第8章-解魔方機(jī)器人設(shè)計(jì)

第8章解魔方機(jī)器人設(shè)計(jì)目錄8.1設(shè)計(jì)思想8.2材料清單8.3電路設(shè)計(jì)

8.1設(shè)計(jì)思想

智能機(jī)器人技術(shù)隨著機(jī)器人學(xué)、計(jì)算機(jī)科學(xué)、計(jì)算機(jī)視覺等學(xué)科的發(fā)展，應(yīng)用范圍和使用價(jià)值得到了非常廣泛的關(guān)注和提高，成為當(dāng)今世界高科技領(lǐng)域備受關(guān)注的熱點(diǎn)課題。近年來智能機(jī)器人逐漸走進(jìn)人類的日常生產(chǎn)和生活，而解魔方機(jī)器人因其無與倫比的趣味性和炫酷的交互性，正成為人工智能的研究熱點(diǎn)。由于解魔方機(jī)器人融合了計(jì)算機(jī)視覺、圖像處理、機(jī)器人控制技術(shù)、虛擬現(xiàn)實(shí)交互、魔方算法等多學(xué)科知識(shí)，因此實(shí)現(xiàn)一個(gè)快速、穩(wěn)定的解魔方機(jī)器人具有很大的挑戰(zhàn)性。

本項(xiàng)目的魔方機(jī)器人通過設(shè)計(jì)穩(wěn)定的機(jī)械結(jié)構(gòu)，采用當(dāng)今世界上復(fù)原步數(shù)最少的Kociemba算法，優(yōu)化傳統(tǒng)的通過設(shè)定閾值的顏色識(shí)別策略，極大提高了整個(gè)系統(tǒng)工作的穩(wěn)定性。通過優(yōu)化魔方復(fù)原指令解析算法，進(jìn)一步減少了魔方復(fù)原指令解析得到的舵機(jī)執(zhí)行步數(shù)。魔方機(jī)器人在復(fù)原魔方的快速性和穩(wěn)定性兩方面都達(dá)到了很好的效果，復(fù)原魔方平均不會(huì)超過70秒，達(dá)到了魔方機(jī)器人設(shè)計(jì)的預(yù)期。通過本項(xiàng)目的訓(xùn)練可以鍛煉學(xué)生的電路連接、元器件搭載、程序調(diào)試、傳感器運(yùn)用、算法調(diào)用及優(yōu)化等多方面能力，能夠?qū)⒐た茖W(xué)生之前學(xué)到的相關(guān)課程進(jìn)行一次梳理和整合，教會(huì)學(xué)生如何學(xué)以致用，并能夠激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和創(chuàng)新熱情。8.2材料清單材料清單如表8-1所示

表8-1材料清單上述清單中的材料中有幾處需要特別注意：1.第2,3,4項(xiàng)本項(xiàng)目使用的是自行建模3D打印的零件，主要目的是降低開發(fā)成本。如果有同學(xué)想追求更好的性能，可以聯(lián)系淘寶進(jìn)行定制，定制件具有精準(zhǔn)性更高等優(yōu)點(diǎn)。2.第7項(xiàng)中的數(shù)字舵機(jī)，各位同學(xué)也可以根據(jù)實(shí)際需求選擇市面上的數(shù)字舵機(jī)，推薦使用NG995,55g舵機(jī)，本舵機(jī)可以在同等電壓下旋轉(zhuǎn)180度的時(shí)間更短，極大地提升了魔方的還原速度。但是不建議同學(xué)們選用模擬舵機(jī)，因?yàn)槟M舵機(jī)需要不斷的接受舵機(jī)控制器發(fā)送的PWM信號(hào)才能保持鎖定角度，完成相應(yīng)的操作，并且精度較差，線性度很難達(dá)標(biāo)。而數(shù)字舵機(jī)僅需接受一次舵機(jī)控制器傳遞的PWM信號(hào)就可以鎖定角度不變，控制精度較高、線性度良好、相應(yīng)速度快，能夠完成本項(xiàng)目的各項(xiàng)功能需要。特別值得注意的是，并不是舵機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)角度越大越好，同學(xué)們不要選用360度舵機(jī)，因?yàn)槟壳笆忻娴臒o死角舵機(jī)絕大部分無法接受PWM信號(hào)控制，不能鎖定角度不變，一經(jīng)上電會(huì)不停旋轉(zhuǎn)。3.本項(xiàng)目1和22項(xiàng)為特殊定制件。需要同學(xué)們注意相關(guān)的細(xì)節(jié)問題，以免由于個(gè)人疏忽造成不必要的經(jīng)濟(jì)損失。4.第36項(xiàng)是STM32系統(tǒng)的專用仿真器，仿真器購買時(shí)需注意對(duì)應(yīng)的型號(hào)和相應(yīng)配置，如果型號(hào)和stm32開發(fā)板不匹配則無法進(jìn)行數(shù)據(jù)的下載和導(dǎo)入。8.3機(jī)械零件設(shè)計(jì)以下為亞克力定制工程圖，因?yàn)榭紤]項(xiàng)目整體的可塑性和便攜性，不建議用鋼板、塑料等其他材料。選用亞克力板作為本設(shè)計(jì)的底盤是因其材料具有較好的透明性、易加工、不容易變形，表面光澤度較高，成本相對(duì)較低等優(yōu)點(diǎn)。滑塊增高塊圖如圖8-1所示、機(jī)械手工程圖如圖8-2所示、基板工程圖如圖8-3所示、基板工程圖細(xì)節(jié)如圖8-4所示。

