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        基于Android平臺(tái)的機(jī)械臂系統(tǒng)控制設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

        2017-05-30 09:13:04劉宇璇馬磊張磊
        科技尚品 2017年4期
        關(guān)鍵詞:機(jī)械臂藍(lán)牙單片機(jī)

        劉宇璇 馬磊 張磊

        摘 要:隨著物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)迅速發(fā)展,Android平臺(tái)憑借其特有的開放性和便利性不僅僅成為普遍的通信設(shè)備,而且成為了具有廣泛應(yīng)用價(jià)值的控制、管理的平臺(tái)。本系統(tǒng)以Android手機(jī)為平臺(tái)借助藍(lán)牙技術(shù)完成了機(jī)械臂系統(tǒng)的設(shè)計(jì),提供一種無線控制機(jī)械臂的新思路。首先介紹系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì),接下來詳細(xì)闡述系統(tǒng)的軟硬件設(shè)計(jì)和總結(jié)。其中Android手機(jī)端與8位單片機(jī)STC12C5A32S2分別視為上位機(jī)和下位機(jī)。其工作流程為,通過Android手機(jī)APP的上位機(jī)利用藍(lán)牙通信與下位機(jī)端連接,再通過藍(lán)牙轉(zhuǎn)串口將命令發(fā)送給32S2單片機(jī),單片機(jī)根據(jù)接到的指令執(zhí)行相關(guān)動(dòng)作,發(fā)送信號(hào)控制舵機(jī)。最終結(jié)果表明:六自由度機(jī)械臂可以接收Android平臺(tái)發(fā)出的信號(hào)并且可以實(shí)現(xiàn)舵機(jī)角度和轉(zhuǎn)速控制調(diào)節(jié)等功能。

        關(guān)鍵詞:Android;機(jī)械臂;單片機(jī);藍(lán)牙

        隨著機(jī)器人控制技術(shù)的發(fā)展成熟,尤其是機(jī)械臂在工業(yè)、軍事、以及生產(chǎn)生活發(fā)揮了重大作用,機(jī)械臂將不斷走進(jìn)我們的生活,應(yīng)用范圍不斷擴(kuò)大,帶給人們更多便利。Android手機(jī)操作平臺(tái)是真正意義上的開放性綜合移動(dòng)平臺(tái)。使用Android的意義不僅在于利用好手機(jī)平臺(tái)的現(xiàn)有功能,更是通過對(duì)其架構(gòu)的分析和探索,使得機(jī)械臂控制更容易嫁接到其他Android系統(tǒng)的產(chǎn)品上,從而進(jìn)一步擴(kuò)大它的應(yīng)用范圍和領(lǐng)域。隨著物聯(lián)網(wǎng)的普及,傳感器與舵機(jī)作為控制界面與物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)的連接媒介也必將越來越受到廣泛關(guān)注,Android平臺(tái)控制系統(tǒng)將會(huì)很有前景與研究?jī)r(jià)值。

        1 系統(tǒng)總設(shè)計(jì)內(nèi)容與設(shè)計(jì)方案

        1.1 設(shè)計(jì)內(nèi)容

        本次設(shè)計(jì)要求實(shí)現(xiàn)Android手機(jī)可以通過藍(lán)牙設(shè)備遠(yuǎn)程調(diào)節(jié)和控制六自由度機(jī)械臂轉(zhuǎn)動(dòng)角度和轉(zhuǎn)速。

        1.2 設(shè)計(jì)方案

        本設(shè)計(jì)以STC12C5A32S2單片機(jī)為該系統(tǒng)的主控制器,它通過控制舵機(jī)驅(qū)動(dòng)來實(shí)現(xiàn)控制舵機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)角度和轉(zhuǎn)動(dòng)速度,運(yùn)行最終完成機(jī)械臂的各種運(yùn)行功能,并通過手機(jī)界面設(shè)置各種參數(shù)來完成對(duì)機(jī)械臂運(yùn)行功能的設(shè)置。手機(jī)藍(lán)牙與單片機(jī)的藍(lán)牙模塊配對(duì),單片機(jī)對(duì)手機(jī)端傳送各種指令分析處理,根據(jù)不同指令跳轉(zhuǎn)到相應(yīng)的子程序控制舵機(jī)驅(qū)動(dòng),并發(fā)送信號(hào)控制舵機(jī)使機(jī)械臂完成不同運(yùn)行動(dòng)作。

        2 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)

        2.1 硬件電路結(jié)構(gòu)

        整個(gè)系統(tǒng)的硬件可以分為4個(gè)模塊:電源電路、單片機(jī)最小系統(tǒng)、電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊、藍(lán)牙模塊。由7V鋰電池作為電源,給系統(tǒng)供電,調(diào)節(jié)舵機(jī)電壓為7V,單片機(jī)電壓為5V,以確保單片機(jī)、舵機(jī)驅(qū)動(dòng)、藍(lán)牙模塊HC-06的正常運(yùn)行。單片機(jī)STC12C5A32S2是整個(gè)系統(tǒng)的主控制器。

