機(jī)器人的概況及對(duì)我國(guó)高中機(jī)器人教育的淺見

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1、單擊此處編輯母版標(biāo)題樣式,單擊此處編輯母版文本樣式,第二級(jí),第三級(jí),第四級(jí),第五級(jí),*,單擊此處編輯母版標(biāo)題樣式,單擊此處編輯母版文本樣式,第二級(jí),第三級(jí),第四級(jí),第五級(jí),*,單擊此處編輯母版標(biāo)題樣式,單擊此處編輯母版文本樣式,第二級(jí),第三級(jí),第四級(jí),第五級(jí),*,*,單擊此處編輯母版標(biāo)題樣式,單擊此處編輯母版文本樣式,第二級(jí),第三級(jí),第四級(jí),第五級(jí),簡(jiǎn)易機(jī)器人制作,華南師范大學(xué) 鄭永駒,2008年8月,1,一、概述,1、機(jī)器人的發(fā)展與應(yīng)用,2、機(jī)器人的定義,3、課標(biāo)有關(guān)本課程的大綱要求,4、廣東版教材的體系結(jié)構(gòu),2,1、機(jī)器人的發(fā)展與應(yīng)用,1954年，美國(guó)人（G.C.Devod）申請(qǐng)了工業(yè)機(jī)器

2、人專利,1958年，美國(guó)制造出第一臺(tái)工業(yè)機(jī)器人,半個(gè)世紀(jì)來(lái)，機(jī)器人技術(shù)得到高速發(fā)展，目前全世界機(jī)器人的保有量超過(guò)100萬(wàn)臺(tái)，并以每年10萬(wàn)臺(tái)的速度在增長(zhǎng)。機(jī)器人以從單一的工業(yè)應(yīng)用發(fā)展到許多領(lǐng)域：如軍用、探險(xiǎn)、醫(yī)療、服務(wù)等,3,簡(jiǎn)易機(jī)器人的結(jié)構(gòu)與應(yīng)用,簡(jiǎn)易機(jī)器人結(jié)構(gòu)相對(duì)簡(jiǎn)單，價(jià)格便宜。一般分為控制與機(jī)械兩大部分。機(jī)械包括機(jī)體結(jié)構(gòu)、動(dòng)力裝置、傳動(dòng)機(jī)構(gòu)和執(zhí)行機(jī)構(gòu)等；控制包括單片機(jī)（或嵌入式）系統(tǒng)及其軟件、傳感器及其電路、控制驅(qū)動(dòng)電路等。,4,簡(jiǎn)易機(jī)器人的基本結(jié)構(gòu)框圖,5,對(duì)“簡(jiǎn)易”的理解,與在現(xiàn)實(shí)生活各個(gè)領(lǐng)域服役的機(jī)器人比較， “簡(jiǎn)易機(jī)器人”有如下不同：,“麻雀雖小，五臟俱全”。簡(jiǎn)易機(jī)器人滿足機(jī)器人

3、的幾大基本特征，是專門為中學(xué)生科技制作度身定制的。,比較項(xiàng)目,簡(jiǎn)易機(jī)器人,在役機(jī)器人,應(yīng)用場(chǎng)合,教具、玩具,各類產(chǎn)業(yè)領(lǐng)域,體系結(jié)構(gòu),單片機(jī)最小系統(tǒng),分層遞階系統(tǒng)、分布式系統(tǒng),控制系統(tǒng),單片機(jī)（8位）嵌入式、驅(qū)動(dòng)芯片、軟件開發(fā)資源豐富、單任務(wù)簡(jiǎn)單編程,專用控制板或計(jì)算機(jī)（32位）、專用電機(jī)驅(qū)動(dòng)單元、軟件開發(fā)環(huán)境復(fù)雜和昂貴、多任務(wù)實(shí)時(shí)操作系統(tǒng),機(jī)械結(jié)構(gòu),拼裝、模型,額定負(fù)載下滿足剛度和強(qiáng)度,傳感器,簡(jiǎn)單、廉價(jià),高質(zhì)量、高水平、高價(jià)格,環(huán)境,室內(nèi)、結(jié)構(gòu)環(huán)境,室外、非結(jié)構(gòu)環(huán)境,材料,單一（ABS塑料）,多種高強(qiáng)度、輕質(zhì)材料,重量/尺度,小,大,6,2、機(jī)器人的定義,目前世界上有關(guān)機(jī)器人的定義沒有統(tǒng)一的

4、答案。,日本機(jī)器人是一種具有移動(dòng)性、個(gè)體性、智能性、通用性、半機(jī)械半人性、自動(dòng)性、奴隸性等七個(gè)特征的柔性機(jī)器。,法國(guó)機(jī)器人學(xué)是指設(shè)計(jì)能根據(jù)傳感器信息實(shí)現(xiàn)預(yù)先規(guī)劃好的作業(yè)系統(tǒng)，并以此系統(tǒng)的使用方法為研究對(duì)象。,國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)化組織,工業(yè)機(jī)器人,是一種具有自動(dòng)控制的操作和移動(dòng)功能，能完成各種作業(yè)的可編程操作機(jī)。,中國(guó)機(jī)器人是一種,自動(dòng)化的機(jī)器,，它具備一些與人或生物相似的智能，如感知能力、規(guī)劃能力、動(dòng)作能力和協(xié)同能力，是一種高度靈活的,自動(dòng)化機(jī)器,。,7,3、課標(biāo)關(guān)于簡(jiǎn)易機(jī)器人制作的大綱要點(diǎn),基于計(jì)算機(jī)技術(shù)的學(xué)習(xí)平臺(tái)，將機(jī)械、電子和單片機(jī)的應(yīng)用有機(jī)組合起來(lái)。通過(guò)本課程的學(xué)習(xí)，學(xué)生應(yīng)該知道單片機(jī)和機(jī)械傳動(dòng)

