生产实习报告

1生产实习报告姓名：同组员：班级：102103学号：1002103指导教师：谢玮2一、生产实习的任务及要求：1、目的：本次实习从业务层面来说，就是以机器人设计平台为载体，使学生熟悉自动化设备的开发、安装和调试方法；了解典型的自控元器件的使用和选型原则、设计原则以及系统综合集成方法；了解基于机械手、气缸和PLC平台组成的自动化生产线的设计和调试方法、工作原理和生产流程，使学生开阔眼界，拓宽知识面，为学好专业课积累必要的感性知识，为今后从事自动化行业的系统设计、安装、调试和故障诊断等工作打下有力的基础。2、内容：本次试验具体要完成以下几个任务：（1）熟悉机器蛇的运行状态和动力学原理；（2）熟悉基于行为的机器人系统系统分析和设计方法；（3）熟悉机器人常用的几种传感器的感知信息采集方法；（4）熟悉构建智能机器人系统的基本构件—舵机的设计原理、使用方法和调试方法。（5）掌握利用开放式实验平台所提供的机构配件，手工组装蛇形机器人的方法，充分训练动手能力和空间想象能力。（6）熟悉基于行为的机器人系统系统分析和设计方法；（7）掌握蛇形机器人的调试方法，熟悉相关的编程环境和下载工具，并且能在此基础上，结合传感信息进行闭环控制；通过本次项目的训练，结合自己所学知识，总结分布式控制系统的构建和编程方法。3报告一舵机的实验一、舵机：ProMOTIONCDS系列机器人舵机属于一种集电机、伺服驱动、总线式通讯接口为一体的集成伺服单元，主要用于微型机器人的关节、轮子、履带驱动，也可用于其他简单位置控制场合。CDS5500系列的通讯指令集开放，通过异步串行接口与用户的上位机(控制器或PC机)通讯，您可对其进行参数设置、功能控制。通过异步串行接口发送指令，可以设置为电机控制模式或位置控制模式。二、通过调试器控制电机1、原理图图12、实验步骤（1）按照图3-3连接硬件，实验配置有PC机、调试器、两个舵机、电源供电模块和USB转串口线。（2）将这些硬件按照老师的指导和图1连接起来。（3）将USB转串口线插到PC机的USB口上，会提示硬件设备的安装，安装程序名为“UP-AVRISP驱动”。程序安装好后，会在PC机种虚拟一个串口，需要记下这个串口号。（4）打开“RobotServoTerminal2.1.10.402_Setup”调试软件。填入从（3）中得到的串口号，点击“open”按钮，调试软件会自动搜索到所连舵机的ID号，随后我们就可点击右边的调试菜单对舵机进行调试实验。注意调试器上有三个指示灯，通过左下角的按钮开关可以进行切换，此时应该切到SERVO的模式。随后点击“Stop”进入调试界面。4（5）在调试界面中，点击相应的按钮，则舵机会实时的跟随其运动。在“Observe”菜单中，还会观察到舵机的实时运行波形。（6）在“Display”菜单中，设置两个舵机进行随动，进行调试。三、注意事项如果要连接两个以上的舵机，每个舵机的ID号必须不同，可用机器人舵机调试系统进行设置；注意调试器上有三个指示灯，通过左下角的按钮开关可以进行切换，此时应该切到SERVO的模式四、问题讨论1、根据同学们以前所学知识和经验积累，如果让你来设计舵机，它里边的结构应该是怎样的？答：是一种具有闭环控制系统的机电结构，首先要有接受控制器发出的信号的电路板，然后有接受电路板处理的信号的马达，然后还有传递动力的减速器，还有检测位置的传感器。2、请用所学的自控理论来说明，CDS5500系列的舵机是如何实现位置（角度）闭环控制的，为使系统稳定，需要什么样的控制算法。答：舵机其实就是一个闭环控制系统，在反馈的为直接一个检测位置或者角度的传感器，检测到的信号反馈给舵机内部的单片机，单片机发出的控制信号来驱动马达的转动，转动的位置或者角度被传感器接受，从而实现位置或者角度的闭环控制。控制算法为PID算法。3、在平时的课程设计或者参加的电子大赛中，你们有没有用过舵机，请说出你用的舵机的型号和控制方式。如果没有用过，请查阅相关资料，熟悉几种常用的舵机及应用方式。