竞赛机器人设计与实践

目录
第1章 绪论
1.1 机器人比赛的发展 1
1.2 机器人比赛的特点 4
1.3 机器人比赛的分类 5
1.4 机器人比赛的场地及环境 7
1.5 机器人比赛的要求 8
1.6 评分标准 9
1.7 竞赛机器人的构成 9
第2章 竞赛机器人的机械结构设计
2.1 机械结构设计软件Pro/ENGINEER 13
2.2 机械零件设计的一般准则及步骤 17
2.3 传动方式及通用零部件 18
2.4 工具准备 24
2.4.1 锯切工具 24
2.4.2 打孔工具 24
2.4.3 夹持定位工具 25
2.4.4 划线工具 25
2.4.5 螺丝刀 26
2.4.6 常用机床 26
2.5 常用材料 27
2.5.1 铝 27
2.5.2 轻木头 27
2.5.3 碳纤维 28
2.5.4 HDPE 28
2.6 竞赛机器人移动方式的选择 29
2.7 电机选择 31
2.7.1 转动惯量的物理定义 32
2.7.2 转动惯量与转矩的关系 32
2.7.3 负载惯量的计算 33
2.7.4 机构经加速或减速后负载惯量的计算 35
2.7.5 负载转矩的计算 36
2.7.6 伺服电机的选用 41
2.7.7 步进电机的选用 42
2.7.8 单位换算 43
2.7.9 电机选用实例 44
第3章 驱动与控制
3.1 直流电机的结构特点 47
3.2 PWM功率放大电路 48
3.2.1 直流电机的驱动 48
3.2.2 PWM功率放大原理 48
3.2.3 标准的PWM功率放大器 50
3.2.4 集成PWM功率放大器 52
3.3 直流电机的伺服控制 54
3.3.1 伺服系统的一般结构 54
3.3.2 全数字伺服系统 55
3.3.3 伺服系统的数字PID算法 57
3.3.4 使用集成电机控制器构成的电机伺服系统 60
3.3.5 多轴电机运动控制器简介 63
3.4 步进电机控制 67
3.4.1 步进电机的驱动 74
3.4.2 步进电机的单极性驱动 74
3.4.3 步进电机的双极性驱动 77
3.4.4 步进电机的细分驱动 78
3.4.5 步进电机的驱动电路举例 80
3.5 舵机驱动与控制 83
3.5.1 舵机的结构及工作原理 83
3.5.2 舵机的驱动电路 84
3.5.3 舵机的控制电路 85
第4章 无线遥控收发装置
4.1 无线遥控的基本原理 87
4.2 无线遥控收发模块 88
4.2.1 无线遥控接收模块 88
4.2.2 无线遥控发射模块 89
4.3 无线遥控收发装置原理及应用 91
4.4 遥控距离为1000m的三通道无线遥控器的调试 94
第5章 电源
5.1 电池 97
5.1.1 —次性电池 97
5.1.2 蓄电池 98
5.2 电池的选用方法 101
5.3 充电器/放电器 102
5.4 CPU用5V电源电路 103
第6章 机器人的感觉
6.1 五官与传感器 105
6.2 感知与认识 106
6.3 机器人的传感器 106
6.4 开关 107
6.5 巡线传感器 107
6.5.1 红外光电反射式传感器 108
6.5.2 辨色传感器 111
6.5.3 安装与调试 113
6.5.4 加大检测距离的方法 115
6.5.5 由反射光的强度检测距离 116
6.6 超声波传感器 117
6.6.1 超声波传感器的原理 117
6.6.2 超声波距离传感器的应用举例 119
6.7 旋转编码器 120
6.8 陀螺 121
6.9 加速度传感器 123
第7章 材料分选机器人设计案例
7.1 竞赛的基本介绍 125
7.1.1 比赛场地及道具 125
7.1.2 机器人设计与器材要求 128
7.1.3 比赛过程 129
7.1.4 计分和成绩评定方法 129
7.1.5 比赛要点 130
7.2 机械结构设计 130
7.2.1 机构总体方案选择 130
7.2.2 取料器 131
7.2.3 乒乓球分选机构及过程 133
7.2.4 方块分选机构及过程 133
7.2.5 巡线底盘 134
7.3 电子部分设计 135
7.3.1 供电模块 135
7.3.2 单片机*小系统 136
7.3.3 传感器电路 136
7.3.4 舵机接口电路 137
7.3.5 电机驱动及接口电路 138
7.3.6 八段码显示电路 139
7.3.7 红外线接口电路 140
7.3.8 RS-232 串行通信接 口 141
7.3.9 控制板测试电路 141
7.3.10 总控制板 142
7.4 开发软件 143
7.4.1 KEIL C 简介 143
7.4.2 KEIL C 的使用 144
7.5 STC_ISP_V3.91 程序烧写软件 148
7.6 软件设计 149
7.6.1 移动模块的巡线程序设计 150
7.6.2 机器人方向控制程序设计 151
第8章 搬运竞赛机器人设计案例
8.1 大赛基本介绍 179
8.1.1 竞赛内容 179
8.1.2 比赛场地及道具 179
8.1.3 机器人设计与器材要求 183
8.1.4 比赛过程 184
8.1.5 评分标准及方法 185
8.1.6 比赛要点 185
8.2 底盘 185
8.2.1 机械结构 185
8.2.2 电子部分 187
8.3 自动机器人 200
8.3.1 机械结构 200
8.3.2 电子部分 204
8.3.3 程序 209
8.4 手动机器人 216
8.4.1 机械结构 216
8.4.2 电子部分 216
8.4.3 程序 218
第9章 “飞思卡尔”杯全国大学生智能汽车竞赛
9.1 基本介绍 225
9.1.1 竞赛要求 226
9.1.2 整车设计思路 230
9.2 总体方案 231
9.2.1 系统总体方案的选定 231
9.2.2 系统总体方案的设计 231
9.3 智能车机械结构优化 231
9.3.1 智能车的整体结构 231
9.3.2 智能车机械机构调整 232
9.3.3智能车后轮减速齿轮机构调整 236
9.3.4 智能车转向机构调整优化 236
9.3.5 其他机械结构的调整 238
9.4 电路设计 238
9.4.1 路径检测单元 238
9.4.2 电源管理单元 240
9.4.3 车速检测单元 241
9.4.4 电机驱动单元 242
9.4.5 无线调试单元 244
9.5 软件设计、控制策略及算法 245
9.5.1 总体程序设计 245
9.5.2 弯道策略分析 246
9.5.3 舵机转角控制方案 246
9.5.4 电机驱动控制方案 247
9.5.5 激光扫描方案 248
9.5.6 路况检测方案 248
9.6 系统调试 249
9.6.1 开发调试工具 249
9.6.2 仿真调试 250
9.7 赛车参数 255