CN104464485B - 机器人教学实验台控制方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种机器人教学实验台及其控制方法。本发明解决现有技术容易让学生产生理论与实际不对应的问题，其技术方案要点是：包括测试平台和机器人，所述的机器人包括基础控制系统、选用件、安装有驱动轮的主安装板、辅助安装板和伸缩杆；所述的测试平台包括平台处理器、平台输入键盘、计时芯片、发生装置选件和发生装置接口，所述的平台输入键盘、计时芯片和发生装置接口均与所述的平台处理器电连接，所述的发生装置选件与所述的发生装置接口电连接。测试平台为由教师控制的平台，对机器人进行检测和监察，机器人可以由学生根据教学目的进行自主拼装，只需一个机器人就能完成各种功能的测试，教学效果较好。
Description
技术领域
本发明涉及一种自动化试验台，尤其涉及一种机器人教学实验台控制方法。
背景技术
自动化教育是大多数高等院校常设的课程，自动化在电学、机电领域的应用尤为广泛，特别是自动控制学习中，能够开发各种功能的机器人是目前教学的一个方向，目前的教学往往以仿真为主，matlab仿真虽然十分方便，精确程度也高，但是仿真终究有其局限性，为此开发一种深入结合机电设备，控制精准的机器人教学实验台对于自动化教学是十分必要的。更为关键的是，一旦开展机器人自动控制教学，对单一机器人的开发和教学明显不足，因此在现有技术下必须要配备各种型号机器人进行教学，这样的话，会耗费较高的学校经费，而单独一种机器人的话，教学时候容易使得学生产生背板的情况，只是单纯的靠背的形式完成学习。
中国专利公开号：CN 101556746 A，公开日2009年10月14日，公开了一种电工电子及自动化综合实验装置，其特征是：在开关控制模块中，空气开关、接触器触点和热继电器连接，三相电源经过空气开关、接触器触点和热继电器向变频器实验单元提供三相电压；小空气开关、按钮和线圈连接，三相电源通过小空气开关、按钮和线圈控制接触器触点开启；接触器触点、变压器和熔断器连接，取三相电源的双相电压经过接触器触点、变压器和熔断器向直流电源实验模板提供交流电压；在变频器实验单元中，开关量控制模块与变频器控制模板单向连接，向变频器控制模板提供驱动电压，变频器控制模板与驱动对象变频电动机连接；在单片机实验模板中，由开关量控制模板通过电源通过单片机的输入口与单片机芯片单向输入连接，输入键盘通过单片机输入口与单片机芯片单向输入连接提供控制指令，由外部设备中的传感器通过AD转换经单片机芯片输入口与单片机单向输入连接，计算机PC/IPC通过传输数据接口与单片机芯片双向连接传输数据，单片机芯片输出口与数码管、LED显示、液晶显示、蜂鸣器以及外部设备中的驱动电路单向输出连接实行指令，驱动电路可以直接与工业控制对象连接，也可以通过变频器实验单元与工业控制对象连接；在可编程控制器技术单元中，可编程控制器技术单元与计算机、操作面板双向连接，可编程控制器技术单元输出可以直接与控制对象双向连接也可以通过变频器实验单元与控制对象双向连接。此技术方案虽然能够辅助进行自动化实验，但是此技术方案还是偏重与软件计算方面，学生对于实际的自动控制的认识不深，在自动化教学中，容易让学生产生理论与实际不对应的问题。
发明内容
