手把手教你做Arduino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：计算机硬件根底1.工程介绍课程作业工程名称：基于单片机系统的四自由度随动机械臂子工程:〔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；工程介绍：工程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，从而到达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.子工程1：什么是ArduinoLeonardo？图三，我所用的ArduinoLeonardo名

称：ArduinoLeonardo概

述：ATmega32u4编

号：A000057厂

商：AtmelArduinoLeonardo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.子工程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。USB接口外接电源接口5.子工程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的保存接口，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.子工程2：制作随动机械臂原理图：VVVVVVVVVUSB（连至电脑）AnalogInput(PWM)AnalogInputArduinoLeonardoVV+=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7.子工程2：制作随动机械臂实际连接图〔以一号舵机为例〕：舵机电位器8.子工程2：制作随动机械臂程序源代码〔一个舵机〕#include<Servo.h>//开发环境Arduino1.0.1中有此库

Servomyservo;//创立一个舵机工程〔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);//等待舵机到达指定位置}9.子工程2：制作随动机械臂当控制四个舵机时，程序变成：#include<Servo.h>

Servomyservo1;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.子工程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.子工程2：制作随动机械臂材料：4.杜邦线假设干〔公母头的都要有哦〕。5.舵机摆臂假设干，各种型号螺丝假设干。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.子工程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〕123413.子工程2：制作随动机械臂1.将舵机摆臂以适宜角度固定在舵机上。正式开始搭建！！14.子工程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.子工程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，不要阻碍到机械臂的动作。16.子工程2：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17.子工程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.子工程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