全地形载重机器人——流浪者毕业论文.doc

全地形载重机器人——流浪.

第一章： 准备组装器材
必需的工具
螺丝刀
丝攻
1/8钻头
小活动扳手或套筒扳手
剪钳
少量润滑油或类似油脂
流浪者机器人套件包括下列元器件：
电子元件\软件
12个HiTec HS-475HB伺服电机 6个HiTec HS-645 MG伺服电机
伺服电机连接延长线 （6长2短）
parallax教学板一块 型号 BS2P24 ，2个PSC电机控制器，1个LCD显示模块（该LCD模块只有完整套件才提供）
铝质部件：
上甲板一块
下甲板一块
支撑件6个
电机固定器6个
腿的前半部分 6件
腿的后半部分6件
脚的前半部分 6件
脚的后半部分 6 件
6个电机输出臂
螺母、螺钉、垫圈、尼龙支柱

12颗#2- 5/16 英寸螺钉
64颗#4 – 1/4 英寸螺钉
12颗#4 – 1/2英寸螺钉
12颗#4 – 5/16英寸螺钉
64个#4 螺母
12个#4锁紧螺母
64个#4弹簧垫圈
24个#4垫圈
12个#4-1/4英寸尼龙支柱
36颗#6-3/8英寸螺钉
42个#6螺母
42#6弹垫
6个#6-1/2英寸螺母
12个#6垫圈
6个#6锁紧螺母
18个1/4 SAE 平垫
6颗#8—1.25英寸螺钉
6颗#8弹垫
12颗#8垫圈
6个#8-1/2英寸尼龙支柱
6个#8-1/4英寸尼龙支柱
其他
流浪者组装和编程指导手册
24条扎带
6个橡胶脚垫
12个连接杆
12个小铜球
12颗内六角螺钉
6个4/40螺杆

其他自己必须提供的物品
完成流浪者机器人的组装，还要求你自己提供一些常用的东西。在你所购的套件中的没有提供的，因为包含这些东西只会使商品的价格增高，而这些东西任何一个机器人爱好者都会有的。当然如果没有也可以从我们这里购买。
5v镍电池或6个镍镉充电电池来为伺服电机提供能源。必须是标准的1800mAH到3300mAH电池组合，就是通常用在无线遥控小车里的那种。Crustcrawler有可为流浪者机器人使用的性能很好的可重复使用3300mAH系列镍电池。
AC/DC数字式充电器，以便为镍镉或镍电池充电。这个在Crustcrawler公司也选购。
小尺寸的扎带，这些有利于你在一种比较整齐的形式下布置你的电线从而达到保护电线的目的。这花不了多少钱，可以在商店中买到，在我们提供的流浪者机器人套件中已经为您提供了12根。
有多种符合机器人规格的传感器可供选择，客户可以根据您的实际需要来选配传感器。S3和S2系列传感器标准被设计为符合流浪者底层的要求，它也能接兼容在可获得的大部分传感器。其他传感器可以从Parallax公司购买到。

第二章： 准备装配组件

注意：
在一个整齐、干净有较大空间的环境下开展组装工作
整理和恰当地摆放你的各类不规格的螺钉、螺母等配件，这样有利于你在装配时正确的使用特定大小的螺钉、螺母、垫圈等，也可以很方便地取用它们。
从容不迫！流浪者机器人是一个精密的产品，它要求所有部件都按这个手册中讲的顺序安装。
组装好流浪者机器人的平均时间在3到6小时。
在安装的过程中请经常参考本安装手册中提供的参考图片。在开始组装任何部件之前，请
仔细参考和研究本手册中提供的安装图片特别是那些特写的图片。
必须一直注意螺钉和其他铝材的方位和方向以及装在流浪者机器人腿的那侧。因为不同的装法可导致完全不同的结果。

