《微型机器人设计》教学教案—嵌入式微型机器人直线运动控制.docVIP

学习情境四 嵌入式微型机器人的设计 任务4.3 嵌入式微型机器人直线运动控制 任务描述： 通过举例、展示、讲解等方法让学生达到： 1、掌握嵌入式微型机器人直线运动的控制方法。 2、能够通过编写程序控制机器人做直线运动。 3、能够通过调整传感器提升机器人做直线运动的性能。 任务分析及相关知识点： 人类在运动时，眼睛在时刻不停的接受外界信息，人通过眼睛观察周围的信息，并以这些信息作为依据去指挥腿脚运动。机器人也是这样，他通过“眼睛”（传感器）来获取外界信息，并以此为依据来控制他的“腿脚”（轮子）去运动。 1、控制电动机转动 MicroMouse615-1型嵌入式微型机器装有2个步进电动机，电动机使用BA6845芯片进行驱动。BA6845芯片包含两个独立的H桥电路，IN11与IN12控制OUT11和OUT12输出；IN21和IN22控制OUT21和OUT22输出。通过主控制器给IN不同的高低电平来控制电动机进行正向转动、反向转动和停止。具体的控制方法依据真直表操作，真值表如下表所示。 IN11/ 21 IN12/22 OUT11/21 OUT12/22 模式 L H H L 正向 H H L H 反向 L L 开路 开路 停止 H L 开路 开路 停止 2、使用传感器获取信息进行姿势修正 由于左右轮摩擦以及初始位置方向不正，要使电脑鼠在直线的迷宫中正常运行，需要电脑鼠在前进的过程中不断调整姿势，以免碰到挡板。MicroMouse615-1型嵌入式微型机器人电脑鼠是依靠身上装的5个型号为IRM8601S的红外一体传感器作为它的眼睛。 电脑鼠在迷宫中的理想姿势是处于迷宫格的中央，且前进方向平行于挡板，在这种状态下电脑鼠才不容易碰触挡板。 根据传感器的安装角度，可以分为两组：U1、U3、U5为一组，分别用来检测左前右三个方向的挡板信息；U2、U4为一组，主要用来修正电脑鼠姿势。 当发现左边信号强于右边时，应向右转，当右边信号强于左边时应向左转。调整的核心问题应是当发现需要对姿态进行纠正时，如何合理控制其左转右转的速度。理想的姿态修正应使电脑鼠不仅可以很快地回到中心线而且在中心线附近的震荡越小越好。为了满足以上两个要求，我们可以采用数字PID算法，比例控制具有快速对现状进行修正的特性，是系统纠正更加灵敏快速，积分控制具有利用历史状态进行修正的特性，可以提高系统的稳定性，微分控制具有利用系统未来状态进行修正的特性，可以改善系统的动态特性。 任务实施： 通过上述内容提纲，展开进行讲解。并结合实训环境给予演示，以提高学生的感性认识。 拓展：模仿、讨论（互动） 依据教师的讲解，讨论所讲授知识内容。 任务评价： 互评：由学生自述对于内容的理解，并评价其他同学的回答是否和自己的想法一致，若不同，自己有何见解。 老师总评：总结，并对学生的回答给以评论。 作业： 1、结合所讲内容和进行的演示，通过思考将知识进行整合 2、根据课上讲授的内容，课下利用课余时间到实训室进行实物练习。