自动化专业移动机器人实验报告.doc

移动机器人综合实验实验报告姓名： 程光敏 许艺 丁蓉 学号： 0901510312， 0906840207， 0910200101 南京理工大学自动化学院目 录实验一 机器人U-II测试.2实验二 机器人传感器实验.8实验三 机器人运动控制实验.15实验四 机器人避障实验.20实验一 机器人U-II测试 一. 实验目的 1、熟悉AS-UII机器人的组成结构和工作原理；2、熟练操作使用AS-UII机器人；3、掌握AS-UII机器人各项基本功能。二. 设备清单每组学生拥有一套机器人实验课程专用套件。上课期间由组长保管，上课期间遗失或损坏的器件须按原价赔偿。(1) AS-UII智能机器人 1台(2) 五金工具 1套(3) 万用表 1只(4) AS-UII使用手册 1本(5) 使用手册 1本(6) VJC1.5安装盘 1张三、课堂要求(1) 课前认真预习，精心准备。(2) 在不损坏器件或愿意赔偿的情况下自由使用器件。(3) 不同小组的器件不要混用。(4) 课后整理桌面。(5) 不在课堂做任何与学习无关的事。(6) 课后认真填写实验报告。四、注意事项(1) 运行前充饱电，能使机器人运行效果更好。(2) 轻拿轻放机器人，防止摔落地面。(3) 碰撞环是机器人最易损坏的部件，请注意保护。使用机器人时，尽量避免提持、拉扯、捧托碰撞环。(4) 没有特殊情况，不要拆卸电池。如果确实要拆卸，应按住电池上的小塑料片，使之贴住池身，以脱离卡槽，然后轻轻拔下来。(5) 串口通信线连接在机器人上时，最好不要按复位键。否则容易死机。(6) 机器人运动时，勿顶住障碍物，否则易造成电机堵转，烧毁芯片。(7) 常见问题的处理，参见AS-UII使用手册附录。五、系统检测按下机器人的运行键，机器人开始自检，LCD 液晶屏上显示“AS-UII Inteligent Robot Test”：1、检查LCD 液晶屏LCD 液晶显示屏安装在机器人的外壳上，用于显示各种信息，便于了解程序执行中的情况。显示屏可以显示16×2 个字符（每行16 个字符，共2 行）。显示屏可以显示机器人运行的信息，这一点在以后调试程序时尤其显得重要。自检开始后，LCD 显示屏标明的测试项目为“Now Test NO.1”，接着提示“LCD Test”,然后就开始显示字符，如数字、符号、字母等。注意观察LCD 显示屏有没有出现黑屏（出现整排兰色条纹）或无字符等现象，如果没有，说明机器人的LCD 显示屏是正常的。LCD 液晶显示是否正常？ aYes 1No（若不正常，现象为： 故障排除方法： ）2、喇叭检测第二次按下“运行”键，机器人就开始了第二项检查工作，LCD显示屏标明的测试项目为“Now Test NO.2”，接着提示“Piezo Test”，注意听机器人是否发出声音，声音是否清晰响亮。显示屏上的数字会伴随着机器人的声音不断变化，显示的数字是机器人发出的声音频率。音调越高，显示的数字就越大。喇叭是否正常？ aYes 1No（若不正常，现象为： 故障排除方法： ）3、光敏检测机器人的光敏传感器安装在外壳上，两只光敏传感器一左一右，用来识别外界光线的强弱。再按一下“运行”键，机器人就开始了第三项检查工作，LCD标明的测试项目为“Now Test NO.3”，其后在LCD 上有类似“Photo L242 R248”的提示，其中L 表示“左光敏”，R表示“右光敏”，字母后面的数字表示机器人检测到的光线强度值。随着光强的不同，光敏传感器的感应数值也不同，其变化范围为0255。光强越弱，数值越大，光强越强，数值越小。在相同光强条件下，左右两边光敏传感器的数值偏差应当小于10。光敏传感器测量范围： 左： L200-207 右： R195-206 光敏传感器是否正常？ aYes 1No（若不正常，现象为： 故障排除方法： ）4、红外检测红外传感系统也安装在机器人的外壳上，左右两侧一边一只红外发射管，中间一只红外接收模块。红外传感器的作用是检测机器人前方、左前方、右前方是否有障碍物。再按下“运行”键，机器人就开始了第四项检查工作，LCD标明的测试项目为“Now Test NO.4”，其后在LCD 出现“IR Test”提示。红外检测的距离设置在30cm 左右。将A4 纸大小的障碍物分别放在机器人的正前方、左侧、右侧20 cm 左右，观察LCD 值。红外传感器测量值： 左侧可测距离为11.5cm，右侧为11.3cm，前方为20cm 红外传感器是否正常？ 