機器人如何實現(xiàn)移動功能

引言— 移動功能回顧

在前面兩篇《如何制造足球機器人》文章中，我們主要圍繞機器人本體進行了硬件設(shè)計，而這次將以控制器為中心，開展軟件設(shè)計工作。在正式開始之前，先為大家回顧一下機器人如何實現(xiàn)移動功能的設(shè)計。

本體的移動采用三組名為“全向輪”的特殊輪胎，如下圖 (圖1) 所示。它們能夠支持垂直方向的移動，從而實現(xiàn)八個方向的移動控制。

操作上，利用英飛凌的 3D 磁傳感器設(shè)計了一個類似游戲機手柄的操縱桿，以控制機器人移動。此外新增三個按鈕，分別實現(xiàn)右轉(zhuǎn)、左轉(zhuǎn)和停止功能，使控制器具備共計 11 種移動控制選項。下圖 (圖2) 為控制器的外觀設(shè)計：

圖2 控制器外觀

控制器實現(xiàn)與控制原理

由于控制器需實現(xiàn) 11 種本體動作控制，因此每個條件使用 4 個 I/O 引腳向機器人本體發(fā)送信號。此外，當發(fā)送信號時，為了判斷動作是否與實際信號匹配，在機器人本體的四個角上安裝了指示燈，以便對應(yīng)每種動作信號的反饋情況。輸入端口與反饋信號的對應(yīng)關(guān)系如下表 (表1) 所示：

表1 控制器輸入端口與和反饋信號的關(guān)系

控制器與 3D 磁傳感器及微控制器 (MCU) 之間通過 I2C 通信協(xié)議進行信號傳遞，MCU 作為主控設(shè)備，3D 傳感器作為從設(shè)備，實現(xiàn)各類信號的交換。下圖 (圖3) 顯示了控制器工作的簡單流程圖：

圖3 控制器工作流程圖

一. 當控制器打開時，微控制器將寫入的 I2C 發(fā)送到 3D 傳感器以更改初始設(shè)置，如下圖 (圖4) 所示：

圖4 I2C 主寫入的波形

二. 通過移動操縱桿，MCU 接收來自 3D 傳感器的因操縱桿傾斜生成的 3 軸磁通密度數(shù)據(jù)，并使用 X 軸和 Y 軸把 3 軸磁通密度信息轉(zhuǎn)成操縱桿的角度 θ，如下圖 (圖5) 所示：

圖5 操縱桿和角度檢測

三. 當 MCU 向 3D 傳感器讀取數(shù)據(jù)時，使用 UART 進行調(diào)試，以便查看三個軸的磁通量密度和與磁通量密度對應(yīng)的操縱桿角度 θ。

圖6 I2C 主寫入的波形

四. 根據(jù)計算出的角度 θ，MCU 通過無線通信將移動控制信號傳輸至機器人本體。五. 停止、左轉(zhuǎn)、右轉(zhuǎn)功能通過機械按鈕實現(xiàn)，優(yōu)先級最高，可覆蓋其他狀態(tài)。

軟件設(shè)計

在本項目中，使用的 MCU 是英飛凌的 PSoC 系列，這款產(chǎn)品支持模擬/數(shù)字電路的靈活配置，具備高度可定制化的特點。下圖 (圖7) 為英飛凌 PSoC 組件示例圖：

圖7 英飛凌 PSoC 組件示例

總結(jié)

本文主要介紹了制造足球機器人中的軟件設(shè)計部分。