3. 功能实现

3.1建立坐标系

      我们需要先对3自由度并联绘图机器人进行极限位置调节，下图中为左极限位置，右极限位置与其对称。3自由度并联绘图机器人绘图主要由图中所示两个伺服电机控制。

3.2 硬件连接

       ① 触碰传感器连接Bigfish扩展板A0端口

       ② 左侧舵机连接Bigfish扩展板D4号引脚

       ③ 右侧舵机连接Bigfish扩展板D7号引脚

       ④ 控制底部连杆的舵机连接到Bigfish扩展板D11号引脚

3.3 示例程序

编程环境：Arduino 1.8.19

实现思路：接通电源后，等待3秒，按下触碰传感器，3自由度并联绘图机器人开始依次写出“王”、“云”、“飞”三个汉字。  

将参考例程（ThreeServo_Writing.ino）下载到主控板：

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  版权说明：Copyright 2023 Robottime(Beijing) Technology Co., Ltd. All Rights Reserved.

           Distributed under MIT license.See file LICENSE for detail or copy at

           https://opensource.org/licenses/MIT

           by 机器谱 2023-04-03 https://www.robotway.com/

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/*******************************************************************************************************

实现功能：

         三自由度舵机组成的机械臂实现写字；



实现思路：

          接通电源后，等待3秒，按下触碰传感器，3自由度并联绘图机器人开始依次写出“王”、“云”、“飞”三个汉字



实验接线：

         触碰传感器接到A0；

         控制左边连杆的舵机接到D4；

         控制右边连杆的舵机接到D7；

         控制底部连杆的舵机接到D11；

*******************************************************************************************************/


#include <Servo.h> //驱动舵机需要的函数库


#define SERVOLEFTNULL 500      //左侧舵机转动到0度的值

#define SERVORIGHTNULL 500     //右侧舵机转动到0度的值


#define SERVOFAKTORLEFT 603    //左侧舵机转动到0度右侧舵机转动到90度时的值

#define SERVOFAKTORRIGHT 610   //左侧舵机转动到90度右侧舵机转动到180度时的值


#define LIFT0 1500             //落笔写字时舵机转动的值

#define LIFT1 1800             //一笔写完换笔时舵机转动的值

#define LIFT2 1400             //初始及完成写字后抬笔时舵机的值


#define SERVOPINLEFT 4         //定义左边舵机要连接的引脚；

#define SERVOPINRIGHT 7        //定义右边舵机要连接的引脚；

#define SERVOPINLIFT 11        //定义底部舵机要链接的引脚；


#define TouchSensor A0         //触碰传感器连接的引脚


#define LIFTSPEED 1500         //定义抬笔落笔时舵机转动的速度


#define L1 90                  //定义与舵机相连杆的长度 mm  

#define L2 117.6               //定义与舵机相连杆的端点铰接处中心到笔中心的距离 mm

#define L3 31.6                //定义中间杆顶端铰接处中心到笔的距离 mm


#define X1 40.0                //定义左侧舵机中心轴到原点在X方向上的距离

#define Y1 -42                 //定义左侧舵机中心轴到X轴的垂直距离

#define X2 111.4               //定义右侧舵机中心轴到原点在X方向上的距离

#define Y2 -42                 //定义右侧舵机中心轴到到X轴的垂直距离


//坐标系建立第一象限，X轴方向为140mm,Y轴方向为120mm，选取坐标点时Y值建议大于70

int coAry[10][10][2] = {         


              //汉字   王

              {{25,110},{0,0},{51,110},{1,1}},

              {{26,98},{0,0},{49,98},{1,1}},

              {{25,84},{0,0},{51,84},{1,1}},

              {{37,110},{0,0},{37,84},{1,1}},


              //汉字   云

              {{61,110},{0,0},{81,110},{1,1}},

              {{58,100},{0,0},{85,100},{1,1}},

              {{68,100},{0,0},{62,85},{86,85},{1,1}},

              {{80,96},{0,0},{91,82},{1,1}},

             

              //汉字   飞

              {{99,110},{0,0},{114,110},{114,98},{115,90},{115,86},{118,84},{121,82},{126,88},{1,1}},

              {{121,103},{0,0},{116,98},{122,94},{1,1}}

                         

};



int servoLift = LIFT2;


Servo servo1; //声明舵机1

Servo servo2; //声明舵机2

Servo servo3; //声明舵机3


volatile double lastX = 25;   //笔初始坐标值

volatile double lastY = 110;


void setup() {

  Serial.begin(9600);        //开启串口通信

  servo1.attach(SERVOPINLEFT);

  servo2.attach(SERVOPINRIGHT);

  servo3.attach(SERVOPINLIFT);   //声明舵机引脚；

  servo3.writeMicroseconds(LIFT0+500); //初始化机械身躯的高度；

  drawTo(lastX,lastY); //舵机初始角度；

  delay(3000);

}


void Waiting() //直到触碰传感器触发，程序开始运行

{

  while(digitalRead(TouchSensor)){

    delay(2);

  }

  delay(1000);

}


void loop() {

  Waiting();//直到触碰传感器触发，程序开始运行

  if(1)

