写字机器人申报书

序号 编码 附件附件 4 4 第九届 挑战杯 甘肃省大学生课外学术科技作品竞赛 作 品 申 报 书 作作 品品 名名 称 称 写字机器人写字机器人 学学 校校 全全 称 称 兰州理工大学技术工程学院兰州理工大学技术工程学院 申报者姓名申报者姓名 集体名称 集体名称 尤生伟尤生伟 张金鹏张金鹏 曹智刚曹智刚 朱倩朱倩 汪岩汪岩 类别 自然科学类学术论文 哲学社会科学类社会调查报告和学术论文 科技发明制作 A 类 科技发明制作 B 类 精品文档 2欢迎下载2欢迎下载2欢迎下载 说 明 1 申报者应在认真阅读此说明各项内容后按要求详细填写 2 申报者在填写申报作品情况时只需根据个人项目或集体项目填写 A1 或 A2 表 根据作品 类别 自然科学类学术论文 哲学社会科学类社会调查报告和学术论文 科技发明制作 分别填写 B1 B2 或 B3 表 所有申报者可根据情况填写 C 表 3 表内项目填写时一律用钢笔或打印 字迹要端正 清楚 此申报书可复制 4 序号 编码由 竞赛组委会填写 5 学术论文 社会调查报告及所附的有关材料必须是中文 若是外文 请附中文本 请以 4 号楷体打印在 A4 纸上 附于申报书后 字数在 8000 字左右 文章版面尺寸 14 5 22cm 6 2013 年 3 月 6 日前将作品 须为打印件 及 申报书 各一式两份报送至竞赛组委会办 公室 申报书 和作品正文分开装订 作品正文部分除作品名称外 不能出现任何与作者及申报 单位有关的任何信息 否则不通过资格审查 7 作品申报书须按要求由各校竞赛组织协调机构统一报送 8 其他参赛事宜请向本校竞赛组织协调机构咨询 9 报送地址 第九届 挑战杯 甘肃省大学生课外学术科技作品竞赛组委会办公室 天水 师范学院团委 联 系 人 白斌峰 联系电话 0938 8366466地 址 天水市秦州区藉河南路 105 号 天水师范学院团委 邮政编码 741001 精品文档 3欢迎下载3欢迎下载3欢迎下载 A2 申报者情况 集体项目 说明 1 必须由申报者本人按要求填写 2 申报者代表必须是作者中学历最高者 其余作者按学历高低排列 3 本表中的学籍管理部门签章视为对申报者情况的确认 姓 名尤生伟性别男出生年月1989 年 12 月 学校全称兰州理工大学技术工程学院 专 业测控技术与仪器 现 学 历本科年级三学制四年入学时间2010 年 9 月 作品全称 写字机器人 毕业论文题目 邮政编码730050 通讯地址 甘肃省兰州市七里河区龚家坪 211 号 兰州 理工大学技术工程学院 单位电邮政编码730050 申 报 者 情 况 常 住 地 联系地址 甘肃省兰州市七里河区龚家坪 211 号 兰州 理工大学技术工程学院 单位电姓 名性 别年 龄学 历所 在 单 位 曹智刚 男21本科兰州理工大学技术工程学院 张金鹏男21本科兰州理工大学技术工程学院 朱倩女20本科兰州理工大学技术工程学院 其 他 作 者 情 况 汪岩男20本科兰州理工大学技术工程学院 学校学籍管 理部门意 见 是否为 2012 年 7 月 1 日前正式注册在校的全日制非成人教育 非在职的 高等学校中国籍专科生 本科生和硕士研究生或博士研究生 是 否 部门盖章 年 月 日 资 格 认 定 指导教师意 见 1 2 名 本作品是否为课外学术科技或社会实践活动成果 是 否 指导教师签名 年 月 日 B3 申报作品情况 科技发明制作 精品文档 4欢迎下载4欢迎下载4欢迎下载 说明 1 必须由申报者本人填写 2 本部分中的科研管理部门签章视为对申报者所填内容的确认 3 本表必须附有研究报告 并提供图表 曲线 实验数据 原理结构图 外观 图 照片 也可附鉴定证书和应用证书 4 作品分类请按作品发明点或创新点所在类别填 作品全称写字机器人 作 品 分 类 A A 机械与控制 包括机械 仪器仪表 自动化控制 工程 交通 建筑等 B 信息技术 包括计算机 电信 通讯 电子等 C 数理 包括数学 物理 地球与空间科学等 D 生命科学 包括生物 农学 药学 