1Yes aNo（若不正常，现象为： 左红外发射传感器不能正常工作，右边可以 故障排除方法：将右边正常工作的红外传感器装至左边，发现可以正常工作，因此，左红外传感器故障，经过调换，可以正常工作 ）5、检测碰撞传感器机器人的碰撞传感器，相当于人类的触觉。AS-UII虽然只用了四只碰撞传感器，却能感知全身碰撞的方位。再按一下“运行”键，机器人就开始了第五项检查工作，LCD标明的测试项目为“Now Test NO.5”，其后出现“Bumper Test”字样。用手从不同方向触动碰撞环时，LCD 就会相应地显示出机器人受到碰撞的方向：用手从正前方挤压碰撞环，LCD 显示屏上显示“Front”；用手从正后方挤压碰撞环，LCD 显示屏上显示“Back”；左、右、左前、右前、左后、右后方等方向挤压碰撞环，观测观察LCD 值。碰撞传感器是否正常？ aYes 1No（若不正常，现象为： 故障排除方法： ）6、检测运动系统再把机器人放到开阔的平地上（有2 米×2 米大小即可），按一下“运行”键，机器人就开始第六项检查工作。液晶屏标明的测试项目为“NowTest NO.6”，接着提示“Motor Test”，其后机器人将会移动、转弯，同时在LCD 上显示机器人移动的累计“距离”和瞬时电机转速。如系统机载程序默认值为：Motor 30 L 100Test 31 R 100表示左电机速度100，右电机速度100，左轮转过30个单位，右轮转过31个单位。系统实际测量值：左电机 695 右电机 730 运动系统是否正常？aYes 1No（若不正常，现象为： 故障排除方法： ）7、检测光电编码器第七项检测完成后，把机器人从地上拿起来，再按一下“运行”键，机器人就开始了第七项检查工作，LCD 标明的测试项目为“NowTest NO.7”，接着提示“Encoders Test”。机器人的轮子每转动1 圈，码盘也随着转动1 圈，LCD 上显示的光电编码器的计数值约等于33。即轮子转动1 周，光电计数为33。用手分别转动左、右两侧的轮子，观察显示屏上的数字变化情况。（注意：可能碰到的问题：1) 机器人运动突然停止，可能是机器人电量不足，请给机器人充电；2) 注意不要让机器人运动时顶住障碍物，否则会造成电机堵转，容易损坏驱动芯片。）光电编码器是否正常？ aYes 1No（若不正常，现象为： 故障排除方法： ）8、检测结束自检程序全部完成后，按一下复位键，机器人就会停止运行。最后关闭电源开关。六、运行表演程序1、安装开发软件把VJC1.5 开发版安装光盘放入电脑光驱中, VJC1.5 就能自动安装到电脑上。如果未能自动安装，请打开“我的电脑”，打开“光盘”，运行光盘中安装程序“VJC1.5Setup.exe”，然后按照安装向导的提示一步步操作，就可以将VJC1.5 开发版安装上了。安装完成后，桌面上会出现VJC1.5 图标。2、连接串口通信线将串口通信线的一端与电脑机箱后面的9 针串口相连，另一端连在机器人的下载口上。3、下载表演程序单击菜单栏中“工具（T）”选项卡，在弹出的下拉菜单中单击“机器人表演程序”，随后会弹出“智能下载程序”对话框，并显示下载进程。注意观察下载程序是否正常。当对话框中出现“成功下载”字样后，关闭对话框。表演程序就下载到机器人中了。4、运行表演把串口通信线从机器人下载口拔下来，就可以让机器人表演了。机器人表演程序包含5个程序：(1) 电子琴 Piano从不同的方位触动碰撞环，机器人会发出不同的声音。(2) 声与光 I'm in dark在明暗不同的光线下，机器人会发出不一样的叫声。(3) 跟我走 Follow机器人会跟着前方的物体走。(4) 走向亮光 Goto light如果房间里点着一支蜡烛，机器人就会向蜡烛走过去。(5) 三步舞 I'm dancing机器人跳舞。表演是否正常？ aYes 1No（若不正常，现象为： 故障排除方法： ) 实验二 机器人传感器实验一. 实验目的 1、掌握AS-UII机器人各传感器工作原理；2、熟练安装3、熟练使用VJC1.5 开发软件。二. 设备清单每组学生拥有一套机器人实验课程专用套件。上课期间由组长保管，上课期间遗失或损坏的器件须付费赔偿。(1) AS-UII智能机器人 1台(2) 红外传感器 2对光敏传感器 4个碰撞传感器 4个(3) 五金工具 1套(4) 万用表 1只(5) AS-UII使用手册 1本(6) 使用手册 1本(7) VJC1.5安装盘 1张三、课堂要求(1) 课前认真预习，精心准备。(2) 在不损坏器件或愿意赔偿的情况下自由使用器件。