5、的基本知識(shí)，能設(shè)計(jì)與制作由單片機(jī)和傳動(dòng)機(jī)械等組成的簡(jiǎn)易自動(dòng)控制機(jī)器或簡(jiǎn)單的自動(dòng)控制系統(tǒng)。,課程由,“單片機(jī)及其控制程序”、“單片機(jī)與控制電路”、 “單片機(jī)與傳動(dòng)機(jī)械”,三個(gè)主題構(gòu)成。,給學(xué)生提供了運(yùn)用當(dāng)代先進(jìn)技術(shù)和先進(jìn)思想方法進(jìn)行設(shè)計(jì)、制作，以解決實(shí)際問題的機(jī)會(huì)。,8,4、廣東版教材體系結(jié)構(gòu),全書分為四章，第1、2、3章分別對(duì)應(yīng)于課標(biāo)的三個(gè)主題。第4章介紹應(yīng)用有關(guān)機(jī)器人教具平臺(tái)制作簡(jiǎn)易機(jī)器人的案例作為教學(xué)的參考。,9,二、教材涉及的知識(shí)與教法,1、簡(jiǎn)易機(jī)器人的控制核心：?jiǎn)纹瑱C(jī)的基本知識(shí)。,2、簡(jiǎn)易機(jī)器人的控制電路。,3、簡(jiǎn)易機(jī)器人的機(jī)械傳動(dòng)。,4、教具介紹。,10,1、單片,機(jī),機(jī)基本知,識(shí),

6、識(shí)內(nèi)容提,要,要,（1）、,課,課標(biāo)的要,求,求,（2）、,什,什么是單,片,片機(jī),（3）、,單,單片機(jī)的,特,特點(diǎn)及應(yīng),用,用,（4）、,單,單片機(jī)的,內(nèi),內(nèi)部基本,結(jié),結(jié)構(gòu),（5）、,單,單片機(jī)的,外,外引腳與,最,最小應(yīng)用,系,系統(tǒng),（6）、,單,單片機(jī)的,軟,軟件,（7）、,設(shè),設(shè)計(jì)與實(shí),踐,踐,11,（1）課,標(biāo),標(biāo)的要求,1.知道,單,單片機(jī)的,特,特點(diǎn)和應(yīng),用,用。（,第1節(jié),）,2.知道,單,單片機(jī)的,基,基本組成,及,及工作過(guò),程,程。（第2節(jié)）,3.知道,單,單片機(jī)集,成,成電路引,腳,腳的功能,（,（第3節(jié)）。,4.了解,一,一種單片,機(jī),機(jī)的編程,語(yǔ),語(yǔ)言，掌,握,握一

7、種單,片,片機(jī)常用,的,的編程指,令,令。（第4節(jié)）,5. 學(xué),會(huì),會(huì)用指令,編,編制簡(jiǎn)單,的,的控制程,序,序，并能,根,根據(jù)試驗(yàn),進(jìn),進(jìn)行修正,。,。（設(shè)計(jì)與實(shí),踐,踐）,6能操,作,作單片機(jī),編,編程器將,編,編寫的程,序,序燒結(jié)固,化,化。（設(shè)計(jì)與實(shí),踐,踐）,12,（2）、,什么是單,片,片機(jī)：,單片機(jī)全,稱,稱單片微,型,型計(jì)算機(jī)(Single-ChipMicrocomputer)，,也,也稱微控,制,制器（Micro-Controller）,。,。它是一,片,片大規(guī)模,的,的集成電,路,路芯片。,在,在這個(gè)芯,片,片里集成,了,了計(jì)算機(jī),的,的基本部,件,件。包括,中,中央處理,

8、器,器（CPU）、存,儲(chǔ),儲(chǔ)器（RAM和ROM）、,定,定時(shí)振蕩,器,器（時(shí)鐘,）,）和輸入,輸,輸出接口,（,（I/O,接,接口）等,部,部件。一,片,片芯片就,相,相當(dāng)于一,個(gè),個(gè)微型計(jì),算,算機(jī)，使,用,用者只要,將,將程序編,寫,寫固化到,芯,芯片內(nèi)，,單,單片機(jī)一,上,上電復(fù)位,就,就能按程,序,序執(zhí)行，,完,完成我們,事,事先預(yù)定,的,的任務(wù)。,13,（3）單,片,片機(jī)的特,點(diǎn),點(diǎn)及應(yīng)用,用軟件取,代,代硬件電,路,路，實(shí)現(xiàn),微,微控技術(shù),。,。功能強(qiáng),、,、使用靈,活,活、成本,低,低。,體積小、,功,功耗低，,抗,抗干擾能,力,力強(qiáng)。,單片機(jī)的,應(yīng),應(yīng)用已滲,透,透到各個(gè),領(lǐng),