圖8-1滑塊增高塊圖

圖8-2機(jī)械手工程圖

圖8-3基板工程圖

圖8-4基板工程圖細(xì)節(jié)

圖紙中所有單位均為

mm，比例為

1：1，透明亞克力材質(zhì)。

具體參數(shù)要求：

1.滑塊增高塊厚度為

30mm，數(shù)量4個(gè)。

2.機(jī)械手厚度為10mm，數(shù)量4個(gè)。

3.基板厚度為8mm，數(shù)量1個(gè)。

本項(xiàng)目的連接條和轉(zhuǎn)魔方的機(jī)械手根據(jù)硬度和韌性的要求選擇使用PLA材料。即通過自主建模，通過3D打印制作完成。以下為3D打印件工程圖。連接條如圖8-5所示，機(jī)械手如圖8-6所示。圖8-5連接條圖8-6機(jī)械手進(jìn)行3D打印材料時(shí)，應(yīng)該盡量選用質(zhì)量好的PLA耗材，這樣才能保證成品的質(zhì)量。一般耗材選擇1.75MM,公差不超過±0.02mm的材料。另外，3D打印機(jī)原則上是選用精度越高的越好，但是同學(xué)們往往接觸到的都是入門級(jí)別的設(shè)上述零件圖各插口沒有做的特別細(xì)小，一般的打印機(jī)都可以完成。上述零件打印的最低要求標(biāo)準(zhǔn)是機(jī)器打印精度0.2mm，打印層高0.4mm8.4電路設(shè)計(jì)8.4.1硬件框圖1.魔方機(jī)器人設(shè)計(jì)方案主要的系統(tǒng)組成

手機(jī)app主要功能是顏色識(shí)別過程中獲取魔方六個(gè)面的六張圖片，STM32通過控制舵機(jī)讓魔方旋轉(zhuǎn)到特定的角度，ArduinoMega2560實(shí)現(xiàn)了STM32和各個(gè)傳感模塊之間的數(shù)據(jù)交換，其通過控制藍(lán)牙模塊實(shí)現(xiàn)了人對(duì)魔方機(jī)器人的各種控制，并利用藍(lán)牙手機(jī)端APP來完成魔方復(fù)原的核心工作。魔方復(fù)原全過程如圖8-8所示。圖8-8魔方復(fù)原全過程

圖8-9魔方機(jī)器人硬件電路框圖設(shè)計(jì)

硬件電路設(shè)計(jì)部分主要是STM32和Arduino進(jìn)行數(shù)據(jù)交換，通過視覺模塊將信息逐步傳遞，根據(jù)移植的相應(yīng)算法進(jìn)行計(jì)算，將具體的步驟以指令的形式轉(zhuǎn)給主控器，主控器將具體命令通過藍(lán)牙模塊發(fā)出，驅(qū)動(dòng)舵機(jī)運(yùn)作，最終實(shí)現(xiàn)對(duì)魔方的轉(zhuǎn)動(dòng)。如圖8-9所示。7.4V的鋰電池為整個(gè)STM32和2560硬件系統(tǒng)供電，經(jīng)XL4015E1穩(wěn)壓電路降為6.0V為舵機(jī)供電，AMS1117穩(wěn)壓電路將鋰電池電壓降為3.3V為STM32和2560供電。藍(lán)牙串口模塊可以實(shí)現(xiàn)藍(lán)牙協(xié)議和串口協(xié)議的轉(zhuǎn)換，很方便地實(shí)現(xiàn)了STM32和2560進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸。本項(xiàng)目用舵機(jī)兩兩一組構(gòu)成曲柄滑塊的機(jī)械結(jié)構(gòu)作為復(fù)原魔方的機(jī)械手，8個(gè)舵機(jī)構(gòu)成四組機(jī)械手。硬件系統(tǒng)實(shí)物圖如圖8-10所示。圖8-10魔方機(jī)器人硬件系統(tǒng)實(shí)物圖STM32和2560電路模塊設(shè)計(jì)

