機(jī)器人技術(shù)實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書(新版)9112

機(jī)器人技術(shù)實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書鄭嫦娥編寫北京林業(yè)大學(xué)工學(xué)院機(jī)械工程系

機(jī)器人技術(shù)實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書目錄實(shí)驗(yàn)一搭建機(jī)器蠕蟲.............................................................................................................2實(shí)驗(yàn)二機(jī)器人.................................................................................7傳感－控制－決策實(shí)驗(yàn)1機(jī)器人技術(shù)實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書實(shí)驗(yàn)一搭建機(jī)器蠕蟲【實(shí)驗(yàn)?zāi)康摹浚?）了解機(jī)器人的組成，（2）通過搭建機(jī)器蠕蟲，熟悉機(jī)器人機(jī)械、控制、驅(qū)動(dòng)、傳感等各模塊基本構(gòu)成。（3）通過控制機(jī)器蠕蟲運(yùn)動(dòng)，熟悉MRcommander的使用?！緦?shí)驗(yàn)設(shè)備】博創(chuàng)機(jī)器人套件：A、B箱【實(shí)驗(yàn)內(nèi)容】搭建機(jī)器蠕蟲，并控制其運(yùn)動(dòng)?！緦?shí)驗(yàn)步驟】（1）首先利用博創(chuàng)套件，搭建由4個(gè)完全相同的關(guān)節(jié)串聯(lián)的機(jī)器蠕蟲。圖1機(jī)器蠕蟲的一個(gè)關(guān)節(jié)圖24個(gè)關(guān)節(jié)串聯(lián)的機(jī)器蠕蟲（2）熟悉MultiFLEX控制卡的各種接口，以舊卡（體積小）為例：A：電源接口：+5~6VB：控制板總線2機(jī)器人技術(shù)實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書C：4路電機(jī)接口，最大允許電流2A，電機(jī)紅線＋，白線－。連接時(shí)，白線朝電路板外側(cè)。D：RS-232串口，5口串口線。插頭上▲與電路板上NC對(duì)齊。E：7路模擬量輸入AD0~AD6，允許輸入0~5V模擬量，主要用于傳感器信號(hào)采集。電路板外側(cè)是地（對(duì)應(yīng)“－”號(hào)），中間是電源（對(duì)應(yīng)“＋”號(hào)），內(nèi)側(cè)是信號(hào)輸入線。F：12路PWM舵機(jī)控制PW0~PW11，分成了4組。舵機(jī)引線是三芯杜邦頭，棕色線是地，橙色線是電源，黃色線是信號(hào)線。棕色線在電路板外側(cè)。G：16路I/O口，在MRcommander中可以被配置為輸入或者輸出。如果被配置為輸入，主要用于采集開關(guān)、數(shù)字式傳感器的狀態(tài)。如果被配置為輸出，高電平為控制低電平為0，可以用于驅(qū)動(dòng)LED、微型電機(jī)等。其中靠近電路板外側(cè)器電源電壓，是地，中間是電源，內(nèi)側(cè)是信號(hào)線。H：AVR單片機(jī)在線編程接口?？刂破魃鲜褂肁VRATMega128微處理器，具備在線編程功能。交編叉譯好的二進(jìn)制文件可以通過該接口下載到處理器內(nèi)置的FLASH中運(yùn)行。I：控制卡功能選擇撥碼開關(guān)，1)第1、2路ON，第3、4路OFF：通過RS232與上第1、2路OFF，第3、4路ON：通過標(biāo)準(zhǔn)總線與上位機(jī)通訊。2)第5、6路用來選擇波特率。第6位第5位波特率共8路。第一路撥到ON為接通。位機(jī)通訊；00110101115200384001920096003)第7路用于選擇開機(jī)狀態(tài)。4)第8路保留。本卡使用：87654321保留OFFOFFONOFFOFFONON（3）連接線1)連接舵機(jī)線：棕色地線在電路板外側(cè)。