(3) 不同小组的器件不要混用。(4) 课后整理桌面。(5) 不在课堂做任何与学习无关的事。(6) 课后认真填写实验报告。四、注意事项(1) 运行前充饱电，能使机器人运行效果更好。(2) 轻拿轻放机器人，防止摔落地面。(3) 碰撞环是机器人最易损坏的部件，请注意保护。使用机器人时，尽量避免提持、拉扯、捧托碰撞环。(4) 没有特殊情况，不要拆卸电池。如果确实要拆卸，应按住电池上的小塑料片，使之贴住池身，以脱离卡槽，然后轻轻拔下来。(5) 串口通信线连接在机器人上时，最好不要按复位键。否则容易死机。(6) 机器人运动时，勿顶住障碍物，否则易造成电机堵转，烧毁芯片。(7) 常见问题的处理，参见AS-UII使用手册附录。五、红外传感器实验1、工作原理AS-UII机器人配备了2 只红外发射管和一只红外接收模块构成红外传感系统，主要用来检测前方、左前方和右前方的障碍，检测距离范围为1080cm。可以通过调节两个电位器（主板上靠近红外传感器接口的黄色旋钮）来调节左右两个红外的检测距离，顺时针红外发射强，检测距离远，逆时针红外发射弱，检测距离近。逆时针将电位器旋转到底，将关闭红外发射管。红外传感器红外传感器电路图2、安装红外传感器的插针是有方向性的，安装时应注意方向。红外线发射接口IRR 和IRL 的正极已经标出。插反不会损坏元件，但传感器会不工作。红外线接收模块的正确接法是将紫色线朝向主板中间的缺口。如果插反不会损坏器件，但错位有可能损坏红外接收模块。红外传感器安装位置图3、编程测试在JC 语言中，红外传感器的库函数是ir_detector()，在程序运行过程中，此库函数仅在被调用到时执行一次，即采集数据一次。在JC 代码编辑界面中间一行编辑框（JC 对话窗口）中输入如下程序块：while(1) printf("ir=%bn", ir_detector();wait(0.5);按回车，JC 能立即编译这一段程序并下载运行，LCD 上显示：ir=0 （表示此时没有障碍）4、实验用一张白纸分别挡在能力风暴智能机器人的前方、左方和右方，编程进行测试；程序代码：void main()int i;while(1)i= ir_detector();if (i=4) printf("frontn");else i=ir_detector(); if(i=1) printf("leftn");else i=ir_detector();if(i=2) printf("rightn");else printf("nonen");wait(0.5);六、光敏传感器实验1、工作原理能力风暴智能机器人上有2 只光敏传感器（见图3-11），在机器人左前和右前方，可以检测到光线的强弱。光敏传感器光敏传感器电路图2、安装光敏传感器是可变电阻，它的接插方式没有方向性，它在主板上的位置如图所示：光敏传感器安装位置图3、编程测试在JC 语言中，光敏传感器的库函数是：左光敏photo(1)，右光敏photo(2)。在程序运行过程中，光敏检测库函数photo 仅在被调用到时执行一次，即采集数据一次。在JC 代码编辑界面中间一行编辑框（JC 对话窗口）中输入如下程序块（程序仅采集了左光敏的读数）：while(1) printf("photoleft=%dn",photo(1);wait(0.5);按回车（Enter），JC 能立即编译这一段程序并下载运行，LCD 上会有如下显示：photoleft=180 （表示此时照射在左光敏上的光强值是180），注意观察读数的变化。光越暗，数字越大，光越强，数字越小。4、实验编写程序，当光线暗于一定值时，机器人将叫两声。程序代码：void main()float i,j;while(1)i= (float)photo(1);printf("photoleft=%dn",photo(1);wait(0.5);if(i>=(float)180)tone(180.0,0.5);tone(200.0,0.5);j=(float)photo(2);printf("photoright=%dn",photo(2);wait(0.5);if(j>=(float)180)tone(180.0,0.5);tone(200.0,0.5);wait(0.5);七、碰撞传感器实验1、工作原理碰撞传感器是感知碰撞信息的传感器。在能力风暴智能机器人的左前、右前、左后、右后设置有四个碰撞开关，它们与碰撞环共同构成了碰撞传感器(见图3-2)。