-
搬运机器人教材
———基于
Arduino
开发平台<
/p>
V1.0
目录
一、机器人的组装
.
..............................................
..................................................
.............................. 1
1
Arduino
搬运机器人教材
1.1.
组装工具
.
..................................................
..................................................
.......................... 1
1.2.
部件装配
.
..................................
..................................................
..........................................
1
二、系统概述
< br>.
...................................
..................................................
...............................................
10
2.1.
Arduino
介绍
.......
..................................................
..................................................
........... 10
2.2.
Arduino
驱动安装
.....
..................................................
..................................................
..... 14
2.3.
Arduino IDE
菜单介绍
<
/p>
.
............................
..................................................
........................ 20
三、实验操作
.
................................................ .................................................. .................................. 25
3.1
数字舵机实验
.
.................................
..................................................
.................................. 25
3.1.1
舵机介绍
.
.................................
..................................................
............................... 25
3.1.2
舵机的内部结构
.
..............................
..................................................
...................... 25
3.1.3
舵机的控制协议
.
...............................
..................................................
...................... 29
3.1.4
舵机实验操作
.
...............................
..................................................
......................... 30
3.2
模拟舵机实验
.
.................................
..................................................
.................................. 32
3.3
红外避障实验
.
.................................
..................................................
.................................. 36
四、使用说明
.
................................................ .................................................. .................................. 39
4.1.
接线端口介绍
.
.................................
..................................................
................................... 39
4.2.
操作说明
< br>.
...................................
..................................................
.........................................
39
2
Arduino
搬运机器人教材
注意事项
请认真阅读该手册并注意产品功能和用途说明。
本手册在
CD
光盘上以
PDF
格式提供，
如
有需要可以进行复
制或打印。
该手册内容可能因
产品升级或其他原因而改变，本公司不另行通知客户。
安全防备
根据严重程度，安全防备分
两种：警告和注意。在动手安装之前请先通篇阅读警告和注
意事项。
安装和操作注意
本段包含防止机械损伤方面的内容。
危险！
当操作机器人的时候要注意安全。
如
果没有正确组装，机器人将不能正常工作甚至会损坏。组装方法详见第一章
机器人
组装说明。
在一个足够大的地方进行调试工作
警告！
远离小孩。尽管该产品看起来
像个玩具，在无人照看的情况下，它可能会对小孩造成伤
害。
故障发生时，请立即关闭电源。如果电池被弄破，暴露在液体，火或其他热源面前，可<
/p>
能会导致电击。
不要拆开或修改充电器和其电缆。
当不充电时，请把充电器从电源上拔下。
不要拆卸或修改电机里面的电路板。
不要在热，潮湿或寒冷的环境下使用，因为该产品包含精密的元件。如果处在一个极端
的
条件下，错误可能发生。
充电时请确认充电器插座是牢固的。
请仔细阅读本手册，在调试时注意机器人各关节的方向，尽量避免关节相撞。
注意！
机器人的电机需要定期维护以获得和维持恰当的性能。
在一个较大，
平整的地方操作时机器人的表现效果会更好。
如果工作空间很小又不平的
话，机器人可能会摔倒甚至损坏。
在启动了机器人或操作的时候请不要把住机器人。
在程序的下载过程中不要关闭机器人电源，否则程序会丢失或损坏。
电池！
套件里面包含锂离子
(Li
－
Io
n)
电池做电源。
该锂离子
(Li
－
Ion)
电池是高能量可充电的
电池，必须妥善保管，充电和使用。
把充电器
接入交流电源并把他连到电池的充电接口上。
当充电器接到交流电源后，
它上
面的电源灯会亮起来并呈红色。状态指示灯会呈绿色，当电池充电完成，绿
色指示灯熄灭。
A
Arduino
搬运机器人教材
警告！
电池管理：
< br>该锂电池在使用时不要把电能全部用光才充电，要保留一点点电量。如果电
池充足
电后放置很长一段时间，电池性能会降低。
当不使用时，必须
把电池与电路板或充电器断开，把电池存储在阴凉，干燥的环境中。
< br>充电时间。
给电池充分充电需要大约
40
分钟。
这个时间与充电前电池里原有电量有关。
充电时要注意照看，当电池异常的发烫时应立即停止充电。
过度充电可导致电池损坏。
注意！
电池处理：
< br>不要拆开或修改电池的连接或更改导线。
不要让物体进入电池的连接头，也不要让导体裸露在外。
不要在高温和极端的环境下使用。把电池存储在阴凉，干燥的环境中。
在运输或存储时，让电池远离其他导体。
当电池的导线变破旧或磨损时，请更换这个电池。
紧急处理：
如果电池造破坏导致电解材料溅到皮肤上，立即用大量水冲洗皮
肤。
如果电解材料溅到眼睛里面，请尽快就医。
电池里的电解材料是有毒物质，能对人和家庭环境、家具等造成污染和危害。
如果电池不能再被充电，请按照垃圾的处理方法或本国家的规则妥善处理。
不要通过焚烧来处理报废的电池。
B
Arduino
搬运机器人教材
一、机器人的组装
1.1.
