1.2-SDK方式实现机械臂三维空间移动《智能机器人技术应用》

项目一机械臂移动与物体抓取创灵实验平台SDK方式实现机械臂三维空间移动任务三职业能力目标01任务描述与要求02任务分析与计划03知识储备04任务实施05任务检查与评价06任务小结07任务拓展08任务三

SDK方式实现机械臂三维空间移动了解Python-SDK并掌握安装方法；了解Python-SDK控制机械臂的原理以及常用函数的使用；学习通过Python-SDK编写控制机械臂Python脚本方法并能够熟练自行编写对应脚本完成所需要求。了解Python-SDK；掌握Python-SDK安装方法；了解Python-SDK控制机械臂原理；掌握Python-SDK常用函数的使用；掌握使用Python-SDK编写控制机械臂Python脚本方法。职业能力目标01实验目的实验内容职业能力目标01任务描述与要求02任务分析与计划03知识储备04任务实施05任务检查与评价06任务小结07任务拓展08任务三

SDK方式实现机械臂三维空间移动

此任务要求同学们了解Python-SDK并掌握安装方法，了解Python-SDK控制机械臂的原理以及常用函数的使用，并学习通过Python-SDK编写控制机械臂Python脚本方法并能够熟练自行编写对应脚本完成所需要求。任务描述任务要求了解SDK、Python-SDK的原理；成功安装Python-SDK；完成Python-SDK控制机械臂原理学习与实验；完成使用Python-SDK编写控制机械臂Python脚本方法。任务描述与要求02职业能力目标01任务描述与要求02任务分析与计划03知识储备04任务实施05任务检查与评价06任务小结07任务拓展08任务三

SDK方式实现机械臂三维空间移动任务分析思考一下，我们呢要如何通过SDK控制机械臂呢？我们要通过什么方式编写脚本，并学习相关知识呢？三.根据自己的了解，要怎样去应用所学知识，可以促进自己进一步地学习？任务分析与计划03任务计划表项目名称创灵实验平台任务名称SDK方式实现机械臂三维空间移动计划方式自主设计计划要求请用6个计划步骤来完整描述出如何完成本次任务序号任务计划1

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通过上面的思考，你是否对本任务要完成的工作有所了解？让我们一起来制订完成本次任务的实施计划吧！任务分析与计划03职业能力目标01任务描述与要求02任务分析与计划03知识储备04任务实施05任务检查与评价06任务小结07任务拓展08任务三

SDK方式实现机械臂三维空间移动05知识储备Python-SDK安装方法2Python-SDK1uArm-Python-SDK源码阅读3

Python-SDK是一个使用Python封装的用于Swift/SwiftPro机械臂基本控制的库，机械臂基本控制的库在本地【./uArm-Python-SDK-2.0/】文件夹下，github地址为:/uArm-Developer/uArm-Python-SDK。Python-SDK包含Swift/SwiftPro机械臂常用的基本操作，如移动、吸盘吸泵吸放、电动夹子基本使用以及各种拓展功能等等。丰富的函数，使得编写控制机械臂的编程变得极为简单。什么是Python-SDK？Python-SDK04Python-SDK04

SDK就是SoftwareDevelopmentKit的缩写，中问意思是：软件开发工具包。为了解释“SDK”我们引入API、动态连接库、导入库等概念：(1)API(ApplicationProgram--mingInterface)：是操作系统留给应用程序的一个调用接口，应用程序通过调用操作系统的API而使操作系统去执行应用程序的命令。我们要怎么使用API？Python-SDK04

(2)DLL(DynamicLinkLibary)动态连接库:我们经常看到一些.dll格式的文件，这些文件就是动态连接库文件，其实也是一种可执行文件格式。跟exe文件不同的是，dll文件不能直接执行，他们通常由.exe在执行时装入内含有一些资源以及可执行的代码等。思考一下，在生活中我们有哪些地方用到了.dll？Python-SDK04

(3)导入库：导入库是为了在DLL中找到API的入口点而使用的，所以，为了使用API函数。我们要又跟API所对应的.H和.LIB文件，而SDK正式提供了一整套开发Windows应用程序所需的相关文件、范例和工具的“工具包”。思考一下，我们要怎么导入对应库？什么是API？04