碰撞环与底盘柔性连接，在受力后与底盘产生相对位移，触发固连在底盘上的碰撞开关，使之闭合。碰撞传感器碰撞传感器接线图2、安装碰撞传感器在主板上的位置如图所示：碰撞传感器的安装位置图3、实验编写程序，遇到障碍物后，机器人自动绕开并发出声音。int ir_1=0;void main() while(1) ir_1 =ir_detector(); if( ir_1 = 4) drive( 0 , 80 ); wait( 0.100000 ); stop(); tone(523.200012,0.250000); else ir_1 =ir_detector(); if( ir_1 = 1) drive( 0 , 80 ); wait( 0.100000 ); stop(); tone(523.200012,0.250000); else ir_1 =ir_detector(); if( ir_1 = 2) drive( 0 , 80 ); wait( 0.100000 ); stop(); tone(523.200012,0.250000); else drive( 80 ,0); wait( 0.500000 ); stop(); 实验三 机器人运动控制实验一. 实验目的 1、掌握AS-UII机器人运动控制系统组成和工作原理；2、熟练编写运动控制程序。二. 设备清单每组学生拥有一套机器人实验课程专用套件。上课期间由组长保管，上课期间遗失或损坏的器件须按原价赔偿。(1) AS-UII智能机器人 1台(2) 五金工具 1套(3) 万用表 1只(4) AS-UII使用手册 1本(5) 使用手册 1本(6) VJC1.5安装盘 1张三、课堂要求(1) 课前认真预习，精心准备。(2) 在不损坏器件或愿意赔偿的情况下自由使用器件。(3) 不同小组的器件不要混用。(4) 课后整理桌面。(5) 不在课堂做任何与学习无关的事。(6) 课后认真填写实验报告。四、注意事项(1) 运行前充饱电，能使机器人运行效果更好。(2) 轻拿轻放机器人，防止摔落地面。(3) 碰撞环是机器人最易损坏的部件，请注意保护。使用机器人时，尽量避免提持、拉扯、捧托碰撞环。(4) 没有特殊情况，不要拆卸电池。如果确实要拆卸，应按住电池上的小塑料片，使之贴住池身，以脱离卡槽，然后轻轻拔下来。(5) 串口通信线连接在机器人上时，最好不要按复位键。否则容易死机。(6) 机器人运动时，勿顶住障碍物，否则易造成电机堵转，烧毁芯片。(7) 常见问题的处理，参见AS-UII使用手册附录。五、直流电机测试AS-UII 机器人上有两个直流电机，机器人的调速是通过调节电机的平均电压实现的。AS-UII 机器人的驱动方式是差动驱动。两个主要的库函数是motor()和drive()。库函数motor（a，b）应用时应注意：1) 库函数motor（a，b）只控制单个的电机转速；2) 库函数motor（a，b）有两个参数a、b，都是整型数；3) 库函数motor（a，b）中a 指定是左轮或是右轮，a=1 代表左轮，a=2 代表右轮；b指定转速，b 的取值范围是100100。库函数drive（a，b）应用时应注意：1) 此库函数是复合语句，同时控制左右两个电机的转速；2) 此语句有两个参数a、b，都是整型数；3) a 指定平移的速度，b 指定旋转的速度。左轮的速度ab，右轮的速度ab。实验1：编写程序，使机器人以左轮40 右轮80 的速度前进0.5 秒钟，并走一条弧线。void main() drive( 60 , -20); wait( 0.500000 ); stop(); 实验2：比较以下两个程序，分析原因：程序1：void main()drive( 80 ,0);wait( 0.500000 );stop();程序2：void main()drive( 60 ,20);wait( 0.500000 );stop();程序运行结果：程序1以80的速度前进0.5s，程序2以左轮80右轮40的速度向右转，持续时间为0.5s。原因分析：函数drive(a,b)中，a 指定平移的速度，b 指定旋转的速度。左轮的速度ab，右轮的速度ab，所以经过运算，程序1中左轮速度为80，右轮为80，其运动表现为直线行驶；程序2中，左轮速度=60+20=80，右轮速度=60-20=40，其运动表现为右转。六、光电编码器测试1、工作原理光电编码器是一种能够传递位置信息的传感器，它由码盘和光电编码模块组成，分别安装在主动轮内侧和轮子支架内侧。