履带机器人创新课程报告

1、工业中心创新课程报告课程名称：履带机器人组装与控制小组成员:指导老师一、新课程任务1、每组认领一套履带机器人套件，按照安装装配手册装配好履带机器人的车体。在认领的套件上贴上自己组的标签。2、学习DBH1A型双通道电机驱动板学习资料， 根据资料内容 设计Arduino控制板和DBH1A电机驱动板之间的硬件电气电 路。3、编写Arduino程序实现履带机器人车体的前进、后退、左 转及右转的运动。具体控制要求如下：(1)电脑串口发送命令控制方式命令包格式为：动作命令命令动作A前进B后退L左转R右转S停止(2)手机蓝牙控制方式即通过手机蓝牙发送上表的命令来实现相关的动作(3)通过手机蓝牙遥控机器人车体

2、实现如下轨迹运动200cm车体从起点出发到达终点后停留5s后再从终点返回到起点占250cm二、相关介绍1、RoMec控制器V1.1:概述：DFRduino RoMeO空制器是一个兼容Arduino的专为机器人应用而设计的，受益Arduino开源平台，因此受到成千上万的开放源码的支持，并可以很谷易地扩展arduino模块集成2路直流电动机驱动器和无线插座，给出了一个更简单容易的方式开始你的机器人项目。原理:上面的图片显示RoMeO空制器上所有的I/O线和连接器，其中包括:调速电机电源输入端子(6V to12v)IBVID! 匸口帀-曲 J3.vlDigrta PinEU2IC5PII- Rntj

3、pl-uowroi1Motor ModeJumper画M .* MCSPMAT rRrtuinoPoNo Ul. 1岛J f芬翟=1-C-I k一个非稳压伺服电源输入端子(5V至20V)一个串行接口APC220/Bluetooth模块的模块头两个直流电动机的接线端子-把手电机电流绘制高达2A,每个终端一个I2C/TWI接口的SDA SCL的，5V,接地内部连接到一个模拟端口，8个模拟输入-输入电源电压一个通用的I/O端口和13个I/O线-4,5,6,7可用于控制马达一个复位按键 启用/禁用电机控制跳线。2、蓝牙模块功能介绍：BLE-LINK是基于蓝牙4.0的通讯模块，它采用XBEE造型设计，体

4、积尺寸紧凑，兼容XBEE的扩展底座，适用于 各种3.3V的单片机系统。它也可以实现两个蓝牙模块之间点对 点无线透明传输，主从机设置，无线烧录程序，甚至与PC建立HID连接。同时我们为开发者提供了极大的自由度和支持准备，用户不仅可以通过AT指令调试BLE-Link，而且可以通过USB更新BLE-Link的芯片程序。BLE-LinK蓝牙4.0通讯模块可以使用XBEE底座插接到Arduino控制器上，从而实现蓝牙无线控制。规格：蓝牙芯片：TI CC2540工作频率：2.4GHz数据速率-最大值：1Mbps GFSK调制或协议：蓝牙低功耗，V4.0功耗： 工作时：平均10.6mA;待机：8.7mA灵敏

5、度：-93dBm电压-电源：3.3V工作温度范围：-10C+65C最远传输距离：30m左右（空旷地带）尺寸：32*22mm3、Arduino基本介绍：Arduino，是一个基于开放原始码的软硬件平台，构建于开放原始码simple I/O介面版，并且具有使用类似Java,Arduino能通过各种各样的传感器来感知环境，通过控制灯光、马达和其他的装置来反馈、影响环境。板子上的 微控制器可 以通过Arduino的编程语言来编写程序， 编译成二进制文件，收 录进微控制器。对Arduino的编程是利用Arduino编程语言(基 于Wiring)和Arduino开发环境(based on Processi

