3自由度并联绘图机器人实现写字功能（二）

机器谱 · 发表于 2023-4-23 09:49:51

本帖最后由机器谱于 2023-4-23 09:49 编辑

1. 功能说明
本文示例将实现R305b样机3自由度并联绘图机器人写字的功能。本实验使用的样机是用探索者兼容零件制作的。

2. 电子硬件
在这个示例中，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	触碰传感器
电池	7.4V锂电池

3. 功能实现
3.1建立坐标系
我们需要先对3自由度并联绘图机器人进行极限位置调节，下图中为左极限位置，右极限位置与其对称。3自由度并联绘图机器人绘图主要由图中所示两个伺服电机控制。

3.2 硬件连接
      ① 触碰传感器连接Bigfish扩展板A0端口
      ② 左侧舵机连接Bigfish扩展板D4号引脚
      ③ 右侧舵机连接Bigfish扩展板D7号引脚
      ④ 控制底部连杆的舵机连接到Bigfish扩展板D11号引脚

3.3 示例程序
编程环境：Arduino 1.8.19
实现思路：接通电源后，等待3秒，按下触碰传感器，3自由度并联绘图机器人开始依次写出“王”、“云”、“飞”三个汉字。
将参考例程（ThreeServo_Writing.ino）下载到主控板：