API（ApplicationProgrammingInterface，应用编程接口）其实就是操作系统留给应用程序的一个调用接口，应用程序通过调用操作系统的API而使操作系统去执行应用程序的命令（动作）。其实早在DOS时代就有API的概念，只不过那个时候的API是以中断调用的形式（INT21h）提供的，我们要怎么使用API？什么是API？04

在DOS下跑的应用程序都直接或间接的通过中断调用来使用操作系统功能，比如将AH置为30h后调用INT21h就可以得到DOS操作系统的版本号。而在Windows中，系统API是以函数调用的方式提供的。同样是取得操作系统的版本号，在Windows中你所要做的就是调用GetVersionEx()函数。我们要怎么使用API？什么是DLL？04

DLL，即DynamicLinkLibrary（动态链接库）。在Windows环境下含有大量.dll格式的文件，这些文件就是动态链接库文件，其实也是一种可执行文件格式。跟.exe文件不同的是，.dll文件不能直接执行，通常由.exe在执行时装入，内含有一些资源以及可执行代码等。其实Windows的三大模块就是以DLL的形式提我们要怎么使用DLL？什么是DLL？04

供的（Kernel32.dll，User32.dll，GDI32.dll），里面就含有了API函数的执行代码。为了使用DLL中的API函数，必须要有API函数的声明（.h）和其导入库（.lib），导入库可以先这样理解，导入库是为了在DLL中找到API的入口点而使用的。我们要怎么使用DLL？Python-SDK04

SDK包含了使用API的必需资料，所以也常把仅使用API来编写Windows应用程序的开发方式叫做“SDK编程”。而API和SDK是开发Windows应用程序所必需的东西，所以其它编程框架和类库都是建立在它们之上的，比如VCL和MFC，虽然比起“SDK编程”来有着更高的抽象度，但这丝毫不妨碍在需要的时候随时直接调用API函数。我们要怎么使用DLL？Python-SDK04

那么我们知道了SDK是一个万能的软件工具包，可以作为辅助工具帮助我们开发所需软件。那么我们要怎么使用SDK呢？SDK有哪些常用函数，我们要怎么去使用它们呢？那么接下来我们将要介绍一些SDK的常用方法，如下表1-11-1为官方展示的一些使用uArm-Python-SDK控制机械臂的方法：Python-SDK04连接机械臂：swift.connect()##连接机械臂swift.disconnect()##断开连接获取方法：swift.get_power_status()##获取工作状态swift.get_limit_switch()##获取工作信息swift.get_gripper_catch()##机械臂抓取swift.get_pump_status()##获取吸泵状态swift.get_mode()##获取模型swift.get_servo_attach(servo_id=2)##获取电机加载swift.get_servo_angle()##获取电机角度swift.get_polar()##获取坐标系swift.get_position()##获取位置swift.get_analog(0)##获取模拟swift.get_digital(0)##获取数据

SDK常用方法：Python-SDK04设置方法：swift.set_speed_factor(1)##设置速度参数swift.set_mode(mode=0)##设置模拟量值swift.set_wrist(90)swift.set_servo_attach()##设置电机加载swift.set_servo_detach()##设置电机分离swift.set_buzzer(frequency=1000,duration=2)swift.set_pump(on=True)##设置吸泵swift_set_gripper(catch=True)##设置机械臂移动swift.reset()##重置状态swift.set_position(x=200,y=0,z=100,speed=100000)##设置参数swift.set_polar(stretch=200,rotation=90,height=150)##设置坐标swift.set_servo_angle(servo_id=0,angle=90)##设置舵机属性

SDK常用方法：05知识储备Python-SDK安装方法2Python-SDK1uArm-Python-SDK源码阅读3Python-SDK安装方法04

在本小节的学习中，我们将要了解如何安装Python-SDK。前提环境要求：安装Python-SDK要求必须具备Python3环境，下面提供了在开发板上安装Python-SDK的方法。（本章节不讲述Python3环境安装，安装步骤详情请自行查阅官网：/）Python-SDK安装方法04

步骤一：首先我们要解压任务同级目录下的uArm-Python-SDK-2.0.zip包，如图所示：

步骤二：使用unzip命令解压压缩包：

步骤三：进入安装包目录，执行安装命令：

出现如下图提示表明安装成功：安装成功提示05知识储备Python-SDK安装方法2Python-SDK1uArm-Python-SDK源码阅读3uArm-Python-SDK源码阅读04

