类人机器人套装的开发步骤

1.类人机器人套装的开发步骤

开发一个类人套装机器人步骤如下：

第一步，熟知用户手册，组装机器人之前，对产品的整体情况进行了解，在使用过程中的注意事项、具体组装方法可以参考《快速入门》 或者软件帮助文档。

第二步，设计外形及组装，是决定做出什么样的机器人的阶段，确定机器人的用途，设计机器人的外形（机器人的关节）。虽然类人机器人套装可以被设计成能开发出具有丰富外形的机器人，但如果是初学者，建议先练习组装《快速入门》 里的机器人示例。

第三步，配线，以H-CON101 控制器为中心连接H-M24 智能电动机模块、H-S100集成传感器模块等组件。如果机器人已经有了外形，则从H-CON101 到各个H-M24 或H-S100 连续串联连接。注意在关节最大弯曲的情况下导线应足够长。H-M24、H-S100上面的两个接头是没有区别的。

第四步，检查组装机器人电动机零度位置正确，如果机器人的连接线已经组装完成，则打开控制器的电源开关，同时按住“A”“B”按键，机器人所有智能电动机的角度会设置为零度，查看机器人的构型是否为机器人标准位置，智能电动机的顺逆时针转动都是绕着零度位置对称的。安装机器人时需要按照《快速入门》 中主动盘零位所在位置进行组装，如果组装错误，则可在《快速入门》 中查找检查和改正的方法。

第五步，VJC-HRobot 模板编程，对于自行设计的机器人，在新建工程窗口中选择空项目，对于标准搭建的机器人，可以选择已有的模板程序，即软件已提供完整的演示程序，如果对模板内的程序不满意，还可以自行修改模板程序。

第六步，下载运行，下载程序到A 或者下载程序到B 之后，在控制器上按下对应的“A”或“B”按键，然后按下“▶”运行按键即可运行程序。

2.类人机器人套装的开发注意事项

在开始之前，应熟知以下几点：

1）请勿使用危险工具，如刀或钻；保持机器人离脸部一定距离；不要将手指放进机器人关节处，以防止手指被卡住；避免在阳光直射的条件下保管本产品；远离明火，避免潮湿。

2）在初次使用过程中，不要使用自制的导线；装配零件时，切勿用力过大。

3）开发过程中，如果不适当的动作导致关节智能电动机保护，应立即切断电源，以防机器人损坏。

4）在使用适配器为机器人供电时，应确保机器人不会摔倒。

5）在拔插导线时，注意不要用力过猛，以防止导线接头处被拔出。

6）当智能电动机在运行的过程中，LED 灯闪烁处于保护状态时，应关闭机器人，休息一段时间后再重新运行。

7）为防止机器人跌落，不要将它放在高处，比如桌子上，要在地面上操作机器人。

3.类人机器人套装编程

类人套装提供的软件是基于模板程序的，可以在已有的模板程序基础上做适当修改就可以实现复杂控制算法的编写，不仅如此，高级用户利用软件的扩展功能还可以编写出属于自己的机器人示例程序。

VJC-HRobot 模板选择窗口，用户可以选择已有的模板程序，很快就能建立自己的项目，使用一键下载程序到A（或者下载程序到B）就能控制自己的机器人，模板程序即可实现示例项目的一些基本功能。

VJC 5.1 程序框架如图16-47 所示，包含流程图编辑器、动作编辑器、模型编辑器以及终端检测器四个部分，在一个机器人中可以使用其中一个或多个编辑器实现机器人的编程控制，也可以使用原有模板或者对模板进行编辑再创新实现机器人的控制。

图16-47　VJC 5.1 程序框架

（1）VJC 5.1 程序框架

VJC-HRobot1.0 编程软件使用流程图编辑器为核心，分别调用终端检测器、动作编辑器及模型编辑器的模式，使关节式机器人动作更加灵活，控制更加智能，二次开发更加方便。

流程图编程：控制调用机器人运动，决定机器人在什么时间、什么情况下做动作。

终端检测器：实时显示、配置、管理机器人控制器、智能电动机、集成传感器。

动作编辑器：编辑机器人动作，在线示教记忆用户制作的步骤、动作。

模型编辑器：在虚拟的电脑终端上搭建用户自行开发的机器人模型。

VJC 中文全名为图形化交互式C 语言，支持标准流程图式图形化编程和标准C 语言编程。初学者通过图形化编程上手快，高级用户可以利用C 语言开发出复杂的机器人算法。

