機(jī)器人實(shí)驗(yàn)實(shí)驗(yàn)報(bào)告

1、 成績(jī) 中國(guó)農(nóng)業(yè)大學(xué) 課程論文 （2013-2014學(xué)年秋季學(xué)期）論文題目：機(jī)器人創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)（1）實(shí)驗(yàn)報(bào)告課程名稱： 機(jī)器人創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)（1）任課教師： 班級(jí)： 姓名： 學(xué)號(hào)： 機(jī)器人創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)（1）實(shí)驗(yàn)報(bào)告關(guān)鍵字：ARM TKStudio集成化編程 C語言 傳感器 舵機(jī) 控制摘要：機(jī)器人創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)課引導(dǎo)我們綜合利用機(jī)械擴(kuò)展、電子擴(kuò)展、軟件擴(kuò)展及傳感器擴(kuò)展能力，以創(chuàng)新為主題，自主完成從機(jī)器人的機(jī)構(gòu)組裝到編程控制。通過這門課程，我初步掌握了有關(guān)機(jī)器人技術(shù)的基本知識(shí)和機(jī)器人學(xué)所涉及的技術(shù)的基本原理和方法，加深了對(duì)理論知識(shí)的理解和掌握。一、認(rèn)知實(shí)驗(yàn)：了解探索者機(jī)器人實(shí)驗(yàn)一這門課用到的教學(xué)材料是探索者教學(xué)機(jī)器人

2、創(chuàng)新套件。通過這個(gè)實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，我們可以完成機(jī)器人的創(chuàng)新設(shè)計(jì)、組裝以及編程控制。在前期的認(rèn)知實(shí)驗(yàn)中，我們搭建了一個(gè)二輪驅(qū)動(dòng)的自動(dòng)避障小車，并且實(shí)現(xiàn)了對(duì)它的控制，從而對(duì)探索者有了很好的了解。（1） 機(jī)械部分探索者的機(jī)械零件包括金屬件、塑膠件、舵機(jī)、零配件四部分。其中金屬件共有29種，具有相同的壁厚和豐富的擴(kuò)展孔。舵機(jī)分為圓周舵機(jī)和標(biāo)準(zhǔn)舵機(jī)兩種。同學(xué)們?cè)趧?chuàng)新設(shè)計(jì)的過程中可以根據(jù)零件的特點(diǎn)，靈活運(yùn)用，合理搭配，從而實(shí)現(xiàn)自己所設(shè)計(jì)的機(jī)械結(jié)構(gòu)以及運(yùn)動(dòng)方式。（2） 控制部分 我們使用的Robotway ARM7 LPC2138 主控板采用32位高性能實(shí)時(shí)嵌入式芯片，支持用戶自定義開發(fā)，開放電路圖、源代碼、庫函

3、數(shù)。探索者套件中包含了觸碰傳感器、觸須傳感器、近紅外傳感器、聲控傳感器等八種傳感器，可以實(shí)現(xiàn)尋線、避障、聲光等多種控制。（3） 編寫和燒錄程序我們使用的編譯環(huán)境是TKStudio。由于我們并沒有學(xué)習(xí)過單片機(jī)，所以編程對(duì)我們來說是一個(gè)難點(diǎn)。我們先從實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書上簡(jiǎn)單的例程開始學(xué)習(xí)，結(jié)合C語言的知識(shí)，逐漸掌握了ARM的編程方法。燒寫程序的時(shí)候，我們用到的是Philips Flash Utility軟件。使用的過程是：1、選擇端口；2、讀取主控板的ID號(hào)；3、擦除主控板中原有的程序；4、選擇自己的程序；5、上傳。（4） 認(rèn)知實(shí)驗(yàn)成果仿照掃地小車?yán)?，我們制作了屬于我們自己的自?dòng)避障小車，功能包括碰到左

