機(jī)器人技術(shù)基礎(chǔ)與應(yīng)用實(shí)踐-基于模塊化的機(jī)器人創(chuàng)意設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn) 課件 第1章 初識(shí)始機(jī)器人組件

初識(shí)機(jī)器人組件半導(dǎo)體器件的應(yīng)用分析目

錄CONTENT1機(jī)器人零件的特點(diǎn)2基本零件及其連接3設(shè)計(jì)與裝配4控制裝置及其功能簡(jiǎn)介5配置編程環(huán)境6設(shè)計(jì)之體驗(yàn)：Blink1.1機(jī)器人零件的特點(diǎn)

探索者零件的特點(diǎn)探索者零件的特點(diǎn)由高度綜合與抽象的幾何元素構(gòu)成。借鑒“積木”拼裝組合的設(shè)計(jì)思路。具有構(gòu)建“點(diǎn)、線、面、體”的基本元素。能設(shè)計(jì)出豐富多彩的機(jī)械結(jié)構(gòu)。與標(biāo)準(zhǔn)零件、自主設(shè)計(jì)加工零件的可結(jié)合性強(qiáng)。從創(chuàng)意到設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)學(xué)習(xí)階段主要熟悉探索者的各種零件及其連接方式，學(xué)習(xí)如何使用各種零件、控制元件以及編程基礎(chǔ)，學(xué)習(xí)經(jīng)典機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)思路與搭建方法模仿階段仿，是為了做；做，是為了創(chuàng)造。鍛煉動(dòng)手實(shí)踐能力，激發(fā)興趣和創(chuàng)造力改進(jìn)階段嘗試改進(jìn)原作品的機(jī)構(gòu)或功能，優(yōu)化并制作新的機(jī)器人，培養(yǎng)對(duì)知識(shí)的靈活運(yùn)用能力和創(chuàng)造力。創(chuàng)新階段擺脫范例的框架約束，靈活運(yùn)用已學(xué)知識(shí)或待學(xué)知識(shí)，自主構(gòu)思設(shè)計(jì)具有獨(dú)特的新機(jī)構(gòu)、新功能的創(chuàng)意作品總結(jié)階段從感性認(rèn)知上升到理論認(rèn)識(shí)。總結(jié)經(jīng)驗(yàn)，優(yōu)化設(shè)計(jì)方案，活躍思維，提高工程設(shè)計(jì)能力和邏輯思維能力，也是培養(yǎng)分析、歸納、總結(jié)，撰寫科技寫作能力的重要步驟。2.創(chuàng)意到實(shí)現(xiàn)的主要階段1.2基本零件及其連接基本零件零件是主要用來設(shè)計(jì)探索者創(chuàng)意機(jī)器人的機(jī)械結(jié)構(gòu)

基本零件零件孔孔提供了“點(diǎn)”單位。探索者基礎(chǔ)零件設(shè)計(jì)了大小形狀各異的槽孔，如圖所示。常用的零件孔是3mm和4mm兩種尺寸連桿類連桿提供了“線”單位。連桿類零件可用于組成平面連桿機(jī)構(gòu)或空間連桿機(jī)構(gòu)?；玖慵桨孱惼桨鍢?gòu)成“面”單位。矩形平板主要用于搭建底板、立板、背板、基座、臺(tái)面、立體結(jié)構(gòu)等；圓形平板常用于盤面，或者輪、滾筒、半球或球狀結(jié)構(gòu)的支撐圓面。框架類框架常用于轉(zhuǎn)接，是將“線”和“面”連接成“體”的主要元素，也是具有一定的立體特征獨(dú)立“體”

輔助零件傳動(dòng)件是傳遞動(dòng)力和運(yùn)動(dòng)的重要零件。根據(jù)傳遞方式分為機(jī)械傳動(dòng)件、液壓傳動(dòng)件、電力傳動(dòng)件和磁力傳動(dòng)件。這里只介紹機(jī)械傳動(dòng)件，如齒輪、偏心輪、傳動(dòng)軸支架主要起固定電機(jī)的作用，也是電機(jī)與其他機(jī)械結(jié)構(gòu)連接的主要零件之一輸出頭輸出頭是電機(jī)軸伸與其它動(dòng)作機(jī)構(gòu)建立連接關(guān)系的零件聯(lián)軸器主要用于連接輪（胎）與輸出頭或電機(jī)軸伸（步進(jìn)電機(jī)）。不同的輪或電機(jī)需要配不同的聯(lián)軸器，如圖１－９所示。輪&標(biāo)準(zhǔn)件

構(gòu)件的基本連接固定連接鉸鏈連接零件的空間關(guān)系1.3設(shè)計(jì)與裝配常規(guī)設(shè)計(jì)與裝配

常規(guī)設(shè)計(jì)與裝配——以智能道閘為示例介紹簡(jiǎn)單機(jī)構(gòu)的裝配方法與步驟選配所需要的零件組裝構(gòu)件組裝舵機(jī)組裝橫桿整體裝配自主設(shè)計(jì)與裝配了解基本零件的特點(diǎn)、常用的基本零件及組合裝配方法，然后根據(jù)設(shè)計(jì)需要將不同基本零件進(jìn)行自由組合裝配創(chuàng)作出不同的機(jī)構(gòu)分析被控對(duì)象（機(jī)器人或機(jī)械機(jī)構(gòu)）基本功能及工作環(huán)境、預(yù)期動(dòng)作或工作姿態(tài)、運(yùn)動(dòng)軌跡、運(yùn)動(dòng)算法等，依此設(shè)計(jì)主體機(jī)構(gòu)的雛形。借助計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)軟件構(gòu)建機(jī)構(gòu)主體或模擬裝配步驟。設(shè)計(jì)方案可行性評(píng)估。非標(biāo)準(zhǔn)件的設(shè)計(jì)加工。優(yōu)化整體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。

