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《“创意之星”模块化机器人实验》课程教学大纲

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《“创意之星”模块化机器人实验》课程教学大纲

【添加时间：2015-08-01 14:17:39】【来源：】【作者：uestcetcmce】【阅读：】

适用专业：所有专业

学时数： 32 学分数：2 开课学期：第4学期

先修课程：C 语言基础、单片机原理

一、课程性质和目标

授课对象：所有专业

课程类别：专业核心课

教学目标：该课程旨在培养学生的分析能力、创造能力、实践能力，充分的开发学生的创新能力。通过这们课程的学习，学生不仅可以学习机器人程序设计的知识，同时可以增强把理论与实践结合，解决实际工程问题的能力，培养同学们自主学习、团队合作的能力，最大限度的发挥自身的创造力，真正达到把科技与创新结合的教学实践目的。

二、课程内容安排和要求（用小四号黑体字）

（一）教学内容、要求及教学方法（用五号宋体加粗）

“创意之星”模块化机器人实验这门课程要求了解机器人的构型、运动学和创意设计，以及运动规划，掌握在C 语言环境下编写控制程序，并编译、下载到MultiFLEX 控制器中执行。理解传感器\执行器电路连接的原理。了解MultiFLEX 控制器的基本结构。掌握舵机和直流电动机器的使用。学会应用学会应用WinAVR+AVRStudio 作为编译环境进行程序设计。理解Atmel 公司的Mega128单片机的工作原理。了解Atmel 公司的Mega128单片机的基本结构。