魔方機(jī)器人的電路設(shè)計(jì)較為簡(jiǎn)單，本文只簡(jiǎn)要介紹

XL4015E1

穩(wěn)壓電路圖8-11XL4015E1

穩(wěn)壓電路本項(xiàng)目使用的舵機(jī)的驅(qū)動(dòng)電流較大，每個(gè)舵機(jī)的驅(qū)動(dòng)電流大約為500mA，8個(gè)舵機(jī)同時(shí)驅(qū)動(dòng)需要至少4A的驅(qū)動(dòng)電流，,舵機(jī)的驅(qū)動(dòng)電壓為4.8V-6.5V。XL4015E1是一款輸出電壓可調(diào)的開關(guān)電源穩(wěn)壓器，最大輸出電流為5A，輸出電壓為1.25V-32V，可以滿足舵機(jī)的驅(qū)動(dòng)電流和電壓需求。XL4015E1開關(guān)頻率為180KHZ，能量轉(zhuǎn)換效率高達(dá)96%，負(fù)載調(diào)整率<0.8%，電壓調(diào)整率<0.8%。圖8-11是XL4015E1穩(wěn)壓電路的原理圖。輸出電壓的計(jì)算公式為：VOUT=1.25*(1+R1/R2)公式中1.25為參考電壓，單位為V,R1的阻值為固定值10K，R2為可調(diào)電阻，最大阻值為10K,當(dāng)輸出電壓為6.0V時(shí)，R2的阻值約為2.6K。8.4.2

魔方算法Kociemba算法及其優(yōu)化本圖是本文移植的Kociemba算法Java測(cè)試軟件。按鈕Scramble可以隨機(jī)打亂一個(gè)魔方，并在界面中顯示出來，MoveLimit設(shè)定復(fù)原魔方公式的最大步數(shù)，TimeLimit設(shè)定復(fù)原的最大時(shí)間。按鈕SolveCube運(yùn)行Kociemba算法并生成復(fù)原公式，當(dāng)超過設(shè)定的時(shí)間還沒有解算出來或者設(shè)定的步數(shù)過短時(shí)，軟件會(huì)有提示。圖8-12

測(cè)試軟件主界面測(cè)試軟件的主界面是魔方六個(gè)面的展開圖，如圖8-12所示。魔方中心塊上的字母代表這個(gè)面所處的方位：F(front)代表前面，B(back)代表后面，L(left)代表左面，R(right)代表右面，U(up)代表上面，D(down)代表下面。一個(gè)魔方共有6種顏色，某種顏色的顏色標(biāo)號(hào)用中心塊為該顏色的面所處的方位(F、B、L、R、U、D)來表示。Kociemba算法的輸入?yún)?shù)即為魔方54個(gè)顏色塊的標(biāo)號(hào)排列，顏色標(biāo)號(hào)的排列按照一定的順序，六個(gè)面的順序依次為上、右、前、下、左、后，每個(gè)面的標(biāo)號(hào)排列按照從上到下，從左到右的順序。8.4.3Kociemba算法的優(yōu)化Kociemba魔方復(fù)原算法運(yùn)行時(shí)，總會(huì)挑選近似最優(yōu)的解輸出。據(jù)多次（大于15次）測(cè)試統(tǒng)計(jì)，單次運(yùn)行算法時(shí)，輸出的復(fù)原公式平均有21步，舵機(jī)執(zhí)行此復(fù)原公式的平均步數(shù)為144步。算法運(yùn)行一次輸出是近似最優(yōu)解，解算時(shí)間平均為10ms。為了取得最優(yōu)的復(fù)原公式，系統(tǒng)在保證時(shí)間高效的同時(shí)，必須尋找出最優(yōu)解。正常情況下，運(yùn)行時(shí)間越長，Kociemba魔方復(fù)原算法更有可能取得最優(yōu)解。當(dāng)運(yùn)行Kociemba算法時(shí)間足夠長時(shí)，一定會(huì)找出最優(yōu)解，最優(yōu)解能通過減少舵機(jī)執(zhí)行步數(shù)來縮短魔方復(fù)原時(shí)間。但是減少的時(shí)間能不能抵消掉Kociemba算法多次運(yùn)行帶來的時(shí)間消

