步驟1：原理圖和組件列表

這是我們在此項目中使用的完整原理圖和可用組件的概述。

包含的組件如下：

Berger Lahr雙極步進電機（已安裝在機械臂上）

Arduino UNO

PlayStation2游戲桿

Cyber 310機械臂

超聲波接近傳感器HC-SR04

面包板

PlayStation2 RC直升機的振動電機和轉子

EasyDriver 4.4步進電機驅動器

5V AC/DC電源

我們主要選擇這些組件是因為它們很容易為我們使用。我們還認為，與同班同學相比，使用更大的機械臂會很有趣。盡管我們意識到了這一點，但我們的野心超出了我們的能力。

步驟2：構造操作設備

我們焊接并連接了幾部分印刷品和許多電線，以便獲得適當?shù)倪\行電路來控制我們的機械臂。

設計本身主要基于盡管在實際施工過程中進行了一些修改，但本節(jié)上面概述的概述中沒有提及。

步驟3：對其中的一些進行了實現(xiàn)，以實現(xiàn)超聲傳感器。

步驟3：機器人手臂的測試代碼

下面包含的機械手測試代碼

我們使用這段代碼來測試機械臂是否在實際工作，因為我們很難對完整代碼（包含在步驟6中）做出反應。該代碼的某些部分已過時，因為實際設備中未使用它。

#define step_pin 6 // Pin 6 connected to Steps pin on EasyDriver

#define dir_pin 7 // Pin 7 connected to Direction pin

//#define MS1 5 // Pin 5 connected to MS1 pin

//#define MS2 4 // Pin 4 connected to MS2 pin

#define SLEEP 10 // Pin 10 connected to SLEEP pin

#define X_pin A0 // Pin A0 connected to joystick x axis

int direction; // Variable to set Rotation （CW-CCW） of the motor

int steps = 1025; // Assumes the belt clip is in the Middle

void setup（） {

// pinMode（MS1， OUTPUT）;

// pinMode（MS2， OUTPUT）;

pinMode（dir_pin， OUTPUT）;

pinMode（step_pin， OUTPUT）;

pinMode（SLEEP， OUTPUT）;

digitalWrite（SLEEP， HIGH）; // Wake up EasyDriver

delay（5）; // Wait for EasyDriver wake up

/* Configure type of Steps on EasyDriver：

// MS1 MS2

//

// LOW LOW = Full Step //

// HIGH LOW = Half Step //

// LOW HIGH = A quarter of Step //

// HIGH HIGH = An eighth of Step //

*/

// digitalWrite（MS1， LOW）; // Configures to Full Steps

// digitalWrite（MS2， LOW）; // Configures to Full Steps

}

void loop（） {

while （analogRead（X_pin） 》= 0 && analogRead（X_pin） 《= 100） {

if （steps 》 0） {

digitalWrite（dir_pin， HIGH）; // （HIGH = anti-clockwise / LOW = clockwise）

digitalWrite（step_pin， HIGH）;

delay（1）;

digitalWrite（step_pin， LOW）;

delay（1）;

steps--;

}

}

while （analogRead（X_pin） 》 100 && analogRead（X_pin） 《= 400） {

if （steps 《 512） {

digitalWrite（dir_pin， HIGH）; // （HIGH = anti-clockwise / LOW = clockwise）

digitalWrite（step_pin， HIGH）;

delay（1）;

digitalWrite（step_pin， LOW）;

delay（1）;

steps++;

}

if （steps 》 512） {

digitalWrite（dir_pin， HIGH）;

digitalWrite（step_pin， HIGH）;

delay（1）;

digitalWrite（step_pin， LOW）;

delay（1）;

steps--;

}

}

while （analogRead（X_pin） 》 401 && analogRead（X_pin） 《= 600） {

if （steps 《 1025） {

digitalWrite（dir_pin， HIGH）;

digitalWrite（step_pin， HIGH ）;

delay（1）;

digitalWrite（step_pin， LOW）;

delay（1）;

steps++;

}

if （steps 》 1025） {

digitalWrite（dir_pin， HIGH）;

digitalWrite（step_pin， HIGH）;

delay（1）;

digitalWrite（step_pin， LOW）;

delay（1）;

steps--;

}

}

while （analogRead（X_pin） 》 601 && analogRead（X_pin） 《= 900） {

if （steps 《 1535） {

digitalWrite（dir_pin， HIGH）;

digitalWrite（step_pin， HIGH）;

delay（1）;

digitalWrite（step_pin， LOW）;

delay（1）;

steps++;

}

if （steps 》 1535） {

digitalWrite（dir_pin， HIGH）;

digitalWrite（step_pin， HIGH）;

delay（1）;

digitalWrite（step_pin， LOW）;

delay（1）;

steps--;