舵機(jī)次從1到4號(hào)，或者從4號(hào)從1號(hào)。2)連接下載線：并口下載線與電路板的H區(qū)的5針插頭連接。注意方向。3)連接電源線：上電后，控制卡上若正常，紅黃兩色指示燈會(huì)亮。纜：順序必須按機(jī)體的頭尾順序依圖3機(jī)器蠕蟲的初始狀態(tài)（4）為機(jī)器人編寫程序和我們自己編寫的C語言程序有關(guān)的只有Public.h，Usertask.h，USERTASK.C，其他都是系統(tǒng)文件。Public.h文件作用：為方便編程進(jìn)行的預(yù)定義，以及將實(shí)際電路與程序聯(lián)系進(jìn)行的一些3機(jī)器人技術(shù)實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書預(yù)操作。Usertask.h文件作現(xiàn)對(duì)機(jī)器人的控制：12路舵機(jī)IO口的設(shè)置函數(shù)，AD口的讀取函數(shù)燈。這些函數(shù)的定義以及代碼在其他幾個(gè)系統(tǒng)文件里。USERTASK.C文件作rc_moto_control(array_rc)：12路舵機(jī)控制函數(shù)array_rc舵機(jī)控制數(shù)組，數(shù)組長度24，可控制12路舵機(jī)標(biāo)角度值，array_rc[奇數(shù)]舵機(jī)運(yùn)動(dòng)速度值。array_rc[0]=90+20，目標(biāo)角度為正20度，中位為0度（對(duì)應(yīng)數(shù)值90）。取值范圍為0～180度。舵機(jī)運(yùn)動(dòng)速度取值范圍0～255。dc_moto-control(array_dc)：4路電機(jī)用：控制卡功能函數(shù)的外部聲明，通過這些聲明可以在USERTASK.C中調(diào)用這些外部函數(shù)，實(shí)的控制函數(shù)，4路電機(jī)的控制函數(shù)，用：自己編寫程序?qū)崿F(xiàn)各種動(dòng)作。i.。array_rc[偶數(shù)]為舵機(jī)目ii.控制函數(shù)，可控制4路電機(jī)array_dc電機(jī)控制數(shù)組，數(shù)組長度8。能控制4路電機(jī)。array_dc[偶數(shù)]為電機(jī)轉(zhuǎn)速，array_dc[奇數(shù)]為電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)間。如：array_dc=0，0為正轉(zhuǎn)最大轉(zhuǎn)速，128代表電機(jī)停轉(zhuǎn)，254為反轉(zhuǎn)最大轉(zhuǎn)速，范圍不能超過0~254。轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)間的單位0.1s。以舵機(jī)控制例程：#include"Public.h"#include"Usertask.h"voiduser_task(void){uint8array_rc[23]={0};//舵機(jī)控制數(shù)組長度為24，可控制12路舵機(jī)，舵機(jī)運(yùn)動(dòng)函數(shù)要求array_rc[偶數(shù)]為舵機(jī)目標(biāo)角度值，array_rc[奇數(shù)]為舵機(jī)運(yùn)動(dòng)速度值array_rc[0]=90+20;//舵機(jī)1，中位為0度（對(duì)應(yīng)數(shù)值90），目標(biāo)角度+20度。取值范圍0-180，超過此范圍程序會(huì)丟棄此數(shù)據(jù)array_rc[1]=170;//舵機(jī)1，速度為170。取值范圍0-255，超過范圍程序會(huì)丟棄此數(shù)據(jù)array_rc[2]=90-20;//舵機(jī)2目標(biāo)角度設(shè)置array_rc[3]=170;//舵機(jī)2轉(zhuǎn)動(dòng)速度設(shè)置array_rc[4]=90-20;//舵機(jī)3array_rc[5]=170;array_rc[6]=90+20;//舵機(jī)4array_rc[7]=170;rc_moto_control(array_rc);//將舵機(jī)運(yùn)動(dòng)信息交給舵機(jī)運(yùn)動(dòng)函數(shù)，實