轮式机械臂小车机器人的设计与实现-机器谱-robotway

机器谱

【R214】轮式机械臂小车

作者：机器谱

图文展示3264(1)

副标题

概述

循迹搬运

蓝牙遥控搬运

语音控制

轮式机械臂小车制作、机械臂、机械臂小车制作、机械臂智能小车、轮式机器人、轮式机械臂机器人制作、循迹小车制作、循迹搬运小车机器人、蓝牙遥控搬运机器人、语音控制机器人、搬运机器人、排爆机器人

1. 运动功能说明

214号样机是一款搭载了机械臂的双轮小车。它的底盘具备基本的行驶和原地转向功能，机械臂具备抬升、放下、抓取等功能。整体上可以实现抓取、搬运、码放等功能，可作为搬运机器人、排爆机器人等的模型使用。

2. 结构说明

214号样机的底盘是一个 023号样机，机械臂包含2个串联的关节模组和1个舵机夹爪模组。

3. 运动功能实现

本样机的运动功能相当于是把底盘、关节、夹爪的动作进行组合实现。

3.1 电子硬件

在这个示例中，我们采用了以下硬件，请大家参考：

主控板	Basra（兼容Arduino Uno）
扩展板	Bigfish2.1
电池	7.4V锂电池

/*------------------------------------------------------------------------------------

Distributed under MIT license.See file LICENSE for detail or copy at

https://opensource.org/licenses/MIT

by 机器谱 2022-9-14 https://www.robotway.com/

------------------------------

实验功能：小车前进→机械臂下落→夹爪闭合→机械臂抬起→小车后退→夹爪张开

-----------------------------------------------------

实验接线：

机械爪：D4

腕部（连接机械爪）舵机：D7

底部舵机：D11

左轮：D9，D10

右轮：D5，D6。

------------------------------------------------------------------------------------*/

#include <Servo.h>

int SERVO_SPEED=20; //定义舵机转动快慢的时间

int ACTION_DELAY=200; //定义所有舵机每个状态时间间隔

Servo myServo[6];

int f = 50; //定义舵机每个状态间转动的次数，以此来确定每个舵机每次转动的角度

int servo_port[6] = {4,7,11,3,8,12}; //定义舵机引脚

int servo_num = sizeof(servo_port) / sizeof(servo_port[0]); //定义舵机数量

float value_init[6] = {125, 130, 160, 30, 60, 120}; //定义舵机初始角度

void setup() {

Serial.begin(9600);

pinMode(5, OUTPUT);

pinMode(6, OUTPUT);

pinMode(9, OUTPUT);

pinMode(10, OUTPUT);

for(int i=0;i<servo_num;i++){

ServoGo(i,value_init[i]);

}

void loop() {

servo_move(90, 130, 15, 70, 10, 150);

servo_move(90, 90, 90, 36, 110, 75);

servo_move(90, 130, 140, 132, 44, 16);

servo_move(90, 90, 90, 36, 110, 75);

while(1){

f = 20;

SERVO_SPEED = 20;

servo_move(120, 90, 90, 70, 10, 150);

servo_move(90, 90, 90, 70, 10, 150);

};

//实现了定点多角度抓取、放置的动作

digitalWrite(5, HIGH);

digitalWrite(6, LOW);

digitalWrite(9, HIGH);

digitalWrite(10, LOW);

delay(1000);

digitalWrite(5, LOW);

digitalWrite(6, LOW);

digitalWrite(9, LOW);

digitalWrite(10, LOW);

delay(1000);

servo_move(125, 70, 70, 30, 60, 120);

delay(500);

servo_move(98, 70, 70, 30, 60, 120);

delay(500);

servo_move(98, 160, 160, 30, 60, 120);

delay(500);

digitalWrite(5, LOW);

digitalWrite(6, HIGH);

digitalWrite(9, LOW);

digitalWrite(10, HIGH);

delay(1000);

digitalWrite(5, LOW);

digitalWrite(6, LOW);

digitalWrite(9, LOW);

digitalWrite(10, LOW);

delay(1000);

servo_move(125, 160, 160, 30, 60, 120);

delay(500);

while(true);

