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淺談彩焰黑章魚(yú)舞蹈機器人的軟件設計論文
舞蹈機器人作為智能服務(wù)機器人的雛形，不僅為機器人學(xué)、控制理論、機電一體化及其它相關(guān)學(xué)科提供了良好的實(shí)驗平臺，而且為進(jìn)一步研究智能服務(wù)機器人提供了借鑒經(jīng)驗。機器人舞蹈既具有極強的觀(guān)賞和趣味性，更是一個(gè)系統化的工程設計。
我們設計的機器人以單片機為中央處理器，設計并實(shí)現了基于PWM技術(shù)的關(guān)節電機速度控制電路，形成了對機器人舞蹈動(dòng)作的控制。機器人整體是靠腳下的輪子用步進(jìn)電機驅動(dòng)而移動(dòng)的，同時(shí)控制兩臺步進(jìn)電機的轉速和轉速比可以進(jìn)行縱、橫、斜任意方向的移動(dòng)。把動(dòng)作形式用程序預先存儲在只讀存儲器ROM中。表演時(shí)隨著(zhù)音樂(lè )的播放章魚(yú)手臂動(dòng)作和身體的移動(dòng)同時(shí)進(jìn)行，并在此基礎上為機器人安置冷煙火以達到更高的可觀(guān)賞性和趣味性。
軟件設計在控制系統設計中是相當重要的，它實(shí)現的好壞也直接關(guān)系到彩焰黑章魚(yú)舞姿的“優(yōu)美”與否。在機械結構設計中采用兩種不同的電機驅動(dòng)方式，分別是直流電機驅動(dòng)和伺服電機驅動(dòng)。故采用兩種不同的軟件編程平臺即采用納英特機器人積木式編程平臺來(lái)控制直流電機，用機器人快車(chē)的編程平臺來(lái)間接控制伺服電機。
1中鳴機器人快車(chē)系統
1.1功能介紹：
機器人快車(chē)系統采用基于工程C的圖形化、模塊化編程語(yǔ)言，全部功能模塊使用圖標表示，遵循自頂向下的編程邏輯思維過(guò)程。只需要簡(jiǎn)單地拖放相應的功能模塊圖標，繪制出流程圖，機器人快車(chē)系統就能自動(dòng)生成可視化c源代碼，幫助輕松完成編程，快速掌握如何控制機器人。機器人快車(chē)系統是圖形化編程，比傳統的文本編程更加高級。機器人快車(chē)貫徹了模塊化的思路，擁有強大的模塊封裝和管理功能，方便愛(ài)好者相互之間的自由交流，培養團隊合作精神。
1.2特征
由于中鳴數碼微型伺服馬達控制器對伺服控制信號沒(méi)有存儲能力，所以我們用中鳴機器人快車(chē)系統軟件來(lái)存儲控制信號，通電后中鳴數碼微型伺服馬達控制器會(huì )向中鳴機器人快車(chē)發(fā)送控制信號，以驅動(dòng)18個(gè)伺服電機動(dòng)作。
程序編制的特點(diǎn)是：一塊控制器分時(shí)控制多個(gè)電機動(dòng)作，電機工作穩定可靠，且速度調節十分方便。在此基礎上我們?yōu)闄C器人選擇了一套節奏較慢，節拍感較強的英文歌。并以音樂(lè )為背景，為機器人設計了一套舞姿。在手動(dòng)狀態(tài)下，機器人表演起了舞蹈。
為了編程方便，需要給觸手編號即1～6號。同時(shí)每個(gè)觸手的3個(gè)伺服電機應按從上往下依次排列插在控制板上。舞蹈的編排主要是控制各個(gè)伺服電機轉過(guò)的角度，控制電機的個(gè)數由少到多，動(dòng)作由簡(jiǎn)單到復雜。盡量讓舞步與舞步之間沒(méi)有重復動(dòng)作。每個(gè)動(dòng)作的時(shí)間也應該有所限制，根據不同的舞步，更改發(fā)送信號的時(shí)間。舞步的編排盡量是按照同時(shí)動(dòng)作的觸手逐一增加的順序。盡量讓舞步編排復雜化，體現動(dòng)作創(chuàng )新性、音樂(lè )的諧性和藝術(shù)觀(guān)賞性。編程時(shí)應用圖形化模塊編程，然后將自動(dòng)生成C語(yǔ)言代碼。
1.3調試和優(yōu)化：這是制作機器人的最后一步，包括結構的合理化，外觀(guān)的美化，程序的優(yōu)化等。
2納英特機器人積木式圖形化編程系統
2.1系統介紹
2.1.1概述：納英特機器人圖形化系統是一個(gè)為用戶(hù)提供全面的機器人教育與競賽解決方案的綜合系統。
系統集入門(mén)與高級應用于一體，實(shí)時(shí)提供最新的機器人解決方案與該領(lǐng)域的最新信息，豐富用戶(hù)的機器人知識儲備，為鉆研機器人技術(shù)、開(kāi)展機器人教學(xué)、參加機器人競賽提供有力的支持。
積木式編程與常規的計算機編程有所不同，納英特機器人積木式編程軟件在使用時(shí)不用關(guān)心語(yǔ)言實(shí)現的細節，同時(shí)也避免了編程中經(jīng)常會(huì )出現的語(yǔ)法錯誤。納英特機器人積木式編程平臺采用的就是流程圖模型。每一個(gè)積木模塊都可以完成一定的功能，只要按程序編寫(xiě)的邏輯連接這些模塊就可以很快的完成一個(gè)程序的編寫(xiě)。
2.1.2使用通用庫函數說(shuō)明：庫函數文件為機器人提供了標準C的接口函數。這些函數是用C或者匯編語(yǔ)言寫(xiě)成的驅動(dòng)程序。庫函數提供了諸如控制電機，發(fā)出聲音，輸入傳感器值等功能。而編程中僅使用用于控制伺服電機的庫函數。
2.1.3使用的執行器模塊庫
2.1.3.1移動(dòng)模塊：該模塊主要完成機器人的直行、轉向動(dòng)作。0、1號電機分別代表機器人的左、右電機。通過(guò)功率大小滾動(dòng)條的拖拉或者功率數值輸入框的輸入可以設定電機的運行功率�！埃北硎倦姍C反轉。功率絕對數值越大，電機轉速越快。
2.1.3.2延時(shí)模塊：該模塊主要實(shí)現延續機器人的上一個(gè)動(dòng)作狀態(tài)。主要和移動(dòng)模塊或者擴展電機模塊相搭配，實(shí)現機器人移動(dòng)或者某個(gè)動(dòng)作的延續性。
2.1.3.3停止模塊：該模塊主要實(shí)現停止電機運轉�？蓪�(shí)現所有電機停止運轉，也可以設定停止一個(gè)或幾個(gè)電機。
停止所有電機，則給“停止所有電機”打上“”。
停止一個(gè)或幾個(gè)電機，去掉“停止所有電機”的“”，選擇停止對象。
2.2程序編寫(xiě)
打開(kāi)納英特機器人積木式編程平臺，新建流程圖文件；首先添加循環(huán)模塊：用鼠標雙擊模塊庫區“控制模塊庫”，從中選擇“多次循環(huán)模塊”，拖放至流程圖區。詳細操作如下：對準“多次循環(huán)模塊”按下鼠標左鍵不放，拖拉至流程圖中，待方向線(xiàn)變成紅色時(shí)，即可送開(kāi)鼠標。同時(shí)也可以使用C語(yǔ)言文件直接編寫(xiě)程序，或使用LOGO語(yǔ)言文件編寫(xiě)程序。三種方法都可以實(shí)現相同的編程要求，在編程時(shí)可以根據所需自由選擇編程方式。讓程序的編寫(xiě)更加靈活，讓復雜問(wèn)題簡(jiǎn)單化，給編程著(zhù)帶來(lái)了很多方便，這也是我們選擇納英特編程的主要原因。程序編寫(xiě)完畢，先保存該文件。
積木式機器人主板提供四路直流電機驅動(dòng)接口，直接引線(xiàn)到端口即可。直流減速電機的正接與反接都會(huì )造成電機輪子的正傳與反轉.將四個(gè)電機分別接入：“motor0口”“motor1口”“motor2口”“motor3口”，然后在采用C語(yǔ)言按模塊化的編程思想編寫(xiě)。
為了提高舞蹈動(dòng)作的復雜程度，決定通過(guò)驅動(dòng)直流電機的轉動(dòng)來(lái)配合觸手的動(dòng)作，使舞蹈動(dòng)作變的豐富而又靈活。
3程序的下載及運行
將隨機配套的數據線(xiàn)一端接計算機上的串行通訊口，一端接納英特機器人主電路板上的通訊口。連接好后，“編譯下載”按軟件提示即可下載到機器人。下載完成后可脫機運行。
4調試程序
啟動(dòng)納英特機器人，檢查機器人是否按要求運行，如果與預定的情況不符，就要在原程序基礎上調整對應的參數直至符合要求。比如偏轉的角度不合要求，就需要對轉向時(shí)的馬達功率、轉向時(shí)間等參數進(jìn)行調整，直到符合要求為止。
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