准备伺服电机
去掉从它们的保护包装中去掉铝件然后把它们放回在你工作空间里各自的类别中去。
像下图所示的那样，去掉HS-475HB伺服电机两端的突起部分。去掉电机上面的塑料突起部
份可以让伺服电机齐平地固定在电机固定支架上。这些电机将在接下来的步骤中安装。

图1 去掉电机两端的塑料突起部分

第三章： 安装上甲板

1．用一个1/8英寸的钻头 ，把12个电机的输出臂钻好孔如图2所示。
提示：
钻孔时不要把电机的输出臂从电机上卸下来。钻好孔后，把圆盘形的输出臂从电机上卸下来，暂时把螺钉拧回电机的输出轴上。

图2 钻孔

2． 用2颗#4 – 1/4英寸大小的螺钉、弹垫和螺母，把6个圆盘形的输出臂安装到上甲板上，如图3所示。确认输出臂中央孔的中心和上甲板上孔的中心在同一轴线上后再打紧螺钉。

图 3 安装输出臂到上甲板
3． 用2颗#6- 3/8英寸大小的螺钉，弹垫和螺母，把654MG电机安装到电机固定支架上，电机的方向如图4所示：

图 4 安装654MG电机到固定支架上

4．用2颗#6- 3/8英寸螺钉，弹垫和螺母，把型号为475HB的伺服电机像图5一样安装到电机固定支架上，确认电机的位置和图5中的位置一样。用一根扎带把电机输出线固定再电机固定支架上（参考图5b）。重复第3步和第4步把六个伺服电机全部安装好。

图5 安装型号为475HB电机到支架

图5b 用扎带固定电机输出线
5．把同一个固定支架上电机的输出线折成一小束，然后用用扎带把它们捆好以避免这些线在以后的步骤中防碍你的安装。（见图6）
6．把安装好电机的这些支架像图图6一样装到上甲板的圆形电机输出臂上。在打紧螺钉之前必须确认安装电机的支架能够以中间为基准向左、向右旋转大约各90度。注意从型号为645电机输出轴上取下来的螺钉要用来把电机安装支架固定在上甲板上，型号为645电机输出轴上的螺钉与型号为475轴上螺钉大小不一样，图6b是安装完后的样子。

图6 安装电机固定支架到上甲板

图6b 安装完成后的上甲板
7.用2颗#4 – 1/4英寸螺钉，如图7中一样把6个支撑件安装到上甲板上。图7b是安装完成后的样子。

图7 安装支撑件到上甲板

图7b 安装好电机固定支架和支撑件的上甲板

第四章 安装下甲板
8．用8颗#4 – ½英寸的螺钉，1/4”的尼龙支柱，平垫，弹垫和螺母，把3个电机控制器安装到下甲板上，如图8所示，安装时注意两个电机控制器的朝向。让两个控制器的电机控制输出端口相邻，这样一个控制器的输出端口可分别设置为0到15，另一个的输出端口可分别设置为16到30，就像电机控制器手册中提到的一样。同时在此连接所有电源线如图。

图8 安装两个电机控制器到下甲板

图8b 连接电源线

说明：给两个电机控制器供电有几种方式。例图8b中的供电方式是两个控制器使用同一个电源（控制器的电源输入线短接在一起）。你也可以使用两个独立的电源来分别给两个控制器的电供电，选用那种供电方式由你自己决定。
9．用4颗#4-1/4的螺钉，弹垫和螺母，把电池固定支架安装到下甲板的另一侧，如图8c和图8d所示。

图8c

图8d
10．像图9中所示一样，给下甲板上的6个铝柱周围涂上少量的润滑油。

图 9

11．在下甲板上6个铝柱上各套一各¼ 英寸SAE的平垫（平的一面朝下）。再在每个平垫朝上的一面涂少量润滑油，如图10所示。
12．轻轻地把上甲板套到下甲板上，保证下甲板上6个铝柱与上甲板上电机固定支架上孔分别吻合，如图11所示。先确认6个铝柱分别套进支架上的孔后再打紧螺钉。当上下两甲板连接到一起后，把它翻转过来。

