基于Arduino的机器人写字系统的设计与实现毕业论文 - 图文

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合肥学院

计算机科学与技术系

专业实训报告

论文(设计)题目

院专

业系

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基于Arduino的机器人写字系统的设 计与实现

计算机科学与技术系 计算机科学与技术 12计本2班 洪智

高玲玲 张贯虹

（班级

姓指系完

名（学号导负成教责时师 间

第一章 绪论 ................................................................ 1

1.1 课题的研究背景 ...................................................... 1 1.2 课题研究的目的和意义 ................................................ 1 1.3 国内（外）研究现状 .................................................. 1 1.4 论文的主要内容 ...................................................... 1 第二章 系统分析 ............................................................ 3

2.1 需求分析 ............................................................ 3 2.2 可行性分析 .......................................................... 3 第三章 系统设计与实现 ...................................................... 4

3.1 硬件设计与实现 ...................................................... 4

3.1.1 主控板模块 .................................................... 5 3.1.2 舵机驱动模块 .................................................. 6 3.1.3 霍尔传感器模块 ................................................ 8 3.2 软件设计与实现 ...................................................... 9

3.2.1 系统软件模块划分 .............................................. 9 3.2.3 起笔、落笔子程序功能实现...................................... 11 3.2.4 电机驱动子程序功能实现 ....................................... 11 3.2.5 前进、停止子程序功能实现...................................... 12 3.2.6 转弯子程序功能实现 ........................................... 13 3.2.7 轮子行程计数子程序功能实现 .................................... 17

第四章 软硬件调试 ......................................................... 21

4.1 硬件调试 ........................................................... 21

4.1.1 调试方法 ..................................................... 21 4.1.2 调试结果 ..................................................... 21 4.2 软件调试 ........................................................... 22

4.2.1 调试方法 ..................................................... 22 4.2.2 调试结果 ..................................................... 22

第五章 系统测试 ........................................................... 24

5.1 测试方法 ........................................................... 24 5.2 测试与结果 ......................................................... 24 结 论 .................................................................. 26 参考文献 .................................................................. 27 致 谢 .................................................................. 28 附 录 .................................................................. 29

基于ARDUINO的机器人写字系统的设计与实现

本文以DOODLE BOT为基础，通过控制小车的运行轨迹，实现写字算法，掌握舵机、霍尔传感器的的原理和控制方法。

硬件系统由控制板、舵机、霍尔传感器、电池组组成。各个模块协作完成系统的功能。确定机器人落笔的位置，将要书写的字体的路线规划好，当机器人沿着这些路线行进，就会留下痕迹，从而完成书写功能。程序的书写在电脑上进行，检测无误后下载到板子上运行。计算机和控制板通过串口进行通信。

通过设计、调试，系统最后能够实现所有英文字母、阿拉伯数字的书写。通过对字母的不同组合，可以完成单词的书写，进而实现对英文句子的书写。数字是0~9，其余数字通过组合实现。也可以实现对指定汉子的书写。

字体的精确度，不仅跟程序中的设计算法有关，在很大程度上取决于硬件器材的精确度。为了提高写字机器人的精确性，需要更精确的硬件器材做支撑。写字机器人可以用在科研、教学上。

关键词：舵机；霍尔传感器；写字算法；

第一章 绪论

1.1 课题的研究背景

写字机器人的“始祖”，早在240年前就出现了。只是当时制造出的写字机器人，采用凸轮和发条实现，没有用到计算机、单片机等。通过凸轮间的运动实现写字动作，改变凸轮的组合，就会实现不同字体的书写[1]。这种书写方式可以看做是这个古老“写字机器人”的写字算法，只是这种算法，在改变字体的时候比较麻烦。

2003年11月，重庆大学申请了写字机器人的专利[2] ，主要是通过采用复杂的Denav it- Hartenberg 方法对运动参数进行运算，实现写字算法[3]。其他典型的研究是关于自由度的研究，思想是确定始点和终点，采用插值算法，对机器人的轨迹进行规划[4]。

1.2 课题研究的目的和意义

对于业余研究者来说，并不需要严密的写字算法实现简单的写字功能，只要能实现简单的写字算法，一定的误差都是可以允许的，至于写字算法，也就越简单越好。本次设计就是要寻找一种简单的写字算法，在设计和探索过程中，对掌握的知识进行总结，提高自身的综合能力。

这种简单的写字算法，不需要学习复杂的计算方法和公式，对写字机器人可以起到一定的推广作用，可以让更多的机器人爱好者去研究写字机器人，算法的实现也增加了写字机器人算法的多样性。对个人而言也是一次提升能力的机会。通过不断的学习，扩展自己的知识面，同时将已存储的知识与新的知识点进行结合，实时更新自己的知识库。

1.3 国内（外）研究现状

我国的写字机器人研究主要在矢量化算法和自由度算法，将字轨迹通过运算，转换成机器人要运动的路径。

国外机器人的发展，目的性很强，主要用于军事和家务，对写字机器人的研究资料很少。

1.4 论文的主要内容

第一章：绪论。主讲课题的研究背景、目的和意义。 第二章：系统分析。包括分析系统的需求、是否可行。 第三章：系统设计与实现。详细介绍整个系统的设计思路。

第四章：软硬件调试。介绍编程前的硬件准备情况，如何进行软件调试，软硬件调试结果，以及调试过程出现的问题与解决方法。

第五章：系统测试。介绍最终的测试情况，包括结果和分析。

第二章 系统分析

2.1 需求分析

本设计要求实现机器人的写字功能，由要求可知在写字过程中需要实现以下功能：提笔和落笔，前进，倒退，转弯。另外，还要能够实现计算机与主控板的通信。

2.2 可行性分析

基于上述对系统的需求分析，用180度旋转的舵机控制起笔和落笔，当舵机臂转到一定的角度后，实现支撑功能，笔尖会离开地面，这样就能实现提笔功能。落笔刚好相反，显然能够实现。用两个360度旋转的舵机控制车轮，给一个参数，通过PWM（Pulse-width modulation）转换、H桥控制，就可以实现舵机的转动，即可以实现前进功能。因为H桥除的防反接电路，可以直接实现舵机的倒转，这样机器人的的倒退也就很容易实现了。转弯功能只需让一个轮子前进，另一个轮子倒退，就可以实现。

综上，本设计是完全可行的。

第三章 系统设计与实现

3.1 硬件设计与实现

整个系统由舵机驱动，霍尔传感器感应，mini-drive控制板，电池组四部分组成。

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