耗，這個(gè)還需要數(shù)據(jù)的測(cè)試。為了測(cè)試以取得最優(yōu)模型，我們?cè)黾恿恕跋迺r(shí)取解”的邏輯：讓Kociemba算法連續(xù)運(yùn)行t秒的時(shí)間，獲取得到最優(yōu)解，然后通過對(duì)比尋找最優(yōu)解的時(shí)間消耗與最優(yōu)解帶來的的時(shí)間收益，來判斷“限時(shí)取解”是否是一種可行的方法。測(cè)試過程中，我們?nèi)∠拗茣r(shí)間t為0.4S和遠(yuǎn)大于0.4S的時(shí)間，如5S，同時(shí)我們統(tǒng)計(jì)出每次運(yùn)行算法得到的復(fù)原公式對(duì)應(yīng)的舵機(jī)步數(shù)。

通過多次測(cè)試統(tǒng)計(jì)得出：1.Kociemba算法連續(xù)運(yùn)行0.4秒或超過0.4秒的時(shí)，能獲取到最優(yōu)解，并且運(yùn)行0.4秒與運(yùn)行超過0.4秒兩種情形下取得的最優(yōu)解執(zhí)行效率相差不大。2.連續(xù)運(yùn)行0.4秒時(shí)，Kociemba算法取得的最優(yōu)解大大減少了舵機(jī)運(yùn)行步數(shù)，舵機(jī)執(zhí)行最優(yōu)解時(shí)平均步數(shù)為116步，最優(yōu)解帶來的時(shí)間收益大于尋找最優(yōu)解花費(fèi)的時(shí)間消耗?；谝陨蟽蓚€(gè)特點(diǎn)可以推斷出：連續(xù)運(yùn)行0.4秒的時(shí)間，足以使Kociemba算法找出魔方復(fù)原的最優(yōu)解，所以“限時(shí)取解”模型是一種可行的方法。當(dāng)限制時(shí)間t等于0.4S時(shí)，對(duì)“限時(shí)取解”模型的優(yōu)化效果做了測(cè)試，從圖中可以看出，平均舵機(jī)步數(shù)優(yōu)化比例為20%，優(yōu)化效果較為可觀。Kociemba算法限時(shí)取解測(cè)試數(shù)據(jù)如圖8-13所示。圖8-13Kociemba

算法限時(shí)取解測(cè)試數(shù)據(jù)8.4.4魔方復(fù)原指令的優(yōu)化

魔方機(jī)器人有兩套指令系統(tǒng)，第一套指令系統(tǒng)是現(xiàn)在世界各地的解魔方教程中所使用的一套復(fù)原指令系統(tǒng)，也就是Kociemba算法得到的復(fù)原指令中使用的指令系統(tǒng)，第二套指令系統(tǒng)是我們的魔方機(jī)器人在執(zhí)行魔方復(fù)原時(shí)用到的指令系統(tǒng)。其實(shí)對(duì)于復(fù)原指令優(yōu)化程序來說，一方面是通過優(yōu)化指令縮短魔方復(fù)原的時(shí)間，另一方面也是把第一套指令系統(tǒng)轉(zhuǎn)變?yōu)榈诙字噶钕到y(tǒng)，這樣STM32才能在接收到指令后進(jìn)行解析，復(fù)原魔方。所以第一套指令系統(tǒng)我們稱為未優(yōu)化指令系統(tǒng)，第二套指令系統(tǒng)我們稱為優(yōu)化后指令系統(tǒng)。

未優(yōu)化指令系統(tǒng)圖表給出了魔方機(jī)器人的未優(yōu)化指令系統(tǒng)，共有18種單指令。表中字母L(left)代表左面，R(right)代表右面，F(xiàn)(front)代表前面，B(back)代表后面，U(up)代表上面，D(dowm)代表下面。字母后面加’代表逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)90度，例如F’表示將魔方的前面逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)90度，單獨(dú)一個(gè)字母表示順時(shí)針旋轉(zhuǎn)90度，字母后面有數(shù)字2表示將相應(yīng)的面旋轉(zhuǎn)180度，由于逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)180度和順時(shí)針旋轉(zhuǎn)180度的效果是一樣的，所以不做區(qū)分。

優(yōu)化后指令系統(tǒng)