答：在做智能小车时用过舵机。常用Futaba、JR、FET、Hitec、Sanwa系列舵机。应用方式为，首先给舵机供5v的直流电源，信号端接幅值为5v，频率为50HZ的PWM波，改变PWM波占空比，即可调整舵机角度。5五、实验总结通过本次实验，可以对构建机器人关节最重要的部件—舵机的原理、控制方式以及如何使用进行初步认识，为下一步的系统实验打好基础。报告二基于AVR单片机的控制器开发实验一、MultiFLEX™2-AVR控制器1、MultiFLEX™2-AVR控制器是一款小型机器人通用控制器。控制器采用AVR系列ATmega128单片机作为主处理器。ATmega128能够运行在16MHz的频率下，对于轻量级的自动控制系统而言有足够的数据处理能力。MultiFLEX™2-AVR控制器可以处理IO、AD和总线数据，控制R/C舵机、数字舵机，MultiFLEX™2-AVR控制器功能高度集成，使用配套的图形化集成开发环境NorthStar，是构建小型机器人的最佳选择。我们为MultiFLEX™2-AVR控制器编写了功能完善的服务程序模板，并将所有功能函数做了封装，提供方便调用的API接口，如果您熟悉C语言，就可以直接调用这些函数接口编写程序，不用费心编写调试单片机底层程序，将注意力放在机器人上层控制算法上。MultiFLEX™2-AVR控制器的主要配置：1）主处理器：ATmega128@16MHz，协处理器：ATmega8@16MHz；2）6个机器人舵机接口，完全兼容RobotisDynamixelAX12+；3）8个R/C舵机接口；4）12个TTL电平的双向I/O口，GND/VCC/SIG三线制；5）8个AD转换器接口（0-5V）；6）2个RS-422总线接口(可挂接1-127个422设备)；7）1个无源蜂鸣器；8）通过RS-232与上位机通讯，可选无线通讯模组；9）使用USB接口的AVR-ISP下载调试器。2、MultiFLEX™2-AVR控制器的电气接口图6图2二、MultiFLEXTM2–AVR控制器实验1、准备工作（1）安装NorthSTAR开发环境（2）连接Up-Debugger调试器（3）连接控制器、调试器和PC机2、NorthSTAR开发过程实验（1）建立工程（2）编译下载（3）总结：这个实例介绍了NorthSTAR对MultiFLEX™2-AVR控制器进行开发的过程，不论多复杂的程序，都需要走这个开发过程。3、I/O口读取实验在这个实验里，将用一个触碰开关去控制一个LED的亮灭，完成一个根据IO输入来控制IO输出的功能。将一个LED连接到IO0，再将一个触碰开关连接到IO1。控制器通过UP-Debugger调试器连接到PC机，打开控制器电源。（1）新建工程7新建一个工程，并进行相应的初始化工作，并进行逻辑判断，正确连接所有控件、绘制程序流程图，以保证最终实验的可靠实现，如图2所示。图3控制程序（2）下载运行点击工具栏的“编译”，等待程序编译结束。若未出现错误提示，点击“下载”将编译结束后的程序下载到控制器上。下载结束后程序将会自动运行。此时会看到程序启动后，连接在IO0上的LED点亮了。按下IO1上的触碰开关，可以看到LED灭掉，松开触碰开关，LED再次亮起。（3）总结在个实验里，通过MultiFLEX™2-AVR控制器的IO端口获取了一个开关量的输入，同时输出一个开关量控制LED的亮灭。4、A/D接口实验在这个实验里，练习控制器AD接口的操作，具体使用一个红外测距传感器控制一个数字舵机的转动。通过红外探测器获取的距离值大小来控制舵机的转动角度。这个实验里，需要将一个AD量的红外测距传感器，一个CDS55系列舵机。连接红外传感器到控制器的AD0接口。将舵机ID设置为1，连接到控制器的RobotServo舵机接口上。将控制器和PC机用UP-Debugger调试器连接起来，打开控制器电源。（1）建立工程8新建工程，根据要实现功能，选择相关控件，正确进行逻辑判断，流程图如图3所示。