机器谱

【R308】3自由度串联机械臂

作者：机器谱

图文展示3264(1)

图文展示3264(1)

副标题

电磁铁搬运

1、功能描述

     R308样机是一款拥有3自由度的串联机械臂。本文提供的示例所实现的功能为：在3自由度串联机械臂样机上安装电磁铁，实现电磁铁搬运物品的功能。

电磁铁搬运

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
舵机270°伺服电机
电池7.4V锂电池

其它

电磁铁、USB线


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

  版权说明：Copyright 2023 Robottime(Beijing) Technology Co., Ltd. All Rights Reserved.

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

           https://opensource.org/licenses/MIT

           by 机器谱 2023-01-31 https://www.robotway.com/

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/*

* Bigfish扩展板舵机口; 4, 7, 11, 3, 8, 12, 14, 15, 16, 17, 18, 19

* 使用软件调节舵机时请拖拽对应序号的控制块

*/

#include <Servo.h>


#define ANGLE_VALUE_MIN 0

#define ANGLE_VALUE_MAX 180

#define PWM_VALUE_MIN 500

#define PWM_VALUE_MAX 2500


#define SERVO_NUM 12


Servo myServo[SERVO_NUM];


int data_array[2] = {0,0};   //servo_pin: data_array[0], servo_value: data_array[1];

int servo_port[SERVO_NUM] = {4, 7, 11, 3, 8, 12, 14, 15, 16, 17, 18, 19};

int servo_value[SERVO_NUM] = {};


String data = "";


boolean dataComplete = false;


void setup() {

  Serial.begin(9600);

 

}


void loop() {

 

  while(Serial.available())

  {

    int B_flag, P_flag, T_flag;

    data = Serial.readStringUntil('\n');

    data.trim();

    for(int i=0;i<data.length();i++)

    {

      //Serial.println(data[i]);

      switch(data[i])

      {

        case '#':

          B_flag = i;  

        break;

        case 'P':

        {

          String pin = "";

          P_flag = i;

          for(int i=B_flag+1;i<P_flag;i++)

          {

            pin+=data[i];

          }

          data_array[0] = pin.toInt();

        }

        break;

        case 'T':

        {

          String angle = "";

          T_flag = i;

          for(int i=P_flag+1;i<T_flag;i++)

          {

            angle += data[i];

          }

          data_array[1] = angle.toInt();

          servo_value[pin2index(data_array[0])] = data_array[1];

        }

        break;

        default: break;

      }     

    }

   

    /*

    Serial.println(B_flag);

    Serial.println(P_flag);

    Serial.println(T_flag);

   

    for(int i=0;i<2;i++)

    {

      Serial.println(data_array[i]);

    }

    */

   

    dataComplete = true;

  }

 

  if(dataComplete)

  {

    for(int i=0;i<SERVO_NUM;i++)

    {

      ServoGo(i, servo_value[i]);

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

//      Serial.print(servo_value[i]);

//      Serial.print(" ");

    }

//    Serial.println();

      /*********************************++++++++++++***********************************/


    dataComplete = false;

  }

 


}


void ServoStart(int which){

  if(!myServo[which].attached() && (servo_value[which] != 0))myServo[which].attach(servo_port[which]);

      else return;

  pinMode(servo_port[which], OUTPUT);

}


void ServoStop(int which){

  myServo[which].detach();

  digitalWrite(servo_port[which],LOW);

}


void ServoGo(int which , int where){

  ServoStart(which);

  if(where >= ANGLE_VALUE_MIN && where <= ANGLE_VALUE_MAX)

  {

    myServo[which].write(where);

  }

  else if(where >= PWM_VALUE_MIN && where <= PWM_VALUE_MAX)

  {

    myServo[which].writeMicroseconds(where);

  }

}


int pin2index(int _pin){

  int index;

  switch(_pin)

  {

    case 4: index = 0; break;

    case 7: index = 1; break;

    case 11: index = 2; break;

    case 3: index = 3; break;

    case 8: index = 4; break;

    case 12: index = 5; break;

    case 14: index = 6; break;

    case 15: index = 7; break;

    case 16: index = 8; break;

    case 17: index = 9; break;

    case 18: index = 10; break;

    case 19: index = 11; break;

  }

  return index;

}

电路连接说明：

注：

① 270°伺服电机连接在Bigfish扩展板D4 . GND . VCC接口上

② 270°伺服电机连接在Bigfish扩展板D7 . GND . VCC接口上

③ 270°伺服电机连接在Bigfish扩展板D11 . GND . VCC接口上

电磁铁连接在Bigfish扩展板D9，D10接口上

3、运动控制

上位机：Controller 1.0

下位机编程环境：Arduino 1.8.19

3.1初始位置的设定

① 将Controller下位机程序servo_bigfish.ino直接下载到主控板。这段代码供Controller上位机与主控板通信，并允许调试舵机。代码如下：