9、領(lǐng)域，如,各,各種設(shè)備,的,的自動(dòng)控,制,制、智能,儀,儀器儀表,、,、醫(yī)療器,械,械、交通,信,信號(hào)控制,、,、汽車電,子,子控制、,導(dǎo),導(dǎo)彈、導(dǎo),航,航、智能,武,武器、軍,用,用機(jī)器人,等,等。據(jù)報(bào),道,道：20,世,世紀(jì)90,年,年代初期,，,，美國(guó)家,庭,庭平均擁,有,有64個(gè),單,單片機(jī)，,到,到2000年該擁,有,有量已增,至,至226,個(gè),個(gè)。由此,可,可見單片,機(jī),機(jī)的廣闊,應(yīng),應(yīng)用前景,。,。,14,（4）單,片,片機(jī)內(nèi)部,基,基本結(jié)構(gòu),15,（5）外,引,引腳及最,小,小應(yīng)用系,統(tǒng),統(tǒng),以AT89C2051為例,16,引腳功能,說(shuō),說(shuō)明,引腳號(hào),功能,引腳號(hào),功能,1(R

10、ST),復(fù)位輸入,20(VCC),工作電源引腳,2(P3.0),I/O口線P3.0,19(P1.7),I/O口線P1.7,3(P3.1),I/O口線P3.1,18(P1.6),I/O口線P1.6,4(XTAL2),外接晶振引腳2,17(P1.5),I/O口線P1.5,5(XTAL1),外接晶振引腳1,16(P1.4),I/O口線P1.4,6(P3.2),I/O口線P3.2,15(P1.3),I/O口線P1.3,7(P3.3),I/O口線P3.3,14(P1.2),I/O口線P1.2,8(P3.4),I/O口線P3.4,13(P1.1),I/O口線P1.1,9(P3.5),I/O口線P3.5,1

11、2(P1.0),I/O口線P1.0,10(GND),接地引腳,11(P3.7),I/O口線P3.7,17,最小系統(tǒng),應(yīng),應(yīng)用實(shí)例,18,（6）,單,單片機(jī)的,軟,軟件,機(jī)器語(yǔ)言,、,、匯編語(yǔ),言,言、高級(jí),語(yǔ),語(yǔ)言,機(jī)器語(yǔ)言,是,是CPU,能,能夠直接,識(shí),識(shí)別并執(zhí),行,行的最底,層,層的語(yǔ)言,，,，它由一,些,些二進(jìn)制,代,代碼組成,。,。不同系,列,列單片機(jī),其,其代碼意,義,義不相同,。,。,匯編語(yǔ)言,是,是用一些,助,助記符來(lái),代,代替機(jī)器,語(yǔ),語(yǔ)言中的,指,指令代碼,，,，它與機(jī),器,器指令一,一,一對(duì)應(yīng)同,時(shí),時(shí)又便于,人,人們學(xué)習(xí),和,和記憶。,高級(jí)語(yǔ)言,（,（如C語(yǔ),言,言、圖

12、形,化,化語(yǔ)言等,）,）是按一,定,定的語(yǔ)法,規(guī),規(guī)則組成,的,的，它更,加,加符合人,們,們的語(yǔ)言,習(xí),習(xí)慣，程,序,序的可讀,性,性高，編,程,程簡(jiǎn)單快,捷,捷并具有,可,可移植性,。,。,51系列,單,單片機(jī)指,令,令系統(tǒng)具,有,有33種,功,功能，7,種,種尋址方,式,式，共有111條,基,基本指令,。,。,19,亮點(diǎn)流動(dòng),程,程序分析,ORG0000H,START：MOV A，#11111110B;,LOOP,：,：MOVP1，A,ACALL DELAY,；,；調(diào)延時(shí),子,子程序,RL A,；,；A,左,左移一位,SJMPLOOP；轉(zhuǎn),回,回LOOP處再將A送P1,口,口,DELAY

13、:：MOV R7,#80H,L1:：MOVR6,#0FFH,L2:：NOP,NOP,NOP,NOP,DJNZR6,L2,DJNZR7,L1,RET,END,20,圖形化語(yǔ),言,言,基于流程,圖,圖的圖形,化,化語(yǔ)言,基于LabView的圖形,化,化語(yǔ)言,21,（7）設(shè),計(jì),計(jì)與實(shí)踐,教材在第,一,一章第3,節(jié),節(jié)安排了,一,一個(gè)實(shí)踐,活,活動(dòng)，讓,學(xué),學(xué)生制作,一,一個(gè)單片,機(jī),機(jī)最小應(yīng),用,用系統(tǒng)并,編,編寫程序,燒,燒寫到單,片,片機(jī)，最,后,后運(yùn)行觀,察,察結(jié)果并,反,反復(fù)修改,程,程序觀察,結(jié),結(jié)果。,22,23,24,25,26,2、簡(jiǎn)易,機(jī),機(jī)器人的,控,控制電路,內(nèi),內(nèi)容提要,（

14、1）課,標(biāo),標(biāo)的要求,（2）簡(jiǎn),易,易機(jī)器人,常,常用傳感,器,器。,（3）傳,感,感器與單,片,片機(jī)的接,口,口電路,（4）繼,電,電器與單,片,片機(jī)的接,口,口,（5）直,流,流電動(dòng)機(jī),的,的控制,27,（1）課,標(biāo),標(biāo)的要求,1. 了,解,解電子控,制,制系統(tǒng)的,基,基本組成,知道單,片,片機(jī)是一,種,種使用廣,泛,泛的控制,電,電路。,2.知道,常,常見的傳,感,感器及其,作,作用。,3.了解,繼,繼電器的,結(jié),結(jié)構(gòu)和工,作,作原理，,并,并能掌握,簡(jiǎn),簡(jiǎn)單的使,用,用方法。,4.能用,傳,傳感器、,單,單片機(jī)和,繼,繼電器等,安,安裝一個(gè),簡(jiǎn),簡(jiǎn)單控制,裝,裝置，并,進(jìn),進(jìn)行試驗(yàn),。