组装工具
工具：尖嘴钳、中号十字螺丝刀等。
1.2.
部件装配
1)
首先准备好机体如下图所示：
此准备进行下一步装配
1
Arduino
搬运机器人教材
2)
在机体上装配
< br>4
个
M3X15mm
的六棱铜柱
，
所用到
4
个
M3X8mm
的螺钉如下图所示：我这里为了方便能够清楚看到螺钉与铜
柱的连接把它分开了。
3)
完成组装
4)
下一步就是装两个模拟舵机，所
用到八个螺钉，八个螺母如
下图所示
1
是分解装配
2
Arduino
搬运机器人教材
图示
2
完成
装配
3
Arduino
搬运机器人教材
5)
下一步装两个后轮安装好轮子后
用黑色螺钉紧固，黑色螺钉
在小袋子里装着，取出来安装上即可如图所示：
图
1
为轮子安装好的，还
没有紧固
图
2
为轮子紧固后
4
Arduino
搬运机器人教材
6)
这一步是安装宝贝车前轮，用到
一个
M2X34
的螺栓一个
M2
的螺母，如图所示：
7)
安装好前轮
5
Arduino
搬运机器人教材
8)
手抓的组装，这里的用到的零件
是比较多的，在组装时一定
要仔细，准备好零件和
M3X20<
/p>
的螺丝、
M3X6
的螺丝、蓝
色圆柱形螺母、
M3
螺母、
6X6
塑料支架、
3X7
塑料支架、
红色尼龙垫片
9)
这些零件我们有些是要先进行部
件组装的比如是，两个手抓
（用
M3X6
的螺丝）
、齿盘和舵盘的连接（
M2X5
圆头自攻
螺丝）
。
(1)
首先我们看一下手抓的组装
(2)
组装完成
6
Arduino
搬运机器人教材
（
3
）下面
是组装齿盘和舵盘这里用到
M2X5
的自攻螺丝
（
4
）完成组装
10)
现在部件安装就完成了，接下
来是进行手抓机构的全部组装，
组装时需要用到
M3X20
的螺丝，圆柱形蓝色螺母、尼龙垫
片、塑料支架、
< br>M3X6
的螺丝
7
Arduino
搬运机器人教材
11)
完成装配见下图
12)
这
一
步
就
是
夹
持
装
置
与
机
体
的
组
装
，
这
< br>里
用
到
的
是
M3X10mm
的螺丝、
M3
的螺母
8
Arduino
搬运机器人教材
13)
组装完成
9
Arduino
搬运机器人教材
二、
系
统概述
2.1.