医学 健康 卫生 食品等 E 能源化工 包括能源 材料 石油 化学 化工 生态 环保等 作品设计 发 明的目的和基 本思路 创新 点 技术关键 和主要技术指 标 本作品设计发明的目的 帮助残疾人写字 用于机构教育 开发智能 辅助教 学设备和机器人的实践设备等 基本思路 用机械臂模拟人体手臂 计算机连接 16 路舵机控制板 在 TOROBOT RIOS USC 32 软件控制机械臂 移动舵机使 TOROBOT RIOS USC 32 界面 生成程序 下载到主芯片上 创新点 变传统的人工控制机械为程序自动控制 变传统复杂的单片机编程为 舵机控制界面直接编程 关键技术 控制界面控制不同自由度书写横 竖 捺 撇笔 精确度高 效率 快 技术指标有 驱动控制电路 稳压整流电路 还有 5 到 12 伏的可调稳压电源 精品文档 5欢迎下载5欢迎下载5欢迎下载 作品的科学性 先进性 必须 说明与现有技 术相比 该作 品是否具有突 出的实质性技 术特点和显著 进步 请提供 技术性分析说 明和参考文献 资料 本作品综合了机械学 电子学 计算机科学 自动控制工程 人工智能 仿 生学等多个学科的最新研究成果 代表了机电一体化的最高成就 是当今世界科 学技术发展最活跃的领域之一 与现有的写字机器人相比 在调试手段上有显著的进步 尤其对字体的编程 比现有的单片机编程简单易懂 在操作界面上可以实现人机互换 而这是单片机 所不能实现 该技术水平具有经济合理 简便 准确 快捷等实质性的技术特点 关键技术是利用舵机控制板界面调试不同自由度的舵机设计出用户所需要的的字 和句子 打破了常规下只有学习编程的人员才能设计程序自动控制 作品实现了 大众化的特点 作品在何时 何地 何种机 构举行的评审 鉴定 评比 展示等活动中 获奖及鉴定 结 果 否 精品文档 6欢迎下载6欢迎下载6欢迎下载 作品所处阶 段 B A 实验室阶段 B 中试阶段 C 生产阶段 D 自填 技术转让方 式 作品可 展示的 形 式 实物 产品 模型 图纸 磁盘 现场演示 图片 录像 样品 使用说明及该 作品的技术特 点和优势 提 供该作品的适 应范围及推广 前景的技术性 说明及市场分 析和经济效益 预测 1 使用说明 必须是配合电脑编程 给舵机控制板供电 5V 12V 设置拖动滑竿的脉冲值 调中 每个自由度 舵机 调中 联机是调 合适的 COM 口 调整传感器的位置 使其检测范围适中 可根据实际的 情况调整 若机器人经测试未能达到最佳效果 可进行参数的调整 安装时应注 意传感器的位置 因为传感器的位置很大程度上决定程序的编写 传感器 的感应夹角和感应距离 过早感应或过晚感应程序编写不同 也有可能出现 感应不到物体或者卡死不动等现象 2 技术特点和优势 操作简便灵活 调试精度高 可以培养学生的想象力创造 力 并对机械 电子 自动化系统等知识有深刻直观的体会 3 作品的使用范围 帮助残疾人 用于实践教学 博物馆展览 4 创新设计产品与传统产品相比较 在当今和今后的社会发展中将占有更加广 阔的市场 思维是最活跃的因素 新的创意在需求的促进 比较的判定等多方面 的共同作用下产生的 该作品在教学研究方面推广及应用前景光明 精品文档 7欢迎下载7欢迎下载7欢迎下载 专 利 申 请 情 况 提出专利申请 申 报 号 申报日期 年 月 日 已获专利权批准 批 准 号 批准日期 年 月 日 未提出专利申请 科研管理 部门签章 年 月 日 C 当前国内外同类课题研究水平概述 说明 1 申报者可根据作品类别和情况填写 2 填写此栏有助于评审 精品文档 8欢迎下载8欢迎下载8欢迎下载 国内外教育机器人的设计与应用活动丰富多彩 目前 全球每年有一百多项机器人竞赛 参加人员从小学 中学生 大学生 研究生到研究者 国际上主要的机器人竞赛有 国际机器人 奥林匹克竞赛 FLL 机器人世锦赛 机器人世界杯足球赛等 每年国内有几十到上百支代表队参 加这些国际竞赛活动 我国教育部门也在政策上加以引导 积极把教育机器人引入课堂教学 各 地的重点中小学中均开展了机器人兴趣小组活动 