图 10

图11
13．用4颗#4-1/英寸4螺钉，把两个处于对称位置的支撑件固定在下甲板上如图12所示。在此时只固定2个支撑件是为了方便在以后的步骤中移开上甲板来连接伺服和电机控制器。

图12

图12b
把组装好的这一部分放到你工作空间的一边，再继续下面的步骤。

第五章 腿部组装

14．如图14所示，在腿前半部分的铝柱上涂少量的润滑油。
15．在铝柱上套2个1/4英寸SAE的平垫（平的一面朝腿的后半部分）到铝柱上然后在上面的那个平垫上涂少量润滑油如图15所示。
16．用2颗#4-5/1英寸6螺钉，平垫，弹垫和螺母，把电机固定指甲固定到腿的后半部分如图16所示。注意在打紧螺钉前确保支架上较大的孔和腿后半部分上的孔中心重合。

图 16
17．用1颗#6-1/2螺钉，2个平垫和1个锁紧螺母，把图16中所示的组件和另一电机固定支架连接起来，如图17和图17b所示。不要把锁紧螺钉打得太紧，打紧后要能够让腿的后半部分有空间灵活地转动。

图17

图 17b
18．将一只型号为475HB的电机放到电机固定支架上，电机的输出轴靠近脚的下方可，如图18所示。

图18
19．用2颗#6-3/8英寸螺钉， 弹垫和螺母，把脚的前半部分固定到电机上如图19和图19b所示。

图 19

图 19b
20．图19c展示的是此时组装好的腿。

图 19c
21．用1颗#6螺母、弹垫把橡皮脚安装到前面步骤重组装好的腿上，如图20所示。

图 20
22．用2颗#4-1/4英寸螺钉，弹垫和螺母，把圆形的电机输出臂安装到腿的前半部分，如图21所示。该电机输出臂应该安装在腿前半部分弯曲部分的内侧。

图 21
23.把装好的腿部和脚部组装起来如图22所示。在用螺钉固定腿和脚之前，得确认在把住腿部的情况下脚部应该能够灵活地在图22和图22b的位置间转动。

图 22

图 22b
24．用2颗#4-1/4英寸螺钉，弹垫和螺母，把腿的前半部分和后半部分联接起来，如图23和图23b所示。

图 23

图 23b
重复第13步至第21步把其余的5条腿也装好。
下图展示的就是组装好的腿。

25．从联接器件小袋中取两个黄铜小球，用拇指把这两个小球分别压入如图24所示的联接件中。
用#2-5/16英寸螺钉把小铜球固定在联接件中。注：把#2螺钉插入联接件的孔中，开始孔比螺钉稍微大一点点。

图 24
26．把4/40英寸螺杆的一部分旋进联接件的尾端如图25。

图 25
27．把另一半联接件旋到4/40英寸的螺杆上，完成联接件的联接如图26所示。注意两个#2-5/16螺钉的头像图26中一样朝同一个方向。
重复第25步到第27步，完成剩下5个联接件的联接。

图 26
28．用1颗#4-1/2内六角螺钉，黄铜取间支柱和锁进紧螺母，把在上一个步骤中接好的连接件连接到组装好的腿上，如图27所示。注意黄铜取间支柱和#2-5/16螺钉连接到腿上的方位。
黄铜取间支柱平的一端应该贴着铝质的腿。为了在整条腿组装完毕后容易固定和调整#2-5/16英寸螺钉，它必须朝腿的外侧。（图27b）

图 27

图 27b
重复第28步把剩下的连接做完。
29．从645MG电机的包装盒里取处6个如图28所示的电机输出臂。用1/8英寸钻头在把下图所示位置的孔扩大。

图 28
30．把上述的电机输出臂套到垂直方向的抬腿电机的输出轴上，然后逆时钟旋转电机直到电机在如图29所示的位置停下来。把电机的输出臂暂时先取下来，重复这个步骤把其余的5个垂直也调试好。

