智能机器人构成原理

第二章智能机器人构成原理主讲：张涛Email:[e-mail]电话：[phone]办公室：1#实验楼1505河南理工大学电工电子实验中心机器人研究室第二章智能机器人构成原理•物理学家来告诉我们•一、怎样制造智能机器人？机器人研究室第二章智能机器人构成原理•物理学家来告诉我们•一、怎样制造智能机器人？•PrimaryObjectives（基本目标）•（一）RecognizetheEnvironment（识别环境）•（二）Learnonitsown（自主学习）•（三）Super-fastbrain（超快大脑）•（四）VersatileBody（多功能本体）机器人研究室•PrimaryObjectives（基本目标）•（一）RecognizetheEnvironment（识别环境）•（二）Learnonitsown（自主学习）•（三）Super-fastbrain（超快大脑）•（四）VersatileBody（多功能本体）第二章智能机器人构成原理一般可以分为硬件和软件两部分构成•二、智能机器人的构成硬件软件机器人研究室第二章智能机器人构成原理从结构和功能上来分：•三、智能机器人的硬件构成•（一）RecognizetheEnvironment（识别环境）•（三）Super-fastbrain（超快大脑）•（四）VersatileBody（多功能本体）机器人研究室第二章智能机器人构成原理（一）RecognizetheEnvironment（识别环境）——各种传感器来实现（机器感觉）•三、智能机器人的硬件构成我们人类是通过眼睛来观察事物、耳朵来辨别声音、手脚来触摸事物、鼻子来辨别气味、舌头来感觉味道等，那机器人用什么来感世界呢？机器人研究室第二章智能机器人构成原理（一）RecognizetheEnvironment（识别环境）——各种传感器来实现（机器感觉）•三、智能机器人的硬件构成•1、碰撞传感器碰撞传感器是使智能机器人有感知碰撞信息能力的传感器。也叫“限位开关”。机器人研究室第二章智能机器人构成原理•三、智能机器人的硬件构成•2、远红外传感器远红外传感器将外界红外光的变化转化为电流的变化，在电阻上产生电压，通过A/D转换器反映为0~1023范围内的数值。外界红外光越强，数值越小。因此越靠近热源，机器人显示读数越小。根据函数返回值的变化能判断红外光线的强弱,从而能大致判别出热源的远近。（一）RecognizetheEnvironment（识别环境）——各种传感器来实现机器人研究室第二章智能机器人构成原理•三、智能机器人的硬件构成•3、光敏传感器光敏传感器其实是一个光敏电阻，它的阻值受照射在它上面的光线强弱的影响。大学版机器人智能机器人所用的光敏电阻的阻值在很暗的环境下为75ＫΩ，室内照度下几千Ω，阳光或强光下几十Ω。（一）RecognizetheEnvironment（识别环境）——各种传感器来实现机器人研究室第二章智能机器人构成原理•三、智能机器人的硬件构成•4、麦克风麦克风(microphone)是能够识别声音声强大小的声音传感器。（一）RecognizetheEnvironment（识别环境）——各种传感器来实现机器人研究室第二章智能机器人构成原理•三、智能机器人的硬件构成•5、光电编码器光电编码器是一种能够传递位置信息的传感器，它由光电编码模块及码盘组成。（一）RecognizetheEnvironment（识别环境）——各种传感器来实现机器人研究室第二章智能机器人构成原理•三、智能机器人的硬件构成•6、热释电传感器热释电传感器对移动的人体热源敏感，可以探测几米外的人体。机器人装上1个或几个热释电传感器后，你可以让他一看见你，就向你迎过来，让他跟着你走。（一）RecognizetheEnvironment（识别环境）——各种传感器来实现机器人研究室第二章智能机器人构成原理•三、智能机器人的硬件构成•7、超声传感器超声传感器是机器人测距的专业传感器，测量距离一般为20cm-6m，测量精度为1%，是测量声波发射与收到回波之间的时间差来测量距离的。（一）RecognizetheEnvironment（识别环境）——各种传感器来实现机器人研究室第二章智能机器人构成原理•三、智能机器人的硬件构成•8、连续测距红外传感器SHARP公司推出了创新的GP2D02/GP2D12连续测距红外传感器，测量范围为10cm-80cm，参加灭火比赛时，用它来找房间门非常棒。（一）RecognizetheEnvironment（识别环境）——各种传感器来实现机器人研究室第二章智能机器人构成原理•三、智能机器人的硬件构成•9、数字指南针自主机器人的导航至今仍是世界性难题，借助数字指南针，可以使大学版机器人辨别方向。（一）RecognizetheEnvironment（识别环境）——各种传感器来实现机器人研究室第二章智能机器人构成原理•三、智能机器人的硬件构成•10、温度传感器想让机器人动态告诉你气温吗？加一个温度传感器是个好方法。（一）RecognizetheEnvironment（识别环境）——各种传感器来实现机器人研究室第二章智能机器人构成原理•三、智能机器人的硬件构成•11、无线视觉传感器用智能机器人来作移动的监视平台。你可以在上安装无线摄像头，把视频信号发射出来，用PC机接收后进行图象处理。（一）RecognizetheEnvironment（识别环境）——各种传感器来实现机器人研究室第二章智能机器人构成原理•三、智能机器人的硬件构成•11、红外避障传感器用来探测的不同方向的障碍物，可以使机器人有效的避开障碍物。（一）RecognizetheEnvironment（识别环境）——各种传感器来实现机器人研究室第二章智能机器人构成原理•三、智能机器人的硬件构成还有各种各样的传感器，如火星车上的矿物质传感器，用来探测火星上的岩石的元素，从而来推测火星上是否有水的存在；湿度传感器、烟雾传感器等等。总之，随着电子技术、纳米技术、控制技术、机械加工等科技的发展，传感器技术进一步发展，能够为智能机器人提供更多的先进的传感器，使其“感觉”更加丰富。（一）RecognizetheEnvironment（识别环境）——各种传感器来实现机器人研究室智能机器人构成原理（三）Super-fastbrain（超快大脑）•三、智能机器人的硬件构成我们人类是通过眼睛来观察事物、耳朵来辨别声音、手脚来触摸事物、鼻子来辨别气味、舌头来感觉味道等，把这些信息送到大脑里，进行判断处理，指挥我们的肢体进行相应的动作，那机器人用什么来进行思考呢？各种处理器机器人研究室智能机器人构成原理（三）Super-fastbrain（超快大脑）——各种处理器•三、智能机器人的硬件构成•处理器通常指微处理器、微控制器和数字信号处理器这三种类型的芯片。1、微处理器（MPU）通常代表一个功能强大的CPU,但不是为任何已有的特定计算目的而设计的芯片。这种芯片往往是个人计算机和高端工作站的核心CPU。微处理器在电路板上必须包含ROM、RAM、总线接口及这种外设器件，从而降低了系统的可靠性。ARM9以上和INTELX86等。机器人研究室智能机器人构成原理（三）Super-fastbrain（超快大脑）——各种处理器•三、智能机器人的硬件构成2、微控制器（MCU）微控制器一般以某一种内核为核心，芯片内部集成ROM、E2ROM、RAM、总线、总线逻辑、定时、计数器、看门狗、GPIO、PWM、AD、DA、FLASH等各种必要功能和外设，实现嵌入式应用,故称单片机(singlechipmicrocomputer)。为了更好满足控制领域的嵌入式应用,单片机中不断扩展满足控制要求的电路单元。目前,单片机已广泛称作微控制器（MCU）。ARM7、ARMCortexM3内核组成的芯片等。机器人研究室智能机器人构成原理（三）Super-fastbrain（超快大脑）——各种处理器•三、智能机器人的硬件构成3、数字信号处理器（DSPs）数字信号处理器（DSPs）里的CPU是专门设计用来极快地进行离散时间信号处理计算的,比如那些需要进行音频和视频通信的场合。