手把手教你做Arduino随动机械臂ppt课件.ppt

手把手教你做随动机械臂 课程作业主题 单片机硬件开发平台课程名称 计算机硬件基础 1 项目介绍 课程作业项目名称 基于单片机系统的四自由度随动机械臂子项目 1 了解ArduinoLeonardo这款硬件开发平台 2 制作随动机械臂 3 了解SSC32路舵机控制器的用法 项目介绍 项目旨在制作一台小型四自由度机械臂 控制方式为随动控制 即用一种用电位器制作操纵杆 使舵机摆过的角度电位器的旋钮 从而达到机械臂跟随操纵杆运动的一种控制方式 此机械臂通过利用ArduinoLeonardo这款硬件开发平台作为处理器 电位器为输入设备 舵机为输出设备 搭建起以ArduinoLeonardo为核心的机械臂系统 2 图2 机械臂主体 图1 机械臂主体和Arduino连接 实验视频链接 3 子项目1 什么是ArduinoLeonardo 图三 我所用的ArduinoLeonardo ArduinoLeonardo的处理器核心是ATmega32u4 同时具有20路数字输入 输出口 其中7路可作为PWM输出 12路模拟输入 一个16MHz晶体振荡器 一个USB接口 一个电源插座 一个ICSPheader和一个复位按钮 4 子项目1 什么是ArduinoLeonardo 概要处理器ATmega32u4工作电压5V输入电压 推荐 7 12V输入电压 范围 6 20V数字IO脚20 其中7路作为PWM输出 模拟输入脚12IO脚直流电流40mA3 3V脚直流电流50mAFlashMemory32KB ATmega32u4 其中4KB用于bootloader 即引入程序 SRAM2 5KB ATmega32u4 EEPROM1KB ATmega32u4 工作时钟16MHz 电源ArduinoUNO可以通过2种方式供电 而且能自动选择供电方式外部直流电源通过电源插座供电 USB接口直接供电 存储器ATmega32u4包括了片上32KBFlash 其中4KB用于Bootloader 同时还有2 5KBSRAM和1KBEEPROM 5 子项目1 什么是ArduinoLeonardo 输入输出20路数字输入输出口 工作电压为5V 每一路能输出和接入最大电流为40mA 每一路配置了20 50K欧姆内部上拉电阻 默认不连接 除此之外 有些引脚有特定的功能串口信号RX 0号 TX 1号 与内部ATmega32U4USB to TTL芯片相连 提供TTL电压水平的串口接收信号 外部中断 2号和3号 触发中断引脚 可设成上升沿 下降沿或同时触发 脉冲宽度调制PWM 3 5 6 9 10 11 13 提供7路8位PWM输出 SPI 10 SS 11 MOSI 12 MISO 13 SCK SPI通信接口 LED 13号 Arduino专门用于测试LED的保留接口 输出为高时点亮LED 反之输出为低时LED熄灭 模拟输入A0到A5 A6到A11 每一路具有10位的分辨率 即输入有1024个不同值 默认输入信号范围为0到5V 可以通过AREF调整输入上限 除此之外 有些引脚有特定功能AREF 模拟输入信号的参考电压 Reset 信号为低时复位单片机芯片 通信接口串口 ATmega32U4内置的UART可以通过数字口0 RX 和1 TX 与外部实现串口通信 ATmega32U4可以访问数字口实现USB上的虚拟串口 TWI 兼容I2C 接口SPI接口物理特征ArduinoUNO的最大尺寸为2 7x2 1inches 开发环境Arduino1 0 1开发语言为C语言 图四 开发环境 6 子项目2 制作随动机械臂 原理图 V V V V V V V V V V 5V V 5V 舵机 servo 有三条接线 分别为信号线 signal 电源线 V 和地线 signal 电位器 pot 有三根线 其中电刷连接的变阻线接板子的模拟输入 7 子项目2 制作随动机械臂 实际连接图 以一号舵机为例 电位器 8 子项目2 制作随动机械臂 程序源代码 一个舵机 include 开发环境Arduino1 0 1中有此库Servomyservo 创建一个舵机项目 myservo 以操控一个舵机intpotpin 0 模拟输入接口0号口接电位器intval 引入变量读取电位器输入的电压值voidsetup myservo attach 9 把舵机连接至九号PWM输出口上 voidloop val analogRead potpin 从电位器上读取电压值 从0到1023 val map val 0 1023 0 179 用map函数将电压值转化成要控制的舵机的转动角度myservo write val 将输出角度读出控制舵机转动delay 15 等待舵机达到指定位置 9 子项目2 制作随动机械臂 当控制四个舵机时 程序变成 includeServomyservo1 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 图5 Arduino1 0 1中的四自由度机械臂随动控制程序 在制作硬件之前 可以现将此程序拷入板子 10 子项目2 制作随动机械臂 材料 1 ArduinoLeonardo板一个 miniUSB数据线一条 接电脑用 2 舵机 普通模拟180度舵机一个 盛辉mg996R即可 9g小型舵机2个 2 5g微型舵机一个 3 电位器4个 1K1W 其实具体型号无所谓 1K左右的低功耗的就行 旋转角尽量接近180度 因为选取的舵机都是180度的舵机 11 子项目2 制作随动机械臂 材料 4 杜邦线若干 公母头的都要有哦 5 舵机摆臂若干 各种型号螺丝若干 工具各种螺丝刀 必须的 强力胶水 加固用 电烙铁 焊锡等技术宅必备电工用具 暂时还没买烙铁架 12 子项目2 制作随动机械臂 准备工作 1 将程序校检后拷入板子2 先将舵机编号 再将电位器按照舵机顺序编号3 将杜邦线与电位器连接好 杜邦线母头可以正好插入电位器引脚 4 将舵机杜邦线的母头改造为公头 这是因为Arduino板子上的连接口全部都是母头 所以舵机连不上的缘故 强烈建议Arduino将来出带公头的板子 改造接线花了我不少时间 图8 电位器编号和舵机的编号 图9 接头被破坏时的惨状 图10 改造后的接口 中间插上细铁丝再焊牢 再包上绝缘胶布 1234 13 子项目2 制作随动机械臂 1 将舵机摆臂以合适角度固定在舵机上 正式开始搭建 14 子项目2 制作随动机械臂 2 用自攻螺丝在二号三号舵机的侧部中央钻孔 力气活 但注意不要伤到里面的电路 正式开始搭建 15 子项目2 制作随动机械臂 3 如图搭建机械臂 注意小臂是用旧的电池架弯曲制成 如果没有 可以找相似的材料代替 搭建完毕后要注意将线绕整齐 不要妨碍到机械臂的动作 16 子项目2 制作随动机械臂 发挥你的想象力 17 子项目2 制作随动机械臂 图12 肩部特写 2号舵机 3号舵机 图13 肘部特写 4号舵机 18 子项目2 制作随动机械臂 4 按照原理图逐步搭建电路 图12 一个关节控制电路的搭建 按照原理图搭建电路 注意 一号电位器信号输出端接A0 二号电位器接A1 三号电位器接A4 四号接A5 一号舵机信号输入端接A9 二号接A10 三