基础实验训练：掌握技能的关键

1.小车的基本结构搭建

1）实验目的

使学生了解机器人和机电一体化技术的基本原理和基本知识。

2）实验要求

掌握Nextmech各种构件的用途，用现有的构件搭建出一辆小车。

3）实验内容

（1）主动轮的安装。首先，将舵机装入电动机支架中，用四个螺钉与螺母上紧。然后，将输出头安装在舵机上，用螺柱连接联轴器和输出头。注意，输出头的螺钉必须拧紧以防小车松动。最后，将联轴器和车轮用螺钉拧紧，主动轮安装完成。

（2）从动轮的安装。将两个圆形片用螺柱拧紧，组成一个小轮。在两个双折面板上用螺柱固定螺钉，在小轮中加入合适的轴套。将这三部分连接在一起，最后安装在车身上固定。

（3）车身的安装。小车的车身主要是放置ARM，并安装传感器。所以，选择711×孔平板。由于ARM不能接触金属安装，否则会出现干扰，因此选择用螺柱将ARM与车身连接。

2.简单的舵机控制

1）实验目的

使学生了解机器人和机电一体化技术的基本原理，了解和掌握机器人和机电一体化技术的基本知识，培养学生机电一体化设计的能力。

2）实验要求

学会用软件编写舵机的基本控制程序，并将程序烧录进小车，使小车完成基本的动作。

3）实验内容

（1）调用舵机程序。在项目浏览器的MCB2300处右击，在弹出的快捷菜单中选择“添加”→“文件”命令，弹出“选择需插入的文件”对话框，找到控制舵机的两个程序PWM_Init.vi和PWM_Out.vi，单击“添加文件”按钮，如图11.12所示。

图11.12　“选择需插入的文件”对话框

然后，MCB2300下面就出现了舵机的子VI，将这两个子VI拖入程序的后面板，就调用了舵机的VI。PWM_Out有两个数据，上面的数值为所对应的引脚，下面的数值对应不同的速度或转动方向（圆周舵机）。

（2）创建基本舵机控制程序。

① 创建一个两帧的顺序结构，在第一帧内拖入PWM_Init舵机初始化子程序；第二帧创建一个while循环，并拖入PWM_Out子程序，将其第一个输入常量设置为所要控制的舵机引脚序号，第二个常量设置为0～15的数字，用来控制舵机转角/转角和方向。在while循环内放置一定的延时给程序一定的执行时间，同时添加循环终止条件用来停止程序。基本舵机控制程序如图11.13所示。

图11.13　基本舵机控制程序

② 制作用一个子程序控制多个舵机的运动。程序框图如图11.14所示，前面板如图11.15所示。首先，给第一个常量，即Channel（舵机频道），创建输入控件；然后，给第二个常量Duration%（持续时间%）创建输入控件。若一个子程序需要控制两个舵机，则重复一次以上操作。

图11.14　程序框图

图11.15　前面板

设置新的子程序接线端，如图11.16所示，先单击Channel，然后单击右上角接线处定义接线端，依次进行Duration%、Channel2、Duration%2的接线端设置，最后保存子程序。这样，子程序就可以实现一个程序控制两个舵机运动，不用在程序中多次使用原来程序。子程序如图11.17所示。

图11.16　设置新的子程序接线端

图11.17　子程序

（3）编写舵机应用程序。

① 小车的直行程序。由于小车两个舵机为对称安装，因此要想保持直行，必须两个轮子方向相反、速度相同，如左轮的速度数值为9，舵机与ARM1号引脚连接，则右轮就需要相反方向、速度相同，应为6，舵机的ARM2号引脚连接，所以最后的程序如图11.18所示。

② 小车的拐弯程序。小车拐弯时，以向左拐为例，只要左轮不动，而右轮向前转动，就会呈现出向左拐的运行状态。假如右轮的运行速度数值为2.5，小车拐弯程序如图11.19所示。

图11.18　小车直行程序示例

图11.19　小车拐弯程序示例

3.简单的传感器配合ARM控制

1）实验目的

使学生了解机器人和机电一体化技术的基本原理，了解、掌握机器人和机电一体化技术的基本知识，使学生对机器人和机电一体化技术有一个完整的理解。培养学生机电一体化设计的能力。

2）实验要求

学会用软件编写传感器控制舵机的基本控制程序，并将程序烧录进小车，使小车完成稍微复杂的动作。

3）实验内容

（1）调用传感器的程序。在项目浏览器中的MCB2300处右击，在弹出的快捷菜单中选择“新建”→“Elemental I/O”命令，弹出“新建Elemental I/O”对话框，选中“Analog Input”，选择传感器连接的不同引脚，单击向右的箭头进行添加，如图11.20所示。单击“确定”按钮，这样所用到的传感器信号就在项目浏览器的管理器中了，然后在项目浏览器中拖动所要用到的传感器到后面板上，即可调用。

（2）单个传感器控制实例。

① 小车无障碍直行，遇到障碍转弯程序设计实例。(www.xing528.com)

假如传感器为触碰传感器，则将图11.21、11.22所示程序烧录进ARM，将会实现触碰传感器无信号（模拟无障碍），小车直行，一旦按下触碰开关（模拟遇到障碍物），小车实现拐弯。

当传感器等于1023时，即为无信号，判断为真，此时两舵机为7.2、7.5（此舵机的中值为7.35），表示为无障碍前进，如图11.21所示。

当传感器不等于1023时，即为有信号，判断为假，此时两舵机分别为7、0，表示为遇到障碍向左转，如图11.22所示。

图11.20　调用传感器程序

图11.21　无障碍直行程序

图11.22　直行变转弯程序

添加舵机的初始化程序和while循环，将以上程序添加到while循环中，让程序一直运行，最终程序如图11.23所示。

图11.23　直行变转弯最终程序

② 小车的红外控制暂停程序设计实例。

传感器为红外传感器，当有信号时，小车停止运行；当无信号时，小车直行，其基本原理与直行变转弯相同。

当传感器等于1023时，无信号，判断为真，此时小车直行，程序如图11.24所示。

当传感器不等于1023，有信号，判断为假，此时小车停止，程序如图11.25所示。

与上一个程序相同的原理，初始化舵机必须加入顺序结构，使程序不断运行，即加入while循环。最终程序如图11.26所示。

图11.24　小车直行程序

图11.25　小车停止运行程序

图11.26　红外控制暂停最终程序

注意：传感器所用编号要对应所插的引脚。舵机也一样。

（3）两个传感器控制机器人的逻辑。

既然已经知道一个传感器的控制方法，那么两个传感器的控制也就可以尝试进行。机器人其实和人的大脑类似，实现复杂的运动的基础就是一个个的判断，两个传感器就是两次判断。例如，人要喝水，会经过两次判断，第一次判断是否有水，第二次判断是否能喝，机器人也是这样。

下面，做一个“逃命机器人”。当后面有人追它时，机器人会向前跑；逃跑过程中，如遇到障碍，则会绕开障碍，继续逃跑。这个过程中机器人经历了两次判断，第一次判断是否有人追；第二次判断前进路线是否有障碍。为了方便起见，依然采用近红外传感器和触碰传感器，把红外传感器放在小车后部检测是否有人追，将触碰传感器放在前方检测是否触碰障碍物，其流程图如图11.27所示。

图11.27　“逃命机器人”流程图

根据流程图编写程序，如图11.28所示。由于前方触碰到物体，无法直接拐弯，需先后退再转弯，此时编写一个顺序结构，并用定时器来控制后退的距离和拐弯的角度。

图11.28　“逃跑机器人”最终程序