有条件的的地方甚至已经开始在学生中全面开 展机器人教育 北京 上海 广东 浙江 江苏 湖北等省市已经先后将教育机器人纳入地方课 程 总之 智能教育机器人成为重要的 流行的用于培养学生动手能力 计算机应用能力和创新 思维的学习工具 在机器人教育活动积极开展的同时 对于教育机器人基础开发平台的研究也得 到了蓬勃发展 国内外出现不少相关作品 由此可见本作品符合现在的发展 即培养学生发挥创 新 动手操作能力 还可以服务社会上的残疾人员写字 D 推荐者情况及对作品的说明 说明 1 由推荐者本人填写 2 推荐者必须具有中级专业技术职称 其中一名必须具有高级以上专业技术职 称 并是与申报作品相同或相关领域的专家学者或专业技术人员 教研组集 精品文档 9欢迎下载9欢迎下载9欢迎下载 体推荐亦可 3 推荐者填写此部分 既视为同意推荐 4 推荐者所在单位签章仅被视为对推荐者身份的确认 姓 名李骐性别男年 龄职称 工作单位 通讯地址邮政编码 推 荐 者 情 况 单位电话住宅电话 推荐者所在 单位签章 签章 年 月 日 请对申报者申报情 况的真实性作出阐 述 请对作品的 意义 技术水平 适用范 围及推广前景作出 您的评价 其它说明 姓 名性别年 龄职称 推 荐 者 工作单位 精品文档 10欢迎下载10欢迎下载10欢迎下载 通讯地址邮政编码 情 况 单位电话住宅电话 推荐者所在 单位签章 签章 年 月 日 请对申报者申报情 况的真实性作出阐 述 精品文档 11欢迎下载11欢迎下载11欢迎下载 请对作品的 意义 技术水平 适用范 围及推广前景作出 您的评价 其它说明 学校组织协调机构 确认并盖章 团委代章 年 月 日 精品文档 12欢迎下载12欢迎下载12欢迎下载 校主管领导或校 主管部门确认盖章 盖 章 年 月 日 精品文档 13欢迎下载13欢迎下载13欢迎下载 E 组织委员会秘书处资格和形式审查意见 组委会秘书处资格审查意见 审查人 签名 年 月 日 组委会秘书处形式审查意见 审查人 签名 年 月 日 组委会秘书处审查结果 合格 不合格 负责人 签名 年 月 日 精品文档 14欢迎下载14欢迎下载14欢迎下载 序号 编码 第九届 挑战杯 甘肃省大学生课外学术科技作品竞赛 作 品 说 明 书 作 品 名称 写字机器人写字机器人 学 校 全称 兰州理工大学技术工程学院兰州理工大学技术工程学院 申报者姓名 集体名称 尤生伟尤生伟 张金鹏张金鹏 曹智刚曹智刚 朱倩朱倩 汪岩汪岩 目录目录 精品文档 15欢迎下载15欢迎下载15欢迎下载 一一一前言前言 1 1 1 11 1 选题背景选题背景 1 1 1 21 2 研究的依据和意义研究的依据和意义 1 1 一一一工作原理工作原理 2 2 2 12 1 主控芯片的控制及原理主控芯片的控制及原理 2 2 2 22 2 舵机工作原理及控制舵机工作原理及控制 2 2 一一一写字机器人的系统构成写字机器人的系统构成 3 3 作品硬件设计作品硬件设计 3 3 3 13 1BASICBASIC StampStamp 微控制器微控制器 4 4 3 23 2伺服马达伺服马达 4 4 3 33 3舵机舵机 4 4 3 3 13 3 1 舵机舵机 PWMPWM 信号介绍信号介绍 5 5 3 3 23 3 2 舵机的运动协议舵机的运动协议 6 6 3 3 33 3 3 扫尾问题扫尾问题 1010 一一一软件设计软件设计 1010 4 14 1控制板界面控制板界面 1111 4 24 2编辑和测试动作编辑和测试动作 1212 4 34 3动作组高级设置动作组高级设置 1414 一一一实现功能实现功能 1414 一一一注意事项注意事项 1515 一一一结论结论 1515 参考文献参考文献 1717 精品文档 16欢迎下载16欢迎下载16欢迎下载 摘要 写字机器人是一种教学 科普设备 对写字机器人的基本结构 参数和控制系 统组成进行了分析 本作品的功能是通过程序控制小车行出迷宫 其动作实现靠 BASIC Stamp 2 单片机内部程序输出不同的信号 