机器人技术实验指导书(新版)9112

机器人技术实验指导书郑嫦娥编写北京林业大学工学院机械工程系

机器人技术实验指导书目录实验一搭建机器蠕虫.............................................................................................................2实验二机器人.................................................................................7传感－控制－决策实验1机器人技术实验指导书实验一搭建机器蠕虫【实验目的】（1）了解机器人的组成，（2）通过搭建机器蠕虫，熟悉机器人机械、控制、驱动、传感等各模块基本构成。（3）通过控制机器蠕虫运动，熟悉MRcommander的使用。【实验设备】博创机器人套件：A、B箱【实验内容】搭建机器蠕虫，并控制其运动。【实验步骤】（1）首先利用博创套件，搭建由4个完全相同的关节串联的机器蠕虫。图1机器蠕虫的一个关节图24个关节串联的机器蠕虫（2）熟悉MultiFLEX控制卡的各种接口，以旧卡（体积小）为例：A：电源接口：+5~6VB：控制板总线2机器人技术实验指导书C：4路电机接口，最大允许电流2A，电机红线＋，白线－。连接时，白线朝电路板外侧。D：RS-232串口，5口串口线。插头上▲与电路板上NC对齐。E：7路模拟量输入AD0~AD6，允许输入0~5V模拟量，主要用于传感器信号采集。电路板外侧是地（对应“－”号），中间是电源（对应“＋”号），内侧是信号输入线。F：12路PWM舵机控制PW0~PW11，分成了4组。舵机引线是三芯杜邦头，棕色线是地，橙色线是电源，黄色线是信号线。棕色线在电路板外侧。G：16路I/O口，在MRcommander中可以被配置为输入或者输出。如果被配置为输入，主要用于采集开关、数字式传感器的状态。如果被配置为输出，高电平为控制低电平为0，可以用于驱动LED、微型电机等。其中靠近电路板外侧器电源电压，是地，中间是电源，内侧是信号线。H：AVR单片机在线编程接口。控制器上使用AVRATMega128微处理器，具备在线编程功能。交编叉译好的二进制文件可以通过该接口下载到处理器内置的FLASH中运行。I：控制卡功能选择拨码开关，1)第1、2路ON，第3、4路OFF：通过RS232与上第1、2路OFF，第3、4路ON：通过标准总线与上位机通讯。2)第5、6路用来选择波特率。第6位第5位波特率共8路。第一路拨到ON为接通。位机通讯；00110101115200384001920096003)第7路用于选择开机状态。4)第8路保留。本卡使用：87654321保留OFFOFFONOFFOFFONON（3）连接线1)连接舵机线：棕色地线在电路板外侧。舵机次从1到4号，或者从4号从1号。2)连接下载线：并口下载线与电路板的H区的5针插头连接。注意方向。3)连接电源线：上电后，控制卡上若正常，红黄两色指示灯会亮。缆：顺序必须按机体的头尾顺序依图3机器蠕虫的初始状态（4）为机器人编写程序和我们自己编写的C语言程序有关的只有Public.h，Usertask.h，USERTASK.C，其他都是系统文件。Public.h文件作用：为方便编程进行的预定义，以及将实际电路与程序联系进行的一些3机器人技术实验指导书预操作。Usertask.h文件作现对机器人的控制：12路舵机IO口的设置函数，AD口的读取函数灯。这些函数的定义以及代码在其他几个系统文件里。USERTASK.C文件作rc_moto_control(array_rc)：12路舵机控制函数array_rc舵机控制数组，数组长度24，可控制12路舵机标角度值，array_rc[奇数]舵机运动速度值。array_rc[0]=90+20，目标角度为正20度，中位为0度（对应数值90）。取值范围为0～180度。舵机运动速度取值范围0～255。dc_moto-control(array_dc)：4路电机用：控制卡功能函数的外部声明，通过这些声明可以在USERTASK.C中调用这些外部函数，实的控制函数，4路电机的控制函数，用：自己编写程序实现各种动作。i.。array_rc[偶数]为舵机目ii.控制函数，可控制4路电机array_dc电机控制数组，数组长度8。能控制4路电机。array_dc[偶数]为电机转速，array_dc[奇数]为电机转动时间。如：array_dc=0，0为正转最大转速，128代表电机停转，254为反转最大转速，范围不能超过0~254。转动时间的单位0.1s。以舵机控制例程：#include"Public.h"#include"Usertask.h"voiduser_task(void){uint8array_rc[23]={0};//舵机控制数组长度为24，可控制12路舵机，舵机运动函数要求array_rc[偶数]为舵机目标角度值，array_rc[奇数]为舵机运动速度值array_rc[0]=90+20;//舵机1，中位为0度（对应数值90），目标角度+20度。