手把手教你做Arduino隨動機械臂

手把手教你做隨動機械臂課程作業(yè)主題:單片機硬件開發(fā)平臺課程名稱：計算機硬件根底1.工程介紹課程作業(yè)工程名稱：基于單片機系統(tǒng)的四自由度隨動機械臂子工程:〔1〕了解ArduinoLeonardo這款硬件開發(fā)平臺；〔2〕制作隨動機械臂〔3〕了解SSC32路舵機控制器的用法；工程介紹：工程旨在制作一臺小型四自由度機械臂，控制方式為隨動控制〔即用一種用電位器制作操縱桿，使舵機擺過的角度電位器的旋鈕，從而到達機械臂跟隨操縱桿運動的一種控制方式〕，此機械臂通過利用ArduinoLeonardo這款硬件開發(fā)平臺作為處理器，電位器為輸入設備，舵機為輸出設備，搭建起以ArduinoLeonardo為核心的機械臂系統(tǒng)。2.圖2，機械臂主體圖1，機械臂主體和Arduino連接

實驗視頻鏈接3.子工程1：什么是ArduinoLeonardo？圖三，我所用的ArduinoLeonardo名

稱：ArduinoLeonardo概

述：ATmega32u4編

號：A000057廠

商：AtmelArduinoLeonardo的處理器核心是ATmega32u4，同時具有20路數(shù)字輸入/輸出口〔其中7路可作為PWM輸出，12路模擬輸入〕，一個16MHz晶體振蕩器，一個USB接口，一個電源插座，一個ICSPheader和一個復位按鈕。4.子工程1：什么是ArduinoLeonardo？概要處理器ATmega32u4工作電壓5V輸入電壓〔推薦〕7-12V輸入電壓〔范圍〕6-20V數(shù)字IO腳20(其中7路作為PWM輸出〕模擬輸入腳12IO腳直流電流40mA3.3V腳直流電流50mAFlashMemory32KB〔ATmega32u4，其中4KB用于bootloader,即引入程序〕SRAM2.5KB〔ATmega32u4〕EEPROM1KB〔ATmega32u4〕工作時鐘16MHz

電源ArduinoUNO可以通過2種方式供電，而且能自動選擇供電方式外部直流電源通過電源插座供電。USB接口直接供電。存儲器ATmega32u4包括了片上32KBFlash，其中4KB用于Bootloader。同時還有2.5KBSRAM和1KBEEPROM。USB接口外接電源接口5.子工程1：什么是ArduinoLeonardo？輸入輸出20路數(shù)字輸入輸出口：工作電壓為5V，每一路能輸出和接入最大電流為40mA。每一路配置了20-50K歐姆內部上拉電阻〔默認不連接)。除此之外，有些引腳有特定的功能串口信號RX〔0號〕、TX〔1號〕:與內部ATmega32U4USB-to-TTL芯片相連，提供TTL電壓水平的串口接收信號。外部中斷〔2號和3號〕：觸發(fā)中斷引腳，可設成上升沿、下降沿或同時觸發(fā)。脈沖寬度調制PWM〔3、5、6、9、10、11、13〕：提供7路8位PWM輸出。SPI〔10(SS)，11(MOSI)，12(MISO)，13(SCK)〕：SPI通信接口。LED〔13號〕：Arduino專門用于測試LED的保存接口，輸出為高時點亮LED，反之輸出為低時LED熄滅。模擬輸入A0到A5、A6到A11：每一路具有10位的分辨率〔即輸入有1024個不同值〕，默認輸入信號范圍為0到5V，可以通過AREF調整輸入上限。除此之外，有些引腳有特定功能AREF：模擬輸入信號的參考電壓。Reset：信號為低時復位單片機芯片。通信接口串口：ATmega32U4內置的UART可以通過數(shù)字口0〔RX〕和1〔TX〕與外部實現(xiàn)串口通信；ATmega32U4可以訪問數(shù)字口實現(xiàn)USB上的虛擬串口。TWI〔兼容I2C〕接口SPI接口物理特征ArduinoUNO的最大尺寸為2.7x2.1inches。開發(fā)環(huán)境Arduino1.0.1開發(fā)語言為C語言圖四，開發(fā)環(huán)境6.子工程2：制作隨動機械臂原理圖：VVVVVVVVVUSB（連至電腦）AnalogInput(PWM)AnalogInputArduinoLeonardoVV+=5VV+=5V舵機〔servo〕有三條接線，分別為信號線〔signal〕，電源線〔V++〕和地線signal電位器〔pot〕有三根線，其中電刷連接的變阻線接板子的模擬輸入7.子工程2：制作隨動機械臂實際連接圖〔以一號舵機為例〕：舵機電位器8.子工程2：制作隨動機械臂程序源代碼〔一個舵機〕#include<Servo.h>//開發(fā)環(huán)境Arduino1.0.1中有此庫