本发明的目的是为解决目前的技术方案存在偏重与软件计算方面，学生对于实际的自动控制的认识不深，在自动化教学中，容易让学生产生理论与实际不对应的问题，提供一种成本较低，构成功能较多、使用时循序渐进符合教学规律的安全机器人教学实验台及其控制方法。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种机器人教学实验台，由电源供电，包括测试平台和机器人，所述的机器人包括基础控制系统、选用件、安装有驱动轮的主安装板、辅助安装板和伸缩杆，所述的基础控制系统固定在主安装板上，所述的主安装板与辅助安装板之间通过伸缩杆连接，所述的辅助安装板上设置有若干个用于匹配选用件的安装孔，所述的基础控制系统包括处理器、数字模拟复用输入接口、电机驱动电路、驱动电机、存储器、舵机驱动电路、舵机和接口电路、所述的处理器通过电机驱动电路与驱动电机电连接，所述的处理器通过舵机驱动电路与舵机电连接，所述的数字模拟复用输入接口、存储器和接口电路均与所述的处理器电连接，所述的接口电路与所述的选用件电连接，所述的驱动轮由驱动电机的输出轴驱动，所述驱动轮的方向由舵机控制；所述的测试平台包括平台处理器、平台输入键盘、计时芯片、发生装置选件和发生装置接口，所述的平台输入键盘、计时芯片和发生装置接口均与所述的平台处理器电连接，所述的发生装置选件与所述的发生装置接口电连接。本发明采用的机器人结构是常用的硬件结构，预留了各种接口，测试平台为由教师控制的平台，对机器人进行检测和监察，机器人可以由学生根据教学目的进行自主拼装，只需一个机器人就能完成各种功能的测试，教学效果较好。
作为优选，所述的机器人还包括无线wifi模块、液晶显示、功能按钮、指示灯和蜂鸣器，所述的无线wifi模块、液晶显示、功能按钮、指示灯和蜂鸣器均与所述的处理器电连接。这样设置，无线wifi模块用于与测试平台进行通信，接收和反馈命令。
作为优选，所述的选用件包括检测环境光强度变化的光线传感器、检测环境温度变化的温度传感器、检测环境声音变化的声控传感器、分辨地面灰度变化的灰度传感器、检测环境烟雾变化的烟雾传感器、火焰传感器并联板、感触环境湿度值的湿度传感器、检测4-10V之间电池电量的变化的电池电量传感器、全向多通道红外接收模块、正负2°检察范围的数字指南针传感器、检测距离5cm-300cm的超声波测距传感器、检测距离50cm的红外测距传感器、反射型红外传感器和摄像头，所述的接口电路包括模拟传感器接口、扩展接口、串口、IIC接口和USB接口，所述的选用件均与相匹配的接口电路电连接。
作为优选，所述的测试平台还包括摄像头、显示器和显示器驱动电路，所述的平台处理器通过显示器驱动电路与所述的显示器电连接，所述的摄像头与所述的平台处理器电连接。本发明这样设置，可以用以进行图像识别。
一种机器人教学实验台控制方法，适用于如权利要求4所述的机器人教学实验台，包括以下步骤：
步骤一：测试平台和机器人分别上电，进行程序初始化；
步骤二：根据使用者的设定，测试平台随机选定测试项目或者选定由使用者设定的测试项目；
步骤三：所述的测试平台要求使用者选择是否提示硬件，如果选择不提示硬件则执行手动配置子步骤一，如果选择提示硬件则执行自动配置子步骤一；手动配置子步骤一：基础控制系统扫描接口电路，根据使用者连接的选用件，传输信号至测试平台；
手动配置子步骤二：测试平台根据测试项目判定选用件的选用是否正确，如果选用件的选用正确则执行步骤四，如果选用件的选用错误则执行手动配置子步骤三；
手动配置子步骤三：测试平台给出错误提示，同时延迟一个修改时间后重新跳转执行手动配置子步骤一；
自动配置子步骤一：测试平台给出选用件选用提示；
自动配置子步骤二：使用者根据测试平台给出的选用件选用提示进行装配选用件，装配完成后，基础控制系统扫描接口电路，根据使用者连接的选用件，传输信号至测试平台；
自动配置子步骤三：测试平台根据测试项目判定选用件的选用是否正确，如果选用件的选用正确则执行步骤四，如果选用件的选用错误则重新跳转执行自动配置子步骤一；
步骤四：所述的测试平台根据选定的测试项目要求使用者选择是烧录标准程序还是烧录自定义参数控制程序，如果选择烧录标准程序则执行步骤六，如果选择烧录自定义参数控制程序则执行步骤五；