从而驱动外部电机产生不同的动 作 视觉标定通过 CMOS 摄像传感器传输图像信息 送至控制芯片最终进行识别和 位置标定 以寻找书写纸 用控制器控制机械臂完整的写出所设计的字 第一章 前言 1 1 选题背景 机器人是工程创新也是学生个人研究项目 课程设计 毕业设计 工程训练及 机器人比赛的创新实践平台 通过设计各种机器人的体验 可以培养学生的想象力 创造力 并对机械 电子 自动化系统等知识有深刻直观的体会 机器人的设计与研 究是通过创新模块构建出 并对通过程序对舵机的控制 执行任务 该组合具有工 程性 创新性 设计性 创新设计产品与传统产品相比较 在当今和今后的发展中 将占有更加重要的地位和更广阔的市场 思维是最活跃的因素 新的创意在需求的 促进 比较的判定等多方面的共同作用下产生的 因此创新具有强烈的主观性 竞 争性和不确定性 提高创新能力和创新水平 仅从简单的创新原理和创新技法 或 从固有的设计思路追寻原有的思维方式 将限制我们的窜心和创造活动 为了实现最终目标 学生必须设计 构建一个机器人并为其编程 使机器人完 成指定的任务 由于实现目标地方法路径不同 解决问题的方案也不同 实际上 模块化工程创新组件的控制系统 具有输入 输出端口和红外线通信口可以连接各 种输入传感器和电动机等各种输出设备 这给创新思维的培养和创新设计能力的提 高提供了一个非常良好的 直观的动手实践能力训练平台 1 2 研究的依据和意义 机器人设计写横笔利用的是舵机的水平移动作用将机械臂的圆周运动转化为直 线运动 这样完成了写字过程中的横笔 竖笔利用的是舵机和杆轴的圆周运动完成 用 6 0v 的电池给 BASIC Stamp 微控制器 舵机驱动板供电 通过连线实现 BASIC 精品文档 17欢迎下载17欢迎下载17欢迎下载 Stamp 微控制器 舵机驱动板 伺服电机之间的交互 从而达到芯片控制车轮 伺 服电机 前进 后退及直角转弯 控制器控制舵机的旋转使得书写笔能够在指定的 时间起笔 落笔实现写字目的 这样的动作导致提笔和下笔时会对字产生不好的错 笔痕迹 影响字的结构 本次设计的硬件结构虽然简单 但是能很好的完成写字 的相应过程 经多次调试 最终可达到预计的写字效果 该写字机器人是典型关节 型机器人 各关节均为转动关节 其主要由写字臂所组成 第二章 工作原理 2 1 主控芯片的控制及原理 机器人主要采用单片机控制 通过驱动电路控制直流伺服电动机 从而控制机 器人的行走 控制流程图所示 2 2 舵机的工作原理及控制 1 舵机的控制信号为周期是 20ms 的脉宽调制 PWM 信号 其中脉冲宽度 为 0 5 2 5ms 相对应的舵盘位置为 呈线性变化 也就是说 给它 提供一定的脉宽 它的输出轴就会保持在一个相对应的角度上 无论外界转矩怎样 变化 直接给他提供一个另外宽度的脉冲信号 它才会改变输出脚读到新的对应位 置上 控制信号有接收机的通道进入信号调制芯片 获得直流偏置电压 它内部有 一个基准电路 产生周期为 20ms 宽度为 1 5ms 的基准信号 将获得的直流偏置电 压与电位器的电压比较 获得电压差输出 最后 电压差的正负输出到电机启动芯 片决定点击的正反转 当电机转速一定时 通过级联减速齿轮带动电位器旋转 使 得电压差为 0 电机停止转动 2 舵机的控制一般需要一个 20ms 左右的实际脉冲 该脉冲的高电平部分一 精品文档 18欢迎下载18欢迎下载18欢迎下载 般为 0 5ms 2 5ms 范围内的角度控制脉冲部分 以 180 度角度伺服为例 那么对应 的控制关系是这样的 0 5ms 0 度 1 0ms 45 度 1 5ms 90 度 2 0ms 135 度 2 5ms 180 度 请看一下形象描述 舵机动态图 小型的舵机的工作电压一般为 4 8V 到 6 0V 转速也不是特别的快 一般为 0 22 60 或这个 0 18 60 所以如果要更改角度控制脉冲的宽度太快时 舵机可能反应不过 来 如果需要更加快速的反应 就需要更高的转速 精品文档 19欢迎下载19欢迎下载19欢迎下载 