        2.2 單片機(jī)控制流程

        將程序燒錄到單片機(jī)中,藍(lán)牙模塊接受從Android手機(jī)上的數(shù)據(jù)指令,并通過串口通信的方式傳輸給STC12C5A32S單片機(jī)。STC12C5A32S2對(duì)于舵機(jī)的轉(zhuǎn)速調(diào)整,采用脈寬調(diào)制(PWM)辦法,控制舵機(jī)的時(shí)候,不同占空比的方波信號(hào)能對(duì)電機(jī)起到調(diào)速作用,添加延遲,從而達(dá)到調(diào)速的目的。

        3 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

        3.1 軟件工作流程

        (1)獲取并檢查藍(lán)牙設(shè)備;(2)確保正常開啟服務(wù),點(diǎn)擊連接設(shè)備與下位機(jī)藍(lán)牙設(shè)備連接,改變UUID值可明確連接方式,本設(shè)計(jì)中利用藍(lán)牙串口進(jìn)行連接;(3)采用數(shù)字輸入或滑動(dòng)確定信號(hào)參數(shù),發(fā)送數(shù)據(jù)并提示是否成功,下位機(jī)收到數(shù)據(jù)后反饋信號(hào),上位機(jī)提醒正常收到,設(shè)備正常工作;(4)改變參數(shù)時(shí)重復(fù)第4步,點(diǎn)“停止”按鈕停止工作時(shí),傳輸參數(shù)為零的數(shù)據(jù)包尾,傳達(dá)命令暫停控制字。

        3.2 藍(lán)牙通訊

        在Android的藍(lán)牙應(yīng)用程序中,使用RFCOMM協(xié)議的Socket來進(jìn)行服務(wù)器與客戶端的通信。首先 需要在Windows環(huán)境下利用Android studio工具搭建好Android開發(fā)環(huán)境。目前Android手機(jī)普遍自帶藍(lán)牙,在AndroidManifest.xml中聲明藍(lán)牙權(quán)限。藍(lán)牙模塊分析手機(jī)端發(fā)送的字符的ASCII碼值,并且通過串口相應(yīng)的傳遞給單片機(jī),串口傳來的數(shù)據(jù)被單片機(jī)分析后,單片機(jī)發(fā)送信號(hào)控制舵機(jī)。手機(jī)藍(lán)牙發(fā)過來的信號(hào)被藍(lán)牙模塊接收后,將暫存在51單片機(jī)的寄存器中,單片機(jī)進(jìn)行信號(hào)解碼處理處理后,發(fā)送信號(hào)給舵機(jī)。

        3.3 監(jiān)聽界面獲得數(shù)據(jù)

        public void onClick(DialogInterface dialog,int which){}

        //這個(gè)方法是實(shí)現(xiàn)了DialogInterface.OnClickListener的必然產(chǎn)物,作用是用來監(jiān)聽出現(xiàn)在dialog上面按鈕的單擊狀態(tài)。dialog顯示內(nèi)容里面也可以有Button,但是這些button監(jiān)聽必須通過向構(gòu)造函數(shù)里面的EditText那樣先獲取才能監(jiān)聽。

        if(which == DialogInterface.BUTTON_POSITIVE){}

        //DialogInterface.BUTTON_XXXXX這個(gè)常量POSITIVE一般是確定按鈕,但是實(shí)際按鈕具體顯示是可以在dialog.setPositiveButton進(jìn)行設(shè)置的。

        4 總結(jié)

        本文設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)了一種基于Android平臺(tái)的六自由度的機(jī)械臂遠(yuǎn)程控制系統(tǒng),介紹了系統(tǒng)的硬件組成與軟件開發(fā)。系統(tǒng)利用基于Android平臺(tái)的智能手機(jī)作為客戶端,用戶利用藍(lán)牙向控制端單片機(jī)發(fā)送控制指令,并將控制指令轉(zhuǎn)化為信號(hào)發(fā)送給機(jī)械臂舵機(jī)以實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)動(dòng)角度和轉(zhuǎn)速的調(diào)節(jié)。測(cè)試顯示運(yùn)行結(jié)果正確,性能穩(wěn)定可靠。該系統(tǒng)可以推廣到物聯(lián)網(wǎng)和家庭自動(dòng)化的遠(yuǎn)程控制中。

        參考文獻(xiàn)

        [1]張拓.基于Android平臺(tái)的藍(lán)牙應(yīng)用開發(fā)[J].信息與電腦:理論版,2015,(18):64-67.

        [2]劉少軍,王瑜瑜.基于 Android 手機(jī)藍(lán)牙控制的智能小車設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[J].電子測(cè)量技術(shù),2016,39(9):114-117.

        [3]高宋偉,徐洪智,黃艷,等.基于Android的藍(lán)牙通信程序設(shè)計(jì)[J].電腦編程技巧與維護(hù),2015,(11):44-46.

        (作者單位:西南交通大學(xué) 電氣工程學(xué)院)

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