(shí)現(xiàn)舵機(jī)運(yùn)動(dòng)delay(50);//延時(shí)50*20MS=1S,給舵機(jī)提供反應(yīng)時(shí)間，此反應(yīng)時(shí)間應(yīng)大于舵機(jī)實(shí)際運(yùn)動(dòng)所需時(shí)間array_rc[0]=90;array_rc[1]=170;array_rc[2]=90;array_rc[3]=170;array_rc[4]=90;array_rc[5]=170;array_rc[6]=90;array_rc[7]=170;4機(jī)器人技術(shù)實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書rc_moto_control(array_rc);delay(50);}要控制舵機(jī)1（即連接到pw0的舵機(jī)），那么只需給數(shù)組元素array_rc[0]和array_rc[1]賦予相應(yīng)的數(shù)值90+20、170即可，170代表著舵機(jī)的速度，90是舵機(jī)的中位角度數(shù)，那么90+20意味著舵機(jī)將向正方向以170的速度轉(zhuǎn)過20度。最后將數(shù)組返回給舵機(jī)控制函數(shù)，即rc_moto_control(array_rc)。這樣控制卡，就知道我們想要實(shí)現(xiàn)的對(duì)于舵機(jī)的如何控制了。（5）編譯程序在完成上面對(duì)Usertask.c的修改編輯后，保存文件，按F7對(duì)整個(gè)工程進(jìn)行編譯（快捷按鍵，如上圖右側(cè)紅筆圈出所示），生成*.hex文件（8.4.1編寫C程序?qū)崿F(xiàn)對(duì)12路舵機(jī)的控制的default文件夾內(nèi)）。然后用并口下載線將電腦的并口與MultiFLEX控制卡的程序下載口連接（注意GND與控制卡I的區(qū)GND相配），然后給控制卡通電、，并且將前面生成的MultiFLEX.hex文件燒寫至MultiFLEX控制卡中。匹（6）下載程序打開PonyProg2000軟件，其界面如下所示：5機(jī)器人技術(shù)實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書連接完成后給控制卡通上電源（程序燒寫過程中不允許斷電，請(qǐng)確保電源的可靠性）。然后在剛才打開的PonyProg2000中點(diǎn)擊“File——》OpenDeviceFile”或者點(diǎn)擊圖標(biāo)打開我們前面生成的*.hex文件（編寫C程序?qū)崿F(xiàn)對(duì)12路舵機(jī)的控制的應(yīng)該在“8.4.1default”文件夾中），然后點(diǎn)擊“Command——》WriteAll”或者點(diǎn)擊圖標(biāo)，然后程序就會(huì)開始燒寫至控制卡里面?？吹匠霈F(xiàn)“Writesuccessful”時(shí)，便說明我們的程序已經(jīng)下載成功，這是4路舵機(jī)開6機(jī)器人技術(shù)實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書始呈周期性運(yùn)動(dòng)，其形狀宛如一條游動(dòng)的小蛇。實(shí)驗(yàn)二機(jī)器人傳感－控制－決策實(shí)驗(yàn)【實(shí)驗(yàn)?zāi)康摹浚?）了解典型機(jī)器人的組成，（2）通過搭建機(jī)器人，熟悉機(jī)器人構(gòu)型設(shè)計(jì)。（3）通過使用傳感器，熟悉機(jī)器人常用傳感器。（4）通過控制機(jī)器人完成特定任務(wù)，掌握利用傳感器感知環(huán)境信息，并控制機(jī)器人。【實(shí)驗(yàn)設(shè)備】博創(chuàng)機(jī)器人套件：A、B箱【實(shí)驗(yàn)內(nèi)容】搭建典型機(jī)器人（機(jī)器人構(gòu)型，從以下選一：四自由度機(jī)械臂、簡易四足機(jī)器人、挖掘作業(yè)機(jī)器人、仿生蛇形機(jī)器人、全向運(yùn)動(dòng)作業(yè)機(jī)器人、仿生機(jī)器狗或者設(shè)計(jì)自己的機(jī)器人構(gòu)型），并控制機(jī)器人根據(jù)傳感器反饋信息完成一定任務(wù)?！緦?shí)驗(yàn)步驟】（1）首先利用博創(chuàng)套件，搭建機(jī)器人構(gòu)型，如四自由度機(jī)械臂。圖1（2）安裝傳感器。（3）編寫、調(diào)試、下載。8.5.1自主避障機(jī)器人實(shí)驗(yàn)環(huán)境：7機(jī)器人技術(shù)實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書已嵌入WinAVR的AVRStudio4.12實(shí)驗(yàn)結(jié)果：開機(jī)后機(jī)器人會(huì)向前運(yùn)動(dòng)，當(dāng)檢測(cè)到障礙物之后機(jī)器人會(huì)先后退一定距離，然后根據(jù)接收障礙物的傳感器不同采取不同的轉(zhuǎn)向，然后機(jī)器人繼續(xù)向前運(yùn)動(dòng)，當(dāng)遇到障礙物之后再進(jìn)行判斷，如此循環(huán)。**************************************************************/#include"public.h"包含的頭文件，前面已經(jīng)提到#include"Usertask.h"voiduser_task(void){uint8array_dc[7]={0};//電機(jī)控制數(shù)組uint8array_rc[23]={0};//舵機(jī)控制數(shù)組uint16temp16;定義16位變量，用來保存?zhèn)鞲衅鞣祷氐臄?shù)值gpio_mode_set(0);//設(shè)置16位IO模式全為輸入，使用傳感器時(shí)，必須將IO口設(shè)置為輸入，這樣單片機(jī)才能得到返回?cái)?shù)值temp16=read_gpio();//讀取16位IO信息至temp16if((temp16&0x0003)==3)//紅外傳感器均為高電平時(shí)（紅外傳感器檢測(cè)到?jīng)]有障礙時(shí)為輸出高電平即為1）此時(shí)電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)5秒，（相當(dāng)于機(jī)器人直行）{array_dc[0]=0;//電機(jī)1,正轉(zhuǎn)最大速度（0為正轉(zhuǎn)最大轉(zhuǎn)速，0xFE=254為轉(zhuǎn)反最大轉(zhuǎn)速，0x80=128代表電機(jī)停止）。范圍為0-254，超過此范圍程序會(huì)丟棄此數(shù)據(jù)，電機(jī)控制數(shù)組，與舵機(jī)控制類似，偶數(shù)元素控制速度（包括正反方向）array_dc[1]=50;//電機(jī)1，50×0.1秒轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)間。范圍為0-255，超過此范圍程序會(huì)丟棄此數(shù)據(jù)奇數(shù)元素控制轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)間。array_dc[2]=0xFE;//電機(jī)2array_dc[3]=50;array_dc[4]=0;//電機(jī)3array_dc[5]=50;array_dc[6]=0xFE;//電機(jī)4array_dc[7]=50;dc_moto_control(array_dc);將數(shù)組命令返回給函數(shù)，程序執(zhí)行到此時(shí)，電機(jī)便開始執(zhí)行剛剛賦值的命令。}elseif(((temp16&0x0003)==2)||((temp16&0x0003)==0))//數(shù)字IO區(qū)（G區(qū)）IO0口所接紅外傳感器為低電平（右紅外傳感器檢測(cè)到障礙）或者兩個(gè)傳感器均為低電平時(shí)（兩個(gè)傳感器都檢測(cè)到障礙）電機(jī)左,轉(zhuǎn)蜂鳴器發(fā)聲{beep_set(5);//蜂鳴器發(fā)聲0.5秒蜂鳴器控制函數(shù)，直接調(diào)用，賦值即可//以最高速度后退array_dc[0]=0xFE;array_dc[1]=5;//0.5秒8機(jī)器人技術(shù)實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書array_dc[2]=0;array_dc[3]=5;array_dc[4]=0xFE;array_dc[5]=5;array_dc[6]=0;array_dc[7]=5;dc_moto_control(array_dc);delay(30);//給電機(jī)反應(yīng)時(shí)間30×20MS=0.6s，此反應(yīng)時(shí)間應(yīng)大于電機(jī)實(shí)際運(yùn)動(dòng)時(shí)間//機(jī)器人轉(zhuǎn)向array_rc[0]=90+20;//舵機(jī)1，中位為0度（對(duì)應(yīng)數(shù)值90），目標(biāo)角度+20度。取值范圍0-180，超過此范圍程序會(huì)丟棄此數(shù)據(jù)array_rc[1]=170;//舵機(jī)1，速度為170。取值范圍0-255，超過此范圍程序會(huì)丟棄此數(shù)據(jù)array_rc[2]=90-20;//舵機(jī)2目標(biāo)角度設(shè)置array_rc[3]=170;//舵機(jī)2轉(zhuǎn)動(dòng)速度設(shè)置array_rc[4]=90-20;//舵機(jī)3array_rc[5]=170;array_rc[6]=90+20;//舵機(jī)4array_rc[7]=170;rc_moto_control(array_rc);delay(50);//延時(shí)50*20MS=1S,給舵機(jī)提供反應(yīng)時(shí)間，此反應(yīng)時(shí)間應(yīng)大于舵機(jī)實(shí)際運(yùn)動(dòng)所需時(shí)間array_dc[0]=0x80+55;//電機(jī)速度為+55array_dc[1]=10;array_dc[2]=0x80+55;array_dc[3]=10;array_dc[4]=0x80+55;array_dc[5]=10;array_dc[6]=0x80+55;array_dc[7]=10;dc_moto_control(array_dc);delay(50);//延時(shí)50*20MS=1S//機(jī)器人恢復(fù)直線運(yùn)動(dòng)array_rc[0]=90;array_rc[1]=170;array_rc[2]=90;array_rc[3]=170;array_rc[4]=90;array_rc[5]=170;array_rc[6]=90;array_rc[7]=170;9機(jī)器人技術(shù)實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書rc_moto_control(array_rc);delay(50);//延時(shí)50*20MS=1S,給舵機(jī)提供反應(yīng)時(shí)間，此反應(yīng)時(shí)間應(yīng)大于舵機(jī)實(shí)際運(yùn)動(dòng)所需時(shí)間}else//（右側(cè)紅外傳感器檢測(cè)到障礙）電機(jī)左轉(zhuǎn),蜂鳴器發(fā)聲{beep_set(5);//蜂鳴器發(fā)聲0.5秒array_dc[0]=0xFE;//后退0.5秒array_dc[1]=5;array_dc[2]=0;array_dc[3]=5;array_dc[4]=0xFE;array_dc[5]=5;array_dc[6]=0;array_dc[7]=5;dc_moto_control(array_dc);delay(30);//給電機(jī)反應(yīng)時(shí)間30×20MS=0.6sarray_rc[0]=90+20;//舵機(jī)1，中位為0度（對(duì)應(yīng)數(shù)值90），目標(biāo)角度+20度。取值范圍0-180，超過此范圍程序會(huì)丟棄此數(shù)據(jù)array_rc[1]=170;//舵機(jī)1，速度為170。取值范圍0-255，超過此范圍程序會(huì)丟棄此數(shù)據(jù)array_rc[2]=90-20;array_rc[3]=170;array_rc[4]=90-20;array_rc[5]=170;array_rc[6]=90+20;array_rc[7]=170;rc_moto_control(array_rc);//機(jī)器人轉(zhuǎn)向delay(50);//延時(shí)50*20MS=1S,給舵機(jī)提供反應(yīng)時(shí)間，此反應(yīng)時(shí)間應(yīng)大于舵機(jī)實(shí)際運(yùn)動(dòng)所需時(shí)間array_dc[0]=0x80-55;//電機(jī)速度-5