}

}

while （analogRead（X_pin） 》 900 && analogRead（X_pin） 《= 1024） {

if （steps 《 2050） {

digitalWrite（dir_pin， HIGH）;

digitalWrite（step_pin， HIGH）;

delay（1）;

digitalWrite（step_pin， LOW）;

delay（1）;

steps++;

}

}

}

步驟4：傳感器代碼

包括超聲波傳感器的代碼

為傳感器選擇的代碼經(jīng)過構造，以便當風扇在以下范圍內(nèi)注冊對象時風扇將運行。距回波點10至20厘米。

盡管我們同時更改了引腳和范圍，但物理構造仍基于上面的示意圖。

/*

HC-SR04 Ping distance sensor：

VCC to arduino 5v

GND to arduino GND

Echo to Arduino pin 8

Trig to Arduino pin 9

*/

#define echoPin 11 // Echo Pin

#define trigPin 12 // Trigger Pin

#define LEDPin 8 // Onboard LED

int maximumRange = 20; // Maximum range needed

int minimumRange = 10; // Minimum range needed

long duration， distance; // Duration used to calculate distance

void setup（） {

Serial.begin （9600）;

pinMode（trigPin， OUTPUT）;

pinMode（echoPin， INPUT）;

pinMode（LEDPin， OUTPUT）; // Use LED indicator （if required）

}

void loop（） {

/* The following trigPin/echoPin cycle is used to determine the

distance of the nearest object by bouncing soundwaves off of it. */

digitalWrite（trigPin， LOW）;

delayMicroseconds（2）;

digitalWrite（trigPin， HIGH）;

delayMicroseconds（10）;

digitalWrite（trigPin， LOW）;

duration = pulseIn（echoPin， HIGH）;

//Calculate the distance （in cm） based on the speed of sound.

distance = duration/58.2;

if （distance 》= maximumRange || distance 《= minimumRange）{

/* Send a negative number to computer and Turn LED ON

to indicate “out of range” */

Serial.println（“fuckboy”）;

digitalWrite（LEDPin， LOW）;

}

else {

/* Send the distance to the computer using Serial protocol， and

turn LED OFF to indicate successful reading. */

Serial.println（distance）;

digitalWrite（LEDPin， HIGH）;

}

//Delay 50ms before next reading.

delay（50）; }

步驟5：一點點視頻（和麻煩）

上面的精選視頻顯示了我們最大的問題之一。

我們根本沒有足夠的視頻電壓功率來運行機械臂本身。機器肯定在接收信號，但是它很小，甚至不能轉動旋鈕來驅動手臂的軸點。

主要問題集中在為機器人提供正確的電壓。電機，由于最大輸入功率之間的差異，您可以放心地將其輸入到Arduino和使實際電機本身正常運行所需的功率中。

步驟6：完整的主控制代碼

下面包含了機械手臂的完整代碼。

我們使用的代碼存在一些問題，但是由于我們在電壓功率方面也存在一些問題，如步驟5所述，我們很難對所有這些進行分類。應該注意的是，此部分代碼不包含傳感器的代碼。

#ifndef _stepLib_h_

#define _stepLib_h_

#include “Arduino.h”

// define our stepper class

class stepMotor {

public：

stepMotor（byte stepPin， byte dirPin）; // our stepper object with variables stepPin and dirPin

void step（unsigned int stepFreq）; // our stepping function which takes as an input our stepping frequency

private：

unsigned long _time; // current time

unsigned long _lastStepTime; // time at which we last stepped

unsigned long _stepPeriod; // time between a half period - this is the same as our delay（X） of part 1

byte _stepPin;

byte _dirPin;

boolean _stepCycle; // defines if we are on the HIGH or LOW side of our step cycle

};

#endif

#include “Arduino.h”

#include “stepLib.h”

// used for declaring our motor and initializing it

stepMotor：：stepMotor（byte stepPin， byte dirPin） {

_stepPin = stepPin;

_dirPin = dirPin;

// define our digital pins as output

pinMode（_stepPin， OUTPUT）;

pinMode（_dirPin， OUTPUT）;

// initialize our digital pins to LOW

digitalWrite（_stepPin， LOW）;

digitalWrite（_dirPin， LOW）;

_stepCycle = false; // this keeps track of which end of the step cycle we are on： high or low

}

// function responsible for driving our digital pins high/low at the proper frequency

// input is the stepping frequency

void stepMotor：：step（unsigned int stepFreq） {

_time = micros（）; // get the current time

_stepPeriod = 1000000 / stepFreq; // get our step period （in micro-seconds） from the user given step frequency; we lose a bit of accuracy here since we‘ve defined _stepPeriod as an unsigned long instead of a float， but that’s ok.。.