图 29
31．用1颗 #4-1/2英寸黑色内六角螺钉，黄铜取间支柱和锁紧螺母，安装电机的输出臂至连接件的另一端如图30所示。重复这一步骤把其余的5个电机输出轴也联接好。

图 30
32．用1颗#8-1.25英寸螺钉、2个弹垫，1个锁紧螺母，1个1/2英寸尼龙取间支柱，1个1/4英寸尼龙取间支柱，如图31所示把组装好的腿部安装到电机输出轴上。打紧#8锁紧螺钉，但不要打太紧以免影响电机的抬腿动作。

1
#8 – 1.25” Screw
5
#8 – ¼” Nylon Spacer
2
#8 – Washer
6
Back Leg
3
Front Leg
7
#8 - Washer
4
#8 – 1/2” Nylon Spacer
8
#8 Lock Nut

图 31

33．用从475HB电机上取下来的螺钉，把电机输出臂固定到垂直电机的输出轴上，输出臂的位置在11点的角度，如图32所示。

图 32
重复第32步和第33步，把其余的5条腿组装好。
34．把组装好的甲板部分放到一些空盒子或者一些书上，这样在装其余5条腿的时候会更方便一些。

第六章 安装教学底板，联接电机到电机控制器并加装电源。
35．用4颗#4-1/2英寸螺钉，1/4英寸尼龙取间支柱，平垫、弹垫和螺母，把教学底板安装到上上甲板上的狭槽间，联接电机控制器的到教学底板的X15插座上，如图33所示。

36．从电机控制器0输出断口开始，把腿上所有水平方向的电机连接到偶数编号的端口上，把所有垂直抬腿用的电机连接到电机控制器的奇数编号端口上，控制器上的输入输出端口编号为0-15。（参考图35）如果电机上电缆不够长可以用提供的延长电缆线。
注：为了让连接电机到电机控制器更容易，取下在第19页第11步中临时装在两个相对支柱上的4颗#4-1/4螺钉，螺钉取下后抬起上甲板慢慢向左或者向右移动上甲板使得容易在控制器上拔插电缆。你也可以取下那两根在相对位置的支柱，这样你的手就可以在两个甲板之间连接电缆。

37．从连接在第一个电机控制器port0和port1端口上的第一条腿开始，用12英寸的延长电缆从port16开始沿逆时钟方向把脚上的电机连接到第2块电机控制器上，参考图35b。

图 35b 第2个控制器上以16开始编号
38．用2扎带，把6个脚上电机的输出电缆固定在腿的后半部分如图36所示。

图 36
39.用扎带把6条腿中每条腿上3个电机的输出电缆固定在下甲板上的狭槽上，如图37所示。注意在拉紧扎带之前要确认腿能够灵活地在左侧和右侧上各活动90度角。

40．如果之前在连接电机电缆到电机控制器的时候移去了上甲板，这时得把上甲板重新安装回来。在用2颗#4-1/4英寸螺钉连接上、下甲板之间的支柱前，注意6条腿都分别套在下甲板上的铝柱上了。