Arduino
介绍
要了解
arduino
就先要了解什么是单片机，
arduino
平台的基
础就是
A
VR
指令集的
单片机。
1
、什么是单片机？它与个人计算机有什么不同？
一
台能够工作的计算机要有这样几个部份构成：中央处理单元
CPU
（进行运算、
控制）
、随机存储器
R
AM
（数据存储）
、存储器
ROM
（程序存储）
、输入
/
输出设备
I/O
（串行口、
并行输
出口等）
。
在个人计算机
（
PC
）
上这些部份被分成若干块芯片，
安装在一个被称之为主板的印刷线路板上。
而在单片机中，
这些部份全部被做到一
块集成电路芯片中了，所以就称为单片（单芯片）机，而
且有一些单片机中除了上
述部份外，还集成了其它部份如模拟量
/
数字量转换（
A/D
）和数字量
/
模拟量转换
（
D
/A
）等。
2
、单片机有什么用？
实际工作中并不是任何需要计算机的场合都要求计算机有很高的性能，
一个控
制电
冰箱温度的计算机难道要用酷睿处理器吗？应用的关键是看是否够用，
是否有很好
的性能价格比。
如果一台冰箱都需要用酷
睿处理起来进行温度控制，
那价格就是天
价了。
单片机通常用于工业生产的控制、生活中与程序和
控制有关（如：电子琴、冰箱、
智能空调等）的场合。
下图就是一个
Atmega328P
-PU
单片机，
基于
A
VR
指令集的
8
位处理器，<
/p>
频率
20MHz
，
存储器空间
32KB
。
10
Arduino
搬运机器人教材
3<
/p>
、什么是
Arduino
？
Arduino
是一个能够用来感应和控制现实物
理世界的一套工具。
它由一个基于单片
机并且开放源码的硬件平台，和一套为
Arduino
板编写
程序
的开发环境组成。
Arduino
可以用来开发交互产品，比如它可以读取大量的开关和传感
器信号，并且
可以控制各式各样的电灯、电机和其他物理设备。
Arduino
项目可以是单独的，也
可以在运行时和你电脑中
运行的程序（例如：
Flash
，
Pr
ocessing
，
MaxMSP
）进
行
通讯。
Arduino
板你可以选择
自己去手动组装或是购买已经组装好的；
Arduino
开
源的
IDE
可以免费下载得到。
Arduino
的编
程语言就像似在对一个类似于物理的计算平台进行相应的连线，它基
于处理多媒体的编程
环境。
4
、为什么要使用
Arduino
？
有很多的单片机和单片机平台都适合用做交互式系统的设计。
例如：
Parallax Basic
Stamp
，
Netmedia’s BX
-24
，
Phidgets
，
MIT’s
Handyboard
和其它等等提供类似功
能的。
所有这些工具，你都不需要去关心单片机编程繁琐的细节，提供给你的是
一套容易使用的工具包。
Arduino
< br>同样也简化了同单片机工作的流程，
但同其它系
统相比<
/p>
Arduino
在很多地方更具有优越性，
特别适合老师，学生和一些业余爱好
者们使用：
11
Arduino
搬运机器人教材
?
?
?
?
?
便宜
－
和其它平台相比，
Arduino
板算是相当便宜了。最便宜的
Ardu
ino
版本可以自己动手制作，即使是组装好的成品，其价格也不会超过
200
元。
跨平台
－
Arduino IDE
可以运行在
W
indows
，
Macintosh OSX
< br>，和
Linux
操
作系统。大部
分其它的单片机编译软件都只能运行在
Windows
上。
简易的编程环境
－
初学者很容易就能学会使用
Arduino
编程环境，同时它
又能为高级
用户提供足够多的高级应用。
对于老师们来说，
一般都能很方便
的使用
Processing
编程环
境，
所以如果学生学习过使用
Processing
编程环境
的话，那他们在使用
Arduino<
/p>
开发环境的时候就会觉得很相似很熟悉。
软件开源并可扩展
－
Arduino
< br>软件是开源的，对于有经验的程序员可以对
其进行扩展。
Arduino
编程语言可以通过
C++
库进行扩展，如果有人想去了
解技术上的细节，可以跳过
Ar
duino
语言而直接使用
A
VR
C
编程语言（因
为
< br>Arduino
语言实际上是基于
A
VR C
的）
。类似的，如果你需要的话，你也
可以直接往你的
Arduino
程序中添加
A
VR-C
代码。
硬
件
开
源
并
可
扩
展
－
Arduino
板
基
于
Atmel
的
ATMEGA8
和
ATMEGA168/328