}

void ServoStart(int which)

{

if(!myServo[which].attached())myServo[which].attach(servo_port[which]);

pinMode(servo_port[which], OUTPUT);

}

void ServoStop(int which)

{

myServo[which].detach();

digitalWrite(servo_port[which],LOW);

}

void ServoGo(int which , int where)

{

if(where!=200)

{

if(where==201) ServoStop(which);

else

{

ServoStart(which);

myServo[which].write(where);

}

void servo_move(float value0, float value1, float value2, float value3, float value4, float value5)

{

float value_arguments[] = {value0, value1, value2, value3, value4, value5};

float value_delta[servo_num];

for(int i=0;i<servo_num;i++)

{

value_delta[i] = (value_arguments[i] - value_init[i]) / f;

/**************************串口查看输出*****************************/

// Serial.print(value_init[i]);

// Serial.print(" ");

// Serial.print(value_arguments[i]);

// Serial.print(" ");

// Serial.println(value_delta[i]);

/**************************串口查看输出*****************************/

}

for(int i=0;i<f;i++)

{

for(int k=0;k<servo_num;k++)

{

value_init[k] = value_delta[k] == 0 ? value_arguments[k] : value_init[k] + value_delta[k];

/**************************串口查看输出*****************************/

// Serial.print(value_init[k]);

// Serial.print(" ");

}

// Serial.println();

/**************************串口查看输出*****************************/

for(int j=0;j<servo_num;j++)

{

ServoGo(j,value_init[j]);

}

delay(SERVO_SPEED);

}

delay(ACTION_DELAY);

/**************************串口查看输出*****************************/

// for(int i=0;i<6;i++)

// {

// Serial.println(value_init[i]);

// }

/**************************串口查看输出*****************************/

}

轮式机械臂小车、机械臂小车制作、机械臂智能小车、轮式机械臂机器人、循迹搬运小车机器人、蓝牙遥控搬运机器人、语音控制机器人、搬运机器人、排爆机器人、机器人样机方案、机器人项目开发、Arduino Uon

3.2 编写程序

编程环境：Arduino 1.8.19

编写并烧录以下代码（Servo_Sync_Se.ino）：

4. 扩展样机

可以通过更换底盘、增加机械臂数量、改变机械臂安装位置、增加或减少机械臂的关节数量来对样机进行扩展。

5. 资料清单

序号	内容
1	214号样机3D文件
2	214号样机例程源代码

概述

文件下载

【整体打包】-【214】轮式机械臂小车-概述-资料附件.zip

6.78MB

下载48次

下载

1. 任务描述

本实验中机器人（214f）将通过完成将工作区外的工件搬运至工作区的任务，来模拟机器人的搬运过程。机器人首先需要通过循迹找到未存放在工作区内的工件，然后利用机械爪将工件夹起并保持工件处于加持状态（距离地面1cm以上），最后将工件搬运至工作区即算完成任务。

循迹搬运

工件和场地如下图所示：

2. 电子硬件

在这个示例中，我们采用了以下硬件，请大家参考：

主控板	Basra（兼容Arduino Uno）
扩展板	Bigfish2.1
传感器	灰度×2
电池	7.4V锂电池

/*********************************************************************

Distributed under MIT license.See file LICENSE for detail or copy at

https://opensource.org/licenses/MIT

by 机器谱 2022-10-20 https://www.robotway.com/

*************************** 实验接线 ******************************

左侧车轮接6/10端口；右侧车轮接5/9端口；

关节模块的舵机线连接到D11端口，机械爪的舵机线连接到D12端口

******************************************************************/

#include <Servo.h>

Servo servo_pin_12;

Servo servo_pin_11;

void grab();

void trun_left();

void forward();

void putdown();

void go_putdown();

void carstop();

void trun_right();

void brake();

void setup()