进入解压出来的安装包，查看安装包源码的目录结构，这里可以在左边的目录界面查看目录结构，如图所示:uArm-Python-SDK源码阅读04

了解列表核心的uarm代码目录树结构，如图所示：uArm-Python-SDK源码阅读04

当我们程序报错，出bug无法运行的时候，我们可以通过阅读了解每个.py、.txt等文件名来进行相关代码的修正。uArm-Python-SDK源码阅读04

那么我们如何阅读一段源码的结构呢？源码之所以叫源码，是因为它不是几个文件，几行代码组成的。源码都是一个很庞大很复杂的东西。几百个文件，几万行代码。这样让我们第一次拿到源码后，不知从何下手。所以，我们拿到源码后，不要着急看，要先找入口，根据文件功能找入口。例如，阅读一个SDK的源码，首先看看文档里面，第一个调用SDK的方法。当带有目的去看源码，顺着一条线去找源码，这样才会让你有明确的方向感。uArm-Python-SDK源码阅读04uArm-Python-SDK核心代码结构说明：1.uarm/wrapper/swift_api.py：uArm-Python-SDK核心API模块，主要核心的方法都在这个模块中2.uarm/tools/threads.py：线程管理模块3.uarm/tools/list_ports.py：获取串口端口号的方法集成模块4.uarm/tools/config.py：机械臂固定的配置文件5.uarm/swift/protocol.py：控制机械臂过程用到的串口命令6.uarm/swift/pump.py：吸泵控制模块职业能力目标01任务描述与要求02任务分析与计划03知识储备04任务实施05任务检查与评价06任务小结07任务拓展08任务三

SDK方式实现机械臂三维空间移动使用uArm-Python-SDK编写控制机械臂的Python脚本204任务实施uArm-Python-SDK实现控制机械臂原理1

SDK方式实现机械臂三维空间移动任务三通过指令控制机械臂uArm-Python-SDK实现控制机械臂原理：

通过源码阅读可以发现，uArm-Python-SDK是通过串口方式与机械臂进行通信，uArm-Python-SDK将串口指令封装在【uarm/swift/protocol.py】中，当执行API函数时，则通过向机械臂发送对应串口指令完成控制机械臂的任务，示意图如图所示：

SDK方式实现机械臂三维空间移动任务三uArm-Python-SDK常用函数使用：常用函数举例如下：swift=SwiftAPI()：连接机械臂，初始化机械臂；swift.reset(speed=1000)：机械臂重置，默认速度是1000，可根据实际需要进行调整；swift.get_position()：获取机械臂位置方法，返回的是x,y,z浮点类型值；swift.set_position(x=100,y=100,z=80)：移动机械臂到指定坐标方法；swift.set_pump(on=False)：打开或关闭吸泵方法，默认是Flase吸泵是关闭，需要打开是将on=True即可。05任务实施使用uArm-Python-SDK编写控制机械臂的Python脚本2uArm-Python-SDK实现控制机械臂原理13SDK编写机械臂的Python脚本我们要怎样根据预览代码去编写机械臂右移、上移等？我们要如何编写相应代码去达到我们所需目的，例如通过机械臂左右移动到指定位置？使用uArm-Python-SDK编写控制机械臂的Python脚本

05通过上面的思考，你是否对本任务要完成的任务有所了解？接下来我们进入使用uArm-Python-SDK编写控制机械臂的Python脚本的环节进行学习吧！使用uArm-Python-SDK编写控制机械臂的Python脚本05进入学习编写Python脚本

在本小节中，我们已经了解了如何阅读uArm-Python-SDK源码结构，学习了uArm-Python-SDK核心代码以及常用函数。同时还学习了uArm-Python-SDK控制机械臂的原理，那么接下来我们来学习编写控制机械臂的Python脚本。使用uArm-Python-SDK编写控制机械臂的Python脚本05