Servomyservo;//創(chuàng)立一個舵機工程〔myservo〕以操控一個舵機

intpotpin=0;//模擬輸入接口0號口接電位器intval;//引入變量讀取電位器輸入的電壓值

voidsetup(){myservo.attach(9);//把舵機連接至九號PWM輸出口上}

voidloop(){val=analogRead(potpin);//從電位器上讀取電壓值〔從0到1023〕val=map(val,0,1023,0,179);//用map函數(shù)將電壓值轉化成要控制的舵機的轉動角度myservo.write(val);//將輸出角度讀出控制舵機轉動delay(15);//等待舵機到達指定位置}9.子工程2：制作隨動機械臂當控制四個舵機時，程序變成：#include<Servo.h>

Servomyservo1;Servomyservo2;Servomyservo3;Servomyservo4;

intpotpin1=0;intpotpin2=1;intpotpin3=2;intpotpin4=3;intval1;intval2;intval3;intval4;

voidsetup(){myservo1.attach(9);myservo2.attach(10);myservo3.attach(11);myservo4.attach(13);}

voidloop(){val1=analogRead(potpin1);val2=analogRead(potpin2);val3=analogRead(potpin3);val4=analogRead(potpin4);val1=map(val1,0,1023,0,179);val2=map(val2,0,1023,0,179);val3=map(val3,0,1023,0,179);val4=map(val4,0,1023,0,179);myservo1.write(val1);myservo2.write(val2);myservo3.write(val3);myservo4.write(val4);delay(15);}圖5，Arduino1.0.1中的四自由度機械臂隨動控制程序在制作硬件之前，可以現(xiàn)將此程序拷入板子10.子工程2：制作隨動機械臂材料：1.ArduinoLeonardo板一個，miniUSB數(shù)據(jù)線一條〔接電腦用〕。2.舵機：普通模擬180度舵機一個〔盛輝mg996R即可〕；9g小型舵機2個；2.5g微型舵機一個。3.電位器4個〔1K1W，其實具體型號無所謂，1K左右的低功耗的就行，旋轉角盡量接近180度，因為選取的舵機都是180度的舵機〕11.子工程2：制作隨動機械臂材料：4.杜邦線假設干〔公母頭的都要有哦〕。5.舵機擺臂假設干，各種型號螺絲假設干。工具各種螺絲刀〔必須的〕，強力膠水〔加固用〕，電烙鐵，焊錫等技術宅必備電工用具。暫時還沒買烙鐵架。。。12.子工程2：制作隨動機械臂準備工作：1.將程序校檢后拷入板子2.先將舵機編號，再將電位器按照舵機順序編號3.將杜邦線與電位器連接好〔杜邦線母頭可以正好插入電位器引腳〕4.將舵機杜邦線的母頭改造為公頭〔這是因為Arduino板子上的連接口全部都是母頭，所以舵機連不上的緣故，強烈建議Arduino將來出帶公頭的板子！改造接線花了我不少時間……〕圖7，程序的校檢圖8，電位器編號和舵機的編號圖9，接頭被破壞時的慘狀……圖10，改造后的接口〔中間插上細鐵絲再焊牢，再包上絕緣膠布〕123413.子工程2：制作隨動機械臂1.將舵機擺臂以適宜角度固定在舵機上。正式開始搭建！！14.子工程2：制作隨動機械臂2.用自攻螺絲在二號三號舵機的側部中央鉆孔〔力氣活〕，但注意不要傷到里面的電路！正式開始搭建！！15.子工程2：制作隨動機械臂3.如圖搭建機械臂，注意小臂是用舊的電池架彎曲制成，如果沒有，可以找相似的材料代替。搭建完畢后要注意將線繞整齊，不要阻礙到機械臂的動作。16.子工程2：制作隨動機械臂發(fā)揮你的想象力！圖11，可以給機械臂裝上不同零件，讓它更像一只手臂17.子工程2：制作隨動機械臂圖12，肩部特寫2號舵機

3號舵機圖13，肘部特寫4號舵機18.子工程2：制作隨動機械臂4.按照原理圖逐步搭建電路圖12，一個關節(jié)控制電路的搭建按照原理圖搭建電路，注意：一號電位器信號輸出端接A0；二號電位器接A1；三號電位器接A4；四號接A5