将复杂的编程语言转化为简单的图形化模块，列举在该库中，方便用户拖动调用。

流程图编程的模块分五类：控制器模块库、智能电机模块库、集成传感器模块库、控制模块库和程序模块库，如图16-48 所示。

图16-48　流程图编程模块库

控制器模块库是针对控制器本身及I/O 口进行检测设置的模块库，具体函数图标请查阅表16-6。

表16-6　控制器模块库函数功能

续表

智能电机模块库是类人机器人常用的执行器模块库，包含了类人机器人主要部分的执行，如：智能电机的控制、动作页的执行（动作编辑器编辑产生）等，具体如表16-7 所示。

表16-7　智能电机模块库函数功能

续表

当“智能电机ID 号”设置为254 时，控制器将对全部智能电机进行同样设置操作。

集成传感器模块库是类人机器人常用的传感器控制模块库，包含了所有的传感器功能，具体如表16-8 所示。

表16-8　传感器模块库函数功能

在用户程序中，读取各端口传感器的返回值一般有两种用途：储存和判断，其中用于判断的情况居多。在VJC 中提供了while 语句、if…else…语句、for 语句三种判断方式的流程图模块，它们都在表16-9 的控制模块库中。如果要做判断，必须有被比较的对象和比较参考值。被比较的对象一般是传感器的返回值或者更新后的变量值，所以在传感器模块库中所有具备“读取”功能的模块都可以直接转换成条件判断模块。

“条件”是一个表达式，两侧可以是运算式、变量或数值，中间使用==、！=、＞、＜、＞=、＜=等符号连接。该语句只有两种返回值0、1，当返回值为0 时表示条件不成立，当返回值为1 时表示条件成立。在设置条件循环和条件判断的条件时，还会看到“条件一”“条件二”；一般情况下，只使用“条件一”；单击“条件二”并勾选“有效”后就多了“有效”和“条件逻辑关系”两项：

1）只有勾选了“有效”，“条件二”才生效。

2）条件逻辑关系表示“条件二”和“条件一”的逻辑关系，包含与、或、非三种运算关系（在C 语言中使用＆＆、|| 、＆＆！三个符号表示）。与、或、非运算的两侧依旧可以是表达式或数值，计算结果下：

“条件一”与“条件二”：仅当两个条件都成立时结果为1，其他情况结果为0。

“条件一”或“条件二”：只要有一个条件成立，结果为1 都不成立时结果为0。

“条件一”非“条件二”：仅当两个条件返回值不同，结果为1，其他情况结果为0。

表16-9　控制模块块函数功能

在进行较大程序的编写时，有时总会有几条指令重复出现，此时我们可以将其定义为子程序，程序模块库即可满足这一需求，见表16-10。

表16-10　程序模块库函数功能

变量百宝箱虽然不是模块库里的模块，但是大部分模块里都集成了变量存储、判断的功能，VJC 把这些变量都装在变量百宝箱中，自动对变量进行管理、创建、赋值、引用和回收。有了变量百宝箱，我们就可以方便地使用变量。如图16-49 所示，黑色变量代表该变量里已经存放了数值，白色变量代表该变量还是空的。变量百宝箱的每个变量就是一个抽屉，存放数值和读取数值都需要变量百宝箱分配的“钥匙”。

图16-49　变量百宝箱

4.类人机器人套装编程之HRobotTerminal 在线检测

在线检测可以方便地在线显示机器人上控制器、智能电动机、集成传感器三者的数据信息。

图16-50　HRobotTerminal 在线检测

使用在线检测功能时，首先需要将类人机器人控制等硬件设备与计算用USB 数据线连接起来，如图16-51 所示。

图16-51　连接硬件

如图16-51 所示，连接机器人与控制器，打开控制器电源，到此机器人硬件连接完成。

1）控制器电源没有打开；

2）控制器没有通过数据线连接电脑；

3）数据接口可能被占用，动作编辑器与在线检测终端只能有一个软件在使用数据接口控制器参数。

当连接成功后，控制器显示部分如图16-52 所示。

图16-52　控制器参数显示

智能电机、集成传感器参数显示界面如图16-53 所示。

图16-53　智能电机和集成传感器参数显示

当“选择ID”为1～18 时，查询智能电机模块参数；当“选择ID”为100 时，查询集成传感器模块参数；当只连接一个智能电机，且不确定该智能电机ID 号的情况下，可以选择“搜索”按钮进行查询，如图16-54 所示。

