淺談彩焰黑章魚舞蹈機器人的軟件設計論文

淺談彩焰黑章魚舞蹈機器人的軟件設計論文

　　舞蹈機器人作為智能服務機器人的雛形，不僅為機器人學、控制理論、機電一體化及其它相關學科提供了良好的實驗平臺，而且為進一步研究智能服務機器人提供了借鑒經驗。機器人舞蹈既具有極強的觀賞和趣味性，更是一個系統化的工程設計。

　　我們設計的機器人以單片機為中央處理器，設計并實現了基于PWM技術的關節電機速度控制電路，形成了對機器人舞蹈動作的控制。機器人整體是靠腳下的輪子用步進電機驅動而移動的，同時控制兩臺步進電機的轉速和轉速比可以進行縱、橫、斜任意方向的移動。把動作形式用程序預先存儲在只讀存儲器ROM中。表演時隨著音樂的播放章魚手臂動作和身體的移動同時進行，并在此基礎上為機器人安置冷煙火以達到更高的可觀賞性和趣味性。

　　軟件設計在控制系統設計中是相當重要的，它實現的好壞也直接關系到彩焰黑章魚舞姿的“優美”與否。在機械結構設計中采用兩種不同的電機驅動方式，分別是直流電機驅動和伺服電機驅動。故采用兩種不同的軟件編程平臺即采用納英特機器人積木式編程平臺來控制直流電機，用機器人快車的編程平臺來間接控制伺服電機。

　　1中鳴機器人快車系統

　　1.1功能介紹：

　　機器人快車系統采用基于工程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的功能模塊圖標，繪制出流程圖，機器人快車系統就能自動生成可視化c源代碼，幫助輕松完成編程，快速掌握如何控制機器人。機器人快車系統是圖形化編程，比傳統的文本編程更加高級。機器人快車貫徹了模塊化的思路，擁有強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，培養團隊合作精神。

　　1.2特征

　　由于中鳴數碼微型伺服馬達控制器對伺服控制信號沒有存儲能力，所以我們用中鳴機器人快車系統軟件來存儲控制信號，通電后中鳴數碼微型伺服馬達控制器會向中鳴機器人快車發送控制信號，以驅動18個伺服電機動作。

　　程序編制的特點是：一塊控制器分時控制多個電機動作，電機工作穩定可靠，且速度調節十分方便。在此基礎上我們為機器人選擇了一套節奏較慢，節拍感較強的英文歌。并以音樂為背景，為機器人設計了一套舞姿。在手動狀態下，機器人表演起了舞蹈。

　　為了編程方便，需要給觸手編號即1～6號。同時每個觸手的3個伺服電機應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伺服電機轉過的角度，控制電機的個數由少到多，動作由簡單到復雜。盡量讓舞步與舞步之間沒有重復動作。每個動作的時間也應該有所限制，根據不同的舞步，更改發送信號的時間。舞步的編排盡量是按照同時動作的觸手逐一增加的順序。盡量讓舞步編排復雜化，體現動作創新性、音樂的諧性和藝術觀賞性。編程時應用圖形化模塊編程，然后將自動生成C語言代碼。

　　1.3調試和優化：這是制作機器人的最后一步，包括結構的合理化，外觀的美化，程序的優化等。

　　2納英特機器人積木式圖形化編程系統

　　2.1系統介紹

　　2.1.1概述：納英特機器人圖形化系統是一個為用戶提供全面的機器人教育與競賽解決方案的綜合系統。

　　系統集入門與高級應用于一體，實時提供最新的機器人解決方案與該領域的最新信息，豐富用戶的機器人知識儲備，為鉆研機器人技術、開展機器人教學、參加機器人競賽提供有力的支持。

　　積木式編程與常規的計算機編程有所不同，納英特機器人積木式編程軟件在使用時不用關心語言實現的細節，同時也避免了編程中經常會出現的語法錯誤。納英特機器人積木式編程平臺采用的就是流程圖模型。每一個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程序的編寫。

　　2.1.2使用通用庫函數說明：庫函數文件為機器人提供了標準C的接口函數。這些函數是用C或者匯編語言寫成的驅動程序。庫函數提供了諸如控制電機，發出聲音，輸入傳感器值等功能。而編程中僅使用用于控制伺服電機的庫函數。

　　2.1.3使用的執行器模塊庫

　　2.1.3.1移動模塊：該模塊主要完成機器人的直行、轉向動作。0、1號電機分別代表機器人的左、右電機。通過功率大小滾動條的拖拉或者功率數值輸入框的輸入可以設定電機的運行功率�！埃�”表示電機反轉。功率絕對數值越大，電機轉速越快。

　　2.1.3.2延時模塊：該模塊主要實現延續機器人的上一個動作狀態。主要和移動模塊或者擴展電機模塊相搭配，實現機器人移動或者某個動作的延續性。

　　2.1.3.3停止模塊：該模塊主要實現停止電機運轉�？蓪崿F所有電機停止運轉，也可以設定停止一個或幾個電機。

　　停止所有電機，則給“停止所有電機”打上“”。

　　停止一個或幾個電機，去掉“停止所有電機”的“”，選擇停止對象。

　　2.2程序編寫

　　打開納英特機器人積木式編程平臺，新建流程圖文件；首先添加循環模塊：用鼠標雙擊模塊庫區“控制模塊庫”，從中選擇“多次循環模塊”，拖放至流程圖區。詳細操作如下：對準“多次循環模塊”按下鼠標左鍵不放，拖拉至流程圖中，待方向線變成紅色時，即可送開鼠標。同時也可以使用C語言文件直接編寫程序，或使用LOGO語言文件編寫程序。三種方法都可以實現相同的編程要求，在編程時可以根據所需自由選擇編程方式。讓程序的編寫更加靈活，讓復雜問題簡單化，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。

　　積木式機器人主板提供四路直流電機驅動接口，直接引線到端口即可。直流減速電機的正接與反接都會造成電機輪子的正傳與反轉.將四個電機分別接入：“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。

　　為了提高舞蹈動作的復雜程度，決定通過驅動直流電機的轉動來配合觸手的動作，使舞蹈動作變的豐富而又靈活。

　　3程序的下載及運行

　　將隨機配套的數據線一端接計算機上的串行通訊口，一端接納英特機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器人。下載完成后可脫機運行。

　　4調試程序

　　啟動納英特機器人，檢查機器人是否按要求運行，如果與預定的情況不符，就要在原程序基礎上調整對應的參數直至符合要求。比如偏轉的角度不合要求，就需要對轉向時的馬達功率、轉向時間等參數進行調整，直到符合要求為止。

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