/*------------------------------------------------------------------------------------
Distributed under MIT license.See file LICENSE for detail or copy at
https://opensource.org/licenses/MIT
by 机器谱 2023-04-03 https://www.robotway.com/
------------------------------*/
/*******************************************************************************************************
实现功能：
三自由度舵机组成的机械臂实现写字；
实现思路：
接通电源后，等待3秒，按下触碰传感器，3自由度并联绘图机器人开始依次写出“王”、“云”、“飞”三个汉字
实验接线：
触碰传感器接到A0；
控制左边连杆的舵机接到D4；
控制右边连杆的舵机接到D7；
控制底部连杆的舵机接到D11；
*******************************************************************************************************/
#include <Servo.h> //驱动舵机需要的函数库
#define SERVOLEFTNULL 500 //左侧舵机转动到0度的值
#define SERVORIGHTNULL 500 //右侧舵机转动到0度的值
#define SERVOFAKTORLEFT 603 //左侧舵机转动到0度右侧舵机转动到90度时的值
#define SERVOFAKTORRIGHT 610 //左侧舵机转动到90度右侧舵机转动到180度时的值
#define LIFT0 1500 //落笔写字时舵机转动的值
#define LIFT1 1800 //一笔写完换笔时舵机转动的值
#define LIFT2 1400 //初始及完成写字后抬笔时舵机的值
#define SERVOPINLEFT 4 //定义左边舵机要连接的引脚；
#define SERVOPINRIGHT 7 //定义右边舵机要连接的引脚；
#define SERVOPINLIFT 11 //定义底部舵机要链接的引脚；
#define TouchSensor A0 //触碰传感器连接的引脚
#define LIFTSPEED 1500 //定义抬笔落笔时舵机转动的速度
#define L1 90 //定义与舵机相连杆的长度 mm
#define L2 117.6 //定义与舵机相连杆的端点铰接处中心到笔中心的距离 mm
#define L3 31.6 //定义中间杆顶端铰接处中心到笔的距离 mm
#define X1 40.0 //定义左侧舵机中心轴到原点在X方向上的距离
#define Y1 -42 //定义左侧舵机中心轴到X轴的垂直距离
#define X2 111.4 //定义右侧舵机中心轴到原点在X方向上的距离
#define Y2 -42 //定义右侧舵机中心轴到到X轴的垂直距离
//坐标系建立第一象限，X轴方向为140mm,Y轴方向为120mm，选取坐标点时Y值建议大于70
int coAry[10][10][2] = {
//汉字王
{{25,110},{0,0},{51,110},{1,1}},
{{26,98},{0,0},{49,98},{1,1}},
{{25,84},{0,0},{51,84},{1,1}},
{{37,110},{0,0},{37,84},{1,1}},
//汉字云
{{61,110},{0,0},{81,110},{1,1}},
{{58,100},{0,0},{85,100},{1,1}},
{{68,100},{0,0},{62,85},{86,85},{1,1}},
{{80,96},{0,0},{91,82},{1,1}},
//汉字飞
{{99,110},{0,0},{114,110},{114,98},{115,90},{115,86},{118,84},{121,82},{126,88},{1,1}},
{{121,103},{0,0},{116,98},{122,94},{1,1}}
};
int servoLift = LIFT2;
Servo servo1; //声明舵机1
Servo servo2; //声明舵机2
Servo servo3; //声明舵机3
volatile double lastX = 25; //笔初始坐标值
volatile double lastY = 110;
void setup() {
Serial.begin(9600); //开启串口通信
servo1.attach(SERVOPINLEFT);
servo2.attach(SERVOPINRIGHT);
servo3.attach(SERVOPINLIFT); //声明舵机引脚；
servo3.writeMicroseconds(LIFT0+500); //初始化机械身躯的高度；
drawTo(lastX,lastY); //舵机初始角度；
delay(3000);
}
void Waiting() //直到触碰传感器触发，程序开始运行
{
while(digitalRead(TouchSensor)){
delay(2);
}
delay(1000);
}
void loop() {
Waiting();//直到触碰传感器触发，程序开始运行
if(1)
{
if(!servo1.attached()) servo1.attach(SERVOPINLEFT);
if(!servo2.attached()) servo2.attach(SERVOPINRIGHT);
if(!servo3.attached()) servo3.attach(SERVOPINLIFT);
lift(2);
//汉字坐标处理
for(int i=0;i<10;i++)
{
for(int j=0;j<10;j++)
{
int x = coAry[i][j][0];
int y = coAry[i][j][1];
if(x == 0 && y == 0)
{
lift(0);
continue;
}
else if(x == 1 && y == 1)
{
lift(1);
break;
}
drawTo(x,y);
}
}
lift(2);
servo1.detach();
servo2.detach();
servo3.detach();
}
delay(1/0); //程序一直处于等待状态；（类似于死循环）
}
//抬笔舵机转动函数，三个动作，落笔、换笔、起笔, 0 ,1, 2
void lift(char lift)
{
switch(lift)
{
case 0:
Serial.println("lift0");
if(servoLift >= LIFT0)
{
while(servoLift >= LIFT0)
{
servoLift--;
servo3.writeMicroseconds(servoLift);
delayMicroseconds(LIFTSPEED);
}
}
else
{
while(servoLift <= LIFT0)
{
servoLift++;
servo3.writeMicroseconds(servoLift);
delayMicroseconds(LIFTSPEED);
}
}
break;
case 1:
Serial.println("lift1");
if(servoLift >= LIFT1)
{
while(servoLift >= LIFT1)
{
servoLift--;
servo3.writeMicroseconds(servoLift);
delayMicroseconds(LIFTSPEED);
}
}
else
{
while(servoLift <= LIFT1)
{
servoLift++;
servo3.writeMicroseconds(servoLift);
delayMicroseconds(LIFTSPEED);
}
}
break;
case 2:
Serial.println("lift2");
if(servoLift >= LIFT2)
{
while(servoLift >= LIFT2)
{
servoLift--;
servo3.writeMicroseconds(servoLift);
delayMicroseconds(LIFTSPEED);
}
}
else
{
while(servoLift <= LIFT2)
{
servoLift++;
servo3.writeMicroseconds(servoLift);
delayMicroseconds(LIFTSPEED);
}
}
break;
default:break;
}
}
//笔移动函数，参数为点坐标值，计算两点坐标距离来控制笔移动
void drawTo(double pX, double pY) {
double dx, dy, c;
int i;
Serial.println(pX);
Serial.println(pY);
// dx dy of new point
dx = pX - lastX;
dy = pY - lastY;
//path lenght in mm, times 4 equals 4 steps per mm
c = floor(10 * sqrt(dx * dx + dy * dy));
if (c < 1) c = 1;
for (i = 0; i <= c; i++) {
// draw line point by point
set_XY(lastX + (i * dx / c), lastY + (i * dy / c));
}
lastX = pX;
lastY = pY;
}
double return_angle(double a, double b, double c) {
// cosine rule for angle between c and a
return acos((a * a + c * c - b * b) / (2 * a * c));
}
//用各种三角函数把位置坐标换算成舵机的角度，如何计算，请参考
//http://www.thingiverse.com/thing:248009/
void set_XY(double Tx, double Ty)
{
delay(1);
double dx, dy, c, a1, a2, Hx, Hy;
// calculate triangle between pen, servoLeft and arm joint
// cartesian dx/dy
dx = Tx - X1;
dy = Ty - Y1;
// polar lemgth (c) and angle (a1)
c = sqrt(dx * dx + dy * dy); //
a1 = atan2(dy, dx); //
a2 = return_angle(L1, L2, c);
//Serial.println(floor(((M_PI-a1 - a2) * SERVOFAKTORLEFT) + SERVOLEFTNULL));
servo1.writeMicroseconds(floor(((M_PI-a1 - a2) * SERVOFAKTORLEFT) + SERVOLEFTNULL));
// calculate joinr arm point for triangle of the right servo arm
a2 = return_angle(L2, L1, c);
Hx = Tx + L3 * cos((a1 - a2 + 0.621) + M_PI); //36,5掳
Hy = Ty + L3 * sin((a1 - a2 + 0.621) + M_PI);
// calculate triangle between pen joint, servoRight and arm joint
dx = Hx - X2;
dy = Hy - Y2;
c = sqrt(dx * dx + dy * dy);
a1 = atan2(dy, dx);
a2 = return_angle(L1, (L2 - L3), c);
//Serial.println(floor(((M_PI - a1 + a2) * SERVOFAKTORRIGHT) + SERVORIGHTNULL));
servo2.writeMicroseconds(floor(((M_PI - a1 + a2) * SERVOFAKTORRIGHT) + SERVORIGHTNULL));
}

复制代码

4. 资料下载
资料内容：
①写字2-例程源代码
②写字2-样机3D文件
资料下载地址：https://www.robotway.com/h-col-205.html

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