  {     

    if(!servo1.attached()) servo1.attach(SERVOPINLEFT);

    if(!servo2.attached()) servo2.attach(SERVOPINRIGHT);

    if(!servo3.attached()) servo3.attach(SERVOPINLIFT);   

    lift(2);

    //汉字坐标处理

    for(int i=0;i<10;i++)

    {

      for(int j=0;j<10;j++)

      {

        int x = coAry[i][j][0];

        int y = coAry[i][j][1];               

        if(x == 0 && y == 0)

        {

          lift(0);

          continue;

        }

        else if(x == 1 && y == 1)

        {

          lift(1);

          break;

        }       

        drawTo(x,y);       

      }

    }

    lift(2);   

    servo1.detach();

    servo2.detach();

    servo3.detach();           

  }

  delay(1/0); //程序一直处于等待状态；（类似于死循环）

}


//抬笔舵机转动函数，三个动作，落笔、换笔、起笔, 0 ,1, 2

void lift(char lift)

{

  switch(lift)

  {

    case 0:

        Serial.println("lift0");

        if(servoLift >= LIFT0)

        {

          while(servoLift >= LIFT0)

          {

            servoLift--;

            servo3.writeMicroseconds(servoLift);

            delayMicroseconds(LIFTSPEED);

          }

        }

        else

        {

           while(servoLift <= LIFT0)

           {

             servoLift++;

             servo3.writeMicroseconds(servoLift);

             delayMicroseconds(LIFTSPEED);

           }

        }

    break;

    case 1:

        Serial.println("lift1");

        if(servoLift >= LIFT1)

        {

          while(servoLift >= LIFT1)

          {

            servoLift--;

            servo3.writeMicroseconds(servoLift);

            delayMicroseconds(LIFTSPEED);

          }

        }

        else

        {

          while(servoLift <= LIFT1)

          {

            servoLift++;

            servo3.writeMicroseconds(servoLift);

            delayMicroseconds(LIFTSPEED);

          }

        }

    break;

    case 2:

        Serial.println("lift2");

        if(servoLift >= LIFT2)

        {

          while(servoLift >= LIFT2)

          {

            servoLift--;

            servo3.writeMicroseconds(servoLift);

            delayMicroseconds(LIFTSPEED);

          }

        }

        else

        {

          while(servoLift <= LIFT2)

          {

            servoLift++;

            servo3.writeMicroseconds(servoLift);

            delayMicroseconds(LIFTSPEED);

          }

        }

    break;

    default:break;

  }

}


//笔移动函数，参数为点坐标值，计算两点坐标距离来控制笔移动

void drawTo(double pX, double pY) {

  double dx, dy, c;

  int i;

 

  Serial.println(pX);

  Serial.println(pY);


  // dx dy of new point

  dx = pX - lastX;

  dy = pY - lastY;

  //path lenght in mm, times 4 equals 4 steps per mm

  c = floor(10 * sqrt(dx * dx + dy * dy));


  if (c < 1) c = 1;


  for (i = 0; i <= c; i++) {

    // draw line point by point

    set_XY(lastX + (i * dx / c), lastY + (i * dy / c));

  }


  lastX = pX;

  lastY = pY;

}



double return_angle(double a, double b, double c) {

  // cosine rule for angle between c and a

  return acos((a * a + c * c - b * b) / (2 * a * c));

}



//用各种三角函数把位置坐标换算成舵机的角度，如何计算，请参考

//http://www.thingiverse.com/thing:248009/

void set_XY(double Tx, double Ty)

{

  delay(1);

  double dx, dy, c, a1, a2, Hx, Hy;


  // calculate triangle between pen, servoLeft and arm joint

  // cartesian dx/dy

  dx = Tx - X1;

  dy = Ty - Y1;


  // polar lemgth (c) and angle (a1)

  c = sqrt(dx * dx + dy * dy); //

  a1 = atan2(dy, dx); //

  a2 = return_angle(L1, L2, c);

 

  //Serial.println(floor(((M_PI-a1 - a2) * SERVOFAKTORLEFT) + SERVOLEFTNULL));


  servo1.writeMicroseconds(floor(((M_PI-a1 - a2) * SERVOFAKTORLEFT) + SERVOLEFTNULL));


  // calculate joinr arm point for triangle of the right servo arm

  a2 = return_angle(L2, L1, c);

  Hx = Tx + L3 * cos((a1 - a2 + 0.621) + M_PI); //36,5掳

  Hy = Ty + L3 * sin((a1 - a2 + 0.621) + M_PI);


  // calculate triangle between pen joint, servoRight and arm joint

  dx = Hx - X2;

  dy = Hy - Y2;


  c = sqrt(dx * dx + dy * dy);

  a1 = atan2(dy, dx);

  a2 = return_angle(L1, (L2 - L3), c);

 

  //Serial.println(floor(((M_PI - a1 + a2) * SERVOFAKTORRIGHT) + SERVORIGHTNULL));


  servo2.writeMicroseconds(floor(((M_PI - a1 + a2) * SERVOFAKTORRIGHT) + SERVORIGHTNULL));


}

4. 资料内容

①写字2-例程源代码

②写字2-样机3D文件

资料内容详见：3自由度并联绘图机器人-写字2