智能控制工程實踐創(chuàng)新教程 課件 第一篇基礎(chǔ)知識篇：推開工程實踐創(chuàng)新平臺大門

智能控制工程實踐創(chuàng)新教程第一篇基礎(chǔ)知識篇：推開工程實踐創(chuàng)新平臺大門目錄content任務(wù)一了解智能機器人01任務(wù)二認識智能移動機器人02任務(wù)三學(xué)習(xí)智能微型運動裝置教學(xué)平臺03任務(wù)四了解MicroPython開發(fā)之旅04任務(wù)五掌握MicroPython編程基礎(chǔ)05任務(wù)一了解智能機器人/01任務(wù)一了解智能機器人任務(wù)一了解智能機器人一、智能機器人概述機器人可分為一般機器人和智能機器人，一般機器人是指不具有智能，只具有一般編程能力和操作功能的機器人。之所以稱為智能機器人，是因為它有相當(dāng)發(fā)達的“大腦”。在大腦中起作用的是中央處理器，與操作它的人聯(lián)系緊密?？梢园茨康倪M行復(fù)雜動作。二、智能機器人分類智能機器人根據(jù)其智能程度的不同，又可分為三種：傳感型機器人、交互型機器人、自主型機器人。三、智能機器人發(fā)展趨勢自主分布式機器人系統(tǒng)，或者多智能體機器人系統(tǒng)是智能機器人未來發(fā)展的一個重要趨勢。機器人由多個智能信息處理裝置和自主動作裝置組成。各個單元具有模塊化的結(jié)構(gòu)，多個模塊組合起來就組成機器人系統(tǒng)。由多關(guān)節(jié)組成的機器人，每個關(guān)節(jié)都嵌入智能動作裝置，構(gòu)成一個彼此邊通信邊運動的系統(tǒng)。任務(wù)二認識智能移動機器人/02任務(wù)二認識智能移動機器人任務(wù)二認識智能移動機器人一、智能移動機器人概述智能移動機器人是智能機器人的一種，是由傳感器、遙控操作器和自動控制器等機構(gòu)組成的具有移動功能的機器人系統(tǒng)，具有自行組織、自主運行、自主規(guī)劃等特點。二、智能移動機器人分類1.輪式（wheeled）機器人輪式機器人由車體、車輪、車體-車輪之間的支撐機構(gòu)組成，。2.履帶式（track）機器人通過履帶的面接觸方式來適應(yīng)地面的不平整性。任務(wù)二認識智能移動機器人三、智能機器人組成結(jié)構(gòu)機器人的結(jié)構(gòu)是很復(fù)雜的，一般由執(zhí)行機構(gòu)、驅(qū)動裝置、檢測裝置和控制系統(tǒng)等組成。1.執(zhí)行機構(gòu)執(zhí)行機構(gòu)就是機器人的本體。2.驅(qū)動裝置驅(qū)動裝置是驅(qū)使執(zhí)行機構(gòu)運動的機構(gòu)。3.檢測裝置檢測裝置的作用是實時檢測機器人的運動及工作情況。4.控制系統(tǒng)控制系統(tǒng)有兩種控制方式。一種是集中式控制，另一種是分散（級）式控制。3.足式（legged）機器人足式機器人模擬了人或足式動物，與地面為非連續(xù)點接觸，對行走路面的要求很低。任務(wù)二認識智能移動機器人四、智能移動機器人的關(guān)鍵性能指標(biāo)關(guān)鍵性能指標(biāo)說明通行能力與工作空間、移動方式及移動能力有關(guān)移動能力移動自由度，通常稱為機動度，描述移動機器人空間運動靈活度速度最大、最小的速度/加速度載荷能力在滿足其他性能要求的情況下，機器人能夠承載的負荷重量到點精度機器人移動到點的實際位置和理想位置之間的差距重復(fù)精度在相同的位置指令下，機器人連續(xù)重復(fù)運動若干次，其位置的分散情況靜態(tài)穩(wěn)定靜態(tài)穩(wěn)定性，質(zhì)心是否在支撐區(qū)域內(nèi)移動自主性控制方式，遙控、半自主還是全自主五、智能移動機器人關(guān)鍵技術(shù)智能移動機器人關(guān)鍵技術(shù)緊緊圍繞著“感知”、“決策”和“執(zhí)行”這三方面，其中環(huán)境感知、自主定位和路徑規(guī)劃是智能移動機器人技術(shù)的三大重點問題。1.環(huán)境感知目前，在機器人室內(nèi)環(huán)境中，以激光雷達為主，并借助其他傳感器的移動機器人自主環(huán)境感知技術(shù)已相對成熟。2.自主定位移動機器人要實現(xiàn)自主行走，定位也是其需要掌握的核心技術(shù)之一。3.路徑規(guī)劃路徑規(guī)劃技術(shù)也是機器人研究領(lǐng)域的一個重要分支。