图16-54　查询电机参数

查询集成传感器参数如图16-55 所示。

图16-55　查询集成传感器参数

5.类人机器人套装编程之HRobotMotion 动作编辑器

VJC 编写的流程图是程序控制语句，而动作编辑器是机器人动作数据。为了更好地理解，可以把VJC 程序比作MP3 播放器，动作编辑器编写的动作比作MP3 音乐文件，如果没有MP3 播放器，MP3 文件就不能播放；如果没有MP3 音乐文件，相同的音乐也不能够播放。控制机器人，VJC 流程图程序是必须的，如果VJC 流程图调用了动作页，则也必须编写动作页程序；相反没有调用动作页，则可以不编写动作页程序。

选择VJC-HRobot 工程界面中动作编辑器切换按钮，启动动作编辑器程序，界面如图16-56 所示。

图16-56　HRobotMotion 动作编辑器界面

机器人在安装或者使用过程中，智能电机零度位置改变，导致机器人在标准位置时与设定的不能够完全一致，将导致机器人运动不平衡。所以在使用机器人之前，通过对机器人的标准姿态进行校正和调整，可以使机器人运动更加平稳。

1）机器人的动作调试。

条件：下载类人机器人的示例程序，机器人行走、转向均可运行正常，如果有一个或者两个姿态不能正常执行，此时需要单个动作进行调试。

方法：连接机器人，定位到机器人容易摔倒的姿态，根据机器人的摔倒方向调节相应的智能电机参数。

2）机器人的智能电机偏移量调试。

条件：下载类人机器人的示例程序，机器人行走、转向动作都不正常，此时需要对智能电机偏移量进行调试。(www.xing528.com)

方法：连接机器人，机器人将运行初始姿态，首先根据机器人腿部的对称性差别（1 和2 号智能电机对称，3 和4 号智能电机对称，5 和6 号智能电机对称，7 和8 号智能电机对称）进行调节，然后根据机器人站立在桌面上身体的倾斜方向进行调节。

输入修正值：选中关节智能电机，即可输入修正值。

清零：清除选中关节智能电机修正值为0。

确定：保存当前设定的智能电机修正值。

3）智能电机修正值修正原则。

为了保证脚底板水平，尽量不要对单个智能电机进行大角度的修改，可以对互补的两个电机进行同方向的修改，例如人形右腿重心向前移10，ID [1] 为-5，ID [7] 为-5 进行修正。

对于中高级用户，希望编写属于自己的机器人动作，此时可以通过“查看---＞标准参数”显示动作页编辑属性窗口进行操作，界面显示如图16-57 所示。

图16-57　动作编辑器界面

基本操作如下：

①机器人的连接/断开。

使用产品标配的数据线连接机器人与计算机。

选择程序界面中此按钮，将建立机器人与PC 之间的通信，如果连接成功，此按钮将变为灰色不可选状态；

如果连接不成功，则原因有以下几种：是否将终端检测器断开（数据端口只能一个程序占用）；控制器是否上电；控制器是否复位（控制器只有在复位状态才能与控制器相连接）；是否将机器人与PC 使用数据线相连接；数据线是否损坏；控制器的数据口是否损坏。

选择程序界面中的断开按钮，将断开机器人与PC 之间的通信，如果断开成功，则按钮变为灰色不可选状态。

②动作文件的下载/上传。

按照“机器人的连接/断开”中的步骤连接机器人。

选择程序界面中的“下载”按钮，当前编辑的动作文件将被下载到控制器中，当界面右下方的滚动条变为全绿颜色时，代表程序下载完成；

选择程序界面中的“上传”按钮，控制器中的动作文件将被上传到当前程序界面中，先前编辑的动作文件将会丢失，注意保存。

③在线演示已有动作。

按照“机器人的连接/断开”中的步骤连接机器人，可进行以下操作。

仿真复位：机器人全部智能电机角度将恢复零度位置，机器人恢复标准姿态；

播放：下载当前正在编辑的动作到机器人控制器中，单击“播放”按钮演示编辑效果或者已有的动作（操作前，必须将编辑的程序下载，否则机器人播放的是控制器内前一个保存的动作）；