此圖表給出了魔方機(jī)器人優(yōu)化后指令系統(tǒng)，共有16種單指令。指令系統(tǒng)中所有和未優(yōu)化指令系統(tǒng)相同的指令表示的含義也相同，優(yōu)化后指令系統(tǒng)中字母后面加^和未優(yōu)化指令系統(tǒng)中單字母表示的含義相同。兩個(gè)字母相同的代表翻轉(zhuǎn)指令，例如：LL代表把魔方向左翻轉(zhuǎn)90度。8.4.5硬件系統(tǒng)連接1.下位機(jī)連接如下圖8-14所示、圖8-14下位機(jī)連接圖此處同學(xué)們需要注意的是電源端的地線必須和stm32的GND相連舵機(jī)信號(hào)線分別連接PA1到PA8Stm32單片機(jī)驅(qū)動(dòng)舵機(jī)代碼：編程環(huán)境為keil使用語言為c語言。作者使用的軟件版本為Vision4，具體內(nèi)容如下。#include"stm32f10x.h"#include"movement.h"#include"motor.h"#include"usart.h"#include"instruction.h“staticconstu16original_position[4]={1430,1440,1390,1500};staticconstu16clockwise90_position[4]={580,540,545,660};staticconstu16anticlockwise90_position[4]={2310,2440,2345,2470};staticconstu16clockwise180_position[4]={2270,2310,2340,2340};staticconstu16wrasp_position[4]={1940,1638,1780,1678};staticconstu16loosen_position[4]={1410,1155,1230,1125};

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u16overturnto_f[6][8];u16overturnto_b[6][8];u16overturnto_l[6][8];u16overturnto_r[6][8]voidInit_TotalArray(void){ Calcul_InitPosition(); Calcul_FirPicPosition();Calcul_SecPicPosition();Calcul_ThirPicPosition();Calcul_FourPicPosition();

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Calcul_OverturntoB(); Calcul_OverturntoF(); Calcul_OverturntoL(); Calcul_OverturntoR();

voidCalcul_InitPosition(void){ u8i,j; for(i=0;i<4;i++) {nitial_position[i]=original_position[i]; } for(i=4,j=0;i<8;i++,j++) { initial_position[i]=wrasp_position[j];

}

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u8i;for(i=0;i<8;i++) { pos[0][i]=initial_position[i]; }for(i=0;i<4;i++)

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{firpic_position[0][i]=initial_position[i];

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{ firpic_position[1][i]=initial_position[i]; } firpic_position[1][5]=loosen_position[1]; firpic_position[1][7]=loosen_position[3];

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firpic_position[4][0]=clockwise90_position[0]; firpic_position[4][2]=anticlockwise90_position[2];}voidCalcul_SecPicPosition(void){ u8i; for(i=0;i<8;i++){secpic_position[0][i]=firpic_position[4][i];

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for(i=0;i<8;i++)

{

thirpic_position[1][i]=thirpic_position[0][i]; }thirpic_position[1][5]=wrasp_position[1];thirpic_position[1][7]=wrasp_position[3];for(i=0;i<8;i++) {thirpic_position[2][i]=thirpic_position[1][i]; } thirpic_position[2][4]=loosen_position[0]; thirpic_position[2][6]=loosen_position[2];for(i=0;i<8;i++){thirpic_position[3][i]=thirpic_position[2][i];}

thirpic_position[3][0]=original_position[0]; thirpic_position[3][2]=original_position[2]; for(i=0;i<8;i++) {thirpic_position[4][i]=thirpic_position[3][i];}

thirpic_position[4][1]=clockwise90_position[1]; thirpic_position[4][3]=anticlockwise90_position[3];

}voidCalcul_FourPicPosition(void){

u8i; for(i=0;i<8;i++){ fourpic_position[0][i]=thirpic_position[4][i];

}

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fourpic_position[1][i]=fourpic_position[0][i];

}

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u8i; for(i=0;i<8;i++)

{fifpic_position[0][i]=fourpic_position[1][i];}for(i=0;i<8;i++){ fifpic_position[1][i]=fifpic_position[0][i]; }fifpic_position[1][4]=wrasp_position[0];

fifpic_position[1][6]=wrasp_position[2]; for(i=0;i<8;i++){

fifpic_position[2][i]=fifpic_position[1][i];}

fifpic_position[2][5]=loosen_position[1]; fifpic_position[2][7]=loosen_position[3]; for(i=0;i<8;i++) { fifpic_position[3][i]=fifpic_position[2][i];