15、,。,28,29,（2）簡(jiǎn),易,易機(jī)器人,常,常用傳感,器,器,人通過(guò)五,官,官感知外,部,部環(huán)境的,各,各種信息,并,并傳遞到,大,大腦，大,腦,腦綜合分,析,析判斷各,種,種信息后,輸,輸出控制,信,信號(hào)去控,制,制肢體作,出,出相應(yīng)的,動(dòng),動(dòng)作和反,應(yīng),應(yīng)。簡(jiǎn)易,機(jī),機(jī)器人的,電,電子控制,系,系統(tǒng)也與,人,人類似，,它,它通過(guò)各,種,種傳感器,感,感知外部,信,信息后傳,遞,遞到單片,機(jī),機(jī)，單片,機(jī),機(jī)處理后,輸,輸出相應(yīng),控,控制信號(hào),去,去控制相,應(yīng),應(yīng)的執(zhí)行,機(jī),機(jī)構(gòu)作出,反,反應(yīng)。,30,五官與傳,感,感器,感覺,器官,相關(guān)物理量,對(duì)應(yīng)傳感器,視覺,眼,可視光,光敏電阻，光電

16、池、光敏晶體管、CCD等。,聽覺,耳,聲波、振動(dòng),壓電轉(zhuǎn)換元件、麥克風(fēng)等,觸覺,手指、皮膚,壓力,壓敏元件,溫度,皮膚,輻射、溫度,熱敏元件,嗅覺,鼻,氣味,氣體傳感器,味覺,舌,離子檢測(cè)器,31,簡(jiǎn)易機(jī)器,人,人常用傳,感,感器,接觸開關(guān),紅外光電,傳,傳感器,超聲波傳,感,感器,位置位移,傳,傳感器,力覺傳感,器,器,聽覺傳感,器,器,視覺傳感,器,器,32,開關(guān),常用有按,鍵,鍵開關(guān)、,撥,撥動(dòng)開關(guān),和,和接觸開,關(guān),關(guān)（微動(dòng),開,開關(guān)）等,。,。,微動(dòng)開關(guān),往,往往用于,碰,碰觸傳感,，,，如防碰,撞,撞，限位,等,等。,撥動(dòng)開關(guān),往,往往用于,選,選擇輸入,，,，地址編,碼,碼設(shè)定等

17、,。,。,按鍵開關(guān),用,用于復(fù)位,，,，鍵盤等,。,。,33,二、光電,傳,傳感器,光電傳感,器,器有光敏,電,電阻、光,敏,敏二（三,）,）極管、,光,光電池、,光,光電倍增,管,管等，還,有,有CCD,、,、CMOS等圖像,傳,傳感器。,光敏電,阻,阻（也,稱,稱光導(dǎo),管,管）是,一,一種價(jià),格,格低廉,，,，光譜,范,范圍廣,，,，靈敏,度,度高(,暗,暗電阻1100M,、,、亮電,阻,阻1K,以,以下）,且,且使用,方,方便的,光,光敏器,件,件。在,簡(jiǎn),簡(jiǎn)易機(jī),器,器人中,常,常用于,亮,亮度變,化,化檢測(cè),器,器件，,由,由于阻,值,值與光,強(qiáng),強(qiáng)是非,線,線性的,，,，一般,不,

18、不作為,光,光強(qiáng)檢,測(cè),測(cè)器件,。,。,光電池,也,也稱太,陽(yáng),陽(yáng)能電,池,池，它,直,直接將,光,光能轉(zhuǎn),變,變成電,能,能，也,是,是一個(gè),光,光敏器,件,件。它,的,的短路,電,電流與,光,光照度,在,在一定,范,范圍內(nèi),成,成線性,，,，常用,于,于測(cè)量,照,照度（,光,光強(qiáng)）,。,。,34,2.1,紅,紅,外,外光電,傳,傳感器,由一只,紅,紅外發(fā),射,射管和,一,一只紅,外,外光電,二,二極管,組,組成。,由,由于其,價(jià),價(jià)格低,、,、壽命,長(zhǎng),長(zhǎng)、使,用,用方便,等,等特點(diǎn),，,，此類,傳,傳感器,目,目前應(yīng),用,用廣泛,，,，如非,接,接觸性,開,開關(guān)、,遙,遙控、,安,安防等

19、,。,。在簡(jiǎn),易,易機(jī)器,人,人中往,往,往用于,巡,巡線檢,測(cè),測(cè)。,紅外發(fā),光,光管的,材,材料一,般,般為砷,化,化鉀半,導(dǎo),導(dǎo)體，,發(fā),發(fā)光波,長(zhǎng),長(zhǎng)范圍,是,是0.761.5um(,一,一般是930nm）,，,，管壓,降,降為1.01.3V，工,作,作電流2050mA。,35,光敏二,極,極管特,性,性,紅外光,敏,敏二極,管,管在無(wú),光,光照時(shí),其,其反向,電,電阻為,無(wú),無(wú)窮大,，,，正向,電,電阻大,約,約為10K；,有,有光照,時(shí),時(shí)，反,向,向電阻,隨,隨光照,強(qiáng),強(qiáng)度增,加,加而減,小,小，阻,值,值可達(dá),幾,幾K或1K以,下,下。,無(wú)反壓,時(shí),時(shí)，正,向,向電壓,與,與