取值范围0-180，超过此范围程序会丢弃此数据array_rc[1]=170;//舵机1，速度为170。取值范围0-255，超过范围程序会丢弃此数据array_rc[2]=90-20;//舵机2目标角度设置array_rc[3]=170;//舵机2转动速度设置array_rc[4]=90-20;//舵机3array_rc[5]=170;array_rc[6]=90+20;//舵机4array_rc[7]=170;rc_moto_control(array_rc);//将舵机运动信息交给舵机运动函数，实现舵机运动delay(50);//延时50*20MS=1S,给舵机提供反应时间，此反应时间应大于舵机实际运动所需时间array_rc[0]=90;array_rc[1]=170;array_rc[2]=90;array_rc[3]=170;array_rc[4]=90;array_rc[5]=170;array_rc[6]=90;array_rc[7]=170;4机器人技术实验指导书rc_moto_control(array_rc);delay(50);}要控制舵机1（即连接到pw0的舵机），那么只需给数组元素array_rc[0]和array_rc[1]赋予相应的数值90+20、170即可，170代表着舵机的速度，90是舵机的中位角度数，那么90+20意味着舵机将向正方向以170的速度转过20度。最后将数组返回给舵机控制函数，即rc_moto_control(array_rc)。这样控制卡，就知道我们想要实现的对于舵机的如何控制了。（5）编译程序在完成上面对Usertask.c的修改编辑后，保存文件，按F7对整个工程进行编译（快捷按键，如上图右侧红笔圈出所示），生成*.hex文件（8.4.1编写C程序实现对12路舵机的控制的default文件夹内）。然后用并口下载线将电脑的并口与MultiFLEX控制卡的程序下载口连接（注意GND与控制卡I的区GND相配），然后给控制卡通电、，并且将前面生成的MultiFLEX.hex文件烧写至MultiFLEX控制卡中。匹（6）下载程序打开PonyProg2000软件，其界面如下所示：5机器人技术实验指导书连接完成后给控制卡通上电源（程序烧写过程中不允许断电，请确保电源的可靠性）。然后在刚才打开的PonyProg2000中点击“File——》OpenDeviceFile”或者点击图标打开我们前面生成的*.hex文件（编写C程序实现对12路舵机的控制的应该在“8.4.1default”文件夹中），然后点击“Command——》WriteAll”或者点击图标，然后程序就会开始烧写至控制卡里面。看到出现“Writesuccessful”时，便说明我们的程序已经下载成功，这是4路舵机开6机器人技术实验指导书始呈周期性运动，其形状宛如一条游动的小蛇。实验二机器人传感－控制－决策实验【实验目的】（1）了解典型机器人的组成，（2）通过搭建机器人，熟悉机器人构型设计。（3）通过使用传感器，熟悉机器人常用传感器。（4）通过控制机器人完成特定任务，掌握利用传感器感知环境信息，并控制机器人。【实验设备】博创机器人套件：A、B箱【实验内容】搭建典型机器人（机器人构型，从以下选一：四自由度机械臂、简易四足机器人、挖掘作业机器人、仿生蛇形机器人、全向运动作业机器人、仿生机器狗或者设计自己的机器人构型），并控制机器人根据传感器反馈信息完成一定任务。【实验步骤】（1）首先利用博创套件，搭建机器人构型，如四自由度机械臂。图1（2）安装传感器。（3）编写、调试、下载。8.5.1自主避障机器人实验环境：7机器人技术实验指导书已嵌入WinAVR的AVRStudio4.12实验结果：开机后机器人会向前运动，当检测到障碍物之后机器人会先后退一定距离，然后根据接收障碍物的传感器不同采取不同的转向，然后机器人继续向前运动，当遇到障碍物之后再进行判断，如此循环。**************************************************************/#include"public.h"包含的头文件，前面已经提到#include"Usertask.h"voiduser_task(void){uint8array_dc[7]={0};//电机控制数组uint8array_rc[23]={0};//舵机控制数组uint16temp16;定义16位变量，用来保存传感器返回的数值gpio_mode_set(0);//设置16位IO模式全为输入，使用传感器时，必须将IO口设置为输入，这样单片机才能得到返回数值temp16=read_gpio();//读取16位IO信息至temp16if((temp16&0x0003)==3)//红外传感器均为高电平时（红外传感器检测到没有障碍时为输出高电平即为1）此时电机转动5秒，（相当于机器人直行）{array_dc[0]=0;//电机1,正转最大速度（0为正转最大转速，0xFE=254为转反最大转速，0x80=128代表电机停止）。