序号：编码：附件4：第九届“挑战杯”甘肃省大学生课外学术科技作品竞赛作品申报书作品名称：写字机器人学校全称：兰州理工大学技术工程学院申报者姓名（集体名称）：尤生伟张金鹏曹智刚朱倩汪岩类别：□自然科学类学术论文□哲学社会科学类社会调查报告和学术论文■科技发明制作A类□科技发明制作B类说明1．申报者应在认真阅读此说明各项内容后按要求详细填写。

2．申报者在填写申报作品情况时只需根据个人项目或集体项目填写A1或A2表，根据作品类别（自然科学类学术论文、哲学社会科学类社会调查报告和学术论文、科技发明制作）分别填写B1、B2或B3表。

所有申报者可根据情况填写C表。

3．表内项目填写时一律用钢笔或打印，字迹要端正、清楚，此申报书可复制。

4．序号、编码由“竞赛组委会填写。

5．学术论文、社会调查报告及所附的有关材料必须是中文（若是外文，请附中文本），请以4号楷体打印在A4纸上，附于申报书后，字数在8000字左右（文章版面尺寸14.5×22cm）。

6．2013年3月6日前将作品（须为打印件）及《申报书》各一式两份报送至竞赛组委会办公室。

《申报书》和作品正文分开装订，作品正文部分除作品名称外，不能出现任何与作者及申报单位有关的任何信息，否则不通过资格审查。

7．作品申报书须按要求由各校竞赛组织协调机构统一报送。

8．其他参赛事宜请向本校竞赛组织协调机构咨询。

9．报送地址：第九届“挑战杯”甘肃省大学生课外学术科技作品竞赛组委会办公室（天水师范学院团委）联系人：白斌峰联系电话：（0938）8366466地址：天水市秦州区藉河南路105号（天水师范学院团委）邮政编码：741001A2. 申报者情况（集体项目）说明：1、必须由申报者本人按要求填写；2、申报者代表必须是作者中学历最高者，其余作者按学历高低排列；B3.申报作品情况（科技发明制作）说明：1、必须由申报者本人填写；2、本部分中的科研管理部门签章视为对申报者所填内容的确认；3、本表必须附有研究报告，并提供图表、曲线、实验数据、原理结构图、外观图（照片），也可附鉴定证书和应用证书；4、作品分类请按作品发明点或创新点所在类别填。

C．当前国内外同类课题研究水平概述说明：1、申报者可根据作品类别和情况填写；2、填写此栏有助于评审。

D．推荐者情况及对作品的说明说明：1、由推荐者本人填写；2、推荐者必须具有中级专业技术职称，其中一名必须具有高级以上专业技术职称，并是与申报作品相同或相关领域的专家学者或专业技术人员（教研组集体推荐亦可）；3、推荐者填写此部分，既视为同意推荐；E．组织委员会秘书处资格和形式审查意见序号：编码：第九届“挑战杯” 甘肃省大学生课外学术科技作品竞赛作品说明书作品名称：写字机器人学校全称：兰州理工大学技术工程学院申报者姓名（集体名称）：尤生伟张金鹏曹智刚朱倩汪岩目录第一章前言 (1)1.1选题背景 (1)1.2 研究的依据和意义 (1)第二章工作原理 (2)2.1主控芯片的控制及原理 (2)2.2舵机工作原理及控制 (2)第三章写字机器人的系统构成 (3)作品硬件设计 (3)3.1BASIC Stamp 微控制器 (4)3.2伺服马达 (4)3.3舵机 (4)3.3.1舵机PWM信号介绍 (5)3.3.2舵机的运动协议 (6)3.3.3扫尾问题 (10)第四章软件设计 (10)4.1控制板界面 (11)4.2编辑和测试动作 (12)4.3动作组高级设置 (14)第五章实现功能 (14)第六章注意事项 (15)第七章结论 (15)参考文献 (17)摘要写字机器人是一种教学、科普设备。

