手把手教你做Arduino隨動(dòng)機(jī)械臂

1、手把手教你做隨動(dòng)機(jī)械臂手把手教你做隨動(dòng)機(jī)械臂課程作業(yè)主題:單片機(jī)硬件開(kāi)發(fā)平臺(tái)課程名稱(chēng)：計(jì)算機(jī)硬件基礎(chǔ)項(xiàng)目介紹項(xiàng)目介紹l課程作業(yè)項(xiàng)目名稱(chēng)：基于單片機(jī)系統(tǒng)的四自由度隨動(dòng)機(jī)械臂l子項(xiàng)目: （1）了解Arduino Leonardo這款硬件開(kāi)發(fā)平臺(tái)； （2）制作隨動(dòng)機(jī)械臂 （3）了解SSC32路舵機(jī)控制器的用法；l 項(xiàng)目介紹：項(xiàng)目旨在制作一臺(tái)小型四自由度機(jī)械臂，控制方式為隨動(dòng)控制（即用一種用電位器制作操縱桿，使舵機(jī)擺過(guò)的角度電位器的旋鈕，從而達(dá)到機(jī)械臂跟隨操縱桿運(yùn)動(dòng)的一種控制方式），此機(jī)械臂通過(guò)利用Arduino Leonardo這款硬件開(kāi)發(fā)平臺(tái)作為處理器，電位器為輸入設(shè)備，舵機(jī)為輸出設(shè)備，搭建起以A

2、rduino Leonardo為核心的機(jī)械臂系統(tǒng)。圖2，機(jī)械臂主體圖1，機(jī)械臂主體和Arduino連接 實(shí)驗(yàn)視頻鏈接子項(xiàng)目子項(xiàng)目1：什么是：什么是Arduino Leonardo？圖三，我所用的Arduino Leonardo名 稱(chēng)：Arduino Leonardo概 述：ATmega32u4編 號(hào)：A000057廠 商：AtmelArduino Leonardo的處理器核心是ATmega32u4，同時(shí)具有20路數(shù)字輸入/輸出口（其中7路可作為PWM輸出，12路模擬輸入），一個(gè)16MHz晶體振蕩器，一個(gè)USB接口，一個(gè)電源插座，一個(gè)ICSP header和一個(gè)復(fù)位按鈕。子項(xiàng)目子項(xiàng)目1：什么是：

3、什么是Arduino Leonardo？l概要概要1.處理器 ATmega32u42.工作電壓 5V3.輸入電壓（推薦） 7-12V4.輸入電壓（范圍） 6-20V5.數(shù)字IO腳 20 (其中7路作為PWM輸出）6.模擬輸入腳 127.IO腳直流電流 40 mA8.3.3V腳直流電流 50 mA9.Flash Memory 32 KB （ATmega32u4， 其中4 KB 用于 bootloader,即引入程序）1.SRAM 2.5 KB （ATmega32u4）2.EEPROM 1 KB （ATmega32u4）3.工作時(shí)鐘 16 MHz 電源電源Arduino UNO可以通過(guò)2種方式供電

4、，而且能自動(dòng)選擇供電方式外部直流電源通過(guò)電源插座供電。USB接口直接供電。 存儲(chǔ)器存儲(chǔ)器ATmega32u4包括了片上32KB Flash，其中4KB用于Bootloader。同時(shí)還有2.5KB SRAM和1KB EEPROM。USB接口外接電源接口子項(xiàng)目子項(xiàng)目1：什么是：什么是Arduino Leonardo？l輸入輸出輸入輸出l20路數(shù)字輸入輸出口：工作電壓為5V，每一路能輸出和接入最大電流為40mA。每一路配置了20-50K歐姆內(nèi)部上拉電阻（默認(rèn)不連接)。除此之外，有些引腳有特定的功能 串口信號(hào)RX（0號(hào)）、TX（1號(hào)）: 與內(nèi)部 ATmega32U4 USB-to-TTL 芯片相連，提