范围为0-254，超过此范围程序会丢弃此数据，电机控制数组，与舵机控制类似，偶数元素控制速度（包括正反方向）array_dc[1]=50;//电机1，50×0.1秒转动时间。范围为0-255，超过此范围程序会丢弃此数据奇数元素控制转动时间。array_dc[2]=0xFE;//电机2array_dc[3]=50;array_dc[4]=0;//电机3array_dc[5]=50;array_dc[6]=0xFE;//电机4array_dc[7]=50;dc_moto_control(array_dc);将数组命令返回给函数，程序执行到此时，电机便开始执行刚刚赋值的命令。}elseif(((temp16&0x0003)==2)||((temp16&0x0003)==0))//数字IO区（G区）IO0口所接红外传感器为低电平（右红外传感器检测到障碍）或者两个传感器均为低电平时（两个传感器都检测到障碍）电机左,转蜂鸣器发声{beep_set(5);//蜂鸣器发声0.5秒蜂鸣器控制函数，直接调用，赋值即可//以最高速度后退array_dc[0]=0xFE;array_dc[1]=5;//0.5秒8机器人技术实验指导书array_dc[2]=0;array_dc[3]=5;array_dc[4]=0xFE;array_dc[5]=5;array_dc[6]=0;array_dc[7]=5;dc_moto_control(array_dc);delay(30);//给电机反应时间30×20MS=0.6s，此反应时间应大于电机实际运动时间//机器人转向array_rc[0]=90+20;//舵机1，中位为0度（对应数值90），目标角度+20度。取值范围0-180，超过此范围程序会丢弃此数据array_rc[1]=170;//舵机1，速度为170。取值范围0-255，超过此范围程序会丢弃此数据array_rc[2]=90-20;//舵机2目标角度设置array_rc[3]=170;//舵机2转动速度设置array_rc[4]=90-20;//舵机3array_rc[5]=170;array_rc[6]=90+20;//舵机4array_rc[7]=170;rc_moto_control(array_rc);delay(50);//延时50*20MS=1S,给舵机提供反应时间，此反应时间应大于舵机实际运动所需时间array_dc[0]=0x80+55;//电机速度为+55array_dc[1]=10;array_dc[2]=0x80+55;array_dc[3]=10;array_dc[4]=0x80+55;array_dc[5]=10;array_dc[6]=0x80+55;array_dc[7]=10;dc_moto_control(array_dc);delay(50);//延时50*20MS=1S//机器人恢复直线运动array_rc[0]=90;array_rc[1]=170;array_rc[2]=90;array_rc[3]=170;array_rc[4]=90;array_rc[5]=170;array_rc[6]=90;array_rc[7]=170;9机器人技术实验指导书rc_moto_control(array_rc);delay(50);//延时50*20MS=1S,给舵机提供反应时间，此反应时间应大于舵机实际运动所需时间}else//（右侧红外传感器检测到障碍）电机左转,蜂鸣器发声{beep_set(5);//蜂鸣器发声0.5秒array_dc[0]=0xFE;//后退0.5秒array_dc[1]=5;array_dc[2]=0;array_dc[3]=5;array_dc[4]=0xFE;array_dc[5]=5;array_dc[6]=0;array_dc[7]=5;dc_moto_control(array_dc);delay(30);//给电机反应时间30×20MS=0.6sarray_rc[0]=90+20;//舵机1，中位为0度（对应数值90），目标角度+20度。取值范围0-180，超过此范围程序会丢弃此数据array_rc[1]=170;//舵机1，速度为170。取值范围0-255，超过此范围程序会丢弃此数据array_rc[2]=90-20;array_rc[3]=170;array_rc[4]=90-20;array_rc[5]=170;array_rc[6]=90+20;array_rc[7]=170;rc_moto_control(array_rc);//机器人转向delay(50);//延时50*20MS=1S,给舵机提供反应时间，此反应时间应大于舵机实际运动所需时间array_dc[0]=0x80-55;//电机速度-5