20、光照,強(qiáng),強(qiáng)度成,比,比例，,一,一般可,達(dá),達(dá)0.20.4V,。,。,應(yīng)用電,路,路：,36,三、超,聲,聲波傳,感,感器,由發(fā)射,和,和接受,兩,兩大部,分,分組成,，,，除了,電,電路，,主,主要器,件,件是超,聲,聲換能,器,器，其,基,基本原,理,理是基,于,于壓電,效,效應(yīng)。,發(fā),發(fā)射與,接,接受往,往,往使用,同,同一個(gè),探,探頭。,超聲波,測(cè),測(cè)距是,通,通過(guò)發(fā),射,射聲波,，,，接受,反,反射回,波,波并計(jì),算,算回波,時(shí),時(shí)間從,而,而得出,與,與反射,物,物體的,距,距離。R=V,T/2,簡(jiǎn)易機(jī),器,器人往,往,往應(yīng)用,超,超聲波,探,探測(cè)前,方,方障礙,物,物的距,離,

21、離，從,而,而實(shí)現(xiàn),避,避障功,能,能。,37,脈沖回,波,波式檢,測(cè),測(cè)示意,圖,圖,38,超聲波,測(cè),測(cè)距的,基,基本特,性,性,測(cè)距精,度,度：17cm/ms,測(cè)距范,圍,圍：小,于,于10,米,米,超聲波,不,不受被,測(cè),測(cè)物體,的,的透明,度,度、顏,色,色、電,導(dǎo),導(dǎo)率的,影,影響，,但,但不適,合,合測(cè)量,海,海棉或,棉,棉織物,等,等吸音,材,材料。,39,四、位,置,置傳感,器,器,位置傳,感,感器既,可,可以用,來(lái),來(lái)檢測(cè),位,位移（,角,角位移,和,和線位,移,移）也,可,可用于,檢,檢測(cè)運(yùn),動(dòng),動(dòng)。在,機(jī),機(jī)器人,中,中應(yīng)用,較,較廣，,如,如手、,腳,腳的移,動(dòng),動(dòng)定

22、位,等,等檢測(cè),。,。,40,4.1,電,電位,器,器式位,置,置傳感,器,器,這是一,種,種最簡(jiǎn),單,單的位,置,置傳感,器,器，有,旋,旋轉(zhuǎn)式,的,的也有,直,直線式,。,。它們,擁,擁有以,下,下特點(diǎn),：,：,1、性,能,能穩(wěn)定,、,、結(jié)構(gòu),簡(jiǎn),簡(jiǎn)單、,精,精度較,高,高。,2、輸,出,出信號(hào),范,范圍可,以,以選擇,。,。,3、輸,入,入輸出,特,特性可,以,以是線,性,性的也,可,可以是,其,其它函,數(shù),數(shù)關(guān)系,。,。,4、具,有,有斷電,保,保持功,能,能。,5、模,擬,擬電壓,輸,輸出，,需,需接A/D轉(zhuǎn),換,換器。,6、屬,于,于接觸,式,式，觸,點(diǎn),點(diǎn)易磨,損,損，壽,命,命

23、有限,。,。,7、有,一,一定的,測(cè),測(cè)量范,圍,圍，需,加,加限位,開,開關(guān)。,41,4.2,光,光,電,電式編,碼,碼器,光電式,編,編碼器,是,是一種,非,非接觸,的,的數(shù)字,位,位置位,移,移傳感,器,器。它,的,的基本,原,原理是,采,采用紅,外,外發(fā)射,接,接受管,，,，檢測(cè),編,編碼盤,的,的位置,或,或移動(dòng),的,的方向,、,、速度,等,等。其,優(yōu),優(yōu)缺點(diǎn),剛,剛好與,電,電位器,式,式相反,，,，它是,數(shù),數(shù)字信,號(hào),號(hào)輸出,，,，接口,方,方便；,非,非接觸,式,式壽命,長(zhǎng),長(zhǎng)；不,需,需限位,可,可以無(wú),限,限次旋,轉(zhuǎn),轉(zhuǎn)等。,有絕對(duì),式,式和增,量,量式兩,種,種形式,。

24、,。,42,絕對(duì)式編碼,器,器的碼盤示,意,意圖,43,增,增量式,編,編碼器,44,增量式編碼,器,器的原理,增量式光電,編,編碼盤上只,有,有A、B、C三條碼道,，,，只需要三,對(duì),對(duì)紅外發(fā)射,接,接受管。在A、B碼道,上,上分別刻有,等,等距離的黑,白,白相間標(biāo)識(shí),（,（或透光縫,隙,隙）并相互,錯(cuò),錯(cuò)開半個(gè)縫,寬,寬（90度,）,），C道只,有,有一個(gè)黑點(diǎn),，,，每轉(zhuǎn)一圈,出,出一個(gè)脈沖,。,。,應(yīng)用增量式,編,編碼器可以,得,得到運(yùn)動(dòng)的,方,方向（正轉(zhuǎn),、,、反轉(zhuǎn)）；,運(yùn),運(yùn)動(dòng)的速度,；,；位移等信,息,息。,45,五、力覺傳,感,感器,有關(guān)力和壓,力,力傳感器種,類,類較多：例,如