}fifpic_position[3][1]=original_position[1]; fifpic_position[3][3]=original_position[3]; for(i=0;i<8;i++) {fifpic_position[4][i]=fifpic_position[3][i];

} fifpic_position[4][0]=clockwise90_position[0]; fifpic_position[4][2]=anticlockwise90_position[2];}voidCalcul_SixPicPosition(void){u8i;

for(i=0;i<8;i++){

sixpic_position[0][i]=fifpic_position[4][i]; }for(i=0;i<8;i++) { sixpic_position[1][i]=sixpic_position[0][i];

} sixpic_position[1][0]=anticlockwise90_position[0] sixpic_position[1][2]=clockwise90_position[2]; }voidRetuIni_AftPic(void){

u8i;for(i=0;i<8;i++){ retuinit_position[0][i]=sixpic_position[1][i]; } for(i=0;i<8;i++){

retuinit_position[1][i]=retuinit_position[0][i];} retuinit_position[1][5]=wrasp_position[1];retuinit_position[1][7]=wrasp_position[3];for(i=0;i<8;i++)

{ retuinit_position[2][i]=retuinit_position[1][i];

}retuinit_position[2][4]=loosen_position[0];retuinit_position[2][6]=loosen_position[2];for(i=0;i<8;i++){retuinit_position[3][i]=retuinit_position[2][i];}retuinit_position[3][0]=original_position[0];retuinit_position[3][2]=original_position[2];for(i=0;i<8;i++){ retuinit_position[4][i]=retuinit_position[3][i];}retuinit_position[4][4]=wrasp_position[0];retuinit_position[4][6]=wrasp_position[2];}

voidPicArray_ToBufferArray(u16(*array)[8],u16arrayline_num){

u8i,j;lines_num=arrayline_num; for(j=0;j<=lines_num;j++){for(i=0;i<8;i++){ pos[j][i]=*(*(array+j)+i); }}

}voidCalcul_Lclockwise90(void){ u8i; for(i=0;i<8;i++) {l_clockwise90[0][i]=initial_position[i];

} l_clockwise90[0][1]=anticlockwise90_position[1];for(i=0;i<8;i++){

l_clockwise90[1][i]=l_clockwise90[0][i];

} l_clockwise90[1][5]=loosen_position[1];for(i=0;i<8;i++){l_clockwise90[2][i]=l_clockwise90[1][i];}

l_clockwise90[2][1]=original_position[1];for(i=0;i<8;i++){

l_clockwise90[3][i]=l_clockwise90[2][i];

}l_clockwise90[3][5]=wrasp_position[1]; }voidCalcul_Lanticlockwise90(void){

u8i;

for(i=0;i<8;i++) {l_anticlockwise90[0][i]=initial_position[i];

} l_anticlockwise90[0][1]=clockwise90_position[1]; for(i=0;i<8;i++) { l_anticlockwise90[1][i]=l_anticlockwise90[0][i];

} l_anticlockwise90[1][5]=loosen_position[1];

for(i=0;i<8;i++){

l_anticlockwise90[2][i]=l_anticlockwise90[1][i];

}

l_anticlockwise90[2][1]=original_position[1];for(i=0;i<8;i++) { l_anticlockwise90[3][i]=l_anticlockwise90[2][i];

} l_anticlockwise90[3][5]=wrasp_position[1];}voidCalcul_Lclockwise180(void){u8i; for(i=0;i<8;i++){

l_clockwise180[0][i]=initial_position[i]; }

l_clockwise180[0][1]=clockwise180_position[1];for(i=0;i<8;i++){

l_clockwise180[1][i]=l_clockwise180[0][i];}

l_clockwise90[1][5]=loosen_position[1];for(i=0;i<8;i++) { l_clockwise180[2][i]=l_clockwise180[1][i];}

l_clockwise180[2][1]=original_position[1]; for(i=0;i<8;i++){

l_clockwise180[3][i]=l_clockwise180[2][i];

} l_clockwise180[3][5]=wrasp_position[1];}

voidCalcul_OverturntoL(void){

u8i;for(i=0;i<8;i++) { overturnto_l[0][i]=initial_position[i];}

overturnto_l[0][5]=loosen_position[1];

overturnto_l[0][7]=loosen_position[3];for(i=0;i<8;i++){overturnto_l[1][i]=overturnto_l[0][i];}

overturnto_l[1][0]=anticlockwise90_position[0];

overturnto_l[1][2]=clockwise90_position[2];

for(i=0;i<8;i++){

overturnto_l[2][i]=overturnto_l[1][i];

