2011年全国职业院校技能大赛高职组机器人赛项自动机器人平台说明目录第一章自动机器人平台概述 (3)1.1 自动机器人平台的总体构成 (3)1.2 自动机器人平台按键部分 (4)1.3 机器人平台的充电 (4)第二章自动机器人平台系统结构 (4)2.1自动机器人平台机械部分 (4)2.1.1 机器人平台机械部分组成 (4)2.1.2 机器人平台运动详解 (5)2.2 自动机器人平台控制系统 (5)2.2.1 概述 (5)2.2.2 主控制板 (5)2.2.3 巡线传感器 (9)2.2.4 传感器信号处理板 (10)2.2.5 电机驱动板 (12)2.3 机器人平台控制程序 (14)2.3.1 控制程序流程图 (15)2.3.2 软件函数说明 (17)第三章自动机器人平台的装配和调试 (18)3.1 机器人装配过程 (18)3.1.1 主动轮电机装配 (18)3.1.2 电机安装至铝合金架板 (18)3.1.3 从动轮及传感器安装 (19)3.1.4 电路板的安装 (19)3.2 机器人平台的调试 (21)第一章自动机器人平台概述自动机器人平台是专门为高职类机器人大赛提供的一个统一的机器人底盘，可以实现在比赛场地全场范围内的运动、定位；并提供了充足的I/O接口，参赛队可以根据大赛任务的要求，在此平台上进一步设计制作各种抓取、投放机构，利用机器人平台提供的主控制板和编程算法实现整体机器人的控制。

1.1 自动机器人平台的总体构成机器人平台的总体构成参见图1-1和图1-2所示，由包括主动车轮、从动车轮、铝合金框架、直流电机、电池、电路板以及安装在底部的16路传感器组成。

图1-1 自动机器人平台的总体构成图1-2 自动机器人平台的侧面图1.2 自动机器人平台按键部分自动机器人平台上共有三个按键，12V电源开关、24V电源开关以及启动按钮。

在开机时，注意先打开12V电源开关，再打开24V电源开关，最后按下启动按钮，机器人开始运行；关机时，先关闭24V电源开关，再关闭12V电源开关。

1.3 机器人平台的充电机器人平台的电源为三节铅酸电池。

电池充满电压可以达到13V，额定工作电压12V。

其中一节电池专门给主控制板和传感器信号处理板供电，另2节电池串联成24V，给电机驱动板供电，用于驱动机器人上的各种电机，为了提高整体的抗干扰性能，12V和24V的电池不要共地。

电池可重复充电1000 次以上。

充电时需先取出电池。

我们可按下面步骤进行：1. 关闭机器人平台的电源；2. 拔掉连接线，将电池依次取出，充电。

3．重新装上充好的电池。

每个平台配备了一个充电器，可以给一个电池充电，充电时，充电器上面的指示灯呈蓝色，充电完毕呈红色。

第二章自动机器人平台系统结构2.1自动机器人平台机械部分2.1.1 机器人平台机械部分组成机器人平台的机械部分是指机器人执行具体功能时所要用到的机械部件，共有以下几个部分：1. 主动轮机器人平台的主动轮有两只，金属铝芯，外包三根O型圈，能够完成向前直走，向后转弯，左转，右转等这些平地上的技术动作。

2. 从动轮机器人平台有1只从动轮，和两只主动轮形成三角支撑着机器人的身体。

从动轮随着主动轮的方向改变自己的方向。

众所周知，三点支撑结构是最稳定的结构，从动轮和两个主动轮形成了一个稳定的支撑结构。

3. 直流电机机器人平台上有两个2台额定电压24VDC、150转/分、70W功率直流减速电机。

4．铝合金框架机器人平台的框架使用了铝合金型材制成，参赛队可以很方便地利用配备的专用螺母将设计的上部机构安装在平台上。

5．铝板机器人平台上铺设了5块4mm厚的铝板，参赛队可以根据自己的需要在这些铝板上打孔，用于固定安装上部机构，若需要这些铝板，参赛队可以自行卸下，以减轻整体重量。

2.1.2 机器人平台运动详解1．机器人的动作机器人一共有三种动作：1）前进两个电机等速正转时，机器人前进。

2）后退两个电机等速反转时，机器人后退。

3）转弯两个电机按一定比例不等速正转时，机器人转弯。

2．机器人运动原理机器人运动时，通过直流电机的轴转动来驱动两个主动轮的运动，利用两个主动轮来控制底盘的各种运动（前进，后退或者转弯）。

底盘前端的从动轮前端有一个传感器，用于探测地面白条的位置。

探测后把相关数据传给控制装置（单片机），控制装置分析计算后把相应运动指令转化为PWM脉宽调速信号来控制电机的转速，从而使机器人能够沿着白条运行。

2.2 自动机器人平台控制系统2.2.1 概述自动机器人平台控制系统包括16路巡线传感器、传感器信号处理板、主控制板、电机驱动板和其他待开发扩展部件组成。

组成框图如图2.1所示。

图2-1 自动机器人平台控制系统组成框图图2-1中，虚线框中的部分是机器人平台已经配备的部分，其他部分需要参赛队在设计中根据所设计的上部机构的动作情况自行开发，并用主控制板统一控制。

2.2.2 主控制板1.概述主控制板是机器人的大脑，承担着信息接收、处理、外部设备控制的重要任务，主控制板中处理器选用了STC12C5A60S2芯片为主控芯片，控制板支持两大类输入，既16通道专用巡线传感器输入，和8通道传感器输入；输出也是支持2大类，即可调速行走电机控制输出和不可调速行走电机控制输出；具有一个可扩展接口。

STC12C5A60S2单片机是宏晶科技生产的单时钟/机器周期(1T)的单片机，是高速/低功耗/超强抗干扰的新一代8051单片机，指令代码完全兼容传统8051,但速度快8-12倍。