第七章 编 程
程序“Nomad Walking Demo.bsp”有两个目的：
1、在运动脉冲给定之前让“流浪者”所有的腿都处处在正确物理位置。
2．允许用户通过标准的无线收发器由LCD模块或无线遥控来控制“流浪者”的动作次序。
•可以通过访问我们的网站（ ）来获得这个程序的最新版本，同时你也可以从我们网站上获取其他我们已经为“流浪者”编制的新程序。
• 注意在通过运行程序“Nomad_Walking_Demo.bsp”使用无线控制之前先运行程序“Nomad_RC_Test.bsp”。
• 在试图下载程序操作“流浪者”之前你得先阅读并完全的理解程序中注释。
预编程序列表
在下载运行程序“Nomad_walking_Demo.bsp之前，请仔细阅读下面几点。
·所有电机都连接到了电机控制器正确的输出端口上。
·没有电机的输出电缆纽绞或影响腿在整个范围内的运动。
·电机控制器已正确连接也已按照用户手册上的说明正确地连接到了教学板上。
·控制器已经上电并已经开启电源。
·电机控制有独立电源供电，该电源和给教学板供电的电源相互独立。
·教学板有自己的电源，且电源已经开启。
·LCD显示模块已经正确地接到教学板上，显示亮度调整适当以便嫩看清LCD屏幕上显示的字符。（注意：字符只在程序下载时显示一次）
确定腿的初始位置
1.下载程序Nomad_Walking_Demo.bsp。
2．确认在运行“Nomad_Walking_Demo.bsp”程序后，垂直方向抬腿的电机及其上面的电机输出轴向上直指12点的位置，足上电机使足和地面垂直，如果不是这样将影响到“流浪者”的正确动作。参考图38和图39。如果需要做调整，只要把固定电机输出轴的螺钉取下，然后顺时钟或逆时钟转动电机到适当位置即可。
3．腿调整好后，就可以用LCD模块来选择“流浪者”的步行速度和方向。阅读程序的注释部分理解LCD模块操作方法。