任務(wù)三學(xué)習(xí)智能微型運動裝置教學(xué)平臺/03任務(wù)三學(xué)習(xí)智能微型運動裝置教學(xué)平臺任務(wù)三學(xué)習(xí)智能微型運動裝置教學(xué)平臺一、教學(xué)平臺簡介智能微型運動裝置是智能移動機器人的一種，具有體積小、可移動、智能化等特點。智能微型運動裝置教學(xué)平臺，型號TQD-MicromouseJQ3，是天津啟誠偉業(yè)科技有限公司根據(jù)職普融通教學(xué)和競賽需求，獨立開發(fā)設(shè)計，擁有自主知識產(chǎn)權(quán)的新一代智能微型運動裝置。TQD-MicromouseJQ3共分為核心主控板、擴展板、底部電路板三部分：核心主控板：負責(zé)程序的運行，如驅(qū)動傳感器檢測、控制電動機轉(zhuǎn)動等，都需要核心主控板發(fā)出指令。擴展板：對核心主控板接口的擴展，I/O接口以GVS三線形式引出，方便擴展通用傳感器和執(zhí)行器；I2C、UART和SPI接口同樣延伸到了擴展板上，可以非常方便地連接液晶屏、陀螺儀等復(fù)雜模塊。底部電路板：安裝了運動結(jié)構(gòu)，接收擴展板發(fā)出的驅(qū)動信號，經(jīng)過電動機驅(qū)動芯片的處理，驅(qū)動電動機轉(zhuǎn)動。任務(wù)三學(xué)習(xí)智能微型運動裝置教學(xué)平臺二、核心主控板簡介TQD-MicromouseJQ3核心主控板采用ESP32-D0WDQ6作為主控芯片。處理器采用國產(chǎn)雙核SoC，時鐘頻率240MHz，ROM448KB，SRAM520KB，SPIFlash4MB，提供高性能支持的同時，簡化項目搭建過程。支持WIFI和Bluetooth兩種無線通信方式，輕松實現(xiàn)App和Web的通信與控制。支持MicroPython和Arduino兩種編程方式，易學(xué)易懂易練，滿足不同學(xué)習(xí)需求。任務(wù)三學(xué)習(xí)智能微型運動裝置教學(xué)平臺三、電路板簡介TQD-MicromouseJQ3的核心主控板安裝在擴展板上，擴展板與底部電路板通過導(dǎo)線連接。2.底部電路板TQD-MicromouseJQ3共四臺電動機，安裝在底部電路板上，底部電路板通過導(dǎo)線與擴展板連接，完成系統(tǒng)的閉環(huán)。1.擴展板擴展板將核心主控板的所有接口都擴展出來，方便進行二次開發(fā)。任務(wù)三學(xué)習(xí)智能微型運動裝置教學(xué)平臺電動機安裝圖

整體安裝圖任務(wù)四了解MicroPython開發(fā)之旅/04任務(wù)四了解MicroPython開發(fā)之旅任務(wù)四了解MicroPython開發(fā)之旅一、MicroPython簡介MicroPython是一門解釋型語言，與非解釋型語言的區(qū)別，是微型化的Python，可以運行在微控制器中，它使得用戶可以編寫Python腳本來控制硬件。二、MicroPython功能MicroPython支持的一些功能：1.交互式解釋器MicroPython開發(fā)板內(nèi)置了特殊的交互式控制臺，可以通過使用USB電纜（或在某些情況下通過Wi-Fi）連接到開發(fā)板來進行訪問。2.標(biāo)準(zhǔn)庫MicroPython還支持許多標(biāo)準(zhǔn)庫。例如：JSON數(shù)據(jù)解析、套接字編程、字符串處理、文件輸入/輸出，甚至對正則表達式的支持等。3.可擴展對于需要在底層（使用C或C++）實現(xiàn)一些復(fù)雜庫并在MicroPython中包含新庫的高級用戶而言，這是一個很棒的功能。任務(wù)四了解MicroPython開發(fā)之旅三、MicroPython局限性MicroPython最大的局限性在于它的易用性。例如以高速率采樣數(shù)據(jù)或通過連接（USB、硬件接口等）進行通信可能無法足夠快地運行。對于這些領(lǐng)域，可以通過使用優(yōu)化處理低級通信的庫擴展MicroPython語言來解決該問題。