对写字机器人的基本结构、参数和控制系统组成进行了分析。

本作品的功能是通过程序控制小车行出迷宫，其动作实现靠BASIC Stamp 2单片机内部程序输出不同的信号，从而驱动外部电机产生不同的动作；视觉标定通过CMOS摄像传感器传输图像信息，送至控制芯片最终进行识别和位置标定，以寻找书写纸，用控制器控制机械臂完整的写出所设计的字。

第一章前言1.1选题背景机器人是工程创新也是学生个人研究项目，课程设计，毕业设计，工程训练及机器人比赛的创新实践平台，通过设计各种机器人的体验，可以培养学生的想象力创造力，并对机械,电子,自动化系统等知识有深刻直观的体会。

机器人的设计与研究是通过创新模块构建出，并对通过程序对舵机的控制，执行任务。

该组合具有工程性，创新性，设计性。

创新设计产品与传统产品相比较，在当今和今后的发展中将占有更加重要的地位和更广阔的市场，思维是最活跃的因素，新的创意在需求的促进，比较的判定等多方面的共同作用下产生的，因此创新具有强烈的主观性，竞争性和不确定性。

提高创新能力和创新水平，仅从简单的创新原理和创新技法，或从固有的设计思路追寻原有的思维方式，将限制我们的窜心和创造活动。

为了实现最终目标，学生必须设计，构建一个机器人并为其编程，使机器人完成指定的任务。

由于实现目标地方法路径不同，解决问题的方案也不同。

实际上，模块化工程创新组件的控制系统，具有输入，输出端口和红外线通信口可以连接各种输入传感器和电动机等各种输出设备，这给创新思维的培养和创新设计能力的提高提供了一个非常良好的，直观的动手实践能力训练平台。

1.2研究的依据和意义机器人设计写横笔利用的是舵机的水平移动作用将机械臂的圆周运动转化为直线运动，这样完成了写字过程中的横笔，竖笔利用的是舵机和杆轴的圆周运动完成。

用6.0v的电池给BASIC Stamp微控制器，舵机驱动板供电，通过连线实现BASICStamp微控制器，舵机驱动板，伺服电机之间的交互，从而达到芯片控制车轮（伺服电机）前进，后退及直角转弯，控制器控制舵机的旋转使得书写笔能够在指定的时间起笔，落笔实现写字目的。

这样的动作导致提笔和下笔时会对字产生不好的错笔痕迹，影响字的结构，本次设计的硬件结构虽然简单，但是能很好的完成写字的相应过程。

经多次调试，最终可达到预计的写字效果。

该写字机器人是典型关节型机器人, 各关节均为转动关节, 其主要由写字臂所组成。

第二章工作原理2.1 主控芯片的控制及原理机器人主要采用单片机控制，通过驱动电路控制直流伺服电动机，从而控制机器人的行走。

控制流程图所示：2.2 舵机的工作原理及控制（1）舵机的控制信号为周期是20ms的脉宽调制（PWM）信号，其中脉冲宽度为0.5—2.5ms，相对应的舵盘位置为，呈线性变化。

也就是说，给它提供一定的脉宽，它的输出轴就会保持在一个相对应的角度上，无论外界转矩怎样变化，直接给他提供一个另外宽度的脉冲信号，它才会改变输出脚读到新的对应位置上。