内部集成MAX810专用复位电路,2路PWM,8路高速10位A/D 转换(250K/S),抗干扰能力强，适合应用在强干扰场合。

具体功能和参数可以参考STC12C5A60S2数据手册。

主控制板使用的是40个引脚的单片机，共有35个I/O 接口，其中，P0、P2和P4.6口用于输入，共17个端口，P1和P3部分接口用于输出，共12个端口。

主控制板实物如图2-2所示。

图中，12V 电源输入插座连接12V 电源，12V 电源输出插座连接传感器信号处理板的12V 电源插座（注意板子上的电源正极标志，不要插反），巡线传感器输入接口用于连接传感器信号处理板，启动按钮输入插座连接面板上启动按钮，左右车轮电机接口连接驱动板上的电机信号控制插座，程序下载接口用于程序的在线下载，8通道传感器输入接口可以用于连接8个NPN 型传感器，非调速电机输出接口用于上部机构各种电机的控制。

主控制板的信号流程图如图2-3所示。

图2-3 主控制板信号流程图2.巡线传感器输入接口巡线传感器输入接口主要是用于接收16路巡线传感器信号，电路图如图2-4所示。

图2-4 巡线传感器输入接口图中，为了减少对单片机端口的占用，使用了2片74HC245总线驱动电路构成对单片机P2口的复用，用单片机P4.4口的信号加以控制。

当P4.4为低电平时，P2口接收到的是16路传感器的低8位信号QQ0-QQ7，当P4.4为高电平时，P2口接收到的是16路传感器的高8位信号QQ8-QQ15。

3．8通道传感器输入接口8通道传感器输入接口用于连接光电、接近或者超声传感器等，可以让参赛队在整体设计机器人时，充分利用各种传感器探测外部信息，其中4通道输入接口电路图如图2-5所示。

图2-5 4通道传感器输入接口图中，展示了4路传感器输入接口，输入信号使用了单片机的P0.0-P0.3口，插座J8-J11分别接4个不同传感器，传感器直接使用市场现有的成熟产品，主要有：图2-6所示的红外传感器，在机器人中，主要用来探测四周是否存在障碍或者是否到达预定物体附近，其最大探测距离根据所用型号的不同，有30cm、1m、2m多种；图2-7所示为接近开关，主要用在机器人上探测一些运动部件是否到位，探测距离一般在5mm以下。

传感器上有3根引线，分别接J8-J11的3个引脚。

需要注意的是：使用的传感器必须是NPN型，工作电压在6V-36V之间。

图2-5所示的的电路均为低电平有效，即传感器探测到目标时，反相器输出端即单片机的P0-P3脚为低电平信号，否则为高电平。

图2-6 红外传感器图2-7 接近开关4．PWM和电机方向控制电路PWM和电机方向控制电路如图2-8所示，STC12C5A60S2本身具有2路PWM输出，即P1.3和P1.4为PWM输出端口，分别控制左（P1.4控制）右（P1.3控制）电机的转速，单片机PWM的设置请详见STC12C5A60S2数据手册。

图 2-8 PWM和电机方向控制电路图2-8中，P15和P12分别是左（P1.5控制）右（P1.2控制）电机的方向控制信号，需要注意的是，P1.5和P1.2是低电平有效，即P1.5和P1.2是低电平时，电机驱动板上的继电器常开触点闭合，电机反转。

5．非调速电机输出接口本电路板上设置了8个非调速电机输出接口，可以用来控制4个正反转直流电机或者8个单向运转直流电机，电路图如图2-9所示。

图2-9 非调速电机输出接口图2-9中，P16、P17，P32-P37为8个控制信号，使用了单片机的P1.6、P1.7和P3.2-P3.7 口，同样需要注意，这些信号均是低电平有效。

6．扩展接口主控制板中，P1.0和P4.5两个接口没有使用，用插座对外引出，参赛队可以根据自己机器人的设计情况加以使用。

7．下载接口本电路板上有一个DB9串口接口，可以用来实现程序的在线下载。

在线下载的主要步骤为：1）首先关闭本电路板的12V 电源，取出串口连接线。

一头接本电路板的DB9下载口，另一头接PC 机箱后的9针串口。

如果你的电脑后面没有空余9针串口，可以使用USB 转串口转接头。

2）打开STC-ISP 在线下载软件，进行程序的下载，具体操作方法见STC12C5A60S2数据手册；下载完毕，从电路板上取下串口下载线。

2.2.3 巡线传感器自动机器人平台底部安装了16路巡线传感器，可以可靠地探测到地面白条以及白条的十字交叉点。

巡线传感器的实物如图2-10所示。

图2-10 16路巡线传感器实物图中，光源发射部分采用了16个高亮LED 发射管，用16个光敏电阻接受地面反射回来的光线，输出插座连接传感器信号处理板的巡线传感器输入接口。

2.2.4 传感器信号处理板1．概述传感器信号处理板仅自动机器人平台使用，电路板实物如图2-11所示。

图中，巡线传感器输入接口连接安装在机器人平台底部的16路巡线传感器；信号输出接口连接单片机控制板，插座JP 接12V 电源，注意板子上的电源正极标志图2-11 传感器信号处理板外图传感器信号处理板电路原理框图如图2-12所示，完整的电路原理图和PCB版图另见附件。

16路巡线传感器将采集到的地面白条信息送入本电路板，对于采集的信息先进行放大处理，放大后的信号跟标准电压比较，保留白条反射的有效信号，过滤掉地面背景反射信号，有效信号再通过稳压、反向、放大处理后送入单片机控制板，同时用发光二极管的亮暗指示当前某路传感器是否在地面白条上。