机器蛇系统构架和运动原理课件

机器蛇运动原理和系统构架机器蛇运动原理和系统构架（一种愿望，一种安排，一种努力）（一种愿望，一种安排，一种努力）中国农业大学中国农业大学王伟王伟22-1n n机构设计一般，借鉴了已有机构设计一般，借鉴了已有机构设计一般，借鉴了已有机构设计一般，借鉴了已有的设计。的设计。的设计。的设计。n n成绩评定成绩评定成绩评定成绩评定C C（一）机器蛇的结构设计范例作业评价作业评价22-2组组按照要求完成了作业，按照要求完成了作业，交了两份作业；交了两份作业；且其设计之一（左上且其设计之一（左上图）新颖，独特，且图）新颖，独特，且做的很细致，装配关做的很细致，装配关系明了可行。系明了可行。成绩评定为成绩评定为A23-2n n深入理解了蛇的深入理解了蛇的深入理解了蛇的深入理解了蛇的构造，兼顾了二构造，兼顾了二构造，兼顾了二构造，兼顾了二维和三维，有创维和三维，有创维和三维，有创维和三维，有创新。新。新。新。n n没有设计总结没有设计总结没有设计总结没有设计总结n n成绩评定成绩评定成绩评定成绩评定A A23-3机构设计有创新，兼机构设计有创新，兼机构设计有创新，兼机构设计有创新，兼顾了二维和三维的顾了二维和三维的顾了二维和三维的顾了二维和三维的结构组合；结构组合；结构组合；结构组合；有新意；有新意；有新意；有新意；设计报告写得较深刻，设计报告写得较深刻，设计报告写得较深刻，设计报告写得较深刻，涉及意图明确；涉及意图明确；涉及意图明确；涉及意图明确；成绩评定：成绩评定：成绩评定：成绩评定：A A作业评价作业评价n n此结构仿造此结构仿造此结构仿造此结构仿造ssss机器蛇样机。机器蛇样机。机器蛇样机。机器蛇样机。用用用用caxacaxa软件设计。软件设计。软件设计。软件设计。n n作的非常的细致，尺寸等作的非常的细致，尺寸等作的非常的细致，尺寸等作的非常的细致，尺寸等也非常的合适。也非常的合适。也非常的合适。也非常的合适。n n有机构设计说明书有机构设计说明书有机构设计说明书有机构设计说明书n n但是建议大家发挥自己的但是建议大家发挥自己的但是建议大家发挥自己的但是建议大家发挥自己的灵感，自己创新，不要拘灵感，自己创新，不要拘灵感，自己创新，不要拘灵感，自己创新，不要拘于现有的国内外蛇的机构。于现有的国内外蛇的机构。于现有的国内外蛇的机构。于现有的国内外蛇的机构。n成绩评定为成绩评定为B31-2组组作业评价作业评价32-1组组n n此结构作的有新意。此结构作的有新意。n n四面平整，壳体结构也很简洁实用，加工性比较好。四面平整，壳体结构也很简洁实用，加工性比较好。n n有设计文档有设计文档n n机构的细部作的不足。略显粗糙。机构的细部作的不足。略显粗糙。机构的细部作的不足。略显粗糙。机构的细部作的不足。略显粗糙。n n成绩评定为成绩评定为成绩评定为成绩评定为A A作业评价作业评价32-2组组n n此结构为完全仿造此结构为完全仿造此结构为完全仿造此结构为完全仿造ssss机器机器机器机器蛇样机。用蛇样机。用蛇样机。用蛇样机。用caxacaxa软件设计。软件设计。软件设计。软件设计。n n作的非常的细致，尺寸等作的非常的细致，尺寸等作的非常的细致，尺寸等作的非常的细致，尺寸等也非常的合适。也非常的合适。也非常的合适。也非常的合适。n n有机构设计说明书有机构设计说明书有机构设计说明书有机构设计说明书n n但是建议大家发挥自己的但是建议大家发挥自己的但是建议大家发挥自己的但是建议大家发挥自己的灵感，自己创新，不要拘灵感，自己创新，不要拘灵感，自己创新，不要拘灵感，自己创新，不要拘于现有的国内外蛇的机构。于现有的国内外蛇的机构。于现有的国内外蛇的机构。于现有的国内外蛇的机构。