任務(wù)四了解MicroPython開發(fā)之旅序號名稱含義序號名稱含義1array數(shù)組13os基本的“操作系統(tǒng)”服務(wù)2binascii二進制/ASCII轉(zhuǎn)換14random生成隨機數(shù)3builtins內(nèi)置函數(shù)和異常15re正則表達式4cmath復(fù)數(shù)數(shù)學(xué)函數(shù)16select等待流上的事件5collections收集和容器類型17socket套接字6errno系統(tǒng)錯誤代碼18sslSSL/TLS模塊7gc控制垃圾收集器19struct打包和解包原始數(shù)據(jù)類型8hashlib哈希算法20sys特定于系統(tǒng)的功能9heap堆隊列算法21time時間相關(guān)函數(shù)10i/o輸入/輸出流22uasyncio異步I/O調(diào)度器11jsonJSON編解碼23zlibzlib解壓12math數(shù)學(xué)函數(shù)24_thread多線程支持四、Python標(biāo)準(zhǔn)庫微型化的Python標(biāo)準(zhǔn)庫任務(wù)四了解MicroPython開發(fā)之旅五、MicroPython特定庫序號名稱含義序號名稱含義1bluetooth低功耗藍牙6micropython訪問和控制MicroPython內(nèi)部2btree簡單的BTree數(shù)據(jù)庫7neopixel控制WS2812燈帶3cryptolib加密密碼8network網(wǎng)絡(luò)配置4framebuf幀緩沖操作9uctypes以結(jié)構(gòu)化方式訪問二進制數(shù)據(jù)5machine與硬件相關(guān)的功能

MicroPython類庫任務(wù)五掌握MicroPython編程基礎(chǔ)/05任務(wù)五掌握MicroPython編程基礎(chǔ)任務(wù)五掌握MicroPython編程基礎(chǔ)一、基礎(chǔ)任務(wù)五掌握MicroPython編程基礎(chǔ)二、數(shù)據(jù)類型MicroPython中基本的數(shù)據(jù)類型有Number（數(shù)字）、String（字符串）、List（列表）、Tuple（元組）、Dictionary（字典）等。任務(wù)五掌握MicroPython編程基礎(chǔ)三、運算符1.算術(shù)運算符運算符名稱說明+加兩個對象相加-減定義一個負數(shù)，或兩個對象相減*乘兩數(shù)相乘或返回一個被重復(fù)若干次的字符串、列表、元組等/除x除以y//取整除返回商的整數(shù)部分%取余返回除法的余數(shù)余**冪返回x的y次冪2.位運算符運算符名稱說明<<左移把<<左邊的運算數(shù)的各二進制位全部左移若干位，（由<<右邊的數(shù)指定移動的位數(shù)），高位丟棄，低位補0>>右移把>>左邊的運算數(shù)的各二進制位全部右移若干位，（由>>右邊的數(shù)指定移動的位數(shù)），低位丟棄，高位補0&按位與參與運算的兩個值，如果相應(yīng)的兩個位都為1,則對應(yīng)位按位與運算的結(jié)果為1，否則為0|按位或兩個數(shù)對應(yīng)的二進制位有一個為1時，則對應(yīng)位按位或運算的結(jié)果為1,否則為0?按位異或兩個數(shù)對應(yīng)的二進制位不相同時，則該對應(yīng)位按位異或運算的結(jié)果為1,否則為0～按位取反每個二進制位取反，即把1變?yōu)?,把0變?yōu)?。任務(wù)五掌握MicroPython編程基礎(chǔ)3.比較運算符運算符名稱說明＜小于x＜y；返回x是否小于y。若為真返回True，為假返回False＞大于x＞y；返回x是否大于y＜＝小于或等于x＜=y返回x是否小于或等于y＞＝大于或等于x＞=y返回x是否大于或等于y＝＝等于x==y；比較x和y是否相等！＝不等于x!=y；比較x和y是否不相等4.邏輯運算符運算符名稱說明not布爾“非”notx；如果x為True，返回False，否則返回Trueand布爾“與”xandy；x，y都為True，返回True，否則返回Falseor布爾“或”xory；x或y至少一個為True，返回True，否則返回False5.賦值運算符運算符名稱說明＝簡單的賦值運算符c＝10；將10賦值給c+＝加法賦值運算符c+＝a等價于c＝c+a-＝減法賦值運算符c-＝a等價于c＝c-a*＝乘法賦值運算符c*＝a等價于c＝c*a/＝除法賦值運算符c/＝a等價于c＝c/a%＝取模賦值運算符c%＝a等價于c＝c%