6、ng)来实现 的。基于Arduino的项目，可以只包含Arduino，也可以包含Arduino和其他一些在PC上运行的软件，他们之间进行通信(比 如Flash, Process ing, MaxMSP)来实现。你可以自己动手制作，也可以购买成品套装;Ardui no所使 用到的软件都可以免费下载.硬件参考设计(CAD文件)也是遵 循availableopen-source协议,你可以非常自由地 根据你自 己的要求去修改他们.Arduino可以使用开发完成的电子元件例如Switch或sensors或其他控制器、LED步进马达或其他输出装置。Arduino也可以独立运作成为一个可以跟软件沟通的接口

7、，例如说：flashprocessing、Max/MSP VVVV或其他互动软件。Arduino开发IDE接口基于开放源代码 原，可以让您免费下载使用开发出 更多令人惊艳的互动作品。功能说明：可以快速使用Ardui no与Adobe Flash,Process in g, Max/MSP, Pure Data, SuperCollider等软件结合，C语言的Processing/Wiring开发环境。作出互动作品。Ardui no可以使用现有的电子元件例如开关或者传感器或者其他控制器件、LED步进马达或其他输出装置。Arduino也可以独立运行，并与软件进行交互，例如：MacromediaFl

8、ash, Process ing, Max/MSP, Pure Data, VVVV或其他互动软件。Arduino的IDE界面基于开放源代码，可以免费下载使 用，开发出更多令人惊艳的互动作品。*基于知识共享开放原始码的电路图设计*基于知识共享开放原始码的程式开发环境*免费下载，也可依需求修改！遵照姓名标示。必须按照作者 或授权人所指定的方式，表彰其姓名*依相同方式分享，若改变、转变著作，当散布该衍生著作时，需采用与该著作相同或类似的授权条款* Arduino可使用ICSP线上烧入器，将bootloader烧 入新的IC晶片*可依据官方电路图，简化Arduino模组，完成独立运作的 微处理控制*

9、可简单地与传感器，各式各样的电子元件连接(例如：红外线，超声波，热敏电阻，光敏电阻，伺服马达等)*使用低价格的微处理控制器(ATMEGA 8-168)*USB接口，不需外接电源。另外有提供9V直流电源输入*应用方面，利用Arduino，突破以往只能使用鼠标，键盘，CCD等输入的装置进行互动内容的设计，可以更简单地达成单人 或多人游戏互动。三、课程成果本次的创新课程耗时半学期，期间遇到了很多的问题，例如，程序写完，调试机器时发现，前进能正常运行，但是转弯却发生 了问题，检查程序却发现不了问题，最后老师指出电机只接受pwm和低电平，我们写的程序中却出现了高电平，导致了错误。还有履带打滑，ardui

10、no板出现错误，不一一列举。下面是最终 的程序：#in cludeServo myservol;Servo myservo2;int a=3;int b=5;int c=11;int d=6;void forward。Serial1.pri nt(a);digitalWrite(a,LOW);an alogWrite(b,120);digitalWrite(c,LOW);an alogWrite(d,135);void back() digitalWrite(b,LOW); an alogWrite(a,120); an alogWrite(c,135);digitalWrite(d,LOW)

11、;void right() digitalWrite(a,LOW); an alogWrite(b,170); an alogWrite(c,0);digitalWrite(d,LOW); void left() digitalWrite(b,LOW);an alogWrite(a,170); an alogWrite(d,170); digitalWrite(c,LOW);void stop1() digitalWrite(a,LOW); an alogWrite(b,0);digitalWrite(c,LOW);an alogWrite(d,0);void u()myservo2.writ

12、e(120);delay(20);void i()myservo2.write(150);delay(20);void kai()myservo1.write(180);delay(20);void jia()myservol.write(O);delay(20);void setup() Seriall.begi n(115200);Serial.begi n(9600);myservo1.attach(12);myservo2.attach(10);pi nMode(a, OUTPUT);pi nM ode(b, OUTPUT);pi nM ode(c, OUTPUT);pi nMode(