4、右障礙在制作的過程中詳細(xì)了解了安裝機(jī)械部件的技巧以及圓周舵機(jī)、傳感器等的控制方法，為之后的創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)積累了寶貴的經(jīng)驗(yàn)。經(jīng)驗(yàn)總結(jié)：1. 檢驗(yàn)器材：在使用主板和傳感器之前，要先對(duì)各個(gè)端口進(jìn)行檢查。做好前期的準(zhǔn)備工作是很重要的。具體方法是：編寫一個(gè)讓所有端口均輸出令圓周舵機(jī)不停旋轉(zhuǎn)信號(hào)的程序，燒制程序至主板芯片中，然后啟動(dòng)芯片，將一個(gè)圓周舵機(jī)依次連接各端口即可檢查每個(gè)端口的完好性，同時(shí)這也是檢驗(yàn)舵機(jī)完好性的好方法。在實(shí)驗(yàn)前對(duì)器材進(jìn)行測(cè)試是必要的。2. 構(gòu)件連接：機(jī)械結(jié)構(gòu)可能會(huì)隨著設(shè)計(jì)而進(jìn)行局部的改變，因此擰連接螺釘時(shí)不必將所有空位均固定牢靠，開始搭建時(shí)可以只對(duì)必要的空位進(jìn)行連接，比如只擰緊對(duì)角線兩個(gè)螺

5、釘，待到結(jié)構(gòu)確認(rèn)無誤時(shí)在緊固所有螺釘，方便改造重組，節(jié)約時(shí)間。另外為方便拆卸，應(yīng)將螺母統(tǒng)一放置一側(cè)，最好是便于使用扳手的部件外部。3. 程序編寫：編寫程序前需按照教程進(jìn)行相應(yīng)配置，否則編譯時(shí)即使沒有語法錯(cuò)誤，也無法編譯成功。在閱讀例程并進(jìn)行實(shí)驗(yàn)充分理解語句含義以及傳感器、舵機(jī)、端口的使用方法的基礎(chǔ)上開始編程，為了便于調(diào)試編寫相關(guān)語句（LedIn,LedOut)將各個(gè)端口的工作狀態(tài)用led信號(hào)燈表示出來，實(shí)驗(yàn)時(shí)可根據(jù)led信號(hào)燈判斷程序運(yùn)行是否正常，舵機(jī)、傳感器是否運(yùn)行正確。二、創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)方案設(shè)計(jì)（1） 結(jié)構(gòu)組裝在最后一次創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)中，我們最初的構(gòu)想是一只可以切換運(yùn)動(dòng)方式的機(jī)器小貓。第一種運(yùn)動(dòng)方式是

6、標(biāo)準(zhǔn)四足的行走方式。由一個(gè)圓周舵機(jī)帶動(dòng)兩組偏心輪四桿機(jī)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)和動(dòng)物相似的對(duì)角線交替的行走方式。如下圖所示： 第二種運(yùn)動(dòng)方式為兩輪驅(qū)動(dòng)，四足靜止的行走方式。兩個(gè)車輪最初處于懸空狀態(tài)，聲音傳感器觸發(fā)后，控制兩個(gè)標(biāo)準(zhǔn)舵機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)一定角度，使車輪著地，完成前進(jìn)方式的轉(zhuǎn)換。下面是我們依據(jù)這種構(gòu)想搭建的機(jī)械小貓：之后我們?cè)诓唤觽鞲衅鞯那闆r下用簡(jiǎn)單的程序來測(cè)試機(jī)械貓兩種方式下的運(yùn)動(dòng)情況，結(jié)果卻不盡人意。首先是舵機(jī)太多。其次整個(gè)機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)太繁瑣，穩(wěn)定性不夠，很難維持平衡。由于帶動(dòng)四桿機(jī)構(gòu)的軸比較短，機(jī)構(gòu)太重的話也不夠穩(wěn)固。所以我們對(duì)整個(gè)機(jī)構(gòu)進(jìn)行了簡(jiǎn)化，舍棄了車輪的部分。下面是改進(jìn)后的機(jī)械小貓：（2） 傳感器設(shè)置

