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淺談彩焰黑章魚舞蹈機器人的軟件設(shè)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)科提供了良好的實驗平臺，而且為進一步研究智能服務(wù)機器人提供了借鑒經(jīng)驗。機器人舞蹈既具有極強的觀賞和趣味性，更是一個系統(tǒng)化的工程設(shè)計。
我們設(shè)計的機器人以單片機為中央處理器，設(shè)計并實現(xiàn)了基于PWM技術(shù)的關(guān)節(jié)電機速度控制電路，形成了對機器人舞蹈動作的控制。機器人整體是靠腳下的輪子用步進電機驅(qū)動而移動的，同時控制兩臺步進電機的轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)速比可以進行縱、橫、斜任意方向的移動。把動作形式用程序預(yù)先存儲在只讀存儲器ROM中。表演時隨著音樂的播放章魚手臂動作和身體的移動同時進行，并在此基礎(chǔ)上為機器人安置冷煙火以達到更高的可觀賞性和趣味性。
軟件設(shè)計在控制系統(tǒng)設(shè)計中是相當(dāng)重要的，它實現(xiàn)的好壞也直接關(guān)系到彩焰黑章魚舞姿的“優(yōu)美”與否。在機械結(jié)構(gòu)設(shè)計中采用兩種不同的電機驅(qū)動方式，分別是直流電機驅(qū)動和伺服電機驅(qū)動。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控制直流電機，用機器人快車的編程平臺來間接控制伺服電機。
1中鳴機器人快車系統(tǒng)
1.1功能介紹：
機器人快車系統(tǒng)采用基于工程C的圖形化、模塊化編程語言，全部功能模塊使用圖標(biāo)表示，遵循自頂向下的編程邏輯思維過程。只需要簡單地拖放相應(yīng)的功能模塊圖標(biāo)，繪制出流程圖，機器人快車系統(tǒng)就能自動生成可視化c源代碼，幫助輕松完成編程，快速掌握如何控制機器人。機器人快車系統(tǒng)是圖形化編程，比傳統(tǒng)的文本編程更加高級。機器人快車貫徹了模塊化的思路，擁有強大的模塊封裝和管理功能，方便愛好者相互之間的自由交流，培養(yǎng)團隊合作精神。
1.2特征
由于中鳴數(shù)碼微型伺服馬達控制器對伺服控制信號沒有存儲能力，所以我們用中鳴機器人快車系統(tǒng)軟件來存儲控制信號，通電后中鳴數(shù)碼微型伺服馬達控制器會向中鳴機器人快車發(fā)送控制信號，以驅(qū)動18個伺服電機動作。
程序編制的特點是：一塊控制器分時控制多個電機動作，電機工作穩(wěn)定可靠，且速度調(diào)節(jié)十分方便。在此基礎(chǔ)上我們?yōu)闄C器人選擇了一套節(jié)奏較慢，節(jié)拍感較強的英文歌。并以音樂為背景，為機器人設(shè)計了一套舞姿。在手動狀態(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。同時每個觸手的3個伺服電機應(yīng)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伺服電機轉(zhuǎn)過的角度，控制電機的個數(shù)由少到多，動作由簡單到復(fù)雜。盡量讓舞步與舞步之間沒有重復(fù)動作。每個動作的時間也應(yīng)該有所限制，根據(jù)不同的舞步，更改發(fā)送信號的時間。舞步的編排盡量是按照同時動作的觸手逐一增加的順序。盡量讓舞步編排復(fù)雜化，體現(xiàn)動作創(chuàng)新性、音樂的諧性和藝術(shù)觀賞性。編程時應(yīng)用圖形化模塊編程，然后將自動生成C語言代碼。
1.3調(diào)試和優(yōu)化：這是制作機器人的最后一步，包括結(jié)構(gòu)的合理化，外觀的美化，程序的優(yōu)化等。
2納英特機器人積木式圖形化編程系統(tǒng)
2.1系統(tǒng)介紹
2.1.1概述：納英特機器人圖形化系統(tǒng)是一個為用戶提供全面的機器人教育與競賽解決方案的綜合系統(tǒng)。