n成绩评定为成绩评定为B41-2采用圆形的蛇体结采用圆形的蛇体结采用圆形的蛇体结采用圆形的蛇体结构，有新意，但构，有新意，但构，有新意，但构，有新意，但在实用上会用问在实用上会用问在实用上会用问在实用上会用问题；题；题；题；没有设计总结；没有设计总结；没有设计总结；没有设计总结；成绩评定：成绩评定：成绩评定：成绩评定：B B作业评价作业评价51-1组组按照要求完成了作按照要求完成了作业，且其设计之一业，且其设计之一（左上图）新颖，（左上图）新颖，独特，且做的很细独特，且做的很细致，装配关系明了致，装配关系明了可行。可行。成绩评定为成绩评定为A作业评价作业评价n n51-2组组n n此机构亦为仿此机构亦为仿ssss样机机构样机机构n n没有设计文档没有设计文档n n建议自己创新。建议自己创新。n n成绩评定为成绩评定为C C52-1组组n n机构设计比较机构设计比较机构设计比较机构设计比较细致，但一般。细致，但一般。细致，但一般。细致，但一般。n n没有文档说明没有文档说明没有文档说明没有文档说明n n成绩评定为成绩评定为成绩评定为成绩评定为B B（二）机器蛇的运动分析n n机器蛇的主要运动方式是：在不同的时刻，对不同的关节运动姿态进行有序的排列，由于受力关系的不同，产生各种各样的运动形式。以蠕动机理为例说明：n n要保证运动波形能够顺利的传播，利用三连杆机构的结构特点实现有效位移的传递。为保证有效位移的顺利传递，从机器蛇尾部开始进行三角波的传递。机器蛇运动过程分为三个过程：机器蛇运动过程分为三个过程：步距产生阶段步距产生阶段步距产生阶段步距产生阶段，步距传步距传步距传步距传递过渡阶段递过渡阶段递过渡阶段递过渡阶段，步距传递阶段步距传递阶段步距传递阶段步距传递阶段。n n1 1、步距产生阶段、步距产生阶段、步距产生阶段、步距产生阶段 通过计算机串口输入数据控制机器蛇尾通过计算机串口输入数据控制机器蛇尾部第部第2 2节点处的舵机，使舵机沿着节点处的舵机，使舵机沿着 顺时针方向旋转过一定顺时针方向旋转过一定的角度的角度,由于要克服杆的重力、地面的摩擦力和相邻杆件之由于要克服杆的重力、地面的摩擦力和相邻杆件之间的约束，使第间的约束，使第1 1节连杆和第节连杆和第2 2节连杆产生垂直方向的角度节连杆产生垂直方向的角度变化变化,在结束时，形成的机器蛇体态，如上图在结束时，形成的机器蛇体态，如上图B B，可以产生，可以产生水平方向的一个步距，即图示的位移水平方向的一个步距，即图示的位移L L。2、步距传递过渡阶段n n为保证在以后的运动中，产生的有效位移不会消失或衰减，为保证在以后的运动中，产生的有效位移不会消失或衰减，必须使后续运动能保证有效位移必须使后续运动能保证有效位移L L不损失。即后续的三连杆不损失。即后续的三连杆机构必须按照一定的方式运动，只有这样，经过运动积累，机构必须按照一定的方式运动，只有这样，经过运动积累，才能保证机器蛇产生向前的运动。才能保证机器蛇产生向前的运动。n n步距传递的过渡阶段要将上一阶段产生的步距步距传递的过渡阶段要将上一阶段产生的步距L L从节点从节点1 12 23 3平稳的传递到节点平稳的传递到节点2 23 34 4，如图，如图B BC C。期间，蛇体的。期间，蛇体的运动只在节点运动只在节点1 12 23 34 4之间运动，而其余节点的舵机不参之间运动，而其余节点的舵机不参与运动。与运动。3、步距传递阶段：n n 步距传递过渡阶段结束以后，改变节点2的旋转方向，使节点2向下运动，节点3保持原来的运转速度和运转方向不变，节点3向上运动，形成的运动姿态如图B2。接下来，节点2快速下降，节点3以较小的变化角度向上增加一定的值，形成的运动姿态如图示B3。最后，节点2降低到与地面接触，完成由节点123到节点234的平稳传递。由图示B1、B2、B3可以看出，步距在由图BC的传递过程中没有产生有效位移的损失。n n 重复以上的过程，波峰将从节点3又向前传递一次。如果机器蛇的步距传递的姿态如图 I 时，机器蛇完成了一个动作循环，即机器蛇前进了一个步距L。在不同的时刻，重复上述的运动姿态和控制过程，机器蛇在要求的运动方向上实现运动。如果改变控制时各个节点的时序，即机器蛇的头部先产生运动，机器蛇就可以实现向后的运动。n n根据以上的分析结果，可以完成一个波在垂直方向上的传递，实现蠕动。