x机器人实训项目4搬运车的搭建与控制.docx

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x机器人实训项目4搬运车的搭建与控制

实训四搬运车的搭建与控制

一、实训目的

1.学习用实训套件搭建有机械手的轮式机器人

2.轮式机器人的运动控制

3.机械手的动作规划

二、实训要求

搭建一个如图4.1所示安装有机械手的四轮小车，需要完成如下任务：

图4.1

1.打开电源开关时小车并不运动，通过按钮（碰撞传感器）启动小车，并按照规定的动作进行。

2.前进5s，前进过程中0号灯亮；左转90°，转弯时1号灯亮；再前进5s，0号灯亮；停止前进，所有灯灭。

3.手拿物品接近机械手，所有灯亮（利用红外接近传感器），机械手张开3s后夹持住。

4.后退5s，2号灯亮；左转90°，1号灯亮；前进5s，0号灯亮；停止前进，所有灯灭。

5.机械手张开，所有灯亮，放下物品，完成所有任务，机械手恢复原状，等待。

6.再按一次按钮，再次启动机器人重复上面的运动。

三、实训设备

●MultiFLEX2-AVR控制器，1块；

●多功能调试器、数据连接线及电源线，1套；

●舵机，7个；

●碰撞传感器，1个；

●红外接近传感器，1个；

●LED灯，4个；

●小车底板，2个；

●橡胶轮子，4个；

●KD舵机连接件，4个；

●机械构型连接件，若干。

四、实训内容

（一）设计方案

搭建一个搬运小车，上有机械手，通过对车轮驱动电机的控制使小车按照既定动作行进，机械手能通过红外接近传感器判断是否开启，并能通过对关节驱动电机的控制按要求完成夹持动作。

