开发一个控制和编程机械臂的项目
让我们逐步开发一个控制和编程机械臂的项目，模拟工业机器人的基本功能。
第 1 步：规格
机器人有两个基本功能：
程序：记录三个维度的手臂位置（每个记录是一个“步骤”）
运行：依次执行“程序”中记录的位置。机器人将运行程序，直到使用命令“abort”。
主要特征：
该项目可用于控制具有 3 或 4 dof（“自由度”）的机器人。
机器人可以在“本地”和“远程”模式下控制（最后一个通过 android 设备）
在程序阶段，用户可以将控制模式从“local”更改为“remote”，反之亦然。
将通过彩色 led、2 行 led 显示屏和声音（蜂鸣器）向用户提供信息。
声音警报也可以远程触发。
第 2 步：项目
上一步的框图显示了将在此项目中使用的“材料清单”。
我选择了 arduino mega，以免担心可用的 arduino 端口 （i/o） 的数量。例如，uno 可以正常工作，但应使用端口扩展方法。有几个选项可以在 internet 上轻松找到，例如 74138 解码器。
关于蓝牙网络，这个项目使用的是 hc-06。
用于“ remote mode”的android应用程序是使用mit appinventor2工具开发的，该工具是基于android设备的此类应用程序的强大单一平台。
第 3 步：开发
机械臂可以根据它们拥有的“关节”或“自由度”（dof）的数量进行分类。
“底座”或“腰部”通常可以将手臂转动 180o 或 360o，具体取决于所使用的伺服类型（在此项目中，使用了 180o 伺服）。
“肩”，负责垂直“抬高或降低”手臂。
“肘”将使手臂“向前或向后”。
“爪”或“抓手”通过打开或关闭来“抓取东西”。
第 4 步：电路
上图显示了完整的电路。
伺服电机将用于驱动关节，直接连接到 arduino。请注意，在底座上使用“步进电机”以获得更大的扭矩和精度并不少见。舵机的正确选择非常重要。
舵机的直流电源应与 arduino 和其他组件分开。5 或 6v 的外部电源应该可以正常工作（检查伺服器的数据表以验证正确的电压范围）。一种常见的做法是在 vcc 和 gnd 之间使用 470uf 电容器，以最大限度地减少伺服器内部直流电机产生的噪声。确保连接所有“接地”（外部电源与 arduino gnd 引脚）。
如果伺服系统有问题并且振动很大，请在代码的“延迟”处进行调整。重要的是，伺服系统在接收新命令之前有时间到达某个点。同样值得检查的是舵机是数字的还是模拟的，就好像它们在机械上相似，数字的工作频率为 300hz，而模拟的工作频率为 50hz。标准 arduino 库“ servo.h”是为模拟舵机开发的，必要时可以进行修改，以便更好地使用数字舵机。
第 5 步：代码
这个项目并不复杂，但它有很多变数。最谨慎的做法是明确定义它们并将备注留在唯一的文件中：
armdefine.h
该文件还应设置最小、最大和初始伺服角度。本文中包含的代码有两组参数，用于我在项目中测试的机械臂（当然应该只使用一组常量）：
// mearm 4-dof
#define mingrip 15
#define minbase 0
#define minshou 60
#define minelbw 60
#define maxgrip 45
#define maxbase 170
#define maxshou 180
#define maxelbw 150
#define midgrip 30
#define midbase 87
#define midshou 138
#define midelbw 100
/* ss 3-dof
#define mingrip 75
#define minbase 5
#define minshou 5
#define minelbw 0
#define maxgrip 125
#define maxbase 150
#define maxshou 155
#define maxelbw 0
#define midgrip 100
#define midbase 90
#define midshou 90
#define midelbw 0
*/
每种类型的手臂都有一组不同的参数，重要的是找到适合自己的。我的建议是，最初电位器（电位器）保持在其中点，pwm 输出的映射设置为默认值：max = 255和min = 0（mid = 126上面的“ #defines”）。然后，开始改变电位器（一个接一个）并在串行监视器（或 lcd）中跟踪手臂正常工作的最小值和最大值。这些将是用于设置的最终值（将我的原始值更改为armdefine.h).
