机器人如何实现移动功能

引言— 移动功能回顾

在前面两篇《如何制造足球机器人》文章中，我们主要围绕机器人本体进行了硬件设计，而这次将以控制器为中心，开展软件设计工作。在正式开始之前，先为大家回顾一下机器人如何实现移动功能的设计。

本体的移动采用三组名为“全向轮(lún)”的(de)特(tè)殊轮胎，如下图 (图1) 所示。它们能够支持垂直方向的移动，从而实现八个方向的移动控制。

操作上，利用英飞凌的 3D 磁传感器设计了一个类似游戏机手柄的操纵(zòng)杆(gān)，以(yǐ)控(kòng)制(zhì)机(jī)器(qì)人移动。此外新增三个按钮，分别实现右转、左转和停止功能，使控制器具备共计 11 种移动控制选项。下图 (图2) 为控制器的外观设计：

图2 控制器外观

控制器实现与控制原理

由于控制器需实现 11 种本体动作控制，因此每个条件使用 4 个 I/O 引脚向机器人本体发送信号。此外，当发送信号时，为了判断动作是否与实际信号匹配，在机器人本体的四个角上安装了指示灯，以便对应每种动作信号的反馈情况。输入端口与反馈信号的对应关系如下表 (表1) 所示：

表1 控制器输入端口与和反馈信号的关系

控制器与 3D 磁传感器及微控制器 (MCU) 之间通过 I2C 通信协议进行信号传递，MCU 作为主控设备，3D 传感器作为从设备，实现各类信号的交换。下图 (图(tú)3) 显(xiǎn)示(shì)了(le)控(kòng)制(zhì)器(qì)工(gōng)作(zuò)的(de)简(jiǎn)单(dān)流(liú)程(chéng)图(tú)：

图(tú)3 控(kòng)制(zhì)器(qì)工(gōng)作(zuò)流(liú)程(chéng)图(tú)

一(yī). 当(dāng)控(kòng)制(zhì)器(qì)打(dǎ)开(kāi)时(shí)，微(wēi)控(kòng)制(zhì)器(qì)将(jiāng)写入的 I2C 发送到 3D 传感器以更改初始设置，如下图 (图4) 所示：

图4 I2C 主写入的波形

二. 通过移动操纵杆，MCU 接收来自 3D 传感器的因操纵杆倾(qīng)斜(xié)生(shēng)成(chéng)的(de) 3 轴(zhóu)磁(cí)通(tōng)密(mì)度(dù)数(shù)据(jù)，并(bìng)使(shǐ)用(yòng) X 轴(zhóu)和(hé) Y 轴(zhóu)把(bǎ) 3 轴(zhóu)磁(cí)通(tōng)密(mì)度(dù)信(xìn)息(xi)转(zhuǎn)成(chéng)操(cāo)纵(zòng)杆(gān)的(de)角(jiǎo)度(dù) θ，如(rú)下图 (图5) 所示：

图5 操纵杆和角度检测

三. 当 MCU 向 3D 传感器读取数据时，使用 UART 进行调试，以便查看三个轴的磁通量密度和与磁通量密度(dù)对(duì)应(yīng)的(de)操(cāo)纵(zòng)杆(gān)角(jiǎo)度(dù) θ。

图(tú)6 I2C 主写(xiě)入(rù)的(de)波(bō)形(xíng)

四(sì). 根(gēn)据(jù)计(jì)算(suàn)出(chū)的(de)角(jiǎo)度(dù) θ，MCU 通(tōng)过(guò)无(wú)线(xiàn)通(tōng)信(xìn)将(jiāng)移(yí)动(dòng)控(kòng)制(zhì)信(xìn)号(hào)传(chuán)输(shū)至机器人本体。五. 停止、左转、右转功能通过机械按钮实现，优先级最高，可覆盖其他状态。

软件设计

在本项目中，使用的 MCU 是英飞凌的 PSoC 系列，这款产品支持模拟/数字电路的灵活配置，具备高度可定制化的特点。下图 (图7) 为英飞凌 PSoC 组件示例图：

图7 英飞凌 PSoC 组件示例

总结

本文主要介绍了制造足球机器人中的软件设计部分。