（二）硬件搭建过程

步骤1、调试舵机

（1）通过“舵机调试系统”测试舵机是否能正常工作在电机模式和舵机模式；

（2）设置舵机的ID跟舵机表面所贴标号一致；

（3）将舵机模式设定在中位。

步骤2、安装底盘和舵机架

连接底板和舵机架，如图4.2所示。

图4.2

注意：

安装舵机架时，需要注意其两端并不完全对称，需要根据实际情况来装配舵机，以保证轮子的对称分布。

步骤3、安装舵机

将舵机装入舵机架中中用螺丝固定，如图4.3所示。

注意：

安装舵机时需要对称分布，不要装反，另外，最好在安装舵机前先插入舵机线，否则装上舵机后，舵机线可能会出现不方便插入的情况。

图4.3

舵机与舵机架的连接方式如图4.4所示。

图4.4

步骤4、安装橡胶轮子

如图4.5所示将橡胶轮子与舵机连接，并用螺丝钉固定，成图4.6。

图4.5

图4.6

步骤5、组装机械手

（1）如图4.7所示组装一个3自由度机械手，即手掌、腕关节和肘关节。

机械手爪的组装和手爪与舵机的连接参照图4.8。

三个关节舵机的ID分别为手掌7、腕关节6、肘关节5，并保证该三个舵机在安装前处在舵机模式中位。

图4.8

（2）把安装好的机械手装到另外一个底板上，如图4.9所示。

图4.9

步骤6、安装传感器、LED灯和控制器

（1）安装碰撞传感器、红外接近传感器、控制器和LED灯到上底板上，如图4.10所示。

图3.12

图4.10

（2）把上下两个底板安装到一起，如图4.11所示。

图4.11

步骤7、接线

（1）将碰撞传感器接到IO11，红外接近传感器接到IO10，LED灯分别连接到IO0~IO3。

（2）将机械手上的舵机串联后接入控制器上的任意一个机器人舵机接口，将轮子上的4个舵机两两相连，然后接入控制器空余的机器人接口。

（3）连接好多功能调试器、控制器和PC机。

（4）将直流稳压电源连接到控制器。

（三）软件控制流程

根据实训任务要求，控制程序流程图如图4.12所示。

根据流程图在NorthStar中编制程序。

步骤1、新建工程及参数设置

（1）打开NorthStar应用程序，新建工程，在“工程设置”界面中选择“MultiFLEX2-AVR”和“自定义”选项。

（2）进入“舵机设置”界面，在“当前构型的舵机个数”中填入7。

在“当前构型的舵机列表”中，将前4个Mode设置为“电机模式”，如图4.13所示。

图4.13

（3）单击“下一步”按钮进入“AD设置”，这一步不作设置，单击“下一步”按钮进入“IO设置”界面。

IO设置如图4.14所示。

单击“完成”按钮进入主界面。

图4.14

步骤2、增加while循环模块

拖入一个while模块，放在start和end之间，组成一个死循环，这样可以让整个程序永远运行。

步骤3、增加启动开关

拖入一个while模块，两个数字输入模块，一个if模块，一个break模块，一个variable模块，组成一个“软”开关。

该开关与碰撞传感器相对应，可以实现按钮启动机器人，最后连接各模块，如图4.15所示。

图4.15

各图标的属性设置如下：

Variable——变量，int，io11。

DigitalInput——通道11，io11。

While条件1——1。

If条件1——io11==0。

步骤4、小车前进

要让小车前进，左边舵机的速度应该设置为正值，右边舵机的速度应该设置为负值。

（1）拖入一个舵机模块，设置属性如3.16图所示，1、3轮为左前和左后，设置其值为512，2、4轮为右前和右后，设置其值为-512。

图4.16

（2）拖入一个数字输出模块，选择通道0，输出值设置为0。

（3）拖入一个delay模块，延时设置为5000。

步骤5、小车左转和前进

（1）左转。

①再拖入一个舵机模块，设置属性如图4.17所示，ID为1、3的设置值为-512，ID为2、4的设置值为-512。

②拖入一个数字输出模块，选择通道0，输出值设置为1。

③拖入一个数字输出模块，选择通道1，输出值设置为0。

④拖入一个delay模块，延时设置为3000。

图4.17

（2）前进。

①拖入一个舵机模块，按照“步骤4、小车前进”设置。

②拖入一个数字输出模块，选择通道0，输出值设置为0。

③拖入一个数字输出模块，选择通道1，输出值设置为1。

④拖入一个delay模块，延时设置为5000。

步骤6、小车停止

（1）拖入一个舵机模块，设置1、2、3、4号舵机速度为0，如图4.18所示。

（2）拖入一个数字输出模块，选择通道0，输出值设置为1。

图4.18

步骤7、连接各模块如图4.19所示。

图4.19

步骤8、给机械手增加开关，等待夹持物的到来。

参考“步骤3、增加启动开关”，拖入一个while模块，两个数字输入模块，一个IF模块，一个Break模块，一个Variable模块，组成一个“软”开关。

该“软”开关通过红外接近传感器来触发，可以实现物体靠近机械手时启动机器人。

最后连线的效果图如图4.20所示。

图4.20

各图标的属性设置如下：

Variable——变量，int，io10。

DigitalInput——通道10，io10。

While条件1——1。

If条件1——io10==0。

步骤9、张开机械手

（1）打开控制器电源，设置调试器到AVRISP模式。

（2）拖入一个舵机模式，双击打开属性对话框，单击“启动服务”，开始下载服务程序。

下载完毕后，从设备管理器查看端口号，在舵机属性对话框的端口号中输入该端口号，然后单击“打开”按钮打开串口，将调试器切换到RS232模式。

单击“卸载全部”，关闭所有舵机的力矩输出。

（3）用手扳开机械手的钳口到合适的位置，扳动腕关节、肘关节的多节到合适的位置。

（4）单击“查询”按钮，开始查询当前舵机位置，舵机位置会滚动显示在窗口中。

选中“保存”复选框，保存当前位置到列表中，如图4.21所示。

单击“确定”按钮保存设置。

图4.21

（5）拖入一个Delay模块，延时设置为5000。

让机械手张开后，有足够的时间等待物体放入钳口。

步骤10、夹持物体

（1）拖入一个舵机模块，双击打开属性对话框。

（2）把待搬运物体放到机械手钳口中，用手扳动机械手的钳口，让机械手夹住物体。

（3）单击“查询”按钮，开始查询当前舵机位置，舵机位置会滚动显示值窗口中。

选中“保存”复选框，保存当前位置到列表中，如图4.22所示，此处的值根据实际待夹持物体的大小来定。

单击“确定”按钮保存设置。

图4.22

注意：

如果“步骤9、张开机械手”完毕后关闭了控制器或者NorthStar，则需要重新打开串口，然后卸载全部舵机后才可以按照“步骤10、夹持物体”操作。

如果“步骤9、张开机械手”完毕后下载了其他程序，则需要重新“启动服务”并打开串口。

（4）拖入一个Delay模块，延时设置为1000。

延时时间根据舵机的速度设定，需要保证舵机能够完成动作。

步骤11、后退5s

（1）拖入一个舵机模块，设置其参数为“后退”，其设置方法可参考“前进”的设置，只是数值相反。

（2）拖入一个Delay模块，延时设置为5000。

注意此处机械手上的舵机位置必须保持为夹持状态，不能为默认的512。

步骤12、左转、前进、回到原处

参考“步骤5、小车左转和前进”实现。

步骤13、松开机械手恢复原状

参考“步骤9、张开机械手”，松开机械手，放下物体。

连接各模块，可得夹持和放下物体的流程图如图4.23所示。

图4.23

步骤14、连线、编译、下载

（1）连线：

按照逻辑连接各个模块。

最后所得程序流程图如图4.24所示。

图4.24

（2）编译程序：

在菜单栏中选择“工具”选项，在其菜单中选择“编译”，这时NorthStar开始编译程序。

直到出现Compilesucceeded字样表示编译成功。

如果出现编译错误，则需要根据错误提示修改程序后再次编译。

（3）下载：

设置调试器到AVRISP模式，在菜单栏中选择“工具”选项，在其菜单项中单击“下载”按钮，这时NorthStar开始下载程序。

下载完成后，程序开始运行。

步骤15、程序调试

把机器人放在场地上，打开让它运行，看是否与任务规划一致，若有不一致的地方，则修改程序，再次编译、下载、运行后查看效果。

五、实训小结

通过这个实训项目，我现在已经了解了轮式机器人的控制方法和机械手的工作原理。

能够用实训套件搭建有机械手的轮式机器人并能对轮式机器人的运动控制以及控制机械手的动作规范。