第三章 写字机器人的系统构成 写字机器人的实现主要依靠编程对各个电机输入坐标指令 控制电机运行角度 方向 完成笔画的书写 对机器人进行编程 使之完成十字的书写 大致思路是从 原位开始下到指定位置书写横线 移回该横线中心 书写向上竖线直到第一竖中心 完成十字 3 1 BASIC Stamp 微控制器 BASIC Stamp 微控制器是以 PBASIC 为编程语言 通过解释器对 PBASIC 应用程 序进行解释执行的微型计算机 具有 8 路或 16 路 I O 通道 每个 I O 通道接脚可 以直接连接发光二极管 蜂鸣器 颜色识别传感器等各种传感器 通过增加一些额 外元器件 可以实现不同的功能 BASIC Stamp 由一个 5 伏特电压调节器 晶振器 Serial EEPROM 及一个 PBASIC 解释器组成 3 2 伺服马达 伺服马达有三根不同色线 分别为 黑 红 白 其中红色的为电源线 黑色 为地线 白色的为控制信号线 通过对这信号线输入脉冲序列来控制电机的运动 可以控制电机的运动速度 运动方向 3 3 传感器 红外线又称红外光 它具有反射 折射 散射 干涉 吸收等性质 任何物质 精品文档 20欢迎下载20欢迎下载20欢迎下载 只要它本身具有一定的温度 高于绝对零度 都能辐射红外线 红外线传感器测 量时不与被测物体直接接触 因而不存在摩擦 并且有灵敏度高 响应快等优点 光电传感器是通过把光强度的变化转换成电信号的变化来实现控制的 光电传感器在一般情况下 有三部分构成 它们分为 发送器 接收器和检测电路 图图 2 2 光电传感器结构图光电传感器结构图 发送器对准目标发射光束 发射的光束一般来源于半导体光源 发光二极管 LED 激光二极管及红外发射二极管 光束不间断地发射 或者改变脉冲宽度 接收器有光电二极管 光电三极管 光电池组成 在接收器的前面 装有光学元件 如透镜和光圈等 在其后面是检测电路 它能滤出有效信号和应用该信号 此外 光电开关的结构元件中还有发射板和光导纤维 3 4 舵机介绍 3 4 1 PWM 信号的定义 PWM 信号为脉宽调制信号 其特点在于他的上升沿与下降沿之间的时间宽度 具体的时间宽窄协议参 考下列讲述 我们 H 前使用的舵机主要依赖于模型行业的 标准协议 随着机器人行业的渐渐独立 有些厂商已经推出全新的舵机协议 这些 舵机只能应用于机器人行业 已经不能够成用于传统的模型上面了 I I 前 北京汉库的 HG14 M 舵机可能是这个过渡时期的产物 它釆用传统 的 PWM 协议 优缺点一目了然 优点是已经产业化 成本低 旋转角度大 hi 前所生产的都可达到度 缺点是控制比较复杂 毕竟釆用PWM 格式 但是它是一款数字型的舵机 K 对 PWM 信号的要求较低 不用随时接收指令 减少 CPU 的疲劳程度 可以位置 HG14 M 数字舵机下降沿时间没要求 目前采用0 2SMs 就行 也就是说 PWM 波形可以是一个周期 ImS 的标准方波 IIG0680 为帮料齿轮模拟舵机 其 要求连续供给 PWM 信号 它也可以输入一个周期为ImS 的标准方波 这时表 现出来的跟随性能很好 很紧密 单舵机拖动及调速算法 1 舵机为随动机构 1 当其未转到 H 标位置时 将全速 MH 标位置转动 2 当预到达目标位置时 将动保持该位置 所以对于数字舵机而言 PWM 信号 提供的是 H 标位置 跟踪运动要靠舵机木身 3 像 HG0680 这样的模拟舵机需要吋刻供给P 丽信号 舵机己 能锁定 H 标位置 所以我们的控制系统是一个目标规划系统 2 HG14 M 舵机的位置控制方法 舵机的转角达到 185 度 由于釆用 8 位 CPU 控制 所以控制所以控制精 度最大为 256 份 目前经过实际测试 和规划 分了 250 份 具体划分参见 250 份划分原理 将 0 185 分为 250 份 每份 0 74 度 控制所需的 PWM 宽度为 0 5ms 2 5ms 宽度 2ms 2ms 250 8us 所以得出 PWM 信号 I 度 8us 3 4 