25、,如,壓電晶體：,受,受到擠壓會(huì),產(chǎn),產(chǎn)生相應(yīng)電,壓,壓（如電唱,機(jī),機(jī)）；,力敏電阻：,一,一種聚合物,厚,厚膜器件，,其,其阻值隨垂,直,直施加在表,面,面的力的增,加,加而降低。,電阻應(yīng)變片,：,：阻值與形,變,變成正比。,46,六、聲音傳,感,感器,一般采用話,筒,筒（麥克風(fēng),）,）作為聲音,傳,傳感器。有,動(dòng),動(dòng)圈式和電,容,容式兩種。,在,在簡(jiǎn)易機(jī)器,人,人中往往作,為,為檢測(cè)聲音,的,的有無(wú)，聲,音,音的大小等,簡(jiǎn),簡(jiǎn)單聲控功,能,能。,47,（3）傳感,器,器與單片機(jī),的,的接口電路,1、數(shù)字（,開,開關(guān)）量傳,感,感器（如接,觸,觸開關(guān)、光,控,控開關(guān)、聲,控,控開關(guān)等）,可

26、,可直接或稍,加,加變換后接,入,入單片機(jī)。,2、模擬量,傳,傳感器：一,般,般須通過(guò)信,號(hào),號(hào)調(diào)理、A/D變換后,輸,輸入單片機(jī),。,。,48,49,開關(guān)量控制,整,整形電路,50,模擬接口電,路,路,51,（4）繼電,器,器與單片機(jī),接,接口,52,固態(tài)繼電器,工作原理,：使用,可控硅（晶,閘,閘管）,作為功率開,關(guān),關(guān)元件，光,電,電耦合元件,作,作為控制和,隔,隔離器件。,工作特點(diǎn)：,1、無(wú)觸點(diǎn),、,、壽命長(zhǎng)。2、采用光,耦,耦隔離，抗,干,干擾能力強(qiáng),。,。3、控制,簡(jiǎn),簡(jiǎn)單，可控,功,功率大。4,、,、適合交流,控,控制應(yīng)用。,53,固態(tài)繼電器,使,使用方法,54,（5）直流,電,

27、電動(dòng)機(jī)的控,制,制,簡(jiǎn)易機(jī)器人,一,一般采用小,功,功率直流電,動(dòng),動(dòng)機(jī)，其驅(qū),動(dòng),動(dòng)可用晶體,三,三極管或繼,電,電器。其控,制,制有轉(zhuǎn)向和,轉(zhuǎn),轉(zhuǎn)速的控制,。,。,轉(zhuǎn)向采用H,橋,橋電路。,轉(zhuǎn)速采用PWM技術(shù)。,55,轉(zhuǎn)向控制電,路,路,56,轉(zhuǎn)速控制（PWM)原,理,理,57,專用集成控,制,制芯片,58,59,3、簡(jiǎn)易機(jī),器,器人的機(jī)械,傳,傳動(dòng),（1）課標(biāo),的,的內(nèi)容標(biāo)準(zhǔn),（2）齒輪,傳,傳動(dòng),（3）帶傳,動(dòng),動(dòng)與鏈傳動(dòng),（4）平面,連,連桿與凸輪,60,課標(biāo)的要求,（1）知道,一,一般機(jī)械的,組,組成，了解,常,常見的機(jī)械,傳,傳動(dòng)的方式,。,。,例機(jī)械,一,一般由動(dòng)力,部,部分、

28、傳動(dòng),部,部分、執(zhí)行,部,部分和機(jī)體,組,組成。,例常見,的,的機(jī)械傳動(dòng),有,有帶傳動(dòng)、,鏈,鏈傳動(dòng)、齒,輪,輪傳動(dòng)和平,面,面連桿傳動(dòng),等,等。,（2）了解,常,常見齒輪傳,動(dòng),動(dòng)的特點(diǎn)、,形,形式和應(yīng)用,，,，會(huì)計(jì)算簡(jiǎn),單,單的齒輪傳,動(dòng),動(dòng)比。,例 常,見,見的齒輪傳,動(dòng),動(dòng)有圓柱齒,輪,輪傳動(dòng)、圓,錐,錐齒輪傳動(dòng),、,、蝸桿傳動(dòng),和,和齒條傳動(dòng),等,等。,例 蝸,桿,桿傳動(dòng)具有,傳,傳動(dòng)比大、,傳,傳動(dòng)平穩(wěn)、,能,能自鎖等特,點(diǎn),點(diǎn)。,（3）能按,照,照裝配圖樣,安,安裝簡(jiǎn)單的,齒,齒輪裝置，,并,并進(jìn)行調(diào)試,。,。,例裝配電,動(dòng),動(dòng)玩具中的,齒,齒輪箱。,（4）了解,常,常見的連桿,

29、傳,傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的,結(jié),結(jié)構(gòu)及其應(yīng),用,用，能設(shè)計(jì),和,和制作簡(jiǎn)單,的,的連桿裝置,。,。,例收縮,門,門、支架式,工,工具箱中的,平,平行連桿機(jī),構(gòu),構(gòu)，縫紉機(jī),腳,腳踏板的曲,柄,柄連桿機(jī)構(gòu),。,。,例以竹,片,片和細(xì)竹管,等,等為材料制,作,作的可縮放,毛,毛巾架。,（5）能設(shè),計(jì),計(jì)一個(gè)簡(jiǎn)單,的,的電動(dòng)機(jī)械,，,，并進(jìn)行安,裝,裝和調(diào)試。,（6）能設(shè),計(jì),計(jì)和制作一,個(gè),個(gè)由傳感器,、,、單片機(jī)、,繼,繼電器、電,動(dòng),動(dòng)機(jī)和傳動(dòng),機(jī),機(jī)械等組成,的,的簡(jiǎn)易機(jī)器,人,人或簡(jiǎn)單的,自,自動(dòng)控制系,統(tǒng),統(tǒng)，并能通,過(guò),過(guò)試驗(yàn)完成23個(gè)規(guī),定,定的動(dòng)作。,61,機(jī)械傳動(dòng),傳動(dòng)是機(jī)械,中,中的重要組