// if the proper amount of time has passed， let‘s go ahead and proceed to the next half of our step cycle

if （_time 》= _lastStepTime + _stepPeriod） {

digitalWrite（_stepPin， _stepCycle == true）; // a compact way of writing either HIGH/LOW to our step pin based on where we are on our step cycle

_stepCycle = ！_stepCycle; // this simply flips our Boolean

_lastStepTime = _time; // update the time we last stepped

}

}

#include “stepLib.h”

// define a constant value named stepPin and assign the value 8 to it - this value will not change during our code

// this assumes digital pin 8 of your Arduino is attached to the step input of your driver

#define stepPin 9

// define a constant value named dirPin and assign the value 8 to it - this value will not change during our code

// this assumes digital pin 9 of your Arduino is attached to the step input of your driver

#define dirPin 8

// instantiate a new object in our stepMotor library named slider

// we are essentially declaring that we want to add a stepper motor named slider that has our defined stepPin and dirPin

stepMotor slider（stepPin， dirPin）;

// setup（） loop， the Arduino only runs through this once

void setup（） {

}

// loop（） loop， the Arduino continuously cycles through this as fast as it can

void loop（） {

slider.step（50）; // step our motor at a given frequency （Hz）

}

#include “stepLib.h”

// define our step pins

# define sliderStep 9

# define panStep 11

# define tiltStep 7

// define our direction pins

# define sliderDir 8

# define panDir 10

# define tiltDir 6

// instantiate a new object in our stepMotor library named slider

// we are essentially declaring that we want to add a stepper motor named slider that has our defined stepPin and dirPin

stepMotor slider（sliderStep， sliderDir）;

stepMotor pan（panStep， panDir）;

stepMotor tilt（tiltStep， tiltDir）;

// setup（） loop， the Arduino only runs through this once

void setup（） {

}

// loop（） loop， the Arduino continuously cycles through this as fast as it can

void loop（） {

slider.step（50）; // step our motor at a given frequency （Hz）

pan.step（10）; // step our motor at a given frequency （Hz）

tilt.step（100）; // step our motor at a given frequency （Hz）

}

#ifndef _stepLib_h_

#define _stepLib_h_

#include “Arduino.h”

// define our stepper class

class stepMotor {

public：

stepMotor（byte stepPin， byte dirPin）; // our stepper object with variables stepPin and dirPin

void step（unsigned int stepFreq）; // our stepping function which takes as an input our stepping frequency

void setDir（boolean dir）; // function that allows us to set our direction of rotation

private：

unsigned long _time; // current time

unsigned long _lastStepTime; // time at which we last stepped

unsigned long _stepPeriod; // time between a half period - this is the same as our delay（X） of part 1

byte _stepPin;

byte _dirPin;

boolean _stepCycle; // defines if we are on the HIGH or LOW side of our step cycle

};

#endif

#include “Arduino.h”

#include “stepLib.h”

// used for declaring our motor and initializing it

stepMotor：：stepMotor（byte stepPin， byte dirPin） {

_stepPin = stepPin;

_dirPin = dirPin;

// define our digital pins as output

pinMode（_stepPin， OUTPUT）;

pinMode（_dirPin， OUTPUT）;

// initialize our digital pins to LOW

digitalWrite（_stepPin， LOW）;

digitalWrite（_dirPin， LOW）;

_stepCycle = false; // this keeps track of which end of the step cycle we are on： high or low

}

// function responsible for driving our digital pins high/low at the proper frequency

// input is the stepping frequency

void stepMotor：：step（unsigned int stepFreq） {

_time = micros（）; // get the current time

_stepPeriod = 1000000 / stepFreq; // get our step period （in micro-seconds） from the user given step frequency; we lose a bit of accuracy here since we’ve defined _stepPeriod as an unsigned long instead of a float， but that‘s ok.。.

// if the proper amount of time has passed， let’s go ahead and proceed to the next half of our step cycle

if （_time 》= _lastStepTime + _stepPeriod） {

digitalWrite（_stepPin， _stepCycle == true）; // a compact way of writing either HIGH/LOW to our step pin based on where we are on our step cycle

_stepCycle = ！_stepCycle; // this simply flips our Boolean

_lastStepTime = _time; // update the time we last stepped

}

}

// given a boolean user input， set our direction of travel to that input

void stepMotor：：setDir（boolean dir） {

digitalWrite（_dirPin， dir）;

}

#include “stepLib.h”

// define our step pins

# define sliderStep 9

# define panStep 11

# define tiltStep 7

// define our direction pins

# define sliderDir 8

# define panDir 10

# define tiltDir 6

// define the pins on which we‘ve put our N.O. buttons

#define button1 2

#define button2 3

// our motor step frequencies

int sliderFreq = 300;

int panFreq = 10;

int tiltFreq = 100;