图4控制程序（2）下载运行点击工具栏的“编译”，等待程序编译结束。若未出现错误提示，点击“下载”将编译结束后的程序下载到控制器上。下载后程序即开始运行。程序启动后，舵机会轻微的转动一个角度，如果未出现这个现象，可用手轻轻拧动舵机的舵盘，如果舵盘角度位置锁死，也是程序启动的表现。接下来，将连接在AD0的红外测距传感器对准一个平面，缓慢的拉远或推近，观察舵机转角是否跟随变化。（3）总结在个实验里，通过MultiFLEX™2-AVR控制器的AD端口获取了一个模拟量的输入，同时输出一个舵机角度以观察获取值的大小变化。5、控制器对舵机的控制实验在这个实验里，需要用到两个舵机，让其中一个舵机工作在Servo模式，按一定的周期在两个固定角度之间来回摆动；而另一个舵机工作在Motor模式，按同样的周期在正反两个方向上旋转。准备两只舵机，ID号分别设置为1和2，并将其连接到控制器面板的RobotServo的任意一个数字舵机插座上。将控制器9通过UP-Debugger调试器连接到PC机上，打开控制器电源。（1）建立工程新建工程，选择控件，进行逻辑连接，如图4所示。图5控制程序（2）下载运行点击工具栏的“编译”，等待程序编译结束。若未出现错误提示，点击“下载”将编译结束后的程序下载到控制器上。下载后程序即开始运行。程序启动后，ID为1的舵机会先转到一个角度（300），ID为2的舵机会先以300的速度正转，停留3秒之后ID为1的舵机会转到另一个角度（600），ID为2的舵机会以-300的速度反转，停留3秒之后又回到第一状态，如此反复。（3）总结这个实验实现了MultiFLEX™2-AVR控制器的控制两个舵机工作在不同的模式下工作。三、问题讨论1、你平时都用过哪些单片机开发板，有没有想过封装成一个控制器，软硬件都结构化？答：用过51、AVR单片机。想过将其封装成一个软硬件都结构化的控制器，其好处在于调用的时候方便快捷，易于编程，使编程简单化，程序更具有结构性。102、如果让你自己设计一个单片机控制板，MCU的选择不限，那怎样设计控制板与舵机之间的接口？请思考图5的连接方式是否有效？图6单片机系统与CDS5500系列舵机的接口电路图答：在接口电路部分使用光电耦合器件，用于增加整个控制系统的抗干扰能力。有效。其原理是单片机先通过串口确定舵机是ID是否是要控制的舵机ID，如果是则发送控制信号，这样更加节省IO口，实现了总线控制。3、对照MorthSTAR的左边图形化界面，能否看懂右边框里对应的结构化程序，对于单片机系统开发而言，如何实现软件的模块化？答：MorthSTAR边框里对应的结构化程序与左边图形化界面是一一对应的，每一个模块图形都有一段程序与之对应。软件模块化就是讲复杂的程序封装成一个个子函数，用到时直接调用即可4、如果不用NorthSTAR的编程环境，能否在AVR的编程环境中直接用C语言编写程序，仍然在此控制器上进行下载和实验？答：能，NorthSTAR的流程图编程与C语言编程是等效的。11报告三机器蛇的设计实验一、蛇形机器人研究背景蛇形机器人由于其天生的多关节、多自由度，多冗余自由度，可以有多种运动模式，可以满足在复杂环境中搜救、侦查、排除爆炸物等反恐任务；航空航天领域可用其作为行星表面探测器，轨道卫星的柔性手臂；工业上则可应用于多冗余度柔性机械手臂，管道机器人等方面。因此，蛇形机器人在战场上扫雷，爆破，矿井和废墟中探测营救，管道维修以及外行星地表探测等条件恶劣，且要求有高可靠性的领域有着广阔的应用前景。二、机器蛇的运行机理本项目从仿生学的角度，结合机器人动力学和摩擦学等的相关理论，建立了基于行为控制理论的蛇类运动学模型，把蛇类生物的复杂运动形式化解为局部的、简单的行波状态，并以固定的相位差沿蛇体进行传播。在电路设计上采用“分布式底层运动控制+高层中枢决策”的控制逻辑，通过RS485通讯。上位机运用基于AVR的单片机控制，通过对总线的定时轮询来控制机器蛇的每个关节，完成先进分