自主設(shè)計(jì)與裝配1.4控制裝置及其功能簡(jiǎn)介初識(shí)Arduino/Barsh主控板通用數(shù)字I/O端口

0~13、14~19復(fù)用功能：ADC輸入A0~A5PWM口（3、5、6、9-11）串口通訊RX/TX（0、1）、SPI總線通訊、I2C通訊電源輸入：USB、VIN、DC電源輸出：5V、3.3V接地：GND與電源負(fù)極相連BigFish擴(kuò)展板探索者為Basra主控板提供了功能強(qiáng)大的擴(kuò)展板-BigFish，如圖1-25。BigFish擴(kuò)展板為核心板提供可靠穩(wěn)定的外圍電路（如8*8點(diǎn)陣）及接口，可連接傳感器、電機(jī)、輸出模塊、通信模塊等。電路連接方法Bigfish擴(kuò)展板與Basra主控板堆疊連接外電源連接鋰電池連接在１處的Basra的電池接口，并通過旁邊２處的電源開關(guān)控制電池接入或斷開，長(zhǎng)時(shí)間不用時(shí)記得將電源關(guān)閉與計(jì)算機(jī)ＵＳＢ連接。通過microUSB口與計(jì)算機(jī)連接傳感器連接多數(shù)傳感器可通過４芯輸入線與Bigfish擴(kuò)展板的紅色４針接口相連電機(jī)連接

擴(kuò)展板自帶驅(qū)動(dòng)，能同時(shí)驅(qū)動(dòng)6路舵機(jī)和２路直流電機(jī)1.5配置編程環(huán)境配置配置編程

配置編程環(huán)境下載安裝ArduinoIDE登陸官方網(wǎng)站https://www.arduino.cc/en/software找到與自己電腦操作系統(tǒng)匹配的軟件版本，點(diǎn)擊下載安裝IDE開發(fā)環(huán)境顯示安裝協(xié)議，如圖1-30所示，點(diǎn)擊IAgree。選擇安裝內(nèi)容，如圖1-31所示，可按照默認(rèn)的勾選，點(diǎn)擊Next。選擇安裝路徑，點(diǎn)擊Install開始安裝，并顯示安裝進(jìn)度。安裝結(jié)束，點(diǎn)擊Close按鈕。此時(shí)，桌面上應(yīng)該創(chuàng)建了快捷圖標(biāo)配置編程環(huán)境下載安裝USB驅(qū)動(dòng)

在“我的電腦”圖標(biāo)上，單擊右鍵，找到并打開“設(shè)備管理器”。在左邊的端口列表中，找到“其他設(shè)備”中的USBSerialPort選中并單擊右鍵，再選擇圖所示的“更新驅(qū)動(dòng)程序”。如圖所示，在互聯(lián)網(wǎng)環(huán)境下，可選擇“自動(dòng)搜索更新的驅(qū)動(dòng)程序軟件”。否則，選擇第二項(xiàng)，手動(dòng)查找并安裝驅(qū)動(dòng)程序軟件，繼續(xù)按照步驟３）和４）進(jìn)行操作。配置編程環(huán)境在圖１－３４所示的安裝路徑下，選擇“Arduino\drivers”，選中“FTDIUSBDrivers””文件夾，單擊“確定”按鈕。單擊“下一步”按鈕，系統(tǒng)便開始更新或安裝USB驅(qū)動(dòng)程序。安裝結(jié)束，打開“設(shè)備管理器”，在“端口（COM和LPT）”列表中出現(xiàn)“USBSerialPort(COMxx)”（xx是數(shù)字，用來表示端口號(hào)）表示驅(qū)動(dòng)安裝成功。記錄下該端口COMxx，如圖中的端口為COM10。編程環(huán)境簡(jiǎn)介初識(shí)IDE界面編程環(huán)境簡(jiǎn)介設(shè)置選項(xiàng)參數(shù)1.6設(shè)計(jì)之體驗(yàn)：Blink設(shè)計(jì)之體驗(yàn)——Blink硬件電路連接用USB線，將PC

連接到BASRA或UNOR3主控板。打開示例Blink打開菜單“文件—示例—01Basic”，選擇Blink，點(diǎn)擊打開例程，或者創(chuàng)建一個(gè)Scatch.ino文件，手動(dòng)輸入程序代碼。選擇通信端口和開發(fā)板型號(hào)按照前一節(jié)內(nèi)容，開發(fā)板型號(hào)ArduinoUNOR3和串口端口號(hào)COMx驗(yàn)證程序代碼單擊工具欄

圖標(biāo)校驗(yàn)程序語法錯(cuò)誤。除錯(cuò)/修改程序重復(fù)4、5直至無錯(cuò)下載運(yùn)行程序單擊

將編譯程序無誤后并傳送到控制板并運(yùn)行。這時(shí)圖(a)中箭頭所示板載LED燈開始不停閃爍。圖（a）圖（b）

動(dòng)手體驗(yàn)設(shè)計(jì)的魅力——Blink文件——首選項(xiàng)，可以修改編輯器字體大小DEMO程序——Blink解讀delay函數(shù)運(yùn)行時(shí)，計(jì)算、讀寫引腳等操作均無法同時(shí)執(zhí)行。實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象：LED每隔1s交替閃爍一次void

setup(){

//配置I/O端口pinMode(LED_BUILTIN,OUTPUT);}void

loop(){

//給指定端口寫