控制信号有接收机的通道进入信号调制芯片，获得直流偏置电压。

它内部有一个基准电路，产生周期为20ms，宽度为1.5ms的基准信号，将获得的直流偏置电压与电位器的电压比较，获得电压差输出。

最后，电压差的正负输出到电机启动芯片决定点击的正反转。

当电机转速一定时，通过级联减速齿轮带动电位器旋转，使得电压差为0,电机停止转动。

（2）舵机的控制一般需要一个20ms左右的实际脉冲，该脉冲的高电平部分一般为0.5ms-2.5ms范围内的角度控制脉冲部分。

以 180度角度伺服为例，那么对应的控制关系是这样的：0.5ms---------0度；1.0ms---------45度；1.5ms---------90度；2.0ms---------135度；2.5ms---------180度；请看一下形象描述：舵机动态图小型的舵机的工作电压一般为 4.8V到 6.0V，转速也不是特别的快，一般为0.22/60.或这个0.18/60`,所以如果要更改角度控制脉冲的宽度太快时,舵机可能反应不过来.如果需要更加快速的反应,就需要更高的转速.第三章写字机器人的系统构成写字机器人的实现主要依靠编程对各个电机输入坐标指令,控制电机运行角度方向,完成笔画的书写。

对机器人进行编程，使之完成十字的书写。

大致思路是从原位开始下到指定位置书写横线，移回该横线中心，书写向上竖线直到第一竖中心，完成十字。

3.1 BASIC Stamp微控制器BASIC Stamp微控制器是以PBASIC为编程语言，通过解释器对PBASIC应用程序进行解释执行的微型计算机，具有8路或16路I/O通道，每个I/O通道接脚可以直接连接发光二极管、蜂鸣器、颜色识别传感器等各种传感器。

通过增加一些额外元器件，可以实现不同的功能。

BASIC Stamp由一个5伏特电压调节器、晶振器、Serial EEPROM、及一个PBASIC 解释器组成。

3.2 伺服马达伺服马达有三根不同色线，分别为：黑、红、白，其中红色的为电源线；黑色为地线；白色的为控制信号线，通过对这信号线输入脉冲序列来控制电机的运动，可以控制电机的运动速度，运动方向。

3.3 传感器红外线又称红外光，它具有反射、折射、散射、干涉、吸收等性质。

任何物质，只要它本身具有一定的温度（高于绝对零度），都能辐射红外线。

红外线传感器测量时不与被测物体直接接触，因而不存在摩擦，并且有灵敏度高，响应快等优点。

光电传感器是通过把光强度的变化转换成电信号的变化来实现控制的。

光电传感器在一般情况下，有三部分构成，它们分为：发送器、接收器和检测电路。

图2光电传感器结构图发送器对准目标发射光束，发射的光束一般来源于半导体光源，发光二极管(LED)、激光二极管及红外发射二极管。

光束不间断地发射，或者改变脉冲宽度。

接收器有光电二极管、光电三极管、光电池组成。

在接收器的前面，装有光学元件如透镜和光圈等。

在其后面是检测电路，它能滤出有效信号和应用该信号。

此外，光电开关的结构元件中还有发射板和光导纤维。

3.4舵机介绍3.4.1 PWM信号的定义：PWM信号为脉宽调制信号，其特点在于他的上升沿与下降沿之间的时间宽度。

具体的时间宽窄协议参考下列讲述。

我们H前使用的舵机主要依赖于模型行业的标准协议，随着机器人行业的渐渐独立，有些厂商已经推出全新的舵机协议，这些舵机只能应用于机器人行业，已经不能够成用于传统的模型上面了。

I=I前，北京汉库的HG14-M舵机可能是这个过渡时期的产物，它釆用传统的PWM协议，优缺点一目了然。

优点是已经产业化，成本低，旋转角度大（hi前所生产的都可达到度）；缺点是控制比较复杂，毕竟釆用PWM格式。

但是它是一款数字型的舵机，K对PWM信号的要求较低；不用随时接收指令，减少CPU的疲劳程度；可以位置&锁、位置跟踪，这方IM超越了普通的步进电机。

其PWM格式注意的几个要点：上升沿最少为O.2SmS,为0.5mS---2.SmS之间;HG14-M数字舵机下降沿时间没要求，目前采用0.2SMs就行；也就是说PWM波形可以是一个周期ImS的标准方波；IIG0680为帮料齿轮模拟舵机，其要求连续供给PWM信号；它也可以输入一个周期为ImS的标准方波，这时表现出来的跟随性能很好、很紧密。