单片
机。
Arduino
基于
Creati
ve Commons
许可协议，
所以
有经验的电路设计师能够根据需求设计自己的模块，可以对其扩展或改进。
甚至是对于
一些相对没有什么经验的用户，也可以通过制作试验板来理解
Arduino
是怎么工作的，省钱又省事。
6
组
PWM
端口
数字端口
0~13
TX
、<
/p>
RX
指示灯
USB
插孔
稳
压
芯
片
ICSP
外部电源
供电插孔
模拟端口
0~5
12
Arduino
搬运机器人教材
Arduino
基于
A
VR
平台，
对
A
VR
库进行了二次编译封装，把端
口都打包好了，寄
存器啦、
地址指针之类的基本不用管。
大大降低了软件开发难度，
适宜非专业爱好
者
使用。优点和缺点并存，因为是二次编译封装，代码不如直接使用
A
VR
代码编
写精练，代码执行效率与代码体积都弱于
A
VR
直接编译。
性能：
Digital I/O
数字输入
/
输出端口
0
—
13
。
Analog I/O
模拟输入
/
输出端口
0-5
。
支持
ICSP
下载，支持
TX/RX
。
输入电压：
USB
< br>接口供电或者
5V-12V
外部电源供电。
输出电压：支持
3.3V
级
5V DC
输出。
处理器：使用
Atmel Atmega168 328
处理器，因其支持者众多，已有公司开发出来
32
位的
MCU
平台支持
arduin
o
。
arduino
板子上基本端口如描述，对几个比较特殊的端口下面详细说明下：
VIN
端口：
VIN
是
input voltage
的缩写，表示有外部电源时的输入端口。如果不使
用
USB<
/p>
供电时，外接电源可以通过此引脚提供电压。
（如电池供电，电池
正极接
VIN
端口，负极接
GND
端口）
AREF:Reference
voltage
for
the
analog
inputs(
模
拟
输
入
的
基
准
电
压
）
。
使
用
analogReference()
命令调用。
ICSP
：也有称为
ISP
（
In System Programmer)
，就是一种线上即时烧
录，目前比较
新的芯片都支持这种烧录模式，包括大家常听说的
8051
系列的芯片，也都慢慢采
用这种简便的烧录方式。
我们都知道传统的烧录方式，
都是将被烧录的芯片，
从线
路板上拔起，
有的焊死在线路板上的芯片，
还得先把芯片焊接下来才能烧录。
为了
解决这
种问题，发明了
ICSP
线上即时烧录方式。只需要准备一条<
/p>
R232
线（连接
烧录器）
，
以及一条连接烧录器与烧录芯片针脚的连接线就可以。
电源的
+5V
，
GND
，
两条负责传输烧录信息的针脚，再加上一个烧录电压针脚，这样就可以烧
录了。
13
Arduino
搬运机器人教材
2.2.
Arduino
驱动安装
首先在电脑上面打开光盘，
找到
Arduino<
/p>
项目开发
文件夹，
拷贝到你的
电脑上你想放到的盘符上，例如
D
盘（建议不要放
到桌面上）
，然后打
开，可以看到如下：
光盘中所带
arduino I
DE
为
1.0.3
版本，
是目前最新版本，
IDE
就是
arduino
的软件程序开发环境，
里面已经集成了项目中
所需要的很多外设库，
还
有一些其他设置，
比如添加中文注释，
为用户省去了很多麻烦。
IDE
中
所带库文件均经过调试，和光盘代码完全匹配。
arduino
资料相关
文件
夹中
是一些入门资料以及我们提供的
arduino
电路板原理图。
（注：光盘中所带软件仅支持
Windows
系统。其他系统请去官网下载。
）
Arduino
控制板到手后，首先
需要在电脑上把驱动装上，这样才可以进
行各种实验。
首先打开包装，找到蓝色
USB
数据线，一端
连接
ARDUINO
控制板另
一端连接
电脑
USB
端口。本文以
win7 <
/p>
32
位为例，会出现识别到新硬
件显示。
然后会开始查找系统内驱动。
14
Arduino
搬运机器人教材
如果没有找到驱动，会显示这个画面。
这时，
需要在开始菜单，
“
计算机
”
上面点右键，点
“
属性
”
。
15
Arduino
搬运机器人教材
然后点击设备管理
会看到打了感叹号的未识别硬件
16
Arduino
搬运机器人教材
在未识别硬件上点右
键，点击
“
属性
”
，选择更新驱动程序软件。
选择浏览计算机以查找驱动程序软件
17
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