13、d, OUTPUT);pi nM ode(12,OUTPUT);pi nM ode(1O,OUTPUT);void loop()if(Serial1.available()char val = Serial1.read();Serial1.pri nt(val);if (val = 1) forward。；else if (val = 5) back();else if (val = 4) left();else if (val = 2) right();else if (val = 3) stop1();else if(val=J)jia()；else if(val=K)kai();else

14、 if(val=U)u()；else if(val=D)i();解释：我们将机器人的两个电机分别用3、5、11、6号引脚连接其中5、6控制右电机，3、11控制左电机。前进时，轮带 正转，转弯时，一正一反来控制方向。10和12号引脚用来控制 舵机的两个关节，当输入U,D时舵机分别上下摆动，输入K,J时 夹爪开合。四、心得体会田兆礼感想：小组选取的题目是 履带机器人组装和控制 。 首先组装履 带机器人，让其可以通过Ardiuno程序实现履带机器人车体的前 进、后退、左转及右转的运动，并且可以通过一段预定路程之后 机器人的夹手可以完成夹取物体的目的。在课程完成过程中，我们最深的体会就是要善于勤于思考

15、，主动动手动脑。创新实验不是课上的实验，只要按着老师讲的、 实验指导书上步骤做就行了。做的课题对于我们来说，是一个几 乎没有接触过的新领域，没有人告诉我们每一步该怎么做。需要 自己去找文献查资料，去弄明白课程的原理，然后确定要创新的 方向。按照这个方向一点点努力，所以每一步都需要独立思考。 在项目进行过程中，越是做到后面，越是进展得深入，我们越发 觉自己不懂的太多了。就以课程中编程来说，对我们完全是一个陌生的东西。 虽然 我们学习过C语言，但是用于一个之前完全没有涉及过的领域， 是一个巨大的挑战。于是我们只有认真查阅资料，去学习，问老 师，一步步去试验，去挑战。我们成功了，正如老师说的：没有

16、什么困难可以阻挡一群乐观而且好学的人。做创新的过程真是一个不断在学习的过程。当然我们遇到的困难远远不止在程序上，对于小车的组装还是十分简单的，只要按照书上说的就好。但是真正到了去控制它 的时候就不是那么简单了， 就说履带打滑这件事来说， 就花了我 们好长时间。我们想了好多方法，一开始只是去调节履带，上一 节或者去一节，然而并不理想，太紧容易卡死，太松又打滑，始 终达不到想要的结果。我们只能放弃，换另一种方法：尝试加大 在履带内轮子的直径，用胶带，但是还是打滑，只能再想其他方 法。我们没有放弃，最终找到了相对好的方法，调节合适的速度 减少打滑出现概率。现实告诉我们只有你不要放弃，开动大脑去 寻找

17、方法，就一定可以成功。回想这一路走来的过程，真的感触很深，我们四个之前并不 认识，但是我们同舟共济，在学习中一直并肩前行，这种为同一 目标共同奋斗的团结氛围特别让人有归宿感。人与人之间是需要沟通交流的，尤其是在团队合作中，我们需要通过有效地沟通来 达成在项目计划与实施上的高度一致。项目组成员每个人的观点 与思考问题的角度都不一样，我们需要通过不断的沟通与交流， 来实现大家在知识与观点上的分享。在这几个月中，组员间相互 学习，这对于我们每一个来说无疑是最值得珍藏的。大学生创新性课程实施强调自主性、探索性、实践性和协作性,遵循“兴趣驱动、自主试验、重在过程”的原则。注重创新性实 验项目的实施过程讲