{

pinMode( 18, INPUT);

pinMode( 14, INPUT);

pinMode( 10, OUTPUT);

pinMode( 6, OUTPUT);

pinMode( 5, OUTPUT);

pinMode( 9, OUTPUT);

servo_pin_12.attach(12);

servo_pin_11.attach(11);

servo_pin_12.write( 91 );

servo_pin_11.write( 145 );

delay( 1500 );

}

void loop()

{

if (!( digitalRead(18) ))

{

if (!( digitalRead(14) ))

{

brake();

grab();

go_putdown();

}

else

{

trun_right();

}

else

{

if (!( digitalRead(14) ))

{

trun_left();

}

else

{

forward();

}

void go_putdown()

{

forward();

delay( 500 );

carstop();

delay( 1000 );

putdown();

while ( true )

{

carstop();

}

void trun_right()

{

analogWrite(6 , 80);

analogWrite(10 , 0);

analogWrite(5 , 0);

analogWrite(9 , 80);

}

void forward()

{

analogWrite(6 , 80);

analogWrite(10 , 0);

analogWrite(5 , 80);

analogWrite(9 , 0);

}

void carstop()

{

analogWrite(6 , 0);

analogWrite(10 , 0);

analogWrite(5 , 0);

analogWrite(9 , 0);

}

void trun_left()

{

analogWrite(6 , 0);

analogWrite(10 , 80);

analogWrite(5 , 80);

analogWrite(9 , 0);

}

void grab()

{

servo_pin_12.write( 50 );

delay( 1000 );

servo_pin_11.write( 110 );

delay( 1000 );

}

void brake()

{

analogWrite(6 , 100);

analogWrite(10 , 100);

analogWrite(5 , 100);

analogWrite(9 , 100);

delay( 500 );

}

void putdown()

{

servo_pin_11.write( 145 );

delay( 1000 );

servo_pin_12.write( 91 );

delay( 1000 );

}

3. 示例程序

流程图：

编程环境：Arduino 1.8.19

例程代码（214f_porterage.ino）如下：

4. 资料清单

序号	内容
1	214号样机-循迹搬运-例程源代码
2	工件3D文件

文件下载

【整体打包】-【214】轮式机械臂小车-循迹搬运-资料附件.zip

63.58KB

下载6次

下载

蓝牙遥控搬运

1. 功能描述

本文提供的示例所实现的功能为：用手机APP遥控R214e号样机实现移动和搬运。

通过手机APP遥控R214e号样机完成将工作区外的工件搬运至工作区的任务，来模拟机器人的搬运过程。首先手机遥控机器人找到未存放在工作区内的工件，然后利用机械爪将工件夹起并保持工件处于夹持状态，最后将工件搬运至工作区即算完成任务。

2. 所用样机
R214e

蓝牙遥控搬运小车、蓝牙小车、蓝牙遥控小车、搬运小车、蓝牙智能小车、蓝牙遥控搬运机器人、蓝牙遥控机器人、蓝牙遥控机械臂搬运机器人、蓝牙轮式机器人、Arduino Uon

3. 电子硬件

在这个示例中，我们采用了以下硬件，请大家参考：

主控板	Basra（兼容Arduino Uno）
扩展板	Bigfish2.1
电池	7.4V锂电池
通信	蓝牙串口模块

/*------------------------------------------------------------------------------------

Distributed under MIT license.See file LICENSE for detail or copy at

https://opensource.org/licenses/MIT

by 机器谱 2022-10-26 https://www.robotway.com/

------------------------------

实现功能：从串口（蓝牙）接收字符，根据不同字符分别做出前进、原地左转、原地右转、夹爪打开、夹爪闭合、关节抬起、关节放下的动作。

-----------------------------------------------------

实验接线：

关节：D12

机械爪：D11

左轮：D5，D9

右轮：D10，D6。

------------------------------------------------------------------------------------*/

#include <Servo.h>

int _ABVAR_1_data = 0 ;

Servo servo_pin_11;

Servo servo_pin_12;

void tai();

void zhua();

void stop();

void fang();

void jiang();

void turnright();

void turnleft();

void go();

void setup()

{

pinMode( 10, OUTPUT);

pinMode( 6, OUTPUT);

pinMode( 5, OUTPUT);

pinMode( 9, OUTPUT);

Serial.begin(9600);

servo_pin_11.attach(11);

servo_pin_12.attach(12);

}

void loop()

{

_ABVAR_1_data = Serial.parseInt() ;

if (( ( _ABVAR_1_data ) == ( 1 ) ))

{

go();

}

if (( ( _ABVAR_1_data ) == ( 3 ) ))

{

turnright();

}

if (( ( _ABVAR_1_data ) == ( 4 ) ))

{

turnleft();

}

if (( ( _ABVAR_1_data ) == ( 5 ) ))

{

stop();

}

if (( ( _ABVAR_1_data ) == ( 6 ) ))

{

zhua();

}

if (( ( _ABVAR_1_data ) == ( 7 ) ))

{

fang();

}

if (( ( _ABVAR_1_data ) == ( 8 ) ))

{

tai();

}

if (( ( _ABVAR_1_data ) == ( 9 ) ))

{

jiang();

}

void zhua()

{

servo_pin_11.write( 63 );

}

void fang()

{

servo_pin_11.write( 80 );

}

void go()

{

analogWrite(5 , 80);

analogWrite(9 , 0);

analogWrite(6 , 80);

analogWrite(10 , 0);

}

void jiang()

{

servo_pin_12.write( 75 );

}

void turnleft()

{

analogWrite(5 , 0);

analogWrite(9 , 0);

analogWrite(6 , 80);

analogWrite(10 , 0);

}

void turnright()

{

analogWrite(5 , 80);

analogWrite(9 , 0);

analogWrite(6 , 0);

analogWrite(10 , 0);

}

void tai()

{

servo_pin_12.write( 30 );

}

void stop()

{

analogWrite(5 , 255);

analogWrite(9 , 255);

analogWrite(6 , 255);

analogWrite(10 , 255);

}

为样机安装好电子模块，将关节模块的舵机线连接到D12端口，机械爪的舵机线连接到D11端口。SH-01扩展板的直流电机接口组合是5/9，6/10，分别接左侧车轮电机和右侧车轮电机。

4. 示例程序

编程环境：Arduino 1.8.19

程序通过使用if语句来判断读取到的串口的不同字符值来匹配不同的动作，从而实现对机器人的远程控制。

接收到“1”的时候，执行前进；

接收到“3”的时候，执行左转；

接收到“4”的时候，执行右转；

接收到“5”的时候，执行停止；

接收到“6”的时候，机械爪闭合；

接收到“7”的时候，机械爪张开；

接收到“8”的时候，机械臂抬起；

接收到“9”的时候，机械臂放下；

手机APP的键值按上述规则进行配置，配置方法请参考蓝牙串口模块。

例程代码（R214e_Bluetooth_RC.ino）如下：

5.资料清单

序号	内容
1	R214e-蓝牙遥控例程源代码
2	蓝牙串口助手(新版)

文件下载

【整体打包】-【R214】轮式机械臂小车-蓝牙控制搬运-资料附件.zip

1.3MB

下载8次

下载

语音控制

1. 功能说明

本文实例将实现语音控制R214e样机运动（前进、后退、左转、右转、拿起、放下）的功能。

轮式机械臂小车、机械臂小车、机械臂智能小车、轮式机器人、循迹小车、循迹搬运小车机器人、蓝牙遥控搬运机器人、语音控制机器人、搬运机器人、排爆机器人、机器人样机方案、机器人项目开发、Arduino Uon

2. 电子硬件

在这个示例中，我们采用了以下硬件，请大家参考：

主控板	Basra主控板（兼容Arduino Uno）‍
扩展板	Bigfish2.1扩展板‍
传感器	语音识别模块
电池	7.4V锂电池

电路连接：

① 小车左轮电机连到Bigfish扩展板的D9，D10接口；小车右轮电机连到Bigfish扩展板的D5，D6

② 将语音识别模块HBR640连接到Bigfish扩展板的扩展坞上

③ 将关节模块的舵机线连接到Bigfish扩展板的D11端口上

④ 将机械爪的舵机线连接到Bigfish扩展板的D12端口上

3. 功能实现

编程环境：Arduino 1.8.19

实现思路：语音命令机器人前进、后退、左转、右转、拿起、放下。

3.1 配置语音库

步骤1：将文末资料中的\语音识别模块HBR640文件夹拷贝至本机位置。

步骤2：将语音HBR640模块更改为“配置模式”，并用一个USB线将主控板连接至电脑上，将下图中的空程序烧录至主控板中

（注意：在烧录程序的时候，语音识别HBR640要从扩展板的扩展坞上拔下来）

语音识别模块HBR640配置模式、语音识别模块、语音控制机器人、搬运机器人、排爆机器人、机器人样机方案、机器人项目开发、Arduino Uon

步骤3：打开\语音识别模块HBR640\4 开发工具\HBR640开发工具：SRTool.exe（如下图所示）

$打开\语音识别模块HBR640\4 开发工具\HBR640开发工具：SRTool.exe、语音识别模块HBR640配置模式、语音识别模块、语音控制机器人、搬运机器人、排爆机器人、机器人样机方案、机器人$

步骤4：先新建一个“HBR640对话工程”文件夹，然后在软件中点击“新建”，选择“HBR640对话工程”文件夹后，再创建一个文件名“che”，

点击“保存”。

新建一个“HBR640对话工程”、语音识别模块HBR640配置模式、语音识别模块、语音控制机器人、搬运机器人、排爆机器人、机器人样机方案、机器人项目开发、Arduino Uon

步骤5：在下图中的“未命名”区增加“机器人”分组。

步骤6：在下图所示位置添加“前进”命令，然后点击“增加”按钮，即可将“前进”命令添加至左侧的词条列表中。

步骤7：在下图所示位置再添加“后退”命令，然后点击“增加”按钮，即可将“后退”命令添加至左侧的词条列表中。

步骤8：按照步骤6、步骤7的方式依次再分别添加“左转”、“右转”、“拿起”、“放下”命令至左侧的词条列表中。

步骤9：点击“保存词条”。

步骤10：点击“生成”按钮。

步骤11：选择端口号，并点击“连接”，显示连接成功即可（这里以端口号COM17为例）

选择端口号，并点击“连接”、语音识别模块HBR640配置模式、语音识别模块、语音控制机器人、搬运机器人、排爆机器人、机器人样机方案、机器人项目开发、Arduino Uon

步骤12：点击“烧录”并选择“全部”。在烧录过程中尽量不要移动主控板，显示烧录成功即可。

步骤13：点击“测试”按钮，会在左侧的词条列表下面出现“候选命令”区。

步骤14：对着语音识别模块分别说出刚刚编辑的命令“后退”、“前进”、“左转”、“右转”、“拿起”、“放下”时，会在候选命令区出现

对应的识别结果。

步骤15：测试成功后，点击“停止”按钮，并“断开”连接，此时语音库即已配置完成。

3.2 示例程序

将机器人语音控制程序（ohmygod.ino）下载到主控板，实验效果可参考演示视频。

/*------------------------------------------------------------------------------------

Distributed under MIT license.See file LICENSE for detail or copy at

https://opensource.org/licenses/MIT

by 机器谱 2023-04-23 https://www.robotway.com/

------------------------------*/

/*******************************************************************************************************

实现功能：

用语音640实现语音小车；

实现思路：

将语音640安装好后，如果接收到命令为“前进”，小车前进1秒后停止；如果接收到命令为“后退”，小车

后退1秒后停止；如果接收到命令为“左转”，小车左转1秒后停止；如果接收到命令为“右转”，小车右转

1秒后停止；如果接收到命令为“拿起”，机械爪抓取物体；如果接收到命令为“放下”，机械爪释放物体

实验接线：

小车左轮接到D9，D10；

小车右轮接到D5，D6；

语音640模块接到扩展板的扩展坞上；

*******************************************************************************************************/

#include<ServoTimer2.h>;

ServoTimer2 servo_arm12;

ServoTimer2 servo_leg11;

#define servo_catch 63

#define servo_release 80

#define servo_up 30

#define servo_down 70

#include "HBR640.h" //语音640需要的函数库

#define DelayTime 1000//小车执行相关动作的时间；

HBR640 hbr640; //实例化一个语音识别模块

void setup(){

hbr640.open(); //开始进行语音识别

pinMode( 5 , OUTPUT);

pinMode( 6 , OUTPUT);

pinMode( 9 , OUTPUT);

pinMode( 10 , OUTPUT);//将直流电机设置为输出模式；

servo_arm12.attach(12);

servo_arm12.write(map(servo_release,0,180,500,2500));

servo_leg11.attach(11);

servo_leg11.write(map(servo_down,0,180,500,2500));

}

void loop(){

if(hbr640.isHeard()) //如果监测到识别语句

{

int value = hbr640.getSentence(); //获得识别语句的序号

switch (value)

{

case 0x00: MotorMode(1,DelayTime); hbr640.open();break;//如果接收到命令为“前进”，小车前进1秒后停止；

case 0x01: MotorMode(2,DelayTime); hbr640.open();break;//如果接收到命令为“后退”，小车后退1秒后停止；

case 0x02: MotorMode(3,DelayTime); hbr640.open();break;//如果接收到命令为“左转”，小车左转1秒后停止；

case 0x03: MotorMode(4,DelayTime); hbr640.open();break;//如果接收到命令为“右转”，小车右转1秒后停止；

case 0x04: down();delay(1000);Catch();delay(1000);up ();delay(1000); hbr640.open();break;//如果接收到命令为“拿起”，机械爪抓取物体

case 0x05: down();delay(1000);Release(); delay(1000);up ();delay(1000);hbr640.open();break;//如果接收到命令为“放下”，机械爪释放物体

default: break;

}

void Catch()//拿起

{

servo_arm12.write(map(servo_catch,0,180,500,2500));

}

void up ()//拿起

{

servo_leg11.write(map(servo_up,0,180,500,2500));

}

void Release()//放下

{

servo_arm12.write(map(servo_release,0,180,500,2500));

}

void down()//放下

{

servo_leg11.write(map(servo_down,0,180,500,2500));

}

void MotorMode(int mode,int t) //直流电机模式；

{

switch(mode)

{

case 1: Forward(t); break;

case 2: Back(t); break;

case 3: Left(t); break;

case 4: Right(t); break;

case 5: Stop(t); break;

}

void Forward(int t) //前进

{

digitalWrite(5,LOW);digitalWrite(6,LOW);

digitalWrite(10,HIGH);digitalWrite(9,HIGH);

delay(t); Stop(2);

}

void Back(int t) //后退

{

digitalWrite(10,LOW);digitalWrite(9,LOW);

digitalWrite(5,HIGH);digitalWrite(6,HIGH);

delay(t); Stop(2);

}

void Left(int t) //左转

{

digitalWrite(5,HIGH);digitalWrite(6,LOW);

digitalWrite(9,LOW);digitalWrite(10,HIGH);

delay(t); Stop(2);

}

void Right(int t) //右转

{

digitalWrite(5,LOW);digitalWrite(6,HIGH);

digitalWrite(10,LOW);digitalWrite(9,HIGH);

delay(t); Stop(2);

}

void Stop(int t) //停止

{

digitalWrite(5,HIGH);digitalWrite(6,HIGH);

digitalWrite(9,HIGH);digitalWrite(10,HIGH);

delay(t);

}

void serialEvent() //程序会自动调用该程序；

{

hbr640.lisen(); //在串口接收事件中调用语音识别的监听指令

}

观察语音控制效果（注意：将语音识别HBR640模块更改为运行模式）。

4. 资料清单

序号	内容
1	【R214】-语音控制-例程源代码
2	【R214】-语音控制-样机3D文件
3	语音识别模块HBR640

文件下载

【整体打包】-【R214】轮式机械臂小车-语音控制-资料附件.zip

10.17MB

下载7次

下载

机器谱——机器人共享方案网站

学习开发设计应用