（完整版）基于Arduino的机器人写字系统的设

（完整版）基于Arduino的机器人写字系统的设计与实现毕业论文合肥学院计算机科学与技术系专业实训报告院系名称计算机科学与技术系专业（班级）计算机科学与技术姓名（学号）洪智指导教师高玲玲张贯虹系负责人基于ARDUINO的机器人写字系统的设计与实现算法，掌握舵机、霍尔传感器的的原理和控制方法。硬件系统由控制板、舵机、霍尔传感器、电池组组成。各个模块协作完成系统的功能。确定机器人落笔的位置，将要书写的字体的路线规划好，当机器人沿着这些路线行进，就会留下痕迹，从而完成书写功能。程序的书写在电脑上进行，载到板子上运行。计算机和控制板通过串口进行通信。通过设计、调试，系统最后能够实现所有英文字母、阿拉伯数字的书写。通过对字母的不同组合，可以实现对英文句子的书写。数字是0~9，其余数字通过组合实现。也可以实现对指定汉子的书写。字体的精确度，不仅跟程序中的设计算法有关，在很大程度上取决于硬件器材的精确度。为了提高写字机器人的精确性，需要更精确的硬件器材做支撑。写字机器人可以用在科研、教学上。第一章绪论机等。通过凸轮间的运动实现写字动作，改变凸轮的组合，就会实现不同字体的书写[1]。这种书写方式可以看做是这个古实现写字算法[3]。其他典型的研究是关于自由度的研究，思想是确定始点和终点，采用插值算法，对机对于业余研究者来说，并不需要严密的写字算法实现简单的写字功能，只要能实现简单的写字算法，一定的误差都是可以允许的，至于写字算法，也就越简单越好。本次设计就是要寻找一种简单的写字算法，在设计和探索过程中，对掌握的这种简单的写字算法，不需要学习复杂的计算方法和公式，对写字机器人可以起到一定的推广作用，可以让更多的机器人爱好者去研究写字机器人，算法的实现也增加了写字机器人算法的多样性。对个人而言也是一次提升能力的机会。通过不断的学习，扩展自己的知识面，同时将已存储的知识与新的知识点进行结我国的写字机器人研究主要在矢量化算法和自由度算法，将字轨迹通过运算，转换成机器人要运动的路径。第三章：系统设计与实现。详细介绍整个系统的设计思路。第四章：软硬件调试。介绍编程前的硬件准备情况第五章：系统测试。介绍最终的测试情况，包括要能够实现计算机与主控板的通信。基于上述对系统的需求分析，用180度旋转的舵机控制起笔和落笔，当舵机臂转到一定的角度后，实现支撑地面，这样就能实现提笔功能。落笔刚好相反，显然能够实现。用两个360度旋转的舵机控制车轮，给一路，可以直接实现舵机的倒转，这样机器人的的倒退也就很容易实现了。转弯功能只需让一个轮子第三章系统设计与实现3.1硬件设计与实现控制板模块接收程序的命令，通过H桥对舵机模块进行控制,完成小车的行进动作。起笔和落笔的舵机模块是由主控板直接控制的,没有通过H桥。传感器模块是由霍尔传感器完成的，当小车运动的时候，霍尔元件就会在磁场中发生变化，从而记录小车的行程。电池组模块驱动舵机，为控制板提供电源。另外系统还有一些指⽰灯的电源采用稳压器L4941LDO，使得输入输出的电压差仅为0.45但是，如果输入的电压小于5.4V，就没有稳压效果。原则上输入的电压可以在3.5V~9V之间。用四节1.5V的电池就可以工电源端有防反接电路，这样，即使反接也不会烧坏电板子上的串口是必不可少的，最起码的功能就是要实现与电脑的通信，比如下载程序到处理器。还有些预留串口，可以外接串口设备，方便实现其他的功能，比如项目中有小车的两个轮子，各有一个独立的电机进行舵机也是电机的一种。当给它一个角度指令时，它就会转到指定的角度，好多机器人的关节部位用到的都是这种马达。比如有些大型机器人的手臂、膝盖等处会用到，这种电机通过简单的操控就可以实现转动，对于机器人的控制相对来说比较简单在这个伺服马达的内部有一个小型的直流马达，为伺服马达提供动力。还有一个变速的齿轮组，直流马达驱动齿轮组转动，电位器将检测结果反馈给控制系统，控制系统动到指定位置。这种反馈的机理可以大大提高舵机的精确度[6]。a、控制线：控制车轮的两个伺服马达有两条线，是电源线和地线。其中红色的是电源线，黑色的是地线。这两个电机的转动b、控制信号：输入一个周期性的正向脉冲信号，就可以驱动马达，脉冲的高电平时间一5~20毫秒之间。高电平维持的时间不同，转到的角度就会不同[下表是脉冲与角度位置的关系：表3-1舵机脉冲驱动2、舵机驱动算法脉冲宽度调制具体的来说，就好像是高等数学里的微积分学。比如将正弦波的半个周期的波形进行M等分，半周期的波形就变成了M个彼此相连的、宽度相等且幅值不等的脉冲，并且幅值不是平行于水平坐标轴的，而是倾斜的直线，如果加两条垂直于坐标轴的直线，就是直角梯形，而不是矩形。把这些直角梯形近似的转换为矩形，得到的矩形是等宽的，但是高度是不私服马达的角度位置样的。然后把每个矩形的高度转变成相等的，每个矩形的面积依旧和原来一样，即要改变它们各自的宽度。这样就会得到一序列等高不等宽的波形，称之为PWM波形。通过转换以后，幅值不再遵循正弦规律，相对的波形的宽度却遵循了正弦规律。3.1.3霍尔传感器模块霍尔传感器采用的是一种磁电效应原理。原理如下图所⽰，在磁场中放置一个霍尔半导体片，磁场的方向垂直于导体面从上到本次设计，霍尔传感器是用来记录小车行驶的行程的。因为在写字的时候需要控制小车行驶的距离，这个距离就是靠霍尔传感车轮上分别有两个圆形的金属片，这两个金属片是有磁性的，而且是断断续续的，当车磁场中产生变化的电压，每变化一次就记录一次。3.2软件设计与实现软件设计主要包括起笔和落笔，车轮的转动，霍尔传感器的反馈等。先书写相应的程程序部分主要有，起笔和落笔，书写时要驱动舵机旋转，将笔放下。书写结束时或者不进行书写时要将笔抬起来；记录车子的行程，在两个轮子旁边的传感器，会以产生中断的方式对行程进行计等。将要书写的字进行分析，然后规划小车的3.2.1系统软件模块划分格函数，主函数，所有的字母函数规划好，放在改，只需改动相应的函数即可，无需改动其他不相关程序。也可以通过改变在主函数中的调用次序，来改变书写字母的先后顺序，这样就可以拼写出不同的单词。也可以将单词所用的字母函数封装起来，直接在主函数进行调用。写字的思想是将大写的英文字母放在一个的表格中，表格形式可以多样化，例如下面的4×6表格。通过Go()函3.2.2主程序的设计实现定义变量是定义的全局变量，这些变量包括左右轮子的速度、模拟量、传感器产生的中断中的