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淺談彩焰黑章魚舞蹈機(jī)器人的軟件設(shè)計(jì)論文
舞蹈機(jī)器人作為智能服務(wù)機(jī)器人的雛形，不僅為機(jī)器人學(xué)、控制理論、機(jī)電一體化及其它相關(guān)學(xué)科提供了良好的實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，而且為進(jìn)一步研究智能服務(wù)機(jī)器人提供了借鑒經(jīng)驗(yàn)。機(jī)器人舞蹈既具有極強(qiáng)的觀賞和趣味性，更是一個(gè)系統(tǒng)化的工程設(shè)計(jì)。
我們?cè)O(shè)計(jì)的機(jī)器人以單片機(jī)為中央處理器，設(shè)計(jì)并實(shí)現(xiàn)了基于PWM技術(shù)的關(guān)節(jié)電機(jī)速度控制電路，形成了對(duì)機(jī)器人舞蹈動(dòng)作的控制。機(jī)器人整體是靠腳下的輪子用步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)而移動(dòng)的，同時(shí)控制兩臺(tái)步進(jìn)電機(jī)的轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)速比可以進(jìn)行縱、橫、斜任意方向的移動(dòng)。把動(dòng)作形式用程序預(yù)先存儲(chǔ)在只讀存儲(chǔ)器ROM中。表演時(shí)隨著音樂的播放章魚手臂動(dòng)作和身體的移動(dòng)同時(shí)進(jìn)行，并在此基礎(chǔ)上為機(jī)器人安置冷煙火以達(dá)到更高的可觀賞性和趣味性。
軟件設(shè)計(jì)在控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)中是相當(dāng)重要的，它實(shí)現(xiàn)的好壞也直接關(guān)系到彩焰黑章魚舞姿的“優(yōu)美”與否。在機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中采用兩種不同的電機(jī)驅(qū)動(dòng)方式，分別是直流電機(jī)驅(qū)動(dòng)和伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)。故采用兩種不同的軟件編程平臺(tái)即采用納英特機(jī)器人積木式編程平臺(tái)來控制直流電機(jī)，用機(jī)器人快車的編程平臺(tái)來間接控制伺服電機(jī)。
1中鳴機(jī)器人快車系統(tǒng)
1.1功能介紹：
機(jī)器人快車系統(tǒng)采用基于工程C的圖形化、模塊化編程語言，全部功能模塊使用圖標(biāo)表示，遵循自頂向下的編程邏輯思維過程。只需要簡單地拖放相應(yīng)的功能模塊圖標(biāo)，繪制出流程圖，機(jī)器人快車系統(tǒng)就能自動(dòng)生成可視化c源代碼，幫助輕松完成編程，快速掌握如何控制機(jī)器人。機(jī)器人快車系統(tǒng)是圖形化編程，比傳統(tǒng)的文本編程更加高級(jí)。機(jī)器人快車貫徹了模塊化的思路，擁有強(qiáng)大的模塊封裝和管理功能，方便愛好者相互之間的自由交流，培養(yǎng)團(tuán)隊(duì)合作精神。
1.2特征
由于中鳴數(shù)碼微型伺服馬達(dá)控制器對(duì)伺服控制信號(hào)沒有存儲(chǔ)能力，所以我們用中鳴機(jī)器人快車系統(tǒng)軟件來存儲(chǔ)控制信號(hào)，通電后中鳴數(shù)碼微型伺服馬達(dá)控制器會(huì)向中鳴機(jī)器人快車發(fā)送控制信號(hào)，以驅(qū)動(dòng)18個(gè)伺服電機(jī)動(dòng)作。
程序編制的特點(diǎn)是：一塊控制器分時(shí)控制多個(gè)電機(jī)動(dòng)作，電機(jī)工作穩(wěn)定可靠，且速度調(diào)節(jié)十分方便。在此基礎(chǔ)上我們?yōu)闄C(jī)器人選擇了一套節(jié)奏較慢，節(jié)拍感較強(qiáng)的英文歌。并以音樂為背景，為機(jī)器人設(shè)計(jì)了一套舞姿。在手動(dòng)狀態(tài)下，機(jī)器人表演起了舞蹈。
為了編程方便，需要給觸手編號(hào)即1～6號(hào)。同時(shí)每個(gè)觸手的3個(gè)伺服電機(jī)應(yīng)按從上往下依次排列插在控制板上。舞蹈的編排主要是控制各個(gè)伺服電機(jī)轉(zhuǎn)過的角度，控制電機(jī)的個(gè)數(shù)由少到多，動(dòng)作由簡單到復(fù)雜。盡量讓舞步與舞步之間沒有重復(fù)動(dòng)作。每個(gè)動(dòng)作的時(shí)間也應(yīng)該有所限制，根據(jù)不同的舞步，更改發(fā)送信號(hào)的時(shí)間。舞步的編排盡量是按照同時(shí)動(dòng)作的觸手逐一增加的順序。盡量讓舞步編排復(fù)雜化，體現(xiàn)動(dòng)作創(chuàng)新性、音樂的諧性和藝術(shù)觀賞性。編程時(shí)應(yīng)用圖形化模塊編程，然后將自動(dòng)生成C語言代碼。
1.3調(diào)試和優(yōu)化：這是制作機(jī)器人的最后一步，包括結(jié)構(gòu)的合理化，外觀的美化，程序的優(yōu)化等。