7、改進(jìn)后，我們對(duì)機(jī)械小貓的功能設(shè)計(jì)為：電源啟動(dòng)后，圓周舵機(jī)工作，小貓開始前進(jìn)。如遇到前方有障礙物，則后退10秒。當(dāng)接收到聲音信號(hào)時(shí)，停止前后運(yùn)動(dòng)，同時(shí)頸部的標(biāo)準(zhǔn)舵機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)一定角度，完成轉(zhuǎn)頭的動(dòng)作。因此我們的小貓中對(duì)應(yīng)地設(shè)置了一個(gè)近紅外傳感器和一個(gè)聲音傳感器，分別實(shí)現(xiàn)避障和轉(zhuǎn)頭的功能。上圖中的觸須傳感器是為了美觀設(shè)置的。（3） 程序編寫1. 初步設(shè)計(jì)端口元件類型安裝位置及功能Servo(1,*)圓周舵機(jī)左輪 前進(jìn)、后退、轉(zhuǎn)彎Servo(2,*)圓周舵機(jī)右輪 前進(jìn)、后退、轉(zhuǎn)彎Servo(3,*)標(biāo)準(zhǔn)舵機(jī)左臂 旋轉(zhuǎn)90度收放左輪Servo(4,*)標(biāo)準(zhǔn)舵機(jī)右臂 旋轉(zhuǎn)90度收放右輪Servo(5,*)標(biāo)準(zhǔn)

8、舵機(jī)脖子 左右轉(zhuǎn)動(dòng)幅度180度Servo(6,*)圓周舵機(jī)帶動(dòng)四足機(jī)構(gòu) 單向勻速旋轉(zhuǎn)Input(1,1)觸覺傳感器左頭部左側(cè) 收到信號(hào)右轉(zhuǎn)Input(2,1)觸覺傳感器右頭部右側(cè) 收到信號(hào)左轉(zhuǎn)Input(3,1)紅外傳感器頭部前方 收到信號(hào)后退并原地轉(zhuǎn)彎Input(4,1)聲音傳感器機(jī)身后方 收到信號(hào)由輪子跑模式切換到四足行走模式#include "config.h" #include "lib_io.h"#include "lib_arm.h"int main(void)int i;unsigned int flag=1;Initi

9、al_ARM(); DelayNS(1500); while (1)if (Input(1,1)=1) /左觸覺傳感器觸發(fā)LedIn(1,2); LedIn(2,0);LedIn(3,0);LedIn(4,0);LedOut(1,1); LedOut(2,0);/信號(hào)燈標(biāo)識(shí)舵機(jī)、傳感器工作狀態(tài)Servo(1,60); /左輪向前轉(zhuǎn)，右轉(zhuǎn)Servo(2,90); /右輪不動(dòng)，右轉(zhuǎn)DelayNS(1500); /右轉(zhuǎn)1.5sflag=1; else if (Input(2,1)=1) /右觸覺傳感器觸發(fā)LedIn(1,0);LedIn(2,2); LedIn(3,0);LedIn(4,0);Led

10、Out(1,0);LedOut(2,1);/信號(hào)燈標(biāo)識(shí)舵機(jī)、傳感器工作狀態(tài)Servo(1,90); /左輪不動(dòng)，左轉(zhuǎn)Servo(2,120); /右輪向前轉(zhuǎn)，左轉(zhuǎn)DelayNS(1500);/右轉(zhuǎn)1.5sflag=1;else if (Input(3,1)=1) /前方有障礙物，紅外傳感器觸發(fā)LedIn(1,0);LedIn(2,0);LedIn(3,2);LedIn(4,0);LedOut(1,1);LedOut(2,1);/信號(hào)燈標(biāo)識(shí)舵機(jī)、傳感器工作狀態(tài)Servo(1,120); Servo(2,60);/左右輪同向同速轉(zhuǎn)，后退DelayNS(1000);/后退1sServo(1,175)