n n采用舵机驱动，而舵机的角速度和角加速度不需要控制，因此在具体的操作中，只需计算出蛇体在极限位置处的旋转角度，然后对这些计算的角度值进行插值计算，就可以得出在不同的时刻内，机器蛇的某个关节处的旋转角度值。n n但在实际的应用中，在整条蛇体内传播单个波形时，受时延的影响，如果蛇体的关节数量较多，从机器蛇的尾部传递到头部所需的时间太长，造成前进的速度太慢。n n且每一个波形传递不连续，不能形成连续的波形传递。为克服单个波形传递速度慢、波形不连续的缺点，下面介绍连续波传动的情况。n n在波形的传递过程中，步距保持为一个定值，其大小与传动的起始角度有关。由图看出，当机器蛇的任意一个关节点经过图示112个运动姿态变化后，形成的一个完整的姿态循环。（1）中位的确定：中位的确定：n n机器蛇的运动是各个关节的角度发生了变化，必须确定机器蛇的中位才能得到不同的角度变化。中位规定为当各个关节的夹角为0时。n n因此可以计算出从姿态因此可以计算出从姿态1 1到姿态到姿态1212机器蛇的同一关节机器蛇的同一关节不同时刻的关节角度值不同时刻的关节角度值n n根据时延不同对机器蛇的每一关节处的舵机循环加根据时延不同对机器蛇的每一关节处的舵机循环加载此数组，就可以实现机器蛇连续的运动。载此数组，就可以实现机器蛇连续的运动。n n在实际的处理中，采用对舵机进行点位控制，相邻角度值不能变化过大（=100），否则运动不平滑，因此，需对以上数组进行插值处理，把以上包含12个角度的数组，扩展为32位或64位的数组。如果得出的数组不是12位，同样需要把它插值为32或64位。n n 对于舵机控制，没有角加速度的控制量，因此旋转的角度应尽量接近，这样就能达到满意的运动形式。可以利用插值方法形成64位数组。n n我们根据相邻点处角度差值的大小，采用均匀插值的方法插入相应的数值，比如-52 与-30之间相差22，我们插入两个值，而-30和 0之间相差30，我们插入三个值。经过插值后的经过插值后的64位数组：位数组：n n 90,86,82,79,75,71,67,64,90,86,82,79,75,71,67,64,60,56,52,49,45,41,37,34,60,56,52,49,45,41,37,34,30,34,37,41,45,49,52,56,30,34,37,41,45,49,52,56,60,64,67,71,75,79,82,86,60,64,67,71,75,79,82,86,90,94,97,101,105,109,112,116,90,94,97,101,105,109,112,116,120,124,127,131,135,139,142,146,120,124,127,131,135,139,142,146,150,146,142,138,135,131,127,124,150,146,142,138,135,131,127,124,120,116,112,108,105,101,97,94120,116,112,108,105,101,97,94 5、机器蛇SolidSnake II 的运动合成：n n蠕动蠕动n n游动：只需利用以上蠕动运动的旋转角度数据，把游动：只需利用以上蠕动运动的旋转角度数据，把垂直方向的角度值改变为水平方向的角度变化，而垂直方向的角度值改变为水平方向的角度变化，而保持垂直方向的角度不变化，机器蛇就可以实现在保持垂直方向的角度不变化，机器蛇就可以实现在地面上的灵活运动。地面上的灵活运动。n n扭动：蠕动和游动的组合运动。扭动：蠕动和游动的组合运动。两个方向结合产生横向侧滚运动两个方向结合产生横向侧滚运动 系统构架及通讯协议系统构架及通讯协议n n机构设计+单片机 机器蛇n n由部分到整体机器蛇的控制系统构架机器蛇的控制系统构架 机器蛇的控制系统构架机器蛇的控制系统构架机器蛇硬件控制结构说明：机器蛇硬件控制结构说明：n nPC为上位机；n n下位机为机器蛇本体，包括主控板和从机板；主机（主机（主机（主机（host host）处理器采用）处理器采用）处理器采用）处理器采用Atmega128Atmega128；从机从机从机从机slaveslave采用采用采用采用Atmega8Atmega8，每个从机模块控制两个正，每个从机模块控制两个正，每个从机模块控制两个正，每个从机模块控制两个正交向的舵机工作。