手把手教你做Arduino随动机械臂

1、手把手教你做随动机械臂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：计算机硬件基础项目介绍项目介绍l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l子项目: （1）了解Arduino Leonardo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；l 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Arduino Leonardo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A

2、rduino Leonardo为核心的机械臂系统。图2，机械臂主体图1，机械臂主体和Arduino连接 实验视频链接子项目子项目1：什么是：什么是Arduino Leonardo？图三，我所用的Arduino Leonardo名 称：Arduino Leonardo概 述：ATmega32u4编 号：A000057厂 商：AtmelArduino Leonardo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ICSP header和一个复位按钮。子项目子项目1：什么是：

3、什么是Arduino Leonardo？l概要概要1.处理器 ATmega32u42.工作电压 5V3.输入电压（推荐） 7-12V4.输入电压（范围） 6-20V5.数字IO脚 20 (其中7路作为PWM输出）6.模拟输入脚 127.IO脚直流电流 40 mA8.3.3V脚直流电流 50 mA9.Flash Memory 32 KB （ATmega32u4， 其中4 KB 用于 bootloader,即引入程序）1.SRAM 2.5 KB （ATmega32u4）2.EEPROM 1 KB （ATmega32u4）3.工作时钟 16 MHz 电源电源Arduino UNO可以通过2种方式供电

4、，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。 存储器存储器ATmega32u4包括了片上32KB Flash，其中4KB用于Bootloader。同时还有2.5KB SRAM和1KB EEPROM。USB接口外接电源接口子项目子项目1：什么是：什么是Arduino Leonardo？l输入输出输入输出l20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 ATmega32U4 USB-to-TTL 芯片相连，提

5、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。l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lAREF：模拟输入信号的参考电压。l

6、Reset：信号为低时复位单片机芯片。l通信接口通信接口l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。lTWI（兼容I2C）接口lSPI 接口l物理特征物理特征lArduino UNO的最大尺寸为2.7 x 2.1 inches。l开发环境开发环境lArduino 1.0.1 开发语言为C语言图四，开发环境子项目子项目2：制作随动机械臂：制作随动机械臂l原理图：V V V V V V V V VUSB（连至电脑）Analog Input(PWM)Analog InputArduino

7、LeonardoVV+=5VV+=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子项目子项目2：制作随动机械臂：制作随动机械臂l实际连接图（以一号舵机为例）：舵机电位器子项目子项目2：制作随动机械臂：制作随动机械臂l程序源代码（一个舵机） #include / 开发环境Arduino 1.0.1中有此库 Servo myservo; / 创建一个舵机项目（myservo）以操控一个舵机 int potpin = 0; / 模拟输入接口0号口接电位器int val; / 引入变量读取电

8、位器输入的电压值 void setup() myservo.attach(9); / 把舵机连接至九号PWM输出口上 void loop() 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 子项目子项目2：制作随动机械臂：制作随动机械臂l当控制四个舵机时，程序变成：#include Servo myservo1

9、;Servo myservo2;Servo myservo3;Servo myservo4; int potpin1 = 0; int potpin2 = 1;int potpin3 = 2;int potpin4 = 3;int val1; int val2;int val3;int val4; void setup() myservo1.attach(9); myservo2.attach(10); myservo3.attach(11); myservo4.attach(13); void loop() val1 = analogRead(potpin1); val2 = analogR

10、ead(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); de

11、lay(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子项目子项目2：制作随动机械臂：制作随动机械臂l材料：1.Arduino Leonardo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（1K 1W，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）子项目子项目2：制作随动机械臂：制作随动机械臂l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

12、丝若干。l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。子项目子项目2：制作随动机械臂：制作随动机械臂l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7，程序的校检图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

13、）1 2 3 4子项目子项目2：制作随动机械臂：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！正式开始搭建！子项目子项目2：制作随动机械臂：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！正式开始搭建！子项目子项目2：制作随动机械臂：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。子项目子项目2：制作随动机械臂：制作随动机械臂发挥你的想象力！图11，可以给机械臂装上不同零件，让它更像一只手臂子项目子项目2：制作随动机械臂：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号舵机子项目子项目2：制作随动机械臂：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