11、; Servo(2,175); /左右輪反向同速轉(zhuǎn)，原地旋轉(zhuǎn)DelayNS(2100); 原地打轉(zhuǎn)2.1sflag=1;else if (Input(4,1)=1) /聲音傳感器觸發(fā) Servo(1,90);Servo(2,90); /左右輪停止旋轉(zhuǎn)Servo(3,90);DelayNS(1000);Servo(4,90); DelayNS(1000);/標(biāo)準(zhǔn)舵機(jī)帶動(dòng)左右臂向前上方旋轉(zhuǎn)，收起輪子for (i=0;i<6;i+)Servo(5,0);/脖子標(biāo)準(zhǔn)舵機(jī)左轉(zhuǎn)至0度DelayNS(200);Servo(5,180);/脖子標(biāo)準(zhǔn)舵機(jī)右轉(zhuǎn)至180度DelayNS(200);Servo(

12、5,90);/脖子標(biāo)準(zhǔn)舵機(jī)回歸原始方位DelayNS(200);/以上程序?qū)崿F(xiàn)脖子扭動(dòng)數(shù)次 Servo(6,60);/圓周舵機(jī)勻速旋轉(zhuǎn)，帶動(dòng)四足機(jī)構(gòu)向前踱步DelayNS(10000);/持續(xù)10秒flag=1;if (flag=1) flag=0;LedIn(1,0);LedIn(2,0);LedIn(3,0);LedIn(4,2);LedOut(1,1);LedOut(2,1);/信號(hào)燈標(biāo)識(shí)舵機(jī)、傳感器工作狀態(tài) Servo(3,0);DelayNS(1000);Servo(4,180); DelayNS(1000);/標(biāo)準(zhǔn)舵機(jī)帶動(dòng)左右臂向下方旋轉(zhuǎn)，放下輪子Servo(1,60); Serv

13、o(2,120);/左右輪同速同向旋轉(zhuǎn)，前進(jìn)/不經(jīng)傳感器觸發(fā)，向前行走return(1);2. 改進(jìn)程序：端口元件類型安裝位置及功能Servo(1,*)圓周舵機(jī)帶動(dòng)四足機(jī)構(gòu) 單向勻速旋轉(zhuǎn)Servo(2,*)標(biāo)準(zhǔn)舵機(jī)脖頸部 180度范圍內(nèi)旋轉(zhuǎn)搖頭Input(1,1)紅外傳感器頭部前方 收到信號(hào)后退Input(2,1)聲音傳感器機(jī)身后方 收到信號(hào)搖頭#include "config.h" #include "lib_io.h"#include "lib_arm.h"int main(void)int i; unsigned int fla

14、g=1;Initial_ARM(); DelayNS(1500); while (1)if (Input(1,1)=1)/聲音傳感器觸發(fā)，搖頭 for (i=0;i<10;i+)Servo(2,0);/脖子標(biāo)準(zhǔn)舵機(jī)左轉(zhuǎn)至0度DelayNS(200);Servo(2,180);/脖子標(biāo)準(zhǔn)舵機(jī)右轉(zhuǎn)至180度DelayNS(200);Servo(2,90);/脖子標(biāo)準(zhǔn)舵機(jī)回歸原始方位DelayNS(200);flag=1;else if (Input(2,1)=1)/紅外傳感器觸發(fā)，搖前方有障礙，后退 Servo(1,120); /圓周舵機(jī)帶動(dòng)四足機(jī)構(gòu)進(jìn)行后退踱步 DelayNS(10000)

15、; flag=1;if (flag=1) flag=0;Servo(1,60); /圓周舵機(jī)帶動(dòng)四足機(jī)構(gòu)進(jìn)行前進(jìn)踱步return(1);編程設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)總結(jié)：1） 舵機(jī)控制：實(shí)現(xiàn)機(jī)器人各個(gè)動(dòng)作的核心是舵機(jī)控制，而我們的實(shí)驗(yàn)器材中有兩種舵機(jī)，一種是圓周舵機(jī)，可以實(shí)現(xiàn)正反向圓周轉(zhuǎn)動(dòng)；另一種是標(biāo)準(zhǔn)舵機(jī)，可實(shí)現(xiàn)180度范圍內(nèi)的指定角度的旋轉(zhuǎn)。通過實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，圓周舵機(jī)的控制值范圍為0180，其中值為90時(shí)舵機(jī)靜止，小于90為逆時(shí)針（從舵機(jī)外部看，也就是從舵機(jī)伸向外部的旋轉(zhuǎn)端看）旋轉(zhuǎn)，大于90為順時(shí)針旋轉(zhuǎn)，且值偏離90越多，速度越大，即0和180為正反向旋轉(zhuǎn)的最大速度。標(biāo)準(zhǔn)舵機(jī)的控制值范圍也為0180，值得大小