交向的舵机工作。交向的舵机工作。交向的舵机工作。机器蛇的控制系统构架机器蛇的控制系统构架n n层次式结构层次式结构n n机器蛇控制系统采用递阶分布式结构，分为组织层、协调层、执行层三层；n n组织层组织层完成用户界面、任务规划、视频显示处理等功能；n n协调层协调层完成控制、协调计算和数据分发等功能；n n执行层执行层完成关节舵机伺服功能。机器蛇的控制系统构架机器蛇的控制系统构架n n层次式结构层次式结构n n机器蛇的机器蛇的组织层组织层：PCPC端的控制软件；端的控制软件；考虑到实验操作的直接方便，组织层采用超级终端或者串口调试考虑到实验操作的直接方便，组织层采用超级终端或者串口调试助手；助手；n n协调层协调层的功能由位于机器蛇头部的主控板来的功能由位于机器蛇头部的主控板来实现；实现；存储各运动模式的数据；各组设计运动数据将烧写固化至主控存储各运动模式的数据；各组设计运动数据将烧写固化至主控板；板；n n执行层执行层指各个从机控制板和舵机模块；指各个从机控制板和舵机模块；各组的实验板即为从机控制板。各组的实验板即为从机控制板。机器蛇控制系统构架机器蛇控制系统构架返回机器蛇的控制系统构架机器蛇的控制系统构架n n运动控制流程概述运动控制流程概述n nPCPC的控制软件通过的控制软件通过RS232RS232给机器蛇头部主机发给机器蛇头部主机发送指令数据来控制机器蛇的运动；送指令数据来控制机器蛇的运动；n n头部主机接收到指令确认无误后，解析数据帧，头部主机接收到指令确认无误后，解析数据帧，处理综合数据后，将各个执行末段舵机的角度处理综合数据后，将各个执行末段舵机的角度以广播方式通过总线分发到各个从机；以广播方式通过总线分发到各个从机；n n接着就如上次实验所述来控制舵机的转动了，接着就如上次实验所述来控制舵机的转动了，至此，机器蛇的运动实现了。至此，机器蛇的运动实现了。机器蛇的控制系统构架机器蛇的控制系统构架一般的简单的机器人控制系统就是这样的上下一般的简单的机器人控制系统就是这样的上下一般的简单的机器人控制系统就是这样的上下一般的简单的机器人控制系统就是这样的上下位机构架。当然更复杂的系统在各个层面上位机构架。当然更复杂的系统在各个层面上位机构架。当然更复杂的系统在各个层面上位机构架。当然更复杂的系统在各个层面上会有很多不同，但那只是手段不同，其骨架会有很多不同，但那只是手段不同，其骨架会有很多不同，但那只是手段不同，其骨架会有很多不同，但那只是手段不同，其骨架基本都是一样的。基本都是一样的。基本都是一样的。基本都是一样的。n n本次课程主要介绍上下位机（本次课程主要介绍上下位机（本次课程主要介绍上下位机（本次课程主要介绍上下位机（PCPC和主控板）和主控板）和主控板）和主控板）之间的通讯。之间的通讯。之间的通讯。之间的通讯。机器人控制中常见的通讯方式机器人控制中常见的通讯方式n n机器人所采用的通讯方式根据实际需要来选择。n n例如方便性，速度，通讯可靠性，通讯距离，错误处理等，也有功能对网络形式上的要求，当然这些都不是绝对的，只是有个更佳的选择问题。