下载完成后，保持主控板和电脑的USB连接，以便利用上位机进行调试。

② 双击打开Controller 1.0b.exe：

③ 界面左上角选择：设置-面板设置，弹出需要显示的调试块，可通过勾选隐藏不需要调试的舵机块：联机-选择主控板对应端口号以及波特率。

④ 拖动进度条，可以观察相应的舵机角度转动。写好对应的舵机调试角度，勾选左下角添加-转化，获得舵机调试的数组：

⑤ 将该数组直接复制到相应的Arduino程序中的get_coordinate（）部分进行使用。

3.2调试好角度后将电磁铁搬运例程（calculate_angle_test.ino）下载到主控板：

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           https://opensource.org/licenses/MIT

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  ------------------------------*/

#include <math.h>

#include <Servo.h>


#define SERVO_SPEED 3460                                        //定义舵机转动快慢的时间

#define ACTION_DELAY 200                                        //定义所有舵机每个状态时间间隔


#define L1 172

#define L2 160

#define L3 135


Servo myServo[6];


int f = 200;                                                    //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] = {1500, 1500, 1500, 0, 0, 0};              //定义舵机初始角度


double theta[3] = {};

float value_pwm[6] = {};

float coordinate[3] = {};

int data_num;


boolean dataComplete = false;


void setup() {

  Serial.begin(9600);

  pinMode(9, OUTPUT);

  pinMode(10, OUTPUT);

  for(int i=0;i<servo_num;i++){

    ServoGo(i,value_init[i]);

  }

 

  get_coordinate(160, 0, 45);

  delay(1000);

}


void loop() {

  get_coordinate(125, 100, 45);

  get_coordinate(125, 100, 20);

  delay(1000);

  put();

  get_coordinate(125, 100, 45);

  get_coordinate(125, 100, 20);

  delay(500);

  get();

  get_coordinate(125, 100, 45);

 

 

  get_coordinate(158, 5, 80);

  get_coordinate(158, 5, 51);

  delay(1000);

  put();

  get_coordinate(158, 5, 80);

  get_coordinate(158, 5, 51);

  delay(500);

  get();

  get_coordinate(110, 0, 158);

 

  get_coordinate(100, -80, 116);

  delay(1000);

  put();

  get_coordinate(100, -80, 140);

  get_coordinate(100, -80, 116);

  delay(500);

  get();

  get_coordinate(100, -80, 140);

 

  get_coordinate(110, 0, 160);

  get_coordinate(158, 5, 51);

  delay(1000);

  put();

  get_coordinate(158, 5, 80);

  get_coordinate(158, 5, 51);

  delay(500);

  get();

  get_coordinate(160, 5, 80);

  delay(200);

}


void get_coordinate(float x, float y, float z){

  coordinate[0] = x;

  coordinate[1] = y;

  coordinate[2] = z;

 

  angle();

}


void angle(){

  calculate_position(coordinate);

 

  for(byte i=0;i<3;i++){  

    value_pwm[i] = map(theta[i], 0, 180, 500, 2500);

  }

 

  servo_move(value_pwm[0], value_pwm[1], value_pwm[2], 0, 0, 0);

  dataComplete = false;


}


void calculate_position(float coordinate[3]){

  float a, b, c, posX, posY, posZ;

  double theta0, theta1, theta2;


  a = L2;

  b = L3;

 

  posX = coordinate[0] == 0 ? 1 : coordinate[0];

  posY = coordinate[1];

  posZ = coordinate[2];


  theta0 = atan(posX / posY);

  c = sqrt(posX * posX / sq(sin(theta0)) + sq(posZ - L1));


  theta2 = acos((a * a + b * b - c * c) / (2 * a * b));

  theta1 = asin((posZ - L1) / c) + acos((a * a + c * c - b * b) / (2 * a * c));


  if(theta0 >= 0){

    theta[0] = theta0 * 180 / PI;

  }

  else

  {

    theta[0] = 180 + theta0 * 180 / PI;

  }


  theta[1] = 90 - theta1 * 180 / PI;

  theta[2] = theta2 * 180 / PI;

//   Serial.print("theta0 = ");

//   Serial.println(theta[0]);

//   Serial.print("theta1 = ");

//   Serial.println(theta[1]);

//   Serial.print("theta2 = ");

//   Serial.println(theta[2]);

//   Serial.println("-------------------------------------");


}


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].writeMicroseconds(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;

  }

 

  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];

    }

   

    for(int j=0;j<servo_num;j++)

    {

      ServoGo(j,value_init[j]);

    }

    delayMicroseconds(SERVO_SPEED);

  }

 

 

}


void get(){

  digitalWrite(9, HIGH);

  digitalWrite(10, LOW);

  delay(1000);

}


void put(){

  digitalWrite(9, LOW);

  digitalWrite(10, LOW);

  delay(1000);

}

4、资料清单

序号

内容
1

R308-电磁铁搬运-程序源代码

2

R308-电磁铁搬运-样机3D文件

3

Controller1.0b资料包


文件下载
【整体打包】-【R308】3自由度串联机械臂-电磁铁搬运-资料附件.zip
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