步骤五：使用者根据选定需要执行的自定义参数控制程序和自定义参数，然后进行程序烧录；
步骤六：测试平台和机器人根据烧录的程序自动执行，当发生装置被正确触发时测试平台认定为机器人执行程序完成，当机器人执行程序完成或设定执行时间结束后，根据使用者的选择，重新烧录初始程序，然后结束机器人教学实验台控制方法或者跳转步骤一。
本发明这样设置，使用者使用常用的硬件结构预留的各种接口与选用件连接，使得机器人具备各种功能，测试平台为由教师控制的平台，教师可以选择各种发生装置模拟各种情况，对机器人进行检测和监察。
作为优选，所述的步骤五中的自定义参数控制程序包括模糊控制程序和PID控制程序，所述与模糊控制程序相对应的自定义参数为隶属度参数表，所述与PID控制程序相对应的自定义参数为比例参数、积分参数和微分参数中的一个或若干个。
作为优选，所述的步骤六中还包括性能检测步骤，所述的测试平台使用计时芯片对步骤六的执行时间进行计时，计算执行完成时间或是计算设定执行时间是否完成；所述的测试平台记录并显示机器人的工作轨迹并与预设的标准轨迹线进行比较，给出预设参数和输入参数的对比显示图。通过这样设置，使用本发明可以明确的告知学生当前的控制参数设置的后果，是否合适，如何改进，从感性认识转换为理性认识，有较好的教学效果。
本发明的实质性效果是：本发明采用的机器人结构是常用的硬件结构，预留了各种接口，测试平台为由教师控制的平台，对机器人进行检测和监察，机器人可以由学生根据教学目的进行自主拼装，只需一个机器人就能完成各种功能的测试，教学效果较好。
附图说明
图1是本发明的一种结构示意图；
图2是本发明的一种方法流程图。
图中：1、主安装板，2、辅助安装板，3、基础控制系统，4、电源，5、驱动轮，6、摄像头，7、安装孔，8、伸缩杆。
具体实施方式
下面通过具体实施例，并结合附图，对本发明的技术方案作进一步的具体说明。
实施例：
一种机器人教学实验台，由电源4供电，包括测试平台和机器人，所述的机器人包括基础控制系统3、选用件、安装有驱动轮5的主安装板1、辅助安装板2和伸缩杆8，所述的基础控制系统固定在主安装板上，所述的主安装板与辅助安装板之间通过伸缩杆连接，所述的辅助安装板上设置有若干个用于匹配选用件的安装孔7，所述的基础控制系统包括处理器、数字模拟复用输入接口、电机驱动电路、驱动电机、存储器、舵机驱动电路、舵机和接口电路、所述的处理器通过电机驱动电路与驱动电机电连接，所述的处理器通过舵机驱动电路与舵机电连接，所述的数字模拟复用输入接口、存储器和接口电路均与所述的处理器电连接，所述的接口电路与所述的选用件电连接，所述的驱动轮由驱动电机的输出轴驱动，所述驱动轮的方向由舵机控制；所述的测试平台包括平台处理器、平台输入键盘、计时芯片、发生装置选件和发生装置接口，所述的平台输入键盘、计时芯片和发生装置接口均与所述的平台处理器电连接，所述的发生装置选件与所述的发生装置接口电连接。所述的机器人还包括无线wifi模块、液晶显示、功能按钮、指示灯和蜂鸣器，所述的无线wifi模块、液晶显示、功能按钮、指示灯和蜂鸣器均与所述的处理器电连接。所述的选用件包括检测环境光强度变化的光线传感器、检测环境温度变化的温度传感器、检测环境声音变化的声控传感器、分辨地面灰度变化的灰度传感器、检测环境烟雾变化的烟雾传感器、火焰传感器并联板、感触环境湿度值的湿度传感器、检测4-10V之间电池电量的变化的电池电量传感器、全向多通道红外接收模块、正负2°检察范围的数字指南针传感器、检测距离5cm-300cm的超声波测距传感器、检测距离50cm的红外测距传感器、反射型红外传感器和摄像头6，所述的接口电路包括模拟传感器接口、扩展接口、串口、IIC接口和USB接口，所述的选用件均与相匹配的接口电路电连接。所述的测试平台还包括摄像头、显示器和显示器驱动电路，所述的平台处理器通过显示器驱动电路与所述的显示器电连接，所述的摄像头与所述的平台处理器电连接。