18、究长远效益，强调项目实施过程中在创新思 维和创新实践方面的收获，重点培养学生的创新意识和创新能力 不急功近利，不为成果而设计，重在实施过程中得到的锻炼和培 养。通过课程学习，我想我成长了，学会了许多东西。一个项目从最初的想法到付出实践成为具体的实物，需要经过大量的设计、改进、实验，我们最初的感觉是无从下手，老师 在程序的编写、具体的操作上给我们提供了大量宝贵的经验和意 见，她之前的研究成果也给了我们很大的启发。真心感谢老师在我们学习过程中的耐心指导与帮助！ 郑晨玲感想首先， 在课程刚开始的时候自己对于Arduino是没有任何了 解和认识的。现在的相关知识都是在这次项目中一点一滴积累起 来的。总

19、的来说，在我的认识中，Ardui no板就是一个小型处理中心，其上有输入端和输出端。输入过程中，我们可以通过电 压的输入给板子供电，可以通过传感器采集的数字或者模拟信号 输入到板中，也可以通过串口将数据输入到板中。之后我们通过Arduino板输出合适的电平，来为执行元件提供合适的电压，或 者将电平输入到下一级中作为输入信号。总之，Arduino板的工 作原理相对简单，用电路的理解方式就可以明白其原理，其本质过程就是采集电平与输出电平。Arduino板的这一本质也提醒我 们：只要能够通过一个变量来描述某一个量的变化，不管是通过传感器采集还是串口通信，我们都可以通过硬件将这个变量采集 并加以控制和

20、调节。例如：通过串口通信接收到数据a，通过串口读取函数就可以读取数据然后处理，接下来调整输出的电平控 制输出并且用串口发送函数将相应的信息传送出去。 理论上， 只 要是一个变化量，我们都能够通过Arduino板控制。在硬件方面， 我们还可以自己设计并完成所需要的电路。比如通过发光二极 管，面包板就可以设计跑马灯的简单电路。设计过程中会用到一 点电路和模拟电子的知识，最起码不能将硬件设备烧坏。软件方面，Arduino编程语句与C语言几乎没有差别，所以 在编程方面不会有太大的问题。还记得刚开始上课的时候BLINK程序老师都会让我们看很久，当时还觉得很难懂。现在想来，只 要把握一下Arduino中一

21、些基本的函数（如：digitalWrite等）那些程序示例也可以当场学会的。这也说明了刚开始学习一 件新事物的时候，相关概念和基础知识是十分重要的。在最后一个环节， 履带机器人的组装和控制的过程中遇到的 问题最多，学到的东西也最多。首先在机器人装配过程中，装配 顺序和装配细节很重要（我们小组曾把底盘装反过），这些小问题 虽然不要紧但也麻烦，耽误时间。同时，一定要有一个全局的概 念，我们的机械手臂装好之后使用过程中一直抽搐不止， 很久也 没有找到原因和解决办法。 后来用程序控制的过程中发现： 是由 于装机械手臂时角度没有调零， 导致手臂无法转到正常的角度而 产生的抽搐。 解决办法如下： 手扶机械

22、手臂到其正常的工作角度 范围， 其停止抽搐；编写程序的过程中要联系手臂的实际情况，角度不要太大。其实如果之前明白舵机安装过程中需要调零的话 可以免去很多麻烦的。履带车运动控制我们最初打算编写开环程序， 让其从运动开 始到抓取物品到返回过程中不会受到任何指令， 一气呵成。 但后 来发现地形等影响因素的干扰要求我们必须对履带车做出控制。 后来想用蓝牙来控制车体的运行，于是蓝牙模块成为一件很头疼 的东西。其中存在的问题有：手机搜不到蓝牙模块，手机搜到蓝 牙模块但是无法配对连接成功，蓝牙模块通过串口助手发送命令 修改参数无效等。经过老师的指导得知:此蓝牙模块不需要通过 串口助手修改参数，直接通过手机可