为了“记录”机器人应该播放的坐标（或步数）集，我将使用数据数组：
int gripposition[100];
int baseposition[100];
int shouposition[100];
int elbwposition[100];
int positionindex = 0; // index to be used at position array used for recorded tasks
请注意，我没有保留“存储”位置，并且在“机器人”程序结束时，索引回到零，机器人将等待新序列的记录（程序丢失）。或者，您可以将这些数据阵列保存在 arduino eeprom 中。这样做程序将被再次执行，甚至您可能拥有多个存储的程序。
第 6 步：程序逻辑
主块（“循环”）非常简单：
检查是否使用了执行“程序”（步骤序列）的命令。
如果是这样，请运行它。
否则，“程序”是不完整的，仍然必须编写新的步骤。
如果定义了“新位置”，请将其添加到程序中。
首先，检查来自 android 设备的到达串行缓冲区的消息。
接下来，验证控制模式是“本地”还是“远程”（默认为本地）。
回到开头并再次执行步骤 1。
void loop ()
{
checkbtcmd ();
definelocalremote () ;
exectaskcmd = digitalread (exectaskpin);
if (exectaskcmd == || high command == runon)
{
runprogram () ;
}
else recarmposition () ;
command = ;
}
函数checkbtcmd（）使用来自 bt 模块的单个字符组装一个字符串。这个字符串被传递给变量“ command ”。
函数definelocalremote（）考虑变量“ command ”检查是否接收到将模式更改为远程的命令，反之亦然。报警命令也在这里分析。对于程序逻辑，如果在android设备中触发了“alarm”，则arm一定要进入remote模式。
函数runprogram（）执行准备工作，打开/关闭 led 等，特别是调用函数：executetask（）。后者是包含步骤序列的执行逻辑的函数。该函数使用工具将位置数据发送到手臂的“位置索引”增加： armposition（grip， base， shoulder， e肘）。
最后，真正指挥舵机并编写“步骤”的函数是recarmposition（）。根据接收到的 android 命令，该函数将定义舵机的定位，可以通过罐子，也可以通过 android 应用程序的“滑块”。随着每个位置的变化，此功能使用功能（握把、底座、肩部、肘部）将坐标发送到伺服系统。armposition在触发“save”或“program”命令时，会读取电位器或滑块的实际位置以及相应的伺服激活。在那一刻，数组的位置索引增加并存储步骤。
为了简化理解，所有的代码都是基于它的特定功能。“ setup”、“ loop”和上面描述的函数几乎都在文件：mjrobot_arm_robot_task_prgm.ino 中，并可在本文下方找到。
更通用的函数如读取 bt 命令：void checkbtcmd（）；声音发生器：void beep（int pin，int freq，long ms）和去抖：boolean debounce（int pin）；存档：general_functions.ino
一个重要的事实：由于 arduino 基于 16mhz 时钟执行指令，预计控制按钮每秒读取数百甚至数千次，因此制作一个设置记录步骤的“去抖动”按钮很重要。
第四个也是最后一个文件是：arm_ctrl_and_display.ino
在这个文件中是电位器的读取函数：bool readpotenciometers（） ; 读取 android 滑块：bool readsliders（） ; 伺服系统的放置：void armposition （int gripp， int basee， int肩部， 肘部 int）。文件中包含的其他功能是用于 lcd 上的数据显示、串行监视器、警报等。
第 7 步：结论
一如既往的是，我希望这个项目可以帮助其他人在电子、机器人和物联网的激动人心的世界中找到自己的道路！
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第 1 步：规格
机器人有两个基本功能：
程序：记录三个维度的手臂位置（每个记录是一个“步骤”）
运行：依次执行“程序”中记录的位置。机器人将运行程序，直到使用命令“abort”。
主要特征：
该项目可用于控制具有 3 或 4 dof（“自由度”）的机器人。
机器人可以在“本地”和“远程”模式下控制（最后一个通过 android 设备）
在程序阶段，用户可以将控制模式从“local”更改为“remote”，反之亦然。
将通过彩色 led、2 行 led 显示屏和声音（蜂鸣器）向用户提供信息。
声音警报也可以远程触发。
第 2 步：项目
上一步的框图显示了将在此项目中使用的“材料清单”。
我选择了 arduino mega，以免担心可用的 arduino 端口 （i/o） 的数量。例如，uno 可以正常工作，但应使用端口扩展方法。有几个选项可以在 internet 上轻松找到，例如 74138 解码器。
关于蓝牙网络，这个项目使用的是 hc-06。
用于“ remote mode”的android应用程序是使用mit appinventor2工具开发的，该工具是基于android设备的此类应用程序的强大单一平台。
第 3 步：开发
机械臂可以根据它们拥有的“关节”或“自由度”（dof）的数量进行分类。
“底座”或“腰部”通常可以将手臂转动 180o 或 360o，具体取决于所使用的伺服类型（在此项目中，使用了 180o 伺服）。
“肩”，负责垂直“抬高或降低”手臂。
“肘”将使手臂“向前或向后”。
“爪”或“抓手”通过打开或关闭来“抓取东西”。
第 4 步：电路
上图显示了完整的电路。
伺服电机将用于驱动关节，直接连接到 arduino。请注意，在底座上使用“步进电机”以获得更大的扭矩和精度并不少见。舵机的正确选择非常重要。
舵机的直流电源应与 arduino 和其他组件分开。5 或 6v 的外部电源应该可以正常工作（检查伺服器的数据表以验证正确的电压范围）。一种常见的做法是在 vcc 和 gnd 之间使用 470uf 电容器，以最大限度地减少伺服器内部直流电机产生的噪声。确保连接所有“接地”（外部电源与 arduino gnd 引脚）。
如果伺服系统有问题并且振动很大，请在代码的“延迟”处进行调整。重要的是，伺服系统在接收新命令之前有时间到达某个点。同样值得检查的是舵机是数字的还是模拟的，就好像它们在机械上相似，数字的工作频率为 300hz，而模拟的工作频率为 50hz。标准 arduino 库“ servo.h”是为模拟舵机开发的，必要时可以进行修改，以便更好地使用数字舵机。
第 5 步：代码
这个项目并不复杂，但它有很多变数。最谨慎的做法是明确定义它们并将备注留在唯一的文件中：
armdefine.h
该文件还应设置最小、最大和初始伺服角度。本文中包含的代码有两组参数，用于我在项目中测试的机械臂（当然应该只使用一组常量）：
// mearm 4-dof
#define mingrip 15
#define minbase 0
#define minshou 60
#define minelbw 60
#define maxgrip 45
#define maxbase 170
#define maxshou 180
#define maxelbw 150
#define midgrip 30
#define midbase 87
#define midshou 138
#define midelbw 100
/* ss 3-dof
#define mingrip 75
#define minbase 5
#define minshou 5
#define minelbw 0
#define maxgrip 125
#define maxbase 150
#define maxshou 155
#define maxelbw 0
#define midgrip 100
#define midbase 90
#define midshou 90
#define midelbw 0
*/
每种类型的手臂都有一组不同的参数，重要的是找到适合自己的。我的建议是，最初电位器（电位器）保持在其中点，pwm 输出的映射设置为默认值：max = 255和min = 0（mid = 126上面的“ #defines”）。然后，开始改变电位器（一个接一个）并在串行监视器（或 lcd）中跟踪手臂正常工作的最小值和最大值。这些将是用于设置的最终值（将我的原始值更改为armdefine.h).
为了“记录”机器人应该播放的坐标（或步数）集，我将使用数据数组：
int gripposition[100];
int baseposition[100];
int shouposition[100];
int elbwposition[100];
int positionindex = 0; // index to be used at position array used for recorded tasks
请注意，我没有保留“存储”位置，并且在“机器人”程序结束时，索引回到零，机器人将等待新序列的记录（程序丢失）。或者，您可以将这些数据阵列保存在 arduino eeprom 中。这样做程序将被再次执行，甚至您可能拥有多个存储的程序。
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否则，“程序”是不完整的，仍然必须编写新的步骤。
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void loop ()
{
checkbtcmd ();
definelocalremote () ;
exectaskcmd = digitalread (exectaskpin);
if (exectaskcmd == || high command == runon)
{
runprogram () ;
}
else recarmposition () ;
command = ;
}
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函数runprogram（）执行准备工作，打开/关闭 led 等，特别是调用函数：executetask（）。后者是包含步骤序列的执行逻辑的函数。该函数使用工具将位置数据发送到手臂的“位置索引”增加： armposition（grip， base， shoulder， e肘）。
最后，真正指挥舵机并编写“步骤”的函数是recarmposition（）。根据接收到的 android 命令，该函数将定义舵机的定位，可以通过罐子，也可以通过 android 应用程序的“滑块”。随着每个位置的变化，此功能使用功能（握把、底座、肩部、肘部）将坐标发送到伺服系统。armposition在触发“save”或“program”命令时，会读取电位器或滑块的实际位置以及相应的伺服激活。在那一刻，数组的位置索引增加并存储步骤。
为了简化理解，所有的代码都是基于它的特定功能。“ setup”、“ loop”和上面描述的函数几乎都在文件：mjrobot_arm_robot_task_prgm.ino 中，并可在本文下方找到。
更通用的函数如读取 bt 命令：void checkbtcmd（）；声音发生器：void beep（int pin，int freq，long ms）和去抖：boolean debounce（int pin）；存档：general_functions.ino
一个重要的事实：由于 arduino 基于 16mhz 时钟执行指令，预计控制按钮每秒读取数百甚至数千次，因此制作一个设置记录步骤的“去抖动”按钮很重要。
第四个也是最后一个文件是：arm_ctrl_and_display.ino
在这个文件中是电位器的读取函数：bool readpotenciometers（） ; 读取 android 滑块：bool readsliders（） ; 伺服系统的放置：void armposition （int gripp， int basee， int肩部， 肘部 int）。文件中包含的其他功能是用于 lcd 上的数据显示、串行监视器、警报等。
第 7 步：结论
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