一种机器人教学实验台控制方法(参见附图2)，适用于如权利要求4所述的机器人教学实验台，包括以下步骤：
步骤一：测试平台和机器人分别上电，进行程序初始化；
步骤二：根据使用者的设定，测试平台随机选定测试项目或者选定由使用者设定的测试项目；
步骤三：所述的测试平台要求使用者选择是否提示硬件，如果选择不提示硬件则执行手动配置子步骤一，如果选择提示硬件则执行自动配置子步骤一；
手动配置子步骤一：基础控制系统扫描接口电路，根据使用者连接的选用件，传输信号至测试平台；
手动配置子步骤二：测试平台根据测试项目判定选用件的选用是否正确，如果选用件的选用正确则执行步骤四，如果选用件的选用错误则执行手动配置子步骤三；
手动配置子步骤三：测试平台给出错误提示，同时延迟一个修改时间后重新跳转执行手动配置子步骤一；
自动配置子步骤一：测试平台给出选用件选用提示；
自动配置子步骤二：使用者根据测试平台给出的选用件选用提示进行装配选用件，装配完成后，基础控制系统扫描接口电路，根据使用者连接的选用件，传输信号至测试平台；
自动配置子步骤三：测试平台根据测试项目判定选用件的选用是否正确，如果选用件的选用正确则执行步骤四，如果选用件的选用错误则重新跳转执行自动配置子步骤一；
步骤四：所述的测试平台根据选定的测试项目要求使用者选择是烧录标准程序还是烧录自定义参数控制程序，如果选择烧录标准程序则执行步骤六，如果选择烧录自定义参数控制程序则执行步骤五；
步骤五：使用者根据选定需要执行的自定义参数控制程序和自定义参数，然后进行程序烧录；
步骤六：测试平台和机器人根据烧录的程序自动执行，当发生装置被正确触发时测试平台认定为机器人执行程序完成，当机器人执行程序完成或设定执行时间结束后，根据使用者的选择，重新烧录初始程序，然后结束机器人教学实验台控制方法或者跳转步骤一。
所述的步骤五中的自定义参数控制程序包括模糊控制程序和PID控制程序，所述与模糊控制程序相对应的自定义参数为隶属度参数表，所述与PID控制程序相对应的自定义参数为比例参数、积分参数和微分参数中的一个或若干个。
所述的步骤六中还包括性能检测步骤，所述的测试平台使用计时芯片对步骤六的执行时间进行计时，计算执行完成时间或是计算设定执行时间是否完成；所述的测试平台记录并显示机器人的工作轨迹并与预设的标准轨迹线进行比较，给出预设参数和输入参数的对比显示图。
以上所述的实施例只是本发明的一种较佳的方案，并非对本发明作任何形式上的限制，在不超出权利要求所记载的技术方案的前提下还有其它的变体及改型。
Claims (3)
1.一种机器人教学实验台控制方法，适用于机器人教学实验台，机器人教学实验台包括测试平台和机器人，所述的机器人包括基础控制系统、选用件、安装有驱动轮的主安装板、辅助安装板和伸缩杆，所述的基础控制系统固定在主安装板上，所述的主安装板与辅助安装板之间通过伸缩杆连接，所述的辅助安装板上设置有若干个用于匹配选用件的安装孔，所述的基础控制系统包括处理器、数字模拟复用输入接口、电机驱动电路、驱动电机、存储器、舵机驱动电路、舵机和接口电路、所述的处理器通过电机驱动电路与驱动电机电连接，所述的处理器通过舵机驱动电路与舵机电连接，所述的数字模拟复用输入接口、存储器和接口电路均与所述的处理器电连接，所述的接口电路与所述的选用件电连接，所述的驱动轮由驱动电机的输出轴驱动，所述驱动轮的方向由舵机控制；所述的测试平台包括平台处理器、平台输入键盘、计时芯片、发生装置选件和发生装置接口，所述的平台输入