23、以连接成功。至此，蓝牙模 块的问题得以解决。手臂的控制我们最初打算用蓝牙手柄来完成， 简单实用好操 作。但是手臂抽搐的干扰下， 阴差阳错最终选择了同样用蓝牙手 机来控制。 至这里我们小组又遇到了一个很大的问题：手柄安装 后会影响车体运行的程序。 我们试验了PWM勺管脚， 修改过程序，最终没有找到问题的症结。求助老师得知是定时器的问题，10号 和9号管脚上不能接车体运行的杜邦线，否则会使得定时器冲 突影响正常工作。此问题解决后车体与机械手臂兼容。 整个控制 环节向最后一步推进。最后试车的过程中， 我们将原有的程序修改了一部分。 在原 程序的基础上加了一些小的修正语句来控制小的位移修改和角 度修改

24、。做完整个过程还是比较有成就感的，通过这次的学习自己掌 握了不少东西， 但也有些理论知识没有付诸实践， 比如中断函数 的应用等。相信以后还有机会和Arduino见面的，那时故人相逢， 共同语言和交流层次又会是一个新的台阶。 最后非常感想老师在 此次课程中给予我们的帮助。贺瑶感想此次的创新课程我们小组选取的题目是 履带机器人组装和 控制。大概是因为以前的课程实践每次都很顺利地通过了，在 没有真正开始这个项目之前， 我一直抱着吊儿郎当的心态， 想着 随便努力一下就能获得创新学分这笔买卖很划算。但第一次上课该项目的难度就给了我一个下马威。为了完成此次项目，在老师的指导下，我们新学习了一个软件Ardu

25、ino。虽然这个软件并不复杂，与C语言颇有相似之 处，但是一来C语言学习已是很久之前的事了， 二来毕竟是新手， 对该用的函数以及相应的参数设置上总有疏漏之处，导致编程进度极慢，后来由于期末考试的临近，更是没有时间继续项目，导 致小半学期只是完成了履带机器人行进这一部分程序。这学期伊始，我们就斗志勃发地开始了项目，想要一鼓作气完成创新课程， 可惜好事多磨。蓝牙远程操控就花了我们一两周的时间，更别提还有控制机械臂抓取的程序了。此外，在履带机器人的组装上我们也遇到了不少麻烦。履带 过紧，摩擦力太大，转矩过高，不好操控，履带太松，又容易打 滑，使得机器人无法按指令正常行进。在解决完程序问题后真正 实地

26、试验时我们经常因为该问题不得不停下来重装履带。而履带各部件组装地为紧密，每次拆装都是对手的一个极大折磨，也是难为我们小组里那两位学弟了。当然安装机械臂时因为之前没有 调零贸贸然地安装上去要给我们带来不小麻烦。不用说，最痛苦的还是在试验的时候， 当我们自信满满觉得 程序和履带机器人都已完备时，试验就会告诉我们还有这个问题 没有解决，光是换过的电池就超过了五块。走一步，时不时地就 要因为转速太快不好控制需要修改参数，转个弯，可能就会发现转速不够需要修改程序将原本由一边履带带动整个机器人改为 一个电机正转一个反转。 从老师那借来的履带机器人装配书、程序书、笔记不知道看了多少遍。说起来也是羞惭，这次项

27、目太过 麻烦我们的指导老师了，最后做完的那个晚上，还是老师牺牲了 她的课余时间得来的，在此万分感谢老师在此次创新课程中给予 我们的帮助。虽然我们每个人都尽了自己最大的努力，但没有老师的帮助，恐怕现在还在纠结，再次感谢。总而言之，在这一次的创新课程中， 不仅加深了我和同学的 友谊，更重要的是提高了我的动手能力，以及引起了我对编程的兴趣，同时让我对自己所学的知识有了更进一步的了解，在此， 本次课程设计已经正式结束了，天下没有不散的宴席， 这一次的 经验对我很有帮助，以后若是有类似的活动，我相信我还会继续 参加。王杰感想本次的创新课程总共用去了半学期的时间，在这期间，我们遇到了许多困难，许多问题困扰着我们，这些是课堂上所学习不 到的，通过我们的努力，我们最终解决了这些困难，学到了许多 技巧和知识。我们的创新课程项目是履