2 HG14 M 舵机的运动协议 精品文档 22欢迎下载22欢迎下载22欢迎下载 2 目标规划系统的特征 I 舵机的追随特性 舵机输出扭矩较大 而且抗抖动性很好 电位器的线性度较高 达运动时可以外 接较大的转动负载 到极限位置时也会偏离 H 标 舵机稳定在 A 点不动 CPU 发出 B 点位置坐标的 PWM 信号 舵机全速由 A 点转 GjB 点 Ad I B d AAT A I w CPU 发出 B 点 P 丽信号后 应该等待一段时间 利用此时间舵机才能转动至 B 点 那么 具体的保持 等待 时间如何来计算 如下讲解 令 保持时间为 Tw 当 w AT 时 舵机能够到达目标 并有剩余时间 当 Tw AT 时 舵机不能到达 H 标 理论上 当 Tw AT 时 系统最连贯 而且舵机运动的最快 实际过程中由于 2 个因素 一个机器人身上有多个舵机 负载个不相同 所以 W 不同 某个舵机在不同时刻的外界环境负载也不同 所以 不同 则连贯运动时的极限 AT 难以计算出来 H 前采取的方法是经验选取 0 值 舵机值测定 舵机的值随时变化 所以只能测定一个平均值 或称出现概率最高的点 依据 厂商的经验值 釆用 HGl4 M 具体进行测试 测试实验 将 CTO 开通 并开始延时 Tw 当延时 Tw 到达后 观察舵机是 精品文档 23欢迎下载23欢迎下载23欢迎下载 否到达目标 测定时采用一段双摆程序 伴随示波器用肉眼观察 Tw 与 AT 的关系 舵机 0 值计算 一般舵机定为 0 16 0 22 秒 60 度 取 0 2 秒 60 度 1 2 秒 360 度 0 617 秒 185 度则 O 为 360 度 1 2 秒 2n 1 2 秒 Co 300 度 秒 那么 185 度转动的时间为 185 度 360 度 1 2 秒 0 6167 秒 2 单舵机调速算法 那么 IDAV 0 74 度 对应的 AT 为 0 74 度 60 度 0 2 秒 2 4 67mS 测试内容 将 P 部下降沿的时 M 拉至 30ms 没有问题 舵机照样工作 将后部 下降沿的时间拉至 10ms 没有问题 舵机照样工作 将后部下降沿的时间拉至 2 6ms 没有问题 舵机照样工作 将后部下降沿的时间拉至 500ns 没有问题 舵机 照样工作 实践检验出 下降沿时间参数可以做的很小 hi 前实验降至 500uS 依 然工作正常 原因是 舵机电路动检测上升沿 遇上升沿就触发 以此监测 PWM 脉宽 头 舵机电路自动检测下降沿 遇下降沿就触发 以此监测 PWM 脉宽 尾 舵机转动时的极限下降沿PWM脉宽 AT 舵机运转 IDAV 7 4 度 所需要的很小时间 H 前计算出的数值为 2 467mS AT 前面的 20 mS 等待时间可以忽略 舵机依然工作 而且得出舵机跟随的最 快驱动方式 舵机 TW 数据表格 令人质疑的地方为 1 1ms 时的表现 得出的 Tw AT 也就 是说 1 1ms 2 467ms 显然存在问题 精品文档 24欢迎下载24欢迎下载24欢迎下载 舵机联动单周期 PWM 指令算法控制要求要求同时发给 8 个舵机位置 H 标值 该 指令的执行周期尽量短 H 的有 2 个 其一 是为了将来扩充至 24 个舵机 其二 目标越快 舵机的转动速度越快 我们以 8 路为 I 组或称 1 个单位 连续发出 H 标 位置 形成连续的 hi 标规划曲线 电机在跟随过程中 所谓 N差子程序 要观察 PWM U l 的逻辑时序特性 要求连续将 8 位 端 U l 分别产生下降沿 所以有个先后问题 解决的方法有 2 种 打开 8 个时间中断 按先后顺序排列 先后触发 由于 CPU不能开启 8个中断 所以釆用后者方法 那么 就可以得出以下结论 第 1个触发位所用的时间为 Nl 0 Ml 第 2 个触发位所用的时间为 N 2 N 1 M 2 第 3个触发位所用的时叫为 N3 N2 M3 第 4 个触发位所用的时M为 N4 N3 M4 第 5个触发位所用的时间为 N5 N4 M5 第 6个触发位所用的时间为 