键盘、计时芯片和发生装置接口均与所述的平台处理器电连接，所述的发生装置选件与所述的发生装置接口电连接；所述的机器人还包括无线wifi模块、液晶显示、功能按钮、指示灯和蜂鸣器，所述的无线wifi模块、液晶显示、功能按钮、指示灯和蜂鸣器均与所述基础控制系统中的处理器电连接；所述的选用件包括检测环境光强度变化的光线传感器、检测环境温度变化的温度传感器、检测环境声音变化的声控传感器、分辨地面灰度变化的灰度传感器、检测环境烟雾变化的烟雾传感器、火焰传感器并联板、感触环境湿度值的湿度传感器、检测4－10V之间电池电量的变化的电池电量传感器、全向多通道红外接收模块、正负2°检查范围的数字指南针传感器、检测距离5cm-300cm的超声波测距传感器、检测距离50cm的红外测距传感器、反射型红外传感器和摄像头，所述的接口电路包括模拟传感器接口、扩展接口、串口、IIC接口和USB接口，所述的选用件均与相匹配的接口电路电连接，所述的测试平台还包括摄像头、显示器和显示器驱动电路，所述的平台处理器通过显示器驱动电路与所述的显示器电连接，所述测试平台的摄像头与所述的平台处理器电连接，其特征在于：包括以下步骤：
步骤一：测试平台和机器人分别上电，进行程序初始化；
步骤二：根据使用者的设定，测试平台随机选定测试项目或者选定由使用者设定的测试项目；
步骤三：所述的测试平台要求使用者选择是否提示硬件，如果选择不提示硬件则执行手动配置子步骤一及手动配置子步骤二，如果选择提示硬件则执行自动配置子步骤一至自动配置子步骤三；
手动配置子步骤一：基础控制系统扫描接口电路，根据使用者连接的选用件，传输信号至测试平台；
手动配置子步骤二：测试平台根据测试项目判定选用件的选用是否正确，如果选用件的选用正确则执行步骤四，如果选用件的选用错误则执行手动配置子步骤三；
手动配置子步骤三：测试平台给出错误提示，同时延迟一个修改时间后重新跳转执行手动配置子步骤一；
自动配置子步骤一：测试平台给出选用件选用提示；
自动配置子步骤二：使用者根据测试平台给出的选用件选用提示进行装配选用件，装配完成后，基础控制系统扫描接口电路，根据使用者连接的选用件，传输信号至测试平台；
自动配置子步骤三：测试平台根据测试项目判定选用件的选用是否正确，如果选用件的选用正确则执行步骤四，如果选用件的选用错误则重新跳转执行自动配置子步骤一；
步骤四：所述的测试平台根据选定的测试项目要求使用者选择是烧录标准程序还是烧录自定义参数控制程序，如果选择烧录标准程序则执行步骤六，如果选择烧录自定义参数控制程序则执行步骤五；
步骤五：使用者根据选定需要执行的自定义参数控制程序和自定义参数，然后进行程序烧录；
步骤六：测试平台和机器人根据烧录的程序自动执行，当发生装置被正确触发时测试平台认定为机器人执行程序完成，当机器人执行程序完成或设定执行时间结束后，根据使用者的选择，重新烧录初始程序，然后结束机器人教学实验台控制方法或者跳转步骤一。
2.根据权利要求1所述的机器人教学实验台控制方法，其特征在于：所述的步骤五中的自定义参数控制程序包括模糊控制程序和PID控制程序，所述与模糊控制程序相对应的自定义参数为隶属度参数表，所述与PID控制程序相对应的自定义参数为比例参数、积分参数和微分参数中的一个或若干个。
3.根据权利要求1所述的机器人教学实验台控制方法，其特征在于：所述的步骤六中还包括性能检测步骤，所述的测试平台使用计时芯片对步骤六的执行时间进行计时，计算执行完成时间或是计算设定执行时间是否完成；所述的测试平台记录并显示机器人的工作轨迹并与预设的标准轨迹线进行比较，给出预设参数和输入参数的对比显示图。
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