30、,成,成部分，運(yùn),動(dòng),動(dòng)的機(jī)械都,離,離不開傳動(dòng),。,。同樣，機(jī),械,械傳動(dòng)也是,簡(jiǎn),簡(jiǎn)易機(jī)器人,中,中的一項(xiàng)重,要,要技術(shù)。,常用的機(jī)械,傳,傳動(dòng)有齒輪,傳,傳動(dòng)、帶傳,動(dòng),動(dòng)、鏈傳動(dòng),、,、平面連桿,傳,傳動(dòng)、凸輪,連,連桿傳動(dòng)、,液,液壓傳動(dòng)、,氣,氣壓傳動(dòng)等,。,。,62,一、齒輪傳,動(dòng),動(dòng),齒輪傳動(dòng)特,點(diǎn),點(diǎn),優(yōu)點(diǎn)：,1、適用的,圓,圓周速度和,功,功率范圍較,廣,廣。,2、傳動(dòng)效,率,率高；,3、傳動(dòng)平,穩(wěn),穩(wěn)；,4、結(jié)構(gòu)緊,湊,湊壽命長(zhǎng)工,作,作可靠；,5、可實(shí)現(xiàn),任,任意兩軸之,間,間的傳動(dòng)。,缺點(diǎn)：,1、制造和,安,安裝精度要,求,求較高，成,本,本較高。,2、不適合,較,較

31、大距離的,傳,傳動(dòng)。,3、沒有過(guò),載,載保護(hù)作用,。,。,63,二、齒輪傳,動(dòng),動(dòng)的分類,根據(jù)齒輪兩,軸,軸的相對(duì)位,置,置分類,1、兩軸平,行,行的有：圓,柱,柱齒輪（直,齒,齒、斜齒、,人,人字齒）,2、兩軸相,交,交的有：圓,錐,錐齒輪（直,齒,齒、曲齒）,3、兩軸相,錯(cuò),錯(cuò)的有：螺,旋,旋齒輪,根據(jù)兩齒輪,的,的嚙合方式,分,分類,1、外嚙合,齒,齒輪傳動(dòng),2、內(nèi)嚙合,齒,齒輪傳動(dòng),3、齒輪與,齒,齒條傳動(dòng),64,齒輪傳動(dòng)比,的,的計(jì)算,傳動(dòng)比即,兩,兩運(yùn)動(dòng)齒,輪,輪角速度,之,之比。,設(shè)一對(duì)齒,輪,輪其主動(dòng),輪,輪的角速,度,度為w1,、,、齒數(shù)為z1；從,動(dòng),動(dòng)輪的角,速,速度為w

32、2、齒數(shù),為,為z2，,則,則傳動(dòng)比,為,為：i12=w1/w2=z2/z1,傳動(dòng)比反,映,映速度之,比,比，也反,映,映轉(zhuǎn)矩之,比,比。傳動(dòng),比,比大于1,，,，是減速,傳,傳動(dòng)，傳,動(dòng),動(dòng)力矩增,加,加。反之,是,是加速運(yùn),動(dòng),動(dòng)，傳動(dòng),力,力矩減少,。,。,65,蝸桿蝸輪,傳,傳動(dòng),用來(lái)傳遞,空,空間互相,垂,垂直而不,相,相交的兩,軸,軸間的運(yùn),動(dòng),動(dòng)和動(dòng)力,的,的傳動(dòng)機(jī),構(gòu),構(gòu)。,特點(diǎn),1、傳動(dòng),比,比大，傳,動(dòng),動(dòng)力矩大,。,。,2、結(jié)構(gòu),緊,緊湊。傳,動(dòng),動(dòng)平穩(wěn)。,3、有自,鎖,鎖性能。,66,齒輪系,為了實(shí)現(xiàn),復(fù),復(fù)雜的機(jī),械,械傳動(dòng)，,往,往往會(huì)使,用,用多個(gè)或,多,多種齒輪

33、,組,組成一個(gè),系,系統(tǒng)。,齒輪系分,為,為定軸輪,系,系、周轉(zhuǎn),輪,輪系和復(fù),合,合輪系三,大,大類。,定軸輪系,的,的傳動(dòng)比,是,是指首輪,（,（一般是,主,主動(dòng)輪）,與,與末輪的,角,角速度之,比,比。其計(jì),算,算方法是,將,將逐級(jí)的,傳,傳動(dòng)比相,乘,乘。即：,定軸輪系,的,的傳動(dòng)比,所有從,動(dòng),動(dòng)輪齒數(shù),的,的連乘積/所有主,動(dòng),動(dòng)輪齒數(shù),的,的連乘積,67,定軸輪系,圖,圖例,68,例：定軸,輪,輪系傳動(dòng),比,比的計(jì)算,如圖已知,：,：z1=10,z2=20,z3=80.z310,z4=40,z410,z5=30。,求,求傳動(dòng)比i15。,i15=(z2/z1)(z3/z2)(z4/