}overturnto_l[2][5]=wrasp_position[1]; overturnto_l[2][7]=wrasp_position[3];for(i=0;i<8;i++){

overturnto_l[3][i]=overturnto_l[2][i];}

overturnto_l[3][4]=loosen_position[0];

overturnto_l[3][6]=loosen_position[2];

for(i=0;i<8;i++){

overturnto_l[4][i]=overturnto_l[3][i];} overturnto_l[4][0]=original_position[0]; overturnto_l[4][2]=original_position[2]; for(i=0;i<8;i++){overturnto_l[5][i]=overturnto_l[4][i];}overturnto_l[5][4]=wrasp_position[0]; overturnto_l[5][6]=wrasp_position[2];}voidCalcul_Rclockwise90(void){

u8i; for(i=0;i<8;i++){

r_clockwise90[0][i]=initial_position[i];}

r_clockwise90[0][3]=anticlockwise90_position[3]; for(i=0;i<8;i++){

r_clockwise90[1][i]=r_clockwise90[0][i];}

r_clockwise90[1][7]=loosen_position[3]; for(i=0;i<8;i++){r_clockwise90[2][i]=r_clockwise90[1][i];}r_clockwise90[2][3]=original_position[3];for(i=0;i<8;i++){r_clockwise90[3][i]=r_clockwise90[2][i];}

r_clockwise90[3][7]=wrasp_position[3];}voidCalcul_Ranticlockwise90(void){

u8i; for(i=0;i<8;i++){r_anticlockwise90[0][i]=initial_position[i]; }r_anticlockwise90[0][3]=clockwise90_position[3]; for(i=0;i<8;i++){ r_anticlockwise90[1][i]=r_anticlockwise90[0][i];} r_anticlockwise90[1][7]=loosen_position[3]; for(i=0;i<8;i++){ r_anticlockwise90[2][i]=r_anticlockwise90[1][i];

} r_anticlockwise90[2][3]=original_position[3];for(i=0;i<8;i++) {

r_anticlockwise90[3][i]=r_anticlockwise90[2][i];

} r_anticlockwise90[3][7]=wrasp_position[3];}voidCalcul_Rclockwise180(void){ u8i; for(i=0;i<8;i++){r_clockwise180[0][i]=initial_position[i];}

r_clockwise180[0][3]=clockwise180_position[3];

for(i=0;i<8;i++){

r_clockwise180[1][i]=r_clockwise180[0][i];}

r_clockwise180[1][7]=loosen_position[3];}

void

TIM4_Int_Init(u16

arr,u16

psc)

{

TIM_TimeBaseInitTypeDef

TIM_TimeBaseStructure;

NVIC_InitTypeDef

NVIC_InitStructure;RCC_APB1PeriphClockCmd(RCC_APB1Periph_TIM4,

ENABLE);TIM_TimeBaseStructure.TIM_Period

=

arr;

TIM_TimeBaseStructure.TIM_Prescaler

=psc;

TIM_TimeBaseStructure.TIM_ClockDivision

=

TIM_CKD_DIV1;

TIM_TimeBaseStructure.TIM_CounterMode

=

TIM_CounterMode_Up;

TIM_TimeBaseInit(TIM4,

&TIM_TimeBaseStructure);

TIM_ITConfig(TIM4,TIM_IT_Update,ENABLE

);

NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannel

=

TIM4_IRQn;

NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelPreemptionPriority

=

0;

NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelSubPriority

=

2;

NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelCmd

=

ENABLE;

NVIC_Init(&NVIC_InitStructure);

TIM_Cmd(TIM4,

DISABLE);

}void

TIM3_Set_Time(u16

arr)

{

TIM_TimeBaseInitTypeDef

TIM_TimeBaseStructure;

arr--;

TIM_TimeBaseStructure.TIM_Period

=

arr;

TIM_TimeBaseStructure.TIM_Prescaler

=71;

TIM_TimeBaseInit(TIM3,

&TIM_TimeBaseStructure);

}

void

TIM4_Set_Time(u16

arr)

{

TIM_TimeBaseInitTypeDef

TIM_TimeBaseStructure;

arr--;

TIM_TimeBaseStructure.TIM_Period

=

arr;

void

TIM3_IRQHandler(void)

{

static

u8

i=1;

if

(TIM_GetITStatus(TIM3,

TIM_IT_Update)

!=

RESET)

{flag_vpwm=1;

switch(i)

{case

1:

{PWM1=1;