2納英特機(jī)器人積木式圖形化編程系統(tǒng)
2.1系統(tǒng)介紹
2.1.1概述：納英特機(jī)器人圖形化系統(tǒng)是一個(gè)為用戶提供全面的機(jī)器人教育與競(jìng)賽解決方案的綜合系統(tǒng)。
系統(tǒng)集入門與高級(jí)應(yīng)用于一體，實(shí)時(shí)提供最新的機(jī)器人解決方案與該領(lǐng)域的最新信息，豐富用戶的機(jī)器人知識(shí)儲(chǔ)備，為鉆研機(jī)器人技術(shù)、開展機(jī)器人教學(xué)、參加機(jī)器人競(jìng)賽提供有力的支持。
積木式編程與常規(guī)的計(jì)算機(jī)編程有所不同，納英特機(jī)器人積木式編程軟件在使用時(shí)不用關(guān)心語言實(shí)現(xiàn)的細(xì)節(jié)，同時(shí)也避免了編程中經(jīng)常會(huì)出現(xiàn)的語法錯(cuò)誤。納英特機(jī)器人積木式編程平臺(tái)采用的就是流程圖模型。每一個(gè)積木模塊都可以完成一定的功能，只要按程序編寫的邏輯連接這些模塊就可以很快的完成一個(gè)程序的編寫。
2.1.2使用通用庫函數(shù)說明：庫函數(shù)文件為機(jī)器人提供了標(biāo)準(zhǔn)C的接口函數(shù)。這些函數(shù)是用C或者匯編語言寫成的驅(qū)動(dòng)程序。庫函數(shù)提供了諸如控制電機(jī)，發(fā)出聲音，輸入傳感器值等功能。而編程中僅使用用于控制伺服電機(jī)的庫函數(shù)。
2.1.3使用的執(zhí)行器模塊庫
2.1.3.1移動(dòng)模塊：該模塊主要完成機(jī)器人的直行、轉(zhuǎn)向動(dòng)作。0、1號(hào)電機(jī)分別代表機(jī)器人的左、右電機(jī)。通過功率大小滾動(dòng)條的拖拉或者功率數(shù)值輸入框的輸入可以設(shè)定電機(jī)的運(yùn)行功率�！埃北硎倦姍C(jī)反轉(zhuǎn)。功率絕對(duì)數(shù)值越大，電機(jī)轉(zhuǎn)速越快。
2.1.3.2延時(shí)模塊：該模塊主要實(shí)現(xiàn)延續(xù)機(jī)器人的上一個(gè)動(dòng)作狀態(tài)。主要和移動(dòng)模塊或者擴(kuò)展電機(jī)模塊相搭配，實(shí)現(xiàn)機(jī)器人移動(dòng)或者某個(gè)動(dòng)作的延續(xù)性。
2.1.3.3停止模塊：該模塊主要實(shí)現(xiàn)停止電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)�？蓪�(shí)現(xiàn)所有電機(jī)停止運(yùn)轉(zhuǎn)，也可以設(shè)定停止一個(gè)或幾個(gè)電機(jī)。
停止所有電機(jī)，則給“停止所有電機(jī)”打上“”。
停止一個(gè)或幾個(gè)電機(jī)，去掉“停止所有電機(jī)”的“”，選擇停止對(duì)象。
2.2程序編寫
打開納英特機(jī)器人積木式編程平臺(tái)，新建流程圖文件；首先添加循環(huán)模塊：用鼠標(biāo)雙擊模塊庫區(qū)“控制模塊庫”，從中選擇“多次循環(huán)模塊”，拖放至流程圖區(qū)。詳細(xì)操作如下：對(duì)準(zhǔn)“多次循環(huán)模塊”按下鼠標(biāo)左鍵不放，拖拉至流程圖中，待方向線變成紅色時(shí)，即可送開鼠標(biāo)。同時(shí)也可以使用C語言文件直接編寫程序，或使用LOGO語言文件編寫程序。三種方法都可以實(shí)現(xiàn)相同的編程要求，在編程時(shí)可以根據(jù)所需自由選擇編程方式。讓程序的編寫更加靈活，讓復(fù)雜問題簡單化，給編程著帶來了很多方便，這也是我們選擇納英特編程的主要原因。程序編寫完畢，先保存該文件。
積木式機(jī)器人主板提供四路直流電機(jī)驅(qū)動(dòng)接口，直接引線到端口即可。直流減速電機(jī)的正接與反接都會(huì)造成電機(jī)輪子的正傳與反轉(zhuǎn).將四個(gè)電機(jī)分別接入：“motor0口”“motor1口”“motor2口”“motor3口”，然后在采用C語言按模塊化的編程思想編寫。
為了提高舞蹈動(dòng)作的復(fù)雜程度，決定通過驅(qū)動(dòng)直流電機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)來配合觸手的動(dòng)作，使舞蹈動(dòng)作變的豐富而又靈活。
3程序的下載及運(yùn)行
將隨機(jī)配套的數(shù)據(jù)線一端接計(jì)算機(jī)上的串行通訊口，一端接納英特機(jī)器人主電路板上的通訊口。連接好后，“編譯下載”按軟件提示即可下載到機(jī)器人。下載完成后可脫機(jī)運(yùn)行。
4調(diào)試程序
啟動(dòng)納英特機(jī)器人，檢查機(jī)器人是否按要求運(yùn)行，如果與預(yù)定的情況不符，就要在原程序基礎(chǔ)上調(diào)整對(duì)應(yīng)的參數(shù)直至符合要求。比如偏轉(zhuǎn)的角度不合要求，就需要對(duì)轉(zhuǎn)向時(shí)的馬達(dá)功率、轉(zhuǎn)向時(shí)間等參數(shù)進(jìn)行調(diào)整，直到符合要求為止。
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