N6 N5 M6 第 7个触发位所用的时间为 N7 N6 M7 第 8 个触发位所用的时间为 N8 N7 M8 精品文档 26欢迎下载26欢迎下载26欢迎下载 3 4 3 关于扫尾问题 I 提出扫尾的概念我们提出了 1个扫尾的新概念 当 CPU执行完 8个位的下降 沿操作后 最多为 2 0 nms 会有 A下 1个周期过渡的时间 M隔 其主要为 2 个功能 保证下降沿的准确性 为舵机的跟踪留出足够的时间 当 PWM信号以小变化量即 1D1V 8us 依次变化时 舵机的分辨率最高 但是速 度会减慢 例如 先发一个 PWM 信号 N 125 相隔 20ms 后再发 1 个 PWM 信号 N 126 那么舵机在 20ms 内转动了 0 74 度 计算 得出 co 0 74 度 20ms 37 度 秒 4 软件设计 1 舵机移动 指令格式 p p T r n 舵机号 范围 1 32 十进制数 脉冲宽度 舵机位置 范围 500 2500 单位 us 微妙 移动到指定位置使用的时间 对所有舵机有效 r n 十六进制数 0 x0d 0 x0a 回车符 指令结束符 2 执行动作组 指令格式 G G C r n 动作组编号 范围 1 n 十进制数 n 为实际最大编号 精品文档 27欢迎下载27欢迎下载27欢迎下载 Cycle 循环次数 范围 1 999 十进制数 3 脱机运行 命令格式 ENABLE C r n 4 1 舵机控制板 脱机工作 控制器是以动作组的方式来管理动作数据 单击控制软件上的下载按钮 代码显示 窗口的代码将下载到舵机控制器中 每下载一次舵机控制器中的动作组将加 1 32 路舵机控制软件 端面设置 打开连到舵机控制器相应的串口号 以及设置好波特率 精品文档 28欢迎下载28欢迎下载28欢迎下载 面板 每个面板对应一路舵机 拖动面板里的滑竿 如果舵机控制器和电脑连接正确的话控制器上的 LED 灯就会闪 烁 USB 连接的时候不会闪烁 舵机也将跟随滑竿动作 面板设置 单击左上角的 面板设置 面板编辑模式 在此模式下 可以拖动 32 个面板的位 置 点击按钮可以隐藏或显示对应面板 单击 X 后将会自动保存面板的位置和显示隐藏信息 4 2 编辑和测试动作 首先拖动每个舵机对应的滑条来调整舵机的状态 调节好之后 点击软件右下方 的 添加 此时软件下方会形成一条命令 可以形象的称这条命令为当前所有舵 机的一个状态 一条命令对应一个状态 那么一系列的命令就是一系列的状态 一系列的状态就是机器人的一个动作了 类似在制作动画 可以继续按照以上步 骤添加其他一系列命令 一系列命令调试添加好之后 可以点击软件右侧的 运行 来观察舵机或者机器人的动作是否正确 精品文档 29欢迎下载29欢迎下载29欢迎下载 运行期间 代码显示窗的代码将一条条往下执行 执行完一遍后停止 点击 循环 运行 代码显示窗的命令将循环执行 直到点击结束 才停止运行 当动作组下载完后可以通过 读取动作组 来查看控制器中有几个动作组 通过下拉 列表选择用户想要执行的那个动作组 默认执行次数为 1 用户可以修改这个执行 次数 然后点击 执行 这样舵机控制器就会马上执行用户设定的动作组 当点 击 启用 时 舵机控制器每次上电之后将会自动执行设定的动作组 这就是通常 所说的脱机运行 当点击 禁用 时 脱机运行失效 读取动作组数 此命令 是读取保存在 Flash 中的动作组的数量 面板复位 复位命令式恢复默认面板设置 显示 32 个面板 均匀分布 All XXX All XXX 命令是将所有面板中的滑竿拖到 XXX 擦除 Flash 精品文档 30欢迎下载30欢迎下载30欢迎下载 此命令用来擦除保存在 Flash 中的所有数据 包括所有动作组 执行此命令之后 需要等待十几秒钟的时间 建议此过程不要对软件和控制器进行相关操作 当软 件提示 擦除完成 时 表示擦除成功 如果中途舵机控制器掉电 那么擦除会被 中断 此时擦除是未完成的 但是整个 Flash 会有部分是被擦除的 所有如果出 现这种意外 建仪您再执行此命令 