TIM3_Set_Time(pwm[0]);

}

break;

case

2:

{

PWM1=0;

TIM3_Set_Time(2500-pwm[0]);

flag_vpwm=1;

}

break;

case

3:

{

PWM2=1;

TIM3_Set_Time(pwm[1]);

}

break;

case

4:

{PWM2=0;

TIM3_Set_Time(2500-pwm[1]);

flag_vpwm=1;

}

break;

case

5:

{

PWM3=1;

TIM3_Set_Time(pwm[2]);

}

break;

case

6:

{

PWM3=0;

TIM3_Set_Time(2500-pwm[2]);

flag_vpwm=1;

}break;

case

7:

{

PWM4=1;

TIM3_Set_Time(pwm[3]);

}break;

case

8:

{

PWM4=0;

TIM3_Set_Time(2500-pwm[3]);

flag_vpwm=1;

}break;

case

9:

{

PWM5=1;

TIM3_Set_Time(pwm[4]);

}break;

case

10:

{PWM5=0;

TIM3_Set_Time(2500-pwm[4]);

flag_vpwm=1;

}break;

case

11:

{

PWM6=1;

TIM3_Set_Time(pwm[5]);

}break;

case

12:

{

PWM6=0;

TIM3_Set_Time(2500-pwm[5]);

flag_vpwm=1;

}break;

case

13:

{

PWM7=1;

TIM3_Set_Time(pwm[6]);

}break;

case

14:

{

PWM7=0;

TIM3_Set_Time(2500-pwm[6]);

flag_vpwm=1;

}break;

case

15:

{

PWM8=1;

TIM3_Set_Time(pwm[7]);

}break;

case

16:

{PWM8=0;

TIM3_Set_Time(2500-pwm[7]);

flag_vpwm=1;

i=0;

}break;

default:break;

}

i++;

}

2.ArduinoMega2560和STM32硬件連接圖

連接圖如圖8-15所示。圖8-15ArduinoMega2560和stm32通信圖ArduinoMega2560的調(diào)試代碼如下：intIntly=Serial1.read();Intabcd=Serial.read();voidsetup(){Serial.begin(9600);Serial1.begin(9600);}voidloop(){//putyourmaincodehere,torunrepeatedly:Serial.print(ly);//Serial1.print(abcd);}Stm32代碼：#if1#pragmaimport(__use_no_semihosting)struct__FILE{ inthandle;};

FILE__stdout;_sys_exit(intx){ x=x;}

intfputc(intch,FILE*f){ while((USART1->SR&0X40)==0);USART1->DR=(u8)ch; returnch;}#endifvoidUSART1_Config(void){ GPIO_InitTypeDefGPIO_InitStructure; USART_InitTypeDefUSART_InitStructure;RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_GPIOA|RCC_APB2Periph_USART1,ENABLE);

GPIO_InitStructure.GPIO_Pin=GPIO_Pin_9; GPIO_InitStructure.GPIO_Mode=GPIO_Mode_AF_PP; GPIO_InitStructure.GPIO_Speed=GPIO_Speed_50MHz; GPIO_Init(GPIOA,&GPIO_InitStructure); GPIO_InitStructure.GPIO_Pin=GPIO_Pin_10; GPIO_InitStructure.GPIO_Mode=GPIO_Mode_IN_FLOATING; GPIO_Init(GPIOA,&GPIO_InitStructure);

USART_InitStructure.USART_BaudRate=9600;USART_InitStructure.USART_WordLength=USART_WordLength_8b;USART_InitStructure.USART_StopBits=USART_StopBits_1;USART_InitStructure.USART_Parity=USART_Parity_No;USART_InitStructure.USART_Mode=USART_Mode_Rx|USART_Mode_Tx;USART_InitStructure.USART_HardwareFlowControl=USART_HardwareFlowControl_None; USART_Init(USART1,&USART_InitStructure); USART_ITConfig(USART1,USART_IT_RXNE,ENABLE); /*EnablesUSART1interrupts,USART_IT_RXNE:ReceiveDataregisternotemptyinterrupt*/ USART_Cmd(USART1,ENABLE);

NVIC_USART1_Configuration();

}

u8num_to_asc(u8num) { u8asc; switch(num) {case0:asc=0x30;break; case1:asc=0x31;break; case2:asc=0x32;break; case3:asc=0x33;break; case4:asc=0x34;break; case5:asc=0x35;break; case6:asc=0x36;break; case7:asc=0x37;break; case8:asc=0x38;break; case9: