機(jī)器人技術(shù)實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書新版

1、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)械工程系目錄實(shí)驗(yàn)一 搭建機(jī)器蠕蟲2實(shí)驗(yàn)二 機(jī)器人傳感控制決策實(shí)驗(yàn)7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、傳感等各模塊基本構(gòu)成。（3） 通過控制機(jī)器蠕蟲運(yùn)動，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?！緦?shí)驗(yàn)步驟】（1） 首先利用博創(chuàng)套件，搭建由4個完全相同的關(guān)節(jié)串聯(lián)的機(jī)器蠕蟲。圖1 機(jī)器蠕蟲的一個關(guān)節(jié)圖2 4個關(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?。槔篈：電源

2、接口：+56VB：控制板總線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，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對齊。E：7路模擬量輸入AD0AD6，允許輸入05V模擬量，主要用于傳感器信號采集。電路板外側(cè)是地（對應(yīng)“”號），中間是電源（對應(yīng)“”號），內(nèi)側(cè)是信號輸入線。F：12路PWM舵機(jī)控制PW0PW11，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，

3、高電平為控制器電源電壓，低電平為0，可以用于驅(qū)動LED、微型電機(jī)等。其中靠近電路板外側(cè)是地，中間是電源，內(nèi)側(cè)是信號線。H：AVR單片機(jī)在線編程接口?？刂破魃鲜褂肁VR ATMega128微處理器，具備在線編程功能。交叉編譯好的二進(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)，共8路。第一路撥到ON為接通。1) 第1、2路ON，第3、4路OFF：通過RS232與上位機(jī)通訊； 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00115200013840010192001196003) 第7路用于選擇

4、開機(jī)狀態(tài)。4) 第8路保留。本卡使用：87654321保留OFFOFFONOFFOFFONON（3） 連接線纜：1) 連接舵機(jī)線：棕色地線在電路板外側(cè)。舵機(jī)順序必須按機(jī)體的頭尾順序依次從1到4號，或者從4號從1號。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，紅黃兩色指示燈會亮。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)行的一些預(yù)操作。

5、Usertask.h文件作用：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)現(xiàn)對機(jī)器人的控制：12路舵機(jī)的控制函數(shù)，4路電機(jī)的控制函數(shù)，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系統(tǒng)文件里。USERTASK.C文件作用：自己編寫程序?qū)崿F(xiàn)各種動作。i. 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)。array_rc偶數(shù)為舵機(jī)目標(biāo)角度值，array_rc奇數(shù)舵機(jī)運(yùn)動速度值。array_rc0=90+20，目標(biāo)角度為正20度，中位為0度（對應(yīng)數(shù)值9

6、0）。取值范圍為0180度。舵機(jī)運(yùn)動速度取值范圍0255。ii. dc_moto-control(array_dc)：4路電機(jī)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)動時間。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0254。轉(zhuǎn)動時間的單位0.1s。以舵機(jī)控制例程：#include "Public.h" #include "Usertask.h"voiduser_task(void)uint8 ar

7、ray_rc23=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)動速度值array_rc0=90+20;/舵機(jī)1，中位為0度（對應(yīng)數(shù)值90），目標(biāo)角度+20度。取值范圍0-180，超過此范圍程序會丟棄此數(shù)據(jù)array_rc1=170;/舵機(jī)1，速度為170。取值范圍0-255，超過范圍程序會丟棄此數(shù)據(jù)array_rc2=90-20;/舵機(jī)2目標(biāo)角度設(shè)置array_rc3=170;/舵機(jī)2轉(zhuǎn)動速度設(shè)置array_rc4=90-20;/舵機(jī)3array_rc5=170;array_rc6=90+20;/舵機(jī)4ar

8、ray_rc7=170;rc_moto_control(array_rc);/將舵機(jī)運(yùn)動信息交給舵機(jī)運(yùn)動函數(shù)，實(shí)現(xiàn)舵機(jī)運(yùn)動delay(50);/延時50*20MS= 1S,給舵機(jī)提供反應(yīng)時間，此反應(yīng)時間應(yīng)大于舵機(jī)實(shí)際運(yùn)動所需時間array_rc0=90;array_rc1=170;array_rc2=90;array_rc3=170;array_rc4=90;array_rc5=170;array_rc6=90;array_rc7=170;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_rc0和arra

9、y_rc1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)的對于舵機(jī)的如何控制了。（5） 編譯程序在完成上面對Usertask.c的修改編輯后，保存文件，按F7 對整個工程進(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（編寫C程序?qū)崿F(xiàn)對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

10、控制卡I區(qū)的GND相匹配），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。（6） 下載程序打開PonyProg2000軟件，其界面如下所示：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，請確保電源的可靠性）。然后在剛才打開的PonyProg2000 中點(diǎn)擊“FileOpen Device File”或者點(diǎn)擊圖標(biāo)打開我們前面生成的*.hex 文件（應(yīng)該在“編寫C程序?qū)崿F(xiàn)對12路舵機(jī)的控制的default”文件夾中），然后點(diǎn)擊“CommandWrite All”或者點(diǎn)擊圖標(biāo)，然后程序就會開始燒寫至控制卡里面。看到出現(xiàn) “Write