图 38
图 39

转弯和行走程序 – “Nomad_Walking_Demo.bsp”
'----[Nomad_Walking_Demo.bsp]-----------------------------------------
' {$STAMP BS2p}
' {$PBASIC 2.5}
'
' File....... Nomad_Walking_Demo.bsp
' Purpose.... Nomad RC and/or LCD AppMod control.
' Author..... CustCrawler Inc. (Mike Gebhard)
' E-mail..... support@
' Started.... 10 February 2005
' Updated....
'
' Hardware
' (1) Nomad HDATS Robotic Kit
' (1) Parallax Board of Education
' (1) Parallax BS2p Module
' (1) Parallax Servo Controller (PSC)
' (1) Parallax LCD AppMod
' (1) Radio controller Tx/Rx System (optional)
'
'------------------------------------------------
'Getting Started
'------------------------------------------------
' 1. Physically Tune the Nomad
' 2. Run the RC_Test.bs2 program (optional - RC unit sold separatly)
' 3. Run the Nomad Demo program
'
'------------------------------------------------
' First Time Use
'------------------------------------------------
' Anytime the Nomad Demo program is run for the first time, reset, or powered up
' the Nomad will lower and center its leg joints.
'
' Use the LCD AppMod to:
' 1. Select Speed
' 2. Select Direction
' 3. Run selection (button D)
'
' If you are using a radio controller.
'
' 1. Select a speed with using button B on the LCD AppMod
' 2. Power the Transmitter and receiver
' 3. Press button D (run) on the LCD AppMod
' 4. Move the Transmitter stick
'
' Please read the radio control section below
' for receiver to BOE connection instructions.
'
'------------------------------------------------
' Parallax LCD AppMod Control
'------------------------------------------------
' LCD AppMod Buttons
' A ...... Stop/Enter selection mode
' B ...... Select Speed (0-14)
' C ...... Select direction (0-11)
' D ...... Run (enter selection)
'
' BUTTON A
' Press and hold button A until the robot stops. The LCD will the
' show current speed and direction settings.
'
' ----------
' |spd Dir|
' |0 00 |
' ----------
' A B C D
' Button B
' Press button B to change speeds from 0 to 3
' 0 ...... Fastest (default)
' 1 ...... Fast
' 2 ...... Medium
' 3 ...... Slow
'
' Button C
' Button C controls direction from 0 to 11 where 0 is 12 O’clock. If you followed
' the assembly guide 12 O’clock is the leg connected to PSC 1 channels 0, 1, and 16.
'
' Button D
' Press button D to accept/run the selected speed and direction settings.
'
' LCD AppMod display
'
' The LCD displays the current speed and direction settings in selection mode.
' ----------
' |spd Dir|
' |0 00 |
' ----------
'
' The LCD shows the current gait setting on line 2 and "Walking" on line 1 while
' the robot is walking.
' ----------
' |LCD Mode|
' |0 00 |
' ----------
'
' The LCD shows the current gait setting on line 2 and "RC Mode" on line 1 while
' the robot is walking under RC control.
' ----------
' |RC Mode |
' |0 00 |
' ----------
'------------------------------------------------
' Radio Control
'------------------------------------------------
' The Nomad is RC ready. Simply Plug your RC receiver into the BS2p and
' away you go. The instructions below are for connecting a
' Tower Hobbies 6 channel radio control system to the BOE. Your
' receiver channels might differ. Please refer to your receiver's
' instruction manual.
'
' We suggest running the Nomad_RC_Test.bs2 program before running the
' Nomad in radio control mode. The Nomad_RC_Test.bs2 program verifies
' that the receiver is connected correctly to the BOE.
'
' CONNECTIONS
' You will need 4 wires to connect the receiver
' to the BOE's X5 servo port (see your BOE Rev B documentation).
' Soldering 8 High Density Female RS232 Sockets to the ends
' of four 20 gage wires works great.
'
' Connect the receiver's:
' 1. Throttle signal line (ch3)to X5 Pin 12 (outside pin) on the BOE.
' 2. Throttle ground (ch3)to X5 Pin 12 (inside pin) on the BOE
' 3. Rudder signal line (ch4) to X5 Pin 13 (outside pin)
' 4. Rudder ground (ch4) to X5 Pin 13 (inside pin) on the BOE
'
'=========================================================================
' BOE X5 and X4 servo ports
'=========================================================================
' X5 X4
' |--------|--------| |------|
' Ground | c c | x x | | 5V |----
' N/C | x x | x x | | Reg |----
' Signal | c c | x x | | |----
' |--------|--------| |------|
' 12 13 14 15
'
' The Demo program is designed to detect the presence of an Rx
' on Pins 14 and 15. Once detected simply move the Tx stick and
' the Nomad should respond. If not check your connections.
'---- [Programming Notes] ------------------------------------------------
'
'
'-----[ PSC I/O Definitions ]---------------------------------------------
PSC PIN 15 ' PSC module
baud CON 1021 ' 2400 baud
'-----[ RC I/O Definitions ]----------------------------------------------
StickXPin PIN 13 ' Left/Right(X) joystick Rx Ch4
StickYPin PIN 12 ' Up/Down(Y) joystick Rx Ch3
EEPROM_Block CON 108 ' EEPROM Block size
' -----[ LCD I/O Definitions ]--------------------------------------------
E PIN 1 ' LCD Enable (1 = enabled)
RW PIN 2 ' Read/Write
RS PIN 3 ' Reg Select (1 = char)
LcdDirs VAR DIRB ' dirs for I/O redirection
LcdBusOut VAR OUTB
LcdBusIn VAR INB
LcdCls CON $01 ' clear the LCD
LcdHome CON $02 ' move cursor home
LcdCrsrL CON $10 ' move cursor left
LcdCrsrR CON $14 ' move cursor right
LcdDispL CON $18 ' shift chars left
LcdDispR CON $1C ' shift chars right
LcdDDRam CON $80 ' Display Data RAM control
LcdCGRam CON $40 ' Character Generator RAM
LcdLine1 CON $80 ' DDRAM address of line 1
LcdLine2 CON $C0 ' DDRAM address of line 2
LcdScrollTm CON 250 ' LCD scroll timing (ms)
'-----[ Leg Constants ]---------------------------------------------------
Raise CON 600
Lower CON 300
Center CON 750
'-----[ Speed settings ] -------------------------------------------------
TopSpeed CON $A ' Starting Ramp speed
IncrSpeed CON TopSpeed-$2 ' Leg Lift speed
speeds CON $10 ' Number of speeds settings
'-----[ Walking Variables ]-----------------------------------------------
stickXPos VAR Word ' Left/Right (X) joystick posn
stickYPos VAR Word ' Up/Down(Y) joystick position
ptrEEPROM VAR Word ' Gait select
char VAR Byte ' character se