM 脉宽调制信号和方向信号，驱动机器人平台上的 2 个 24V 直流减速电机利用 PWM 信号占空比的不同，来控制电机的不同转速；利用方向信号，控制直流电机的正反转，从而实现机器人平台的前进、后退和转弯。

四、四、 技术参数技术参数1. 外形尺寸：CRT-A100 和 CRT- M100：框架尺寸 600mm*500mm，最大尺寸（车轮宽度）：600mm*645mm；CRT- A200：框架尺寸 600mm*350mm，最大尺寸（车轮宽度）：600mm*495mm2. 运行速度：1 米/秒3. 电源：3 节 12V、2AH 铅酸密封电池4. 充电方式：外置充电器5. 巡线传感器：专用 16 路循迹传感器6. 额定载重：20Kg五、五、 应用方案应用方案1. 机器人平台选择机器人平台有 2 种组合方案，参赛队需要首先确定自己比赛策略，决定选择哪一种组合2. 参赛机器人组成机器人平台解决了机器人在比赛场地上运动的问题，参赛队需要自行开发上部机构，包括储球箱，抓取、投放机构，再将它们与机器人平台组合在一起，组成完整的参赛机器人，如图 4 所示北京中科远洋科技有限公司（中科教仪） 2011 年全国职业院校技能大赛（高职组）机器人赛项唯一指定器材 7图 4 完整参赛机器人的组成购买的机器人平台自行设计储球箱自行设计抓取、投放机构完整的参赛机器人北京中科远洋科技有限公司（中科教仪） 2011 年全国职业院校技能大赛（高职组）机器人赛项唯一指定器材 83. 参赛机器人的控制自动机器人平台提供了 16 路巡线传感器信号接受处理，平台左右轮调速电机的控制以及相关程序，平台可以沿白色引导线巡线前进、经过了指定数量的白色引导线交叉点后后停止、转弯等。

但是对于场地上桥墩的识别、球的抓取投放等所需要的硬件和软件需要参赛队自行设计整体程序设计流程图可以参考图 5北京中科远洋科技有限公司（中科教仪） 2011 年全国职业院校技能大赛（高职组）机器人赛项唯一指定器材 9开始初始化按下启动按钮巡线运行找到指定交叉点？停止运行转弯继续巡线运行找到指定桥墩？投球比赛完成？结束是是是是否否否否图 5 自动参赛机器人程序设计流程图 机器人平台所提供的程序可以实现图 5 中虚线框内的功能，虚线框外部的功能实现需要参赛队自己编写程序手动机器人平台提供了按键信号接受处理，平台左右轮调速电机的控制以北京中科远洋科技有限公司（中科教仪） 2011 年全国职业院校技能大赛（高职组）机器人赛项唯一指定器材 10及相关程序，通过按键操作，可以实现平台的左转、右转、前进和后退但是对于上部机构的电机控制所需的硬件和软件需要参赛队自行设计，整体程序设计流程图可以参考图 6开始初始化按下前进按钮按下后退按钮按下左转按钮按下右转按钮是是是否否否按下取球按钮按下投球按钮机器人前进机器人后退是机器人左转否机器人右转是取球机构动作投球机构动作否是否图 6 手动参赛机器人程序设计流程图机器人平台所提供的程序可以实现图 6 中虚线框内的功能，虚线框外部的功能实现需要参赛队自己编写程序。

程序开发可以直接使用 keil uvision 开发软件，使用 C 语言与汇编语言均可北京中科远洋科技有限公司（中科教仪） 2011 年全国职业院校技能大赛（高职组）机器人赛项唯一指定器材 114. 软件函数说明平台提供了一些常用的函数，用户可以直接使用这些函数，也可以自己定义和扩展函数 ST_B()-程序初始化设置【功能】此函数为初始化程序设置说明】ST_B()函数包括端口设置、PCA 时钟源、控制寄存器、计数初值、启动按键等设置，该函数只需在主程序开始时调用一次即可 S_S(s)- 加速启动【功能】此函数为加速启动函数，实现平台从静止状态加速启动运行说明】参数 s: 加速启动时的最大值设置，占空比为 s 的十倍，s 最大为10，输出占空比由 0%增加到 100%如：S_S(40)； 表示平台从静止状态加速启动运行至速度为 40 时delay_ms(T)- 延时【功能】此函数为毫秒级延时函数说明】参数 T 用于调用时的延时时间设置，T 的取值范围是 160000如：delay_ms(1000); 表示延时时间为 1 秒motor( m, z, n)- 电机运行【功能】此函数为电机运行函数。

说明】参数 m：选择电机，l 代表左电机，r 代表右电机 参数 z：设置电机的正反转，f 代表正转，b 代表反转 参数 n： 电机的占空比设置（转速） 如：motor(l,f,50); 表示左。