34、z3,)(z5/z4,)=-96,69,帶傳動(dòng)與,鏈,鏈傳動(dòng),帶傳動(dòng)和,鏈,鏈傳動(dòng)都,是,是利用中,間,間撓性件,（,（帶或鏈,）,）把主動(dòng),軸,軸的運(yùn)動(dòng),和,和動(dòng)力傳,給,給從動(dòng)軸,的,的。這兩,種,種傳動(dòng)形,式,式適用于,兩,兩軸中心,距,距較大的,傳,傳動(dòng)。,帶傳動(dòng)的,組,組成及其,分,分類：,由主動(dòng)輪,、,、從動(dòng)輪,和,和張緊在,兩,兩輪上的,帶,帶組成。,靠,靠傳動(dòng)帶,與,與帶輪之,間,間的摩擦,力,力來(lái)傳遞,動(dòng),動(dòng)力。,按傳動(dòng)帶,截,截面形狀,分,分為：平,形,形帶、V,形,形帶和圓,形,形帶。,70,帶傳動(dòng)的,特,特點(diǎn),優(yōu)點(diǎn)：,1、適用,于,于兩軸中,心,心距較大,的,的傳動(dòng)。,

35、2、帶具,有,有良好的,彈,彈性，可,以,以緩和載,荷,荷的沖擊,和,和振動(dòng)，,傳,傳動(dòng)平穩(wěn),。,。,3、過(guò)載,時(shí),時(shí)，帶在,輪,輪面上打,滑,滑，可防,止,止損壞其,它,它部件。,4、結(jié)構(gòu),簡(jiǎn),簡(jiǎn)單，加,工,工維護(hù)方,便,便，成本,低,低。,缺點(diǎn)：,不能保持,準(zhǔn),準(zhǔn)確的傳,動(dòng),動(dòng)比，傳,動(dòng),動(dòng)效率較,低,低。,帶傳動(dòng)多,用,用于兩軸,傳,傳動(dòng)比無(wú),嚴(yán),嚴(yán)格要求,、,、中心距,較,較大的機(jī),械,械中。,71,鏈傳動(dòng),與帶傳動(dòng),相,相比有如,下,下優(yōu)點(diǎn)：,1、能傳,遞,遞較大的,圓,圓周力，,無(wú),無(wú)彈性滑,動(dòng),動(dòng)和打滑,現(xiàn),現(xiàn)象，能,保,保持準(zhǔn)確,的,的平均傳,動(dòng),動(dòng)比。,2、鏈條,張,張緊力小

36、,，,，作用在,軸,軸上的壓,力,力也較小,。,。,3、傳動(dòng),效,效率較高,。,。,缺點(diǎn)：,1、只能,用,用于兩根,平,平行軸間,傳,傳遞運(yùn)動(dòng),與,與動(dòng)力。,2、無(wú)過(guò),載,載保護(hù)作,用,用。,3、工作,噪,噪音大，,需,需要潤(rùn)滑,。,。,72,平面連桿,與,與凸輪機(jī),構(gòu),構(gòu),連桿機(jī)構(gòu),是,是一種應(yīng),用,用十分廣,泛,泛的機(jī)構(gòu),。,。下圖是,常,常見的幾,種,種連桿機(jī),構(gòu),構(gòu)。它們,的,的共同特,點(diǎn),點(diǎn)是：其,原,原動(dòng)件1,的,的運(yùn)動(dòng)都,要,要經(jīng)過(guò)一,個(gè),個(gè)不直接,與,與機(jī)架相,連,連的中間,構(gòu),構(gòu)件2才,能,能傳動(dòng)從,動(dòng),動(dòng)件3。,中,中間構(gòu)件2稱為連,桿,桿，這些,機(jī),機(jī)構(gòu)統(tǒng)稱,為,為連桿機(jī)

37、,構(gòu),構(gòu)。,73,連桿機(jī)構(gòu),傳,傳動(dòng)特點(diǎn),1、連桿,機(jī),機(jī)構(gòu)中的,運(yùn),運(yùn)動(dòng)副一,般,般都是低,副,副，可承,受,受較大的,載,載荷。,2、當(dāng)原,動(dòng),動(dòng)件的運(yùn),動(dòng),動(dòng)規(guī)律不,變,變，可用,改,改變各構(gòu),件,件的相對(duì),長(zhǎng),長(zhǎng)度來(lái)使,從,從動(dòng)件得,到,到不同的,運(yùn),運(yùn)動(dòng)規(guī)律,。,。,3、可以,很,很方便地,達(dá),達(dá)到增力,、,、擴(kuò)大行,程,程、實(shí)現(xiàn),遠(yuǎn),遠(yuǎn)距離傳,動(dòng),動(dòng)等功能,。,。,4、不易,于,于實(shí)現(xiàn)精,確,確的復(fù)雜,運(yùn),運(yùn)動(dòng)，不,適,適合高速,傳,傳動(dòng)的場(chǎng),合,合。,74,凸輪機(jī)構(gòu),的,的特點(diǎn),結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單,、,、緊湊、,設(shè),設(shè)計(jì)方便,。,。,易于磨損,，,，適用于,傳,傳動(dòng)力不,大,大、低速,的,的場(chǎng)合。,75,內(nèi)容簡(jiǎn)介,1、使用,平,平臺(tái)式簡(jiǎn),易,易機(jī)器人,制,制作自動(dòng),尋,尋光機(jī)器,人,人案例。,2、用拼,裝,裝式簡(jiǎn)易,機(jī),機(jī)器人制,作,作滅火機(jī),器,器人案例,。,。,76,演講完畢,，,，謝謝觀,看,看！,