5、供TTL電壓水平的串口接收信號(hào)。外部中斷（2號(hào)和3號(hào)）：觸發(fā)中斷引腳，可設(shè)成上升沿、下降沿或同時(shí)觸發(fā)。脈沖寬度調(diào)制PWM（3、5、6、9、10 、11、13）：提供7路8位PWM輸出。SPI（10(SS)，11(MOSI)，12(MISO)，13(SCK)）：SPI通信接口。LED（13號(hào)）：Arduino專(zhuān)門(mén)用于測(cè)試LED的保留接口，輸出為高時(shí)點(diǎn)亮LED，反之輸出為低時(shí)LED熄滅。l模擬輸入A0到A5、A6到A11：每一路具有10位的分辨率（即輸入有1024個(gè)不同值），默認(rèn)輸入信號(hào)范圍為0到5V，可以通過(guò)AREF調(diào)整輸入上限。除此之外，有些引腳有特定功能lAREF：模擬輸入信號(hào)的參考電壓。l

6、Reset：信號(hào)為低時(shí)復(fù)位單片機(jī)芯片。l通信接口通信接口l串口：ATmega32U4內(nèi)置的UART可以通過(guò)數(shù)字口0（RX）和1（TX）與外部實(shí)現(xiàn)串口通信；ATmega32U4可以訪問(wèn)數(shù)字口實(shí)現(xiàn)USB上的虛擬串口。lTWI（兼容I2C）接口lSPI 接口l物理特征物理特征lArduino UNO的最大尺寸為2.7 x 2.1 inches。l開(kāi)發(fā)環(huán)境開(kāi)發(fā)環(huán)境lArduino 1.0.1 開(kāi)發(fā)語(yǔ)言為C語(yǔ)言圖四，開(kāi)發(fā)環(huán)境子項(xiàng)目子項(xiàng)目2：制作隨動(dòng)機(jī)械臂：制作隨動(dòng)機(jī)械臂l原理圖：V V V V V V V V VUSB（連至電腦）Analog Input(PWM)Analog InputArduino

7、LeonardoVV+=5VV+=5V舵機(jī)（servo）有三條接線，分別為信號(hào)線（signal），電源線（V+）和地線signal電位器（pot）有三根線，其中電刷連接的變阻線接板子的模擬輸入子項(xiàng)目子項(xiàng)目2：制作隨動(dòng)機(jī)械臂：制作隨動(dòng)機(jī)械臂l實(shí)際連接圖（以一號(hào)舵機(jī)為例）：舵機(jī)電位器子項(xiàng)目子項(xiàng)目2：制作隨動(dòng)機(jī)械臂：制作隨動(dòng)機(jī)械臂l程序源代碼（一個(gè)舵機(jī)） #include / 開(kāi)發(fā)環(huán)境Arduino 1.0.1中有此庫(kù) Servo myservo; / 創(chuàng)建一個(gè)舵機(jī)項(xiàng)目（myservo）以操控一個(gè)舵機(jī) int potpin = 0; / 模擬輸入接口0號(hào)口接電位器int val; / 引入變量讀取電

8、位器輸入的電壓值 void setup() myservo.attach(9); / 把舵機(jī)連接至九號(hào)PWM輸出口上 void loop() val = analogRead(potpin); / 從電位器上讀取電壓值（從0到1023） val = map(val, 0, 1023, 0, 179); / 用map函數(shù)將電壓值轉(zhuǎn)化成要控制的舵機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)角度 myservo.write(val); / 將輸出角度讀出控制舵機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng) delay(15); / 等待舵機(jī)達(dá)到指定位置 子項(xiàng)目子項(xiàng)目2：制作隨動(dòng)機(jī)械臂：制作隨動(dòng)機(jī)械臂l當(dāng)控制四個(gè)舵機(jī)時(shí)，程序變成：#include Servo myservo1

9、;Servo myservo2;Servo myservo3;Servo myservo4; int potpin1 = 0; int potpin2 = 1;int potpin3 = 2;int potpin4 = 3;int val1; int val2;int val3;int val4; void setup() myservo1.attach(9); myservo2.attach(10); myservo3.attach(11); myservo4.attach(13); void loop() val1 = analogRead(potpin1); val2 = analogR

10、ead(potpin2); val3 = analogRead(potpin3); val4 = analogRead(potpin4); val1 = map(val1, 0, 1023, 0, 179); val2 = map(val2, 0, 1023, 0, 179); val3 = map(val3, 0, 1023, 0, 179); val4 = map(val4, 0, 1023, 0, 179); myservo1.write(val1); myservo2.write(val2); myservo3.write(val3); myservo4.write(val4); de