直到提示擦出完成 4 3 动作组高级设置 高级 设置是对动作组的执行和动作组脱机运行的一种更高级的设置方式 需要 人工手动输入要执行的命令来实现 点击脱机工作里面的高级进入高级设置界面 在输入命令之前建议先点击 读取动作组 来获取舵机控制器当前最大的动作组编 号 因为用户输入的动作组编号不能大于实际最大值时 如果出现错误 软件会 有相关提示 命令格式如下 1G 2G 1GC8 文本框只能输入数字 大写字母 G 和 C 以及字符 不能输入其它 字符最后不要添加回车和换行 原因是程 精品文档 31欢迎下载31欢迎下载31欢迎下载 序会自动添加 动作组可以重复 此命令是连续执行第一个 第二个 第一个动 作组 循环执行 8 次 命令输入完毕之后 用户可以点击 执行 来观察效果 执行是立刻执行输入框中的命令 用户也可以点击 启用 来脱机运行该命令 启用是上电自动执行 禁用 是禁用脱机运行的命令 也就是删除上次被脱 机运行的命令 备注 如果用户输入脱机运行的命令需要执行很长的时间 如 1G 2GC999 理论上这个命令没有任何错误 但是它需要执行 999 次 时间很长 很长 用户可以把 S1 脚接地 然后给舵机控制器重新上电 这样上次输入的脱机 运行的命令就会被禁用 导入导出 导出是将命令编辑区内的命令导出到计算机上 导出完整值 就是将舵机的脉宽以 完整值得形式导出 导出相对值 就是将舵机的脉宽相对于初始位置的值的形式导 出 导入的功能是相反的 5 实现功能 该作品启示于生活中的迷宫游戏 目的是使机器人智能化 使其经过智能探 索 避障 最后走出迷宫 然后利用 CMOS 摄像传感器传输图像信息 送至控制芯 片最终进行识别和位置标定 以寻找书写纸 用控制器控制机械臂完整的写出所 设计的字 6 6 注意事项 注意事项 1 调整传感器的位置 使其检测范围适中 可根据实际的情况调整 2 若机器人经测试未能达到最佳效果 可进行参数的调整 3 安装时应注意传感器的位置 因为传感器的位置很大程度上决定程序的编写 4 安装时应注意马达的端口 0 还是 1 决定了转弯的时候哪一边转的快 哪 一边转的慢 或者是谁正转谁反转 5 传感器的感应夹角和感应距离 过早感应或过晚感应程序编写不同 也有可 能出现感应不到物体或者卡死不动等现象 6 在每次运行机器人前 必须对机器人各部件进行详细检查 例如 电源电压 精品文档 32欢迎下载32欢迎下载32欢迎下载 6 9v 传感器的反向调节等 7 伺服电动机必须调零 8 各传感器应该安装牢固 9 调节各传感器的参数 以使机器人能工作在最佳状态 7 结论 当机器人向前走时 它将走向本页纸的右边 当向后走时 会走向纸的左边 向左转向会使其向制的顶端移动 向右转它会朝着本页纸的底端移动 PULSOUT 命 令的参数 Duration 控制了伺服电机的旋转的速度和方向 FOR NEXT 循环的参数 StratValue 和 EndValue 控制传递给点击的脉冲数量 由于每个脉冲的时间是相同 的 因而 EndValue 也控制伺服电机运行的时间 达到预期的写字如图 执行程序如下 STAMP BS2 精品文档 33欢迎下载33欢迎下载33欢迎下载 PBASIC 2 5 变量 freqSelect VAR Nib irFrequency VAR Word irDetectLeft VAR Bit irDetectRight VAR Bit distanceLeft VAR Nib distanceRight VAR Nib pulseLeft VAR Word pulseRight VAR Word 蜂鸣器 用来识别程序是否重启 FREQOUT 4 200 5000 主程序 右旋算法 DO GOSUB Get Ir Distances IF distanceLeft 1 AND distanceRight 1 THEN pulseLeft 810 pulseRight 650 GOSUB Send Pulse ELSEIF distanceLeft