机器人控制中常见的通讯方式机器人控制中常见的通讯方式n nCAN（Controller Area Network）n nCANCAN总线原是总线原是总线原是总线原是BoschBosch公司为解决现代汽车中公司为解决现代汽车中公司为解决现代汽车中公司为解决现代汽车中众多的控制和测试仪器之间的数据交换而开众多的控制和测试仪器之间的数据交换而开众多的控制和测试仪器之间的数据交换而开众多的控制和测试仪器之间的数据交换而开发的，由于其在数据通信上具有突出的可靠发的，由于其在数据通信上具有突出的可靠发的，由于其在数据通信上具有突出的可靠发的，由于其在数据通信上具有突出的可靠性、实时性和灵活性，应用范围已由原来的性、实时性和灵活性，应用范围已由原来的性、实时性和灵活性，应用范围已由原来的性、实时性和灵活性，应用范围已由原来的汽车行业扩展到了过程工业、机械工业、纺汽车行业扩展到了过程工业、机械工业、纺汽车行业扩展到了过程工业、机械工业、纺汽车行业扩展到了过程工业、机械工业、纺织工业、农用机械、机器人、数控机床、医织工业、农用机械、机器人、数控机床、医织工业、农用机械、机器人、数控机床、医织工业、农用机械、机器人、数控机床、医疗器械以及传感器等领域。疗器械以及传感器等领域。疗器械以及传感器等领域。疗器械以及传感器等领域。n nCANCAN总线是一种多主总线，通讯介质可以是总线是一种多主总线，通讯介质可以是总线是一种多主总线，通讯介质可以是总线是一种多主总线，通讯介质可以是双绞线、同轴电缆或光导纤维，双绞线、同轴电缆或光导纤维，双绞线、同轴电缆或光导纤维，双绞线、同轴电缆或光导纤维，通信速率可通信速率可通信速率可通信速率可达达达达1Mbps1Mbps。机器人控制中常见的通讯方式机器人控制中常见的通讯方式n nI2CI2C（Inter-ICInter-IC）n n I2CI2C（Inter-ICInter-IC）总线是由）总线是由PhilipsPhilips公司推出的公司推出的一种新型总线标准，是同步通信的一种特殊一种新型总线标准，是同步通信的一种特殊形式。形式。n n具有接口线少（二线传输），控制方式简化，具有接口线少（二线传输），控制方式简化，器件封装形式小，通信速率较高等优点。器件封装形式小，通信速率较高等优点。n n标准模式下数据传送速率可达标准模式下数据传送速率可达100kbit/s100kbit/s，高，高速模式下可达速模式下可达400kbit/s400kbit/s。n nI2CI2C（Inter-ICInter-IC）n nI2CI2C总线是串行总线，可发送和接收数据，在总线是串行总线，可发送和接收数据，在CPUCPU和被控和被控ICIC之间，之间，ICIC与与ICIC之间进行双向传送之间进行双向传送。总线上并接的每一模块既是主控器（或被。总线上并接的每一模块既是主控器（或被控器）又是发送器（或发送器控器）又是发送器（或发送器），这取决于），这取决于它所要完成的功能。它所要完成的功能。CPUCPU发出的控制信号分发出的控制信号分为地址码和数据码两部分，为地址码和数据码两部分，地址码地址码地址码地址码用来选址，用来选址，确定总线通信的唯一器件，数据码是通信的确定总线通信的唯一器件，数据码是通信的内容。这样挂在同一条总线上的各控制模块内容。这样挂在同一条总线上的各控制模块彼此独立互不干扰。彼此独立互不干扰。机器人控制中常见的通讯方式机器人控制中常见的通讯方式n nRS232/RS485RS232/RS485总线总线 n n目前目前RS-232RS-232是是PCPC机与通信工业中应用最广泛机与通信工业中应用最广泛的一种串行接口，被定义为一种在低速率串的一种串行接口，被定义为一种在低速率串行通信中增加通信距离的单端标准。行通信中增加通信距离的单端标准。RS-232RS-232是为点对点（即只用一对收、发设备）通信是为点对点（即只用一对收、发设备）通信而设计的，其驱动器负载为而设计的，其驱动器负载为3 37k7k。由于。由于RS-232RS-232发送电平与接收电平的差仅为发送电平与接收电平的差仅为2V2V至至3V3V左右，所以其共模抑制能力差，再加上双绞左右，所以其共模抑制能力差，再加上双绞线上的分布电容，其传送距离最大为约线上的分布电容，其传送距离最大为约1515米，米，最高速率为最高速率为20kb/s20kb/s。n nRS232/RS485总线n n为改进为改进RS-232RS-232通信距离短、速度低的缺点，通信距离短、速度低的缺点，在在RS232RS232基础上发展了基础上发展了RS422RS422接口标准，它是接口标准，它是一种单机发送多机接收的单向平衡规范。