// instantiate a new object in our stepMotor library named slider

// we are essentially declaring that we want to add a stepper motor named slider that has our defined stepPin and dirPin

stepMotor slider（sliderStep， sliderDir）;

stepMotor pan（panStep， panDir）;

stepMotor tilt（tiltStep， tiltDir）;

// setup（） loop， the Arduino only runs through this once

void setup（） {

// define our button pins as input pullup type - see http://arduino.cc/en/Tutorial/DigitalPins#.Uyphr4WN7q4

pinMode（button1， INPUT_PULLUP）;

pinMode（button2， INPUT_PULLUP）;

}

// loop（） loop， the Arduino continuously cycles through this as fast as it can

void loop（） {

if （digitalRead（button1） == LOW && digitalRead（button2） == HIGH） { // if button1 is pressed and button2 is not pressed

slider.setDir（true）;

pan.setDir（true）;

tilt.setDir（true）;

} else if （digitalRead（button1） == HIGH && digitalRead（button2） == LOW） { // if btton1 is not pressed and button2 is pressed

slider.setDir（false）;

pan.setDir（false）;

tilt.setDir（false）;

}

if （digitalRead（button1） == LOW || digitalRead（button2） == LOW） { // if either button is pressed

slider.step（sliderFreq）; // step our motor at a given frequency （Hz）

pan.step（panFreq）; // step our motor at a given frequency （Hz）

tilt.step（tiltFreq）; // step our motor at a given frequency （Hz）

}

if （digitalRead（button1） == LOW && digitalRead（button2） == LOW） { // if both buttons are pressed together

sliderFreq += 10;

panFreq += 10;

tiltFreq += 10;

delay（10）; // delay just a short while otherwise the double button presses causes our frequency to increase too quickly （we need to allow for the user to release the buttons）

}

}

#include “stepLib.h”

// define our step pins

# define sliderStep 9

# define panStep 11

# define tiltStep 7

// define our direction pins

# define sliderDir 8

# define panDir 10

# define tiltDir 6

// define the pins on which we’ve put our N.O. buttons

#define button1 2

#define button2 3

// define our joystick pins; NOTE we are using analog pins， not digital

#define LRjoystickPin 27 // left-right joystick

#define UDjoystickPin 28 // up-down joystick

// our motor step frequencies

int sliderFreq = 50;

int panFreq = 300;

int tiltFreq = 100;

// other variables

byte deadband = 50; // size of deadband， from joystick neutral position， in which we assume we are reading 0

unsigned int LRjoyValue = 0;

unsigned int UDjoyValue = 0;

// instantiate a new object in our stepMotor library named slider

// we are essentially declaring that we want to add a stepper motor named slider that has our defined stepPin and dirPin

stepMotor slider（sliderStep， sliderDir）;

stepMotor pan（panStep， panDir）;

stepMotor tilt（tiltStep， tiltDir）;

// setup（） loop， the Arduino only runs through this once

void setup（） {

// define our button pins as input pullup type - see http://arduino.cc/en/Tutorial/DigitalPins#.Uyphr4WN7q4

pinMode（button1， INPUT_PULLUP）;

pinMode（button2， INPUT_PULLUP）;

pinMode（LRjoystickPin， INPUT）;

pinMode（UDjoystickPin， INPUT）;

}

// loop（） loop， the Arduino continuously cycles through this as fast as it can

void loop（） {

// read our joystick values and store them

LRjoyValue = analogRead（LRjoystickPin）; // acts just like digitalRead， but for analog pins

UDjoyValue = analogRead（UDjoystickPin）; // acts just like digitalRead， but for analog pins

// control our pan with the LR joystick

if （LRjoyValue 》 512+ deadband） { // joystick is outside of deadband， move right

pan.setDir（true）;

pan.step（panFreq）;

} else if （LRjoyValue 《 512- deadband） { // joystick is outside of deadband， move left

pan.setDir（false）;

pan.step（panFreq）;

}

// control our tilt with the UD joystick

if （UDjoyValue 》 512 + deadband） { // joystick is outside of deadband， move up

tilt.setDir（true）;

tilt.step（panFreq）;

} else if （UDjoyValue 《 512 - deadband） { // joystick is outside of deadband， move down

tilt.setDir（false）;

tilt.step（panFreq）;

}

// control our slider stepper with the two buttons， just like we did previously

if （digitalRead（button1） == LOW && digitalRead（button2） == HIGH） { // if button1 is pressed and button2 is not pressed

slider.setDir（true）;

} else if （digitalRead（button1） == HIGH && digitalRead（button2） == LOW） { // if btton1 is not pressed and button2 is pressed

slider.setDir（false）;

}

if （digitalRead（button1） == LOW || digitalRead（button2） == LOW） { // if either button is pressed

slider.step（sliderFreq）; // step our motor at a given frequency （Hz）

}

}