11、lay(15); 圖5，Arduino1.0.1中的四自由度機(jī)械臂隨動(dòng)控制程序在制作硬件之前，可以現(xiàn)將此程序拷入板子子項(xiàng)目子項(xiàng)目2：制作隨動(dòng)機(jī)械臂：制作隨動(dòng)機(jī)械臂l材料：1.Arduino Leonardo板一個(gè)，miniUSB數(shù)據(jù)線一條（接電腦用）。2.舵機(jī)：普通模擬180度舵機(jī)一個(gè)（盛輝mg996R即可）；9g小型舵機(jī)2個(gè)；2.5g微型舵機(jī)一個(gè)。3.電位器4個(gè)（1K 1W，其實(shí)具體型號(hào)無(wú)所謂，1K左右的低功耗的就行，旋轉(zhuǎn)角盡量接近180度，因?yàn)檫x取的舵機(jī)都是180度的舵機(jī)）子項(xiàng)目子項(xiàng)目2：制作隨動(dòng)機(jī)械臂：制作隨動(dòng)機(jī)械臂l材料：4.杜邦線若干（公母頭的都要有哦）。5.舵機(jī)擺臂若干，各種型號(hào)螺

12、絲若干。l工具 各種螺絲刀（必須的），強(qiáng)力膠水（加固用），電烙鐵， 焊錫等技術(shù)宅必備電工用具。暫時(shí)還沒(méi)買(mǎi)烙鐵架。子項(xiàng)目子項(xiàng)目2：制作隨動(dòng)機(jī)械臂：制作隨動(dòng)機(jī)械臂l準(zhǔn)備工作：1.將程序校檢后拷入板子2.先將舵機(jī)編號(hào)，再將電位器按照舵機(jī)順序編號(hào)3.將杜邦線與電位器連接好（杜邦線母頭可以正 好插入電位器引腳）4.將舵機(jī)杜邦線的母頭改造為公頭（這是因?yàn)锳rduino板子上的連接口全部都是母頭，所以舵機(jī)連不上的緣故，強(qiáng)烈建議Arduino將來(lái)出帶公頭的板子！改造接線花了我不少時(shí)間）圖7，程序的校檢圖8，電位器編號(hào)和舵機(jī)的編號(hào)圖9，接頭被破壞時(shí)的慘狀圖10，改造后的接口（中間插上細(xì)鐵絲再焊牢，再包上絕緣膠布

13、）1 2 3 4子項(xiàng)目子項(xiàng)目2：制作隨動(dòng)機(jī)械臂：制作隨動(dòng)機(jī)械臂1. 將舵機(jī)擺臂以合適角度固定在舵機(jī)上。正式開(kāi)始搭建！正式開(kāi)始搭建！子項(xiàng)目子項(xiàng)目2：制作隨動(dòng)機(jī)械臂：制作隨動(dòng)機(jī)械臂2. 用自攻螺絲在二號(hào)三號(hào)舵機(jī)的側(cè)部中央鉆孔（力氣活），但注意不要傷到里面的電路！正式開(kāi)始搭建！正式開(kāi)始搭建！子項(xiàng)目子項(xiàng)目2：制作隨動(dòng)機(jī)械臂：制作隨動(dòng)機(jī)械臂3.如圖搭建機(jī)械臂，注意小臂是用舊的電池架彎曲制成，如果沒(méi)有，可以找相似的材料代替。搭建完畢后要注意將線繞整齊，不要妨礙到機(jī)械臂的動(dòng)作。子項(xiàng)目子項(xiàng)目2：制作隨動(dòng)機(jī)械臂：制作隨動(dòng)機(jī)械臂發(fā)揮你的想象力！圖11，可以給機(jī)械臂裝上不同零件，讓它更像一只手臂子項(xiàng)目子項(xiàng)目2：制作隨動(dòng)機(jī)械臂：制作隨動(dòng)機(jī)械臂圖12，肩部特寫(xiě)2號(hào)舵機(jī) 3號(hào)舵機(jī)圖13，肘部特寫(xiě)4號(hào)舵機(jī)子項(xiàng)目子項(xiàng)目2：制作隨動(dòng)機(jī)械臂：制作隨動(dòng)機(jī)械臂4.按照原理圖逐步搭建電路圖12，一個(gè)關(guān)節(jié)控制電路的搭建按照原理圖搭建電路，注意：一號(hào)電位器信號(hào)輸出端接A0；二號(hào)電位器接A1；三號(hào)電位器接A4；四號(hào)接A5。一號(hào)舵機(jī)信號(hào)輸