一种单机发送多机接收的单向平衡规范。n n为扩展应用范围，在为扩展应用范围，在RS-422RS-422的基础上又发展的基础上又发展了了RS-485RS-485标准，增加了多点、双向通信能力，标准，增加了多点、双向通信能力，通常在要求通信距离为几十米至上千米时，通常在要求通信距离为几十米至上千米时，广泛采用广泛采用RS-485RS-485收发器。收发器。n nRS232/RS485总线n nRS-485收发器采用平衡发送和差分接收，即在发送端，驱动器将TTL电平信号转换成差分信号输出；在接收端，接收器将差分信号变成TTL电平，因此具有抑制共模干扰的能力，加上接收器具有高的灵敏度，能检测低达200mV的电压，故数据传输可达千米以外。n n无线通讯常采用无线数传电台，一般都提供有无线通讯常采用无线数传电台，一般都提供有无线通讯常采用无线数传电台，一般都提供有无线通讯常采用无线数传电台，一般都提供有RS232RS232或或或或RS485RS485的接口，很方便使用。的接口，很方便使用。的接口，很方便使用。的接口，很方便使用。n n在机器蛇中采用的是串行通讯，与在机器蛇中采用的是串行通讯，与在机器蛇中采用的是串行通讯，与在机器蛇中采用的是串行通讯，与PCPC通讯用的是通讯用的是通讯用的是通讯用的是RS232RS232接口标准，是最常见最方便得到的接口资源。接口标准，是最常见最方便得到的接口资源。接口标准，是最常见最方便得到的接口资源。接口标准，是最常见最方便得到的接口资源。n n对于一些简单的应用，几十个甚或上百个字节的通讯对于一些简单的应用，几十个甚或上百个字节的通讯对于一些简单的应用，几十个甚或上百个字节的通讯对于一些简单的应用，几十个甚或上百个字节的通讯数据量来说，通过一些简单的错误处理，都能足够满数据量来说，通过一些简单的错误处理，都能足够满数据量来说，通过一些简单的错误处理，都能足够满数据量来说，通过一些简单的错误处理，都能足够满足我们的需要，再考虑上成本，确实是个不错的选择。足我们的需要，再考虑上成本，确实是个不错的选择。足我们的需要，再考虑上成本，确实是个不错的选择。足我们的需要，再考虑上成本，确实是个不错的选择。当然并非说这就是最佳选择，如果我们的功能要求复当然并非说这就是最佳选择，如果我们的功能要求复当然并非说这就是最佳选择，如果我们的功能要求复当然并非说这就是最佳选择，如果我们的功能要求复杂些，需要更多的设备提供实时可靠数据交换的话，杂些，需要更多的设备提供实时可靠数据交换的话，杂些，需要更多的设备提供实时可靠数据交换的话，杂些，需要更多的设备提供实时可靠数据交换的话，可能就需要选择其他的通讯方式了。可能就需要选择其他的通讯方式了。可能就需要选择其他的通讯方式了。可能就需要选择其他的通讯方式了。比较：比较：n n这里所说的通讯协议是指这里所说的通讯协议是指应用层用户所制定的通信协应用层用户所制定的通信协应用层用户所制定的通信协应用层用户所制定的通信协议，采用数据帧格式，每帧含有若干个字节数据议，采用数据帧格式，每帧含有若干个字节数据议，采用数据帧格式，每帧含有若干个字节数据议，采用数据帧格式，每帧含有若干个字节数据，考，考虑虑帧的起始、寻址、结束和错误处理，面向字节。帧的起始、寻址、结束和错误处理，面向字节。帧的起始、寻址、结束和错误处理，面向字节。帧的起始、寻址、结束和错误处理，面向字节。n应用层通讯协议n n一般的应用层通讯协议的帧结构如下图一般的应用层通讯协议的帧结构如下图机器蛇的通讯协议机器蛇的通讯协议n n假设现有一个机器蛇系统，基本结构假设现有一个机器蛇系统，基本结构假设现有一个机器蛇系统，基本结构假设现有一个机器蛇系统，基本结构n n如前所述如前所述如前所述如前所述。