退出：执行此条指令机器人不会立即停止下来，在停止之前将执行完“退出”动作页；

停止：“停止”操作不像“退出”操作，当单击此按钮时，机器人所有智能电机参数将停止在当前显示的角度下。

4）动作编辑。

①动作编辑的框架。

以人形（16 个智能电机）为例，16 个智能电机某一姿态下的所有角度（共16 个）组成一个动作步骤，多个动作步骤（最多7 个）组成一个动作页。在步骤与步骤之间为了达到连贯性，使用执行时间及停顿时间进行连接，在动作页与动作页之间使用下一页进行连接，如图16-58 所示。

②姿态编辑。

姿态是机器人某个瞬时所有智能电机角度位置值的集合，也可以称为一个步骤。

③智能电机的三种状态。

智能电机未使用（实际机器人模型中没有使用该智能电机）标示，如图16-59 所示的ID 号为11 的智能电机为不可选状态。切换方式：菜单栏“机器人”中“选择智能电机”勾选为使用智能电机，未勾选为未使用。

智能电机锁定（机器人智能电机将处于不可手动扭转状态）标示，如图16-59 所示的ID 号为10 的智能电动机为锁定状态（ID 数字为红色，带有锁图标）。切换方式：勾选要锁定的智能电机，选择锁定按钮。

图16-58　动作编辑

图16-59　智能电机的三种状态

智能电机解锁（机器人智能电机将处于可手动扭转状态）标示，如图16-59 所示的ID 号为9 的智能电机为解锁状态（ID 数字为黑色，不带有锁图标）。切换方式：勾选要锁定的智能电机，选择解锁按钮。

④设置角度（即在线编辑）状态的操作。

切换方式：工具栏“设置角度”按钮，使所有智能电机处于设置状态，在智能电机对应文本框中输入或者拖动文本框后面的滚动条。

⑤读取角度（即示教操作）状态的操作。

切换方式：工具栏“读取角度”按钮，使所有智能电机处于读取状态，在此状态下，将准备修改的机器人关节对应的智能电机设置为解锁状态，用手轻轻扭转机器人对应关节，使其达到想要的位置，锁定解锁的智能电机，最后保存姿态。

⑥步骤（多个姿态）编辑。

步骤是机器人姿态的集合，但不完全是多个姿态的堆积。步骤数目最多7 个（组成一个动作页），步骤之间可以实现“添加/插入/移动/删除”等功能。

添加：在步骤列表的最后添加一个步骤，单击按钮“A”。

停顿时间：从当前步骤执行完，到下一步骤执行开始，停顿的时间。时间分辨率为0.008 s，最大时间是2.04 s，通过下拉列表选择完成。

⑦动作页编辑。

动作页是机器人姿态步骤的集合，具体有以下主要设置：

a.重复次数：当前页在VJC 中被调用后，重复执行次数。

b.执行速率：当前页所有步骤的执行时间与停顿时间总和乘以执行速率倒数作为本页实际运行的时间，因此执行速率值越大，当前页执行得越快。

c.页的执行

· 动作页范围：1～127，共127 页。

· 下一页：当执行完本页后，在没有调用退出动作指令时，将继续执行下一页的动作。

⑧显示动作页高级界面。

想对机器人做更多了解的用户，可以通过“查看……高级参数”显示动作页编辑属性高级窗口。

相比标准参数增加了退出页和关节柔韧性参数退出页。

当执行本页时，调用退出播放指令，退出页将执行。

若关节柔韧度（级别1～7）级别大，则智能电机运动平滑，适合舞蹈等动作，但不适合行走时腿部关节；若级别小，则智能电动机运动有力，适合行走等动作。

6.HRobotForm 模型编辑器

模型编辑器作为编辑机器人三维模型的工具，编辑的机器人模型可以使动作编辑器编辑的动作在计算机上形象的仿真。类人机器人套装是完全模块化的机器人套装，将机器人的组装过程时间大大缩短，模型编辑器也是基于此设计出来的三维模型编辑软件，使用该软件可以快速地制作出想要的任意机器人模型。选择VJC-HRobot 工程界面中模型编辑器切换按钮，启动模型编辑器程序。

该部分包含了类人机器人套装内几乎所有的连接组件，使用这些组件可以搭建出任意想要的机器人三维模型。必须注意，向模型编辑区添加组件前，必须选择要连接的已有组件，最初为底座。