DSPs内含乘加器,能比其它处理器更快地进行这类运算。最常见的是TI的TMS320CXX系列和Motorola的5600X系列。机器人研究室智能机器人构成原理（三）Super-fastbrain（超快大脑）——各种处理器•三、智能机器人的硬件构成4、可编程控制器（PLC）可编程控制器(ProgrammablelogicController)，是指以计算机技术为基础的新型工业控制装置。说明的是PLC其实也是单片机做的，只是特殊的单片机专用的一类芯片），主要特点；稳定性高。缺点：价格高。机器人研究室智能机器人构成原理（三）Super-fastbrain（超快大脑）——各种处理器•三、智能机器人的硬件构成5、PC机——计算机直接用我们的计算机，来做为机器人的大脑进行复杂的数据处理，来控制机器人相应的动作。机器人研究室智能机器人构成原理（三）Super-fastbrain（超快大脑）——各种处理器•三、智能机器人的硬件构成•目前我们常用的处理器有哪些呢？1、8051单片机最早有Intel公司推出8051/31类单片机,也是世界上使用量最大的几种单片机之一.由于Intel公司将重点放在186,386,奔腾等与PC类兼容的高档芯片开发上,8051类单片机主要有Philips,三星,华帮等公司接手.这些公司在保持与8051单片机兼容基础改善了8051的许多特点.提高了速度,降低了时钟频率,放宽了电源电压的动态范围,降低了产品价格.机器人研究室智能机器人构成原理（三）Super-fastbrain（超快大脑）——各种处理器•三、智能机器人的硬件构成•2、Atmel单片机ATMEL公司最令人注目的是它的EEPROM电可擦除技术、闪速存储器技术。其生产的AT90系列是增强型RISC内载FLASH单片机,通常称为AVR系列.AT91M系列是基于ARM7TDMI嵌入式处理器的ATMEL16/32微处理器系列中的一个新成员该处理器用高密度的16位指令集实现了高效的32位RISC结构且功耗很低.另外ATMAL的增强型51系列单片机目前在市场上仍然十分流行,其中AT89S51/52十分活跃.机器人研究室智能机器人构成原理（三）Super-fastbrain（超快大脑）——各种处理器•三、智能机器人的硬件构成•3、Microchip单片机Microchip单片机是市场份额增长最快的单片机.他的主要产品是16C系列8位单片机,CPU采用RISC结构,仅33条指令,运行速度快,且以低价位著称,一般单片机价格都在1美元以下.Microchip单片机没有掩膜产品,全部都是OTP器件(现已推出FLASH型单片机).Microchip强调节约成本的最优化设计,是使用量大,档次低,价格敏感的产品.机器人研究室智能机器人构成原理（三）Super-fastbrain（超快大脑）——各种处理器•三、智能机器人的硬件构成•4、TI公司的MSP430系列单片机MSP430系列单片机是由TI公司开发的16位单片机。其突出特点是超低功耗，非常适合于各种功率要求低的场合。有多个系列和型号，分别由一些基本功能模块按不同的应用目标组合而成。典型应用是流量计、智能仪表、医疗设备和保安系统等方面。由于其较高的性能价格比，应用已日趋广泛。机器人研究室智能机器人构成原理（三）Super-fastbrain（超快大脑）——各种处理器•三、智能机器人的硬件构成•5、凌阳单片机中国台湾凌阳科技股份有限公司(SunplusTechnologyCO.LTD)至力于8位和16位机的开发.SPMC65广泛应用于家用电器、工业控制、仪器仪表、安防报警、计算机外围等领域。SPMC75系列单片机自主知识产权的MSP（MicrocontrollerandSignalProcessor）16位微处理器SPMC75系列单片机集成了多种功能模