11、successful”時，便說明我們的程序已經(jīng)下載成功，這是4 路舵機(jī)開始呈周期性運(yùn)動，其形狀宛如一條游動的小蛇。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

12、定任務(wù)。【實(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。自主避障機(jī)器人實(shí)驗(yàn)環(huán)境：已嵌入WinAVR的AVRStudio4.12實(shí)驗(yàn)結(jié)果：開機(jī)后機(jī)器人會向前運(yùn)動，當(dāng)檢測到障礙物之后機(jī)器人會先后退一定距離，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，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_

13、dc7=0;/電機(jī)控制數(shù)組uint8array_rc23=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，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（紅外傳感器檢測到?jīng)]有障礙時為輸出高電平即為1）此時電機(jī)轉(zhuǎn)動5秒，（相當(dāng)于機(jī)器人直行）array_dc0 = 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

14、反轉(zhuǎn)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_dc1 = 50;/電機(jī)1，50×0.1秒轉(zhuǎn)動時間。范圍為0-255，超過此范圍程序會丟棄此數(shù)據(jù) 奇數(shù)元素控制轉(zhuǎn)動時間。array_dc2 = 0xFE;/電機(jī)2 array_dc3 = 50;array_dc4 = 0;/電機(jī)3array_dc5 = 50;array_dc6 = 0xFE;/電機(jī)4array_dc7 = 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

15、，電機(jī)便開始執(zhí)行剛剛賦值的命令。else if(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（右紅外傳感器檢測到障礙）或者兩個傳感器均為低電平時（兩個傳感器都檢測到障礙）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_dc0 = 0xFE;array_dc1 = 5;/0.5秒array_dc2 = 0;array_dc3 = 5;array_dc4 = 0xFE;array_dc5 = 5;array_dc6 = 0;a

16、rray_dc7 = 5;dc_moto_control(array_dc);delay(30);/給電機(jī)反應(yīng)時間30×20MS=0.6s，此反應(yīng)時間應(yīng)大于電機(jī)實(shí)際運(yùn)動時間/機(jī)器人轉(zhuǎn)向array_rc0=90+20;/舵機(jī)1，中位為0度（對應(yīng)數(shù)值90），目標(biāo)角度+20度。取值范圍0-180，超過此范圍程序會丟棄此數(shù)據(jù)array_rc1=170;/舵機(jī)1，速度為170。取值范圍0-255，超過此范圍程序會丟棄此數(shù)據(jù)array_rc2=90-20;/舵機(jī)2目標(biāo)角度設(shè)置array_rc3=170;/舵機(jī)2轉(zhuǎn)動速度設(shè)置array_rc4=90-20;/舵機(jī)3array_rc5=170;arr

17、ay_rc6=90+20;/舵機(jī)4array_rc7=170;rc_moto_control(array_rc);delay(50);/延時50*20MS= 1S,給舵機(jī)提供反應(yīng)時間，此反應(yīng)時間應(yīng)大于舵機(jī)實(shí)際運(yùn)動所需時間array_dc0 = 0x80+55;/電機(jī)速度為+55array_dc1 = 10;array_dc2 = 0x80+55;array_dc3 = 10;array_dc4 = 0x80+55;array_dc5 = 10;array_dc6 = 0x80+55;array_dc7 = 10;dc_moto_control(array_dc);delay(50);/延時50

18、*20MS= 1S/機(jī)器人恢復(fù)直線運(yùn)動array_rc0=90;array_rc1=170;array_rc2=90;array_rc3=170;array_rc4=90;array_rc5=170;array_rc6=90;array_rc7=170;rc_moto_control(array_rc);delay(50);/延時50*20MS= 1S,給舵機(jī)提供反應(yīng)時間，此反應(yīng)時間應(yīng)大于舵機(jī)實(shí)際運(yùn)動所需時間else/（右側(cè)紅外傳感器檢測到障礙）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_dc0 = 0xFE;/后退0.5秒array_dc1 = 5;array

19、_dc2 = 0;array_dc3 = 5;array_dc4 = 0xFE;array_dc5 = 5;array_dc6 = 0;array_dc7 = 5;dc_moto_control(array_dc);delay(30);/給電機(jī)反應(yīng)時間30×20MS=0.6sarray_rc0=90+20;/舵機(jī)1，中位為0度（對應(yīng)數(shù)值90），目標(biāo)角度+20度。取值范圍0-180，超過此范圍程序會丟棄此數(shù)據(jù)array_rc1=170;/舵機(jī)1，速度為170。取值范圍0-255，超過此范圍程序會丟棄此數(shù)據(jù)array_rc2=90-20;array_rc3=170;array_rc4=90-20;array_rc5=170;array_rc6=90+20;array_rc7=170;rc_moto_control(array_rc);/機(jī)器人轉(zhuǎn)向delay(50);/延時50*20MS= 1S,給舵機(jī)提供反應(yīng)時間，此反應(yīng)時間應(yīng)大于舵機(jī)實(shí)際運(yùn)動所需時間array_dc0 = 0x80-55;/電機(jī)速度-55array_dc1 = 15;arra