系統(tǒng)集入門與高級應(yīng)用于一體，實時提供最新的機器人解決方案與該領(lǐng)域的最新信息，豐富用戶的機器人知識儲備，為鉆研機器人技術(shù)、開展機器人教學(xué)、參加機器人競賽提供有力的支持。
積木式編程與常規(guī)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不用關(guān)心語言實現(xiàn)的細節(jié)，同時也避免了編程中經(jīng)常會出現(xiàn)的語法錯誤。納英特機器人積木式編程平臺采用的就是流程圖模型。每一個積木模塊都可以完成一定的功能，只要按程序編寫的邏輯連接這些模塊就可以很快的完成一個程序的編寫。
2.1.2使用通用庫函數(shù)說明：庫函數(shù)文件為機器人提供了標(biāo)準(zhǔn)C的接口函數(shù)。這些函數(shù)是用C或者匯編語言寫成的驅(qū)動程序。庫函數(shù)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(shù)。
2.1.3使用的執(zhí)行器模塊庫
2.1.3.1移動模塊：該模塊主要完成機器人的直行、轉(zhuǎn)向動作。0、1號電機分別代表機器人的左、右電機。通過功率大小滾動條的拖拉或者功率數(shù)值輸入框的輸入可以設(shè)定電機的運行功率�！埃北硎倦姍C反轉(zhuǎn)。功率絕對數(shù)值越大，電機轉(zhuǎn)速越快。
2.1.3.2延時模塊：該模塊主要實現(xiàn)延續(xù)機器人的上一個動作狀態(tài)。主要和移動模塊或者擴展電機模塊相搭配，實現(xiàn)機器人移動或者某個動作的延續(xù)性。
2.1.3.3停止模塊：該模塊主要實現(xiàn)停止電機運轉(zhuǎn)。可實現(xiàn)所有電機停止運轉(zhuǎn)，也可以設(shè)定停止一個或幾個電機。
停止所有電機，則給“停止所有電機”打上“”。
停止一個或幾個電機，去掉“停止所有電機”的“”，選擇停止對象。
2.2程序編寫
打開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(biāo)雙擊模塊庫區(qū)“控制模塊庫”，從中選擇“多次循環(huán)模塊”，拖放至流程圖區(qū)。詳細操作如下：對準(zhǔn)“多次循環(huán)模塊”按下鼠標(biāo)左鍵不放，拖拉至流程圖中，待方向線變成紅色時，即可送開鼠標(biāo)。同時也可以使用C語言文件直接編寫程序，或使用LOGO語言文件編寫程序。三種方法都可以實現(xiàn)相同的編程要求，在編程時可以根據(jù)所需自由選擇編程方式。讓程序的編寫更加靈活，讓復(fù)雜問題簡單化，給編程著帶來了很多方便，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(qū)動接口，直接引線到端口即可。直流減速電機的正接與反接都會造成電機輪子的正傳與反轉(zhuǎn).將四個電機分別接入：“motor0口”“motor1口”“motor2口”“motor3口”，然后在采用C語言按模塊化的編程思想編寫。
為了提高舞蹈動作的復(fù)雜程度，決定通過驅(qū)動直流電機的轉(zhuǎn)動來配合觸手的動作，使舞蹈動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(shù)據(jù)線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(diào)試程序
啟動納英特機器人，檢查機器人是否按要求運行，如果與預(yù)定的情況不符，就要在原程序基礎(chǔ)上調(diào)整對應(yīng)的參數(shù)直至符合要求。比如偏轉(zhuǎn)的角度不合要求，就需要對轉(zhuǎn)向時的馬達功率、轉(zhuǎn)向時間等參數(shù)進行調(diào)整，直到符合要求為止。
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