在之前的章节中，我们曾接触过装饰器，通过了解他的定义，API、DLL、导入库等概念大致知晓了他的使用方法，那么在接下来的小节中，我们将具体介绍异步装饰器并使用在SDK编写控制机械臂的Python脚本中。Python装饰器:可以让被装饰的函数在不修改代码的情况下增加额外的功能，装饰器本质上是一个函数异步:即非阻塞，意味着在执行某项任务时候不会阻塞后续或其他任务的执行多线程:在进程基础上开辟多个执行任务的线程使用uArm-Python-SDK编写控制机械臂的Python脚本05实验预览：使用uArm-Python-SDK编写控制机械臂的Python脚本05#对应封装代码importtimefromuarm.wrapper

importSwiftAPIfromthreadingimportThreadswift=SwiftAPI()#调用API实例化time.sleep(3)swift.reset(speed=1000,z=100)#速度参数为1000，z轴高度100stop_=

False

def

async_call(fn):

"""异步装饰器:paramfn:函数:return:"""

def

wrapper(*args,**kwargs):#传入字典th=Thread(target=fn,args=args,kwargs=kwargs)th.start()

returnwrapper

实验预览：使用uArm-Python-SDK编写控制机械臂的Python脚本05#对应封装代码importtimefromuarm.wrapper

importSwiftAPIfromthreadingimportThreadswift=SwiftAPI()#调用API实例化time.sleep(3)swift.reset(speed=1000,z=100)#速度参数为1000，z轴高度100stop_=

False

def

async_call(fn):

"""异步装饰器:paramfn:函数:return:"""

def

wrapper(*args,**kwargs):#传入字典th=Thread(target=fn,args=args,kwargs=kwargs)th.start()

returnwrapper

@async_calldef

move_left():position=swift.get_position()x=position[0]y=position[1]z=position[2]

whileTrue:y=y-2swift.set_position(x=x,y=y,z=z)#坐标参数设置time.sleep(0.5)

ifstop_:

break

def

stop_button():

globalstop_stop_=Trueswift.disconnect()

print("停止成功")实验预览：使用uArm-Python-SDK编写控制机械臂的Python脚本05开始（点击运行，机械臂开始向左移动）：move_left()结束（点击运行，机械臂结束移动）：stop_button()通过阅读并运行代码，你是否了解了通过SDK控制机械臂的原理吗？那你能不能举一反三，思考如何更改上述代码，控制机械臂向右、向上、向下移动呢？#请根据课本所学，编写相应代码：实验预览：使用uArm-Python-SDK编写控制机械臂的Python脚本05我们刚刚已经通过阅读代码并运行向左移动机械臂这一实验，对SDK控制机械臂有了一定的了解了吧，那么接下来我们来学习如何控制吸泵的开启与关闭。importtimefromuarm.wrapper

importSwiftAPIswift=SwiftAPI()time.sleep(3)swift.reset(speed=1000)swift.set_pump(on=True)关闭吸泵：swift.reset(speed=1000)swift.set_pump(on=False)time.sleep(2)swift.disconnect()打开吸泵：职业能力目标01任务描述与要求02任务分析与计划03知识储备04任务实施05任务检查与评价06任务小结07任务拓展08任务三

SDK方式实现机械臂三维空间移动任务检查与评价06序号评价内容评价标准分值得分1知识运用（20%）掌握相关理论知识，理解本次任务要求，制定详细计划，计划条理清晰，逻辑正确（20分）20分

理解相关理论知识，能根据本次任务要求、制定合理计划（15分）了解相关理论知识，有制定计划（10分）无制定计划（0分）2专业技能（40%）完成SDK方式控制机械臂的Python脚本。（40分）40分

完成源码结构阅读学习以及SDK控制机械臂的原理学习。（25分）完成Python-SDK安装。（10分）没有完成Python-SDK安装。（0分）3核心素养（20%）具有良好的自主学习能力、分析解决问题的能力、整个任务过程中有指导他人（20分）20分

具有较好的学习能力和分析解决问题的能力，任务过程中无指导他人（15分）能够主动学习并收集信息，有请教他人进行解决问题的能力（10分）不主动学习（0分）4课堂纪律（20%）设备无损坏、设备摆放整齐、工位区域内保持整洁、无干扰课堂秩序（20分）20分

设备无损坏、无干扰课堂秩序（15分）无干扰课堂秩序（10分）干扰课堂秩序（0分）总得分1、请参照评价标准完成自评和