n n硬件环境：采用硬件环境：采用硬件环境：采用硬件环境：采用8 8个直流伺服电机驱动，每个个直流伺服电机驱动，每个个直流伺服电机驱动，每个个直流伺服电机驱动，每个电机对应一个伺服模块，头部有一个主机，电机对应一个伺服模块，头部有一个主机，电机对应一个伺服模块，头部有一个主机，电机对应一个伺服模块，头部有一个主机，主机通过一条主机通过一条主机通过一条主机通过一条RS485RS485总线带总线带总线带总线带8 8个伺服模块，个伺服模块，个伺服模块，个伺服模块，通过通过通过通过RS232RS232和和和和PCPC机通讯。机通讯。机通讯。机通讯。机器蛇的通讯协议机器蛇的通讯协议n n控制要求（一）：控制要求（一）：1 1）完成前进、后退、左转、右转动作，要求能以不同的速度前进后退）完成前进、后退、左转、右转动作，要求能以不同的速度前进后退）完成前进、后退、左转、右转动作，要求能以不同的速度前进后退）完成前进、后退、左转、右转动作，要求能以不同的速度前进后退左转右转；左转右转；左转右转；左转右转；2 2）有启动、停止功能，要求能够快速置中位，即机器蛇停止；）有启动、停止功能，要求能够快速置中位，即机器蛇停止；）有启动、停止功能，要求能够快速置中位，即机器蛇停止；）有启动、停止功能，要求能够快速置中位，即机器蛇停止；3 3）头部主机内置几种运动模式的方程，要求能够调节各种运动模式的）头部主机内置几种运动模式的方程，要求能够调节各种运动模式的）头部主机内置几种运动模式的方程，要求能够调节各种运动模式的）头部主机内置几种运动模式的方程，要求能够调节各种运动模式的速度和波动的幅度；速度和波动的幅度；速度和波动的幅度；速度和波动的幅度；n n分析：分析：分析：分析：n n1 1）中所述的动作都是由）中所述的动作都是由）中所述的动作都是由）中所述的动作都是由3 3）中所说的几种运动模式方程生成，）中所说的几种运动模式方程生成，）中所说的几种运动模式方程生成，）中所说的几种运动模式方程生成，我们可以用一个字节的高我们可以用一个字节的高我们可以用一个字节的高我们可以用一个字节的高6 6位来表示运动模式，可以表示位来表示运动模式，可以表示位来表示运动模式，可以表示位来表示运动模式，可以表示2 26 6=64=64种模式，已经足够用了；低两位组合来表示前进、后退、种模式，已经足够用了；低两位组合来表示前进、后退、种模式，已经足够用了；低两位组合来表示前进、后退、种模式，已经足够用了；低两位组合来表示前进、后退、左转、右转四种动作；左转、右转四种动作；左转、右转四种动作；左转、右转四种动作；n n接着用一个字节表示速度或者速度基量；接着用一个字节表示速度或者速度基量；接着用一个字节表示速度或者速度基量；接着用一个字节表示速度或者速度基量；n n一个字节表示波动幅度或其基量；一个字节表示波动幅度或其基量；一个字节表示波动幅度或其基量；一个字节表示波动幅度或其基量；机器人控制通讯协议机器人控制通讯协议控制要求（二）：控制要求（二）：n n有两种控制方式：有两种控制方式：有两种控制方式：有两种控制方式：一、一、一、一、PCPC发送运动模式指令发送运动模式指令发送运动模式指令发送运动模式指令+运动参数，由主机处理计算数据控制各个运动参数，由主机处理计算数据控制各个运动参数，由主机处理计算数据控制各个运动参数，由主机处理计算数据控制各个电机；电机；电机；电机；二、越过主机，由二、越过主机，由二、越过主机，由二、越过主机，由PCPC直接实时控制每个电机的状态，各个电机之间不直接实时控制每个电机的状态，各个电机之间不直接实时控制每个电机的状态，各个电机之间不直接实时控制每个电机的状态，各个电机之间不相关；并且在两种控制方式切换时，机器蛇的状态保持不变；需要相关；并且在两种控制方式切换时，机器蛇的状态保持不变；需要相关；并且在两种控制方式切换时，机器蛇的状态保持不变；需要相关；并且在两种控制方式切换时，机器蛇的状态保持不变；需要识别每个从机板；识别每个从机板；识别每个从机板；识别每个从机板；分析：分析：分析：分析：n n用一个字节直接表示启动停止和置中位指令；用一个字节直接表示启动停止和置中位指令；用一个字节直接表示启动停止和置中位指令；用一个字节直接表示启动停止和置中位指令；n