（二）自学内容和要求（用五号宋体加粗）

初步的机械结构知识基础、电子电路基础、C 语言基础。

（三）实践性教学环节和要求（用小四号黑体字）
实验项目1

实验名称：MultiFLEX控制卡编程实验

1、实验项目的目的和要求：

（1）了解MultiFLEX控制卡的基本结构；

（2）了解WinAVR+AVRStudio编译环境的使用；

（3）了解C 语言环境下编写控制程序，并编译、下载到MultiFLEX 控制器中执行的流程。

（4）熟悉关于AVR 单片机的I/O口有关的寄存器的概念、作用

（5）理解函数gpio_mode_set()，write_gpio()，read_gpio()的定义，掌握其用法

（6）熟悉并掌握利用5中的3 个函数控制MultiFLEX 控制卡的16 路IO 口

2、实验内容：

（1） WinAVR 以及AVRStudio 软件的安装

（2）用3AVRStudio 建立一个工程，实现蜂鸣器程序

（3）编写C 程序实现对16 路I/O 口的控制

3、项目需用仪器设备名称：“创意之星”模块化机器人教学套件一套；计算机一台。

4、所需主要元器件及耗材：结构部件、电池和直流电源、插线板、伺服电机(舵机)、直流有刷电机、传感器等。

5、学时数：4
实验项目2

实验名称：多自由度串联式机械手控制实验

1、实验项目的目的和要求：

（1）了解串联式机器人、自由度和空间机构学、机器人运动学的基本概念；

（2）熟悉四自由度串联式机械手；使用配套动作程序，然后自己给机器人编写动作；

（3）掌握“创意之星”机器人套件的搭建和装配技巧

（4）熟悉并掌握舵机控制函数rc_moto_control()以及延时函数delay()的使用方法，理解其函数定义

（5）熟悉并掌握利用函数控制舵机运动

2、实验内容：

（1）根据示意图组装多自由度串联式机械手

（2）调整多自由度串联式机械手初始姿态

（3）运用UP-MRcommander 软件写入动作程序

（4）建立自己的编写C 程序实现对多自由度串联式机械手的控制

3、项目需用仪器设备名称：“创意之星”模块化机器人教学套件一套；计算机一台。

4、所需主要元器件及耗材：结构部件、电池和直流电源、插线板、伺服电机(舵机)、直流有刷电机、传感器等。

5、学时数：4
实验项目3

实验名称：四足机器人控制实验

1、实验项目的目的和要求：

（1）熟悉四足机器人，使用配套光盘中提供的动作程序机器人；

（2）熟悉UP-MRcommander 软件调试机器人运动步态的技巧。

（3）掌握“创意之星”机器人套件的搭建技巧。

（4）熟悉并掌握舵机控制函数rc_moto_control()以及延时函数delay()的使用方法，理解其函数定义

（5）熟悉并掌握利用函数调试机器人的步态

2、实验内容：

（1）根据示意图组装四足机器人

（2）调整简易四足机器人初始姿态。

（3）运用UP-MRcommander 软件写入动作程序

（4）建立自己的编写C 程序实现对简易四足机器人的控制

3、项目需用仪器设备名称：“创意之星”模块化机器人教学套件一套；计算机一台。

4、所需主要元器件及耗材：结构部件、电池和直流电源、插线板、伺服电机(舵机)、直流有刷电机、传感器等。

5、学时数：4
实验项目4

实验名称：轮式机器人运动控制实验

1、实验项目的目的和要求：

（1）了解轮式驱动的概念和了解采用轮式驱动方式在生活、科研、工作中的应用；

（2）熟悉轮式机器人；使用配套光盘中提供的动作程序，然后自己为机器人编写动作；在UP-MRcommander 软件中，熟悉直流电机的控制；

（3）掌握对于具有多种执行器（舵机、电机或者其他）的机器人，掌握搭建和调试要领。

（4）掌握“创意之星”机器人套件的搭建和调试要领。

（5）熟悉并掌握电机控制函数dc_moto_control()的使用方法

（6）熟悉并掌握利用函数dc_moto_control()控制4 路直流伺服电机

2、实验内容：

（1）根据示意图组装轮式机器人

（2）运用UP-MRcommander 软件写入运动程序

（3）建立自己的编写C 程序实现对轮式机器人的控制

3、项目需用仪器设备名称：“创意之星”模块化机器人教学套件一套；计算机一台。

4、所需主要元器件及耗材：结构部件、电池和直流电源、插线板、伺服电机(舵机)、直流有刷电机、传感器等。

5、学时数：4
实验项目5

实验名称：机器人传感系统实验

1、实验项目的目的和要求：

（1）熟悉关于AVR 单片机的A/D 口的概念、作用

（2）熟悉并掌握函数ADC_Read(uint8 Channel,uint8 *data)的使用方法，理解其函数定义

（3）熟悉并掌握利用函数ADC_Read()读取来自MultiFLEX 控制卡A/D 口的模拟信号

2、实验内容：

（1）控制卡的AD0 与光强传感器连接，控制卡PWM0 与舵机连接。

（2）建立自己的程序，下载运行，实现A/D 口的模拟信号对舵机速度和角度的控制。

3、项目需用仪器设备名称：“创意之星”模块化机器人教学套件一套；计算机一台。

4、所需主要元器件及耗材：结构部件、电池和直流电源、插线板、伺服电机(舵机)、直流有刷电机、传感器等。

5、学时数：4
实验项目6

实验名称：自主避障机器人实验

1、实验项目的目的和要求：

（1）回顾控制卡的各种控制函数

（2）提高灵活应用各种控制函数控制机器人各种执行器的能力

（3）提高搭建只能程序，使机器人拥有一定人工智能的能力

2、实验内容：

（1）根据示意图组装自主避障机器人

（2）调整多自主避障机器人初始姿态

（3）建立自己的C 程序实现对自主避障机器人的控制

3、项目需用仪器设备名称：“创意之星”模块化机器人教学套件一套；计算机一台。

4、所需主要元器件及耗材：

结构部件、电池和直流电源、插线板、伺服电机(舵机)、直流有刷电机、传感器等。

5、学时数：4

实验项目7

实验名称：追光的机器爬虫

1、实验项目的目的和要求：

（1）回顾控制卡的各种控制函数

（2）提高灵活应用各种控制卡函数控制机器的能力

（3）提高搭建c 程序，使机器人拥有一定人工智能的能力

2、实验内容：

（1）根据示意图组装追光的机器爬虫

（2）调整多追光的机器爬虫初始姿态

（3）建立自己的C 程序实现对追光的机器爬虫的控制

3、项目需用仪器设备名称：“创意之星”模块化机器人教学套件一套；计算机一台。

4、所需主要元器件及耗材：

结构部件、电池和直流电源、插线板、伺服电机(舵机)、直流有刷电机、传感器等。

5、学时数：4

实验项目8

实验名称：开放性实验：设计自己的机器人

1、实验项目的目的和要求：

（1）回顾控制卡的各种控制函数

（2）提高灵活应用各种控制卡函数控制机器的能力

（3）提高搭建c 程序，使机器人拥有一定人工智能的能力

（4）回顾“创意之星”机器人套件的搭建和调试要领。

2、实验内容：

（1）根据自己的爱好搭建出自己喜欢的机器人

（2）将自己设计的机器人的各个舵机与控制卡相连，舵机与控制卡端口的对应关系请参见实验指导书

（3）将自己设计的机器人的传感器分别插在控制卡上

（4）控制卡与电脑之间用并口下载线正确连接

（5）编程、下载、运行。观察结果。

3、项目需用仪器设备名称：“创意之星”模块化机器人教学套件一套；计算机一台。

4、所需主要元器件及耗材：结构部件、电池和直流电源、插线板、伺服电机(舵机)、直流有刷电机、传感器等。

5、学时数：4

三、考核方式

实验报告70%和具体实验操作30%

四、建议教材及参考资料

1.“创意之星”模块化机器人实验指导书，自编。

2.《“创意之星”模块化机器人实验指导书》，北京博创兴盛机器人技术有限公司

3.《AVR 单片机与CPLD/FPGA 综合应用入门》，北京航空航天大学出版社

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