光电编码模块运用反射式红外发射接收模块。反射器(即码盘)是黑白相间的铝合金圆片，黑白条纹把圆分成66 等分。当码盘随轮子旋转时，光电编码模块发出的红外线照射在码盘上，黑条和白条反射回来的信号状态不同,从而产生一个脉冲。轮子转一圈共产生33 个脉冲，每个脉冲对应角度约为10.91 度。码盘及光电编码模块外形光电编码模块安装位置示意图2、编程测试检测左右光电编码器当前状态的库函数为：encoder（1），encoder（2）。在JC 对话窗口中输入如下程序块：while(1)printf("encoder_1=%dn",encoder(1);wait(1.0);按回车（Enter），JC 能立即编译这一段程序并下载运行，LCD 上会显示0 或1。0 表示当前无反射信号，码盘片的黑格正对编码器；1 表示当前有反射信号，码盘片的白格正对编码器。库函数rotation(1)、rotation(2)可以读出左右光电编码器脉冲累计值。3、实验要求：然后缓慢转动左轮，编程测量转一圈是否有33 个脉冲。程序：int rot_1=0;void main() while(1) rot_1 = rotation( 1 ); printf("rot_1=%dn",rotation( 1 ); 七、运动控制实验要求：编写一个机器人直线行走的程序，先让机器人以速度100 前进3 秒，再让机器人以速度-60 后退5 秒，再在原地以角速度80度/秒旋转1 秒。void main() drive( 100 ,0); wait( 3.000000 ); stop(); drive( -60 ,0); wait( 5.000000 ); stop(); drive( 0 , 20); wait( 1.000000 ); stop(); 实验四 机器人避障实验一. 实验目的 1、掌握AS-UII机器人避障工作原理；2、熟练编写机器人避障控制程序。二. 设备清单每组学生拥有一套机器人实验课程专用套件。上课期间由组长保管，上课期间遗失或损坏的器件须按原价赔偿。(1) AS-UII智能机器人 1台(2) 五金工具 1套(3) 万用表 1只(4) AS-UII使用手册 1本(5) 使用手册 1本(6) VJC1.5安装盘 1张三. 实验场地实验场地范围大体为2.5m×2.5m的正方形区域，内有分隔小区及障碍物，隔板距离及长度不小于20cm。四、课堂要求(1) 课前认真预习，精心准备。(2) 在不损坏器件或愿意赔偿的情况下自由使用器件。(3) 不同小组的器件不要混用。(4) 课后整理桌面。(5) 不在课堂做任何与学习无关的事。(6) 课后认真填写实验报告。五、注意事项(1) 运行前充饱电，能使机器人运行效果更好。(2) 轻拿轻放机器人，防止摔落地面。(3) 碰撞环是机器人最易损坏的部件，请注意保护。使用机器人时，尽量避免提持、拉扯、捧托碰撞环。(4) 没有特殊情况，不要拆卸电池。如果确实要拆卸，应按住电池上的小塑料片，使之贴住池身，以脱离卡槽，然后轻轻拔下来。(5) 串口通信线连接在机器人上时，最好不要按复位键。否则容易死机。(6) 机器人运动时，勿顶住障碍物，否则易造成电机堵转，烧毁芯片。(7) 常见问题的处理，参见AS-UII使用手册附录。int ir_1=0;void main() while(1) ir_1 =ir_detector(); if( ir_1 = ir_1) && (ir_1 = 4) drive( 0 , 80); wait( 0.200000 ); stop(); else ir_1 =ir_detector(); if( ir_1 = 4) | (ir_1 = 1) drive( 0 , 80); wait( 0.200000 ); stop(); else ir_1 =ir_detector(); if( ir_1 = 1) | (ir_1 = 2) drive( 0 , -80); wait( 0.200000 ); stop(); else drive( 50 ,0); wait( 0.500000 ); stop(); 实验总结：通过四天的实验，我们初步掌握了AS-UII的工作原理，并学会通过能力风暴VJC1.6开发版软件编程控制机器人的基本动作，并顺利的完成了给定的实验内容。这期间，我们觉得第一天的自检内容尤为重要，它直接影响了我们后期的实验进程。通过这次实验，我们增强了团队合作精神，并为即将举办的第二届“中兴杯”机器人大赛积累了初步的经验。