n用一个字节的高四位表示两种控制方式，用低四位表示用一个字节的高四位表示两种控制方式，用低四位表示用一个字节的高四位表示两种控制方式，用低四位表示用一个字节的高四位表示两种控制方式，用低四位表示8 8个个个个电机的地址编号，电机的地址编号，电机的地址编号，电机的地址编号，n n再用一个字节表示对应电机的角度再用一个字节表示对应电机的角度再用一个字节表示对应电机的角度再用一个字节表示对应电机的角度控制要求三：控制要求三：能够判断收到的是否为正确完整的数据帧能够判断收到的是否为正确完整的数据帧能够判断收到的是否为正确完整的数据帧能够判断收到的是否为正确完整的数据帧分析：分析：分析：分析：帧校验有循环冗余码、奇偶校验和校验和等几种常见帧校验有循环冗余码、奇偶校验和校验和等几种常见帧校验有循环冗余码、奇偶校验和校验和等几种常见帧校验有循环冗余码、奇偶校验和校验和等几种常见的方式，这里采用校验和。的方式，这里采用校验和。的方式，这里采用校验和。的方式，这里采用校验和。结构定义如下：UP-SOLIDSNAKE教学实验系统通信教学实验系统通信教学实验系统通信教学实验系统通信协议协议协议协议 无线发送模块无线发送模块 n n这是一个简单的控制协议，只考虑了机器蛇这是一个简单的控制协议，只考虑了机器蛇这是一个简单的控制协议，只考虑了机器蛇这是一个简单的控制协议，只考虑了机器蛇的简单动作控制；如果考虑增加传感器设备，的简单动作控制；如果考虑增加传感器设备，的简单动作控制；如果考虑增加传感器设备，的简单动作控制；如果考虑增加传感器设备，很多状态量反馈，操作方式、调试工作和控很多状态量反馈，操作方式、调试工作和控很多状态量反馈，操作方式、调试工作和控很多状态量反馈，操作方式、调试工作和控制软件界面等各种因素，那么这个协议就复制软件界面等各种因素，那么这个协议就复制软件界面等各种因素，那么这个协议就复制软件界面等各种因素，那么这个协议就复杂了，有些项是在边调试边增加的。杂了，有些项是在边调试边增加的。杂了，有些项是在边调试边增加的。杂了，有些项是在边调试边增加的。n n附录中附有目前机器蛇所用的控制协议。附录中附有目前机器蛇所用的控制协议。附录中附有目前机器蛇所用的控制协议。附录中附有目前机器蛇所用的控制协议。结语结语2、实验步骤：1、用ImageCraft Development Tool打开所提供的源程序host.h，用你自己的数组替换原来的数组Char angle_x_r164=.里的数据。本实验所提供的源程序所取的角度变化范围是0180度，中位角度是90度。因此需要对前边计算出的角度值都加上一个90度。n n2、编译通过后，利用串口线将计算机与主控电路板连接起来，打开PonyProg2000，如图所示：n n点击OK键，在形成的菜单中选择SetupInterface Setup,弹出如下的对话框，选择AvrISPI/O，按OK键。n n将Dev.Type设置成为AVR micro 和ATmega8，然后打开编译好的源程序，如图所示。n n单击Write Device将程序烧制到下载到电路板上。3、接通机器蛇的电源，通过串口向电路板发送数据，观察机器蛇的运动形态。4、调节机器蛇的步距，获得满意的运动状态。记录最佳运动状态的步距值。5、分组进行比赛，确定速度最快的一组。五、注意事项：1 实验过程中对机器蛇平台应轻拿轻放，避免造成线路接触不良或者电路板、舵机发生故障。2、插拔下载线时应小心，避免接反，以免损坏计算机串口或下载线。3、由于人数较多，提供的平台有限，按照分组进行调试时，实验完成时应收拾利索以便后来者，避免不必要的喧哗。课程考核指标：课程考核指标：n1）实验三、四、五部分单元关节试验 4、5演示-有别于缺省程序；（10分）分）2）结合slave、host电路板图指出相应电路图中存在的错误，主控板-从控板的通讯流程；（10分）分）3）论文：你从该课程学到了什么？每人交一份，字数500-2000字。（80分）分）