16、代表旋轉(zhuǎn)的度數(shù)大小，可以進(jìn)行指定度數(shù)的旋轉(zhuǎn)控制。根據(jù)兩種舵機(jī)的特性，我們?cè)O(shè)計(jì)將圓周舵機(jī)用于輪子的傳動(dòng)，并通過對(duì)左右輪轉(zhuǎn)向、速度的控制，實(shí)現(xiàn)機(jī)器人左轉(zhuǎn)、右轉(zhuǎn)、前進(jìn)、后退、原地轉(zhuǎn)圈等一系列動(dòng)作（具體體現(xiàn)見程序段注釋）。標(biāo)準(zhǔn)舵機(jī)用于機(jī)器的關(guān)節(jié)旋轉(zhuǎn)，如擺頭以及收放連接輪子的機(jī)械臂。由于不確定圓周舵機(jī)的初始位置與數(shù)值的對(duì)應(yīng)關(guān)系，需要通過實(shí)驗(yàn)確定適合本機(jī)器人的參數(shù)。2） 傳感器控制：在初步的設(shè)計(jì)方案中，我們使用了觸覺傳感器、紅外傳感器、聲音傳感器等多個(gè)不同的傳感器，通過合理布置，可以得到來自傳感器針對(duì)不同外部環(huán)境的信息的輸入，程序設(shè)計(jì)的要求就是正確獲取傳感器的輸入值，并有效地做出相關(guān)的反應(yīng)動(dòng)作，而這在程序

17、中是通過分支語句完成的。（4） 心得體會(huì)上完機(jī)器人實(shí)驗(yàn)課后，我對(duì)機(jī)器人的認(rèn)識(shí)發(fā)生了很大改變，它們變得不再那么神秘、那么復(fù)雜、那么不可接近，原來只要我們?cè)敢猓涂梢暂p松地做出我們想要的機(jī)器人。在這門實(shí)驗(yàn)課中，我們將以前學(xué)習(xí)的機(jī)械原理、C語言課程應(yīng)用到了實(shí)踐當(dāng)中，鍛煉動(dòng)手動(dòng)腦能力的同時(shí)，也對(duì)從前的知識(shí)有了更深入的理解。我在實(shí)驗(yàn)中主要負(fù)責(zé)編寫程序。由于之前對(duì)C語言掌握的不錯(cuò)，所以對(duì)這一部分的處理自信滿滿，看過例程后也覺得語句并不復(fù)雜，但是實(shí)際操作起來卻發(fā)現(xiàn)機(jī)器人程序的任務(wù)并不輕松。首先，機(jī)器人編程不同于一般編程在于一般編程是前提條件規(guī)定好參數(shù)，編程者只需要按照要求設(shè)置即可，而機(jī)器人編程很多時(shí)候需要自己進(jìn)行測(cè)試。比如圓周舵機(jī)的轉(zhuǎn)向和圓周舵機(jī)各參數(shù)對(duì)應(yīng)的角度都需要編寫小程序分別進(jìn)行測(cè)試，而這也讓我認(rèn)識(shí)到工程人員在設(shè)計(jì)機(jī)器時(shí)必須根據(jù)現(xiàn)實(shí)環(huán)境對(duì)自己的機(jī)器參數(shù)進(jìn)行不斷實(shí)驗(yàn)測(cè)試與修正。另外，在創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)中，機(jī)器人的結(jié)構(gòu)可能會(huì)隨著一些客觀條件的改變不得不進(jìn)行修改，這事程序也必須要根據(jù)新的解雇與環(huán)境進(jìn)行相應(yīng)的修改，修改