[如何製作機器人 10] 機器人控制程式編寫

這次推薦的是另一系列非常經典的製作機器人入門教學文章 。一共分成十個單元,每單元介紹一個主題 。我們將陸陸續續和各位分享!

課程目錄

第1課 - 入門
第2課 - 選擇機器人平台
第3課 - 了解制動器
第4課 - 了解微控制器
第5課 - 選擇馬達控制器
第6課 - 控制你的機器人
第7課 - 使用感知器
第8課 - 使用正確的工具
第9課 - 機器人組裝
第10課 - 機器人控制程式編寫

程式編寫通常是製作機器人的最後一個步驟。如果您有按照我們編排的課程進度,現在,應該已經選好了制動器,電子裝置,感知器等等零配件,並完成機器人的組裝了,希望它看起來跟您最初的構想相去不遠。然而,如果沒有加入程式,機器人將只會是一個看起來漂亮且昂貴的紙鎮。

一堂課並不足以教會您編寫一個能控制機器人的程式,因此進而代之,這一章將協助您了解該如何開始學習和要到哪裡學習(及學習什麼內容)。在實際範例中將使用“Processing”一個玩家常用的程式語言來和前面所選擇的Arduino微控制器一同使用。我們預設您將會學習微控制器的程式編寫,而不是高性能電腦的軟體開發。

選擇什麼語言?

有許多程式語言可用於微控制器的程式編寫,其中常見的包含:

  • 組合語言 ; 它距離機器代碼只有一步之遙,因此使用起來非常繁瑣。組合語言只有在需要對程式碼進行明確的程式控制時才會使用。
  • Basic; 最早被廣泛使用的程式語言之一,但它仍然被應用於部分的教育機器人的微控制器(Basic Micro, BasicX, Parallax)。
  • C/C ++; 最流行的語言之一,C提供高階程式語言的功能,同時保持良好的低階程式語言的控制。
  • Java ; 它比C更晚被開發出來,並提供了許多安全性的功能來對低階控制的危害做保護。一些製造商,像是Parallax究開發了使用Java語言的微控制器。
  • .NET / C# ; 微軟專用的程式語言,在Visual Studio中被用來開發相關的應用程式。例如:Netduino,FEZ Rhino等等)。
  • Processing(Arduino); 由C ++演變出來的程式語言,提供一些可以讓程式編寫更容易的簡化功能。
  • Python; 最流行的腳本語言之一。他非常容易學習,可以用來把程式非常快速和有效率整合在一起。

第4課,您依據需要的功能來選擇微控制器(I / O的數量,用戶社群,特殊功能等等)。通常,微控制器需要以特定語言程式來編寫。例如:

  • Arduino的微控制器使用Arduino的軟體,並且在Processing中程式被重新編寫處理。
  • Basic Stamp微控制器採用PBASIC
  • Basic Atom微處理器使用Basic Micro
  • Javelin Stamp (from Parallax) 使用Java程式編寫

如果您選擇了一款玩家愛用的知名大廠製造微控制器,應該可以找到許多相關的程式編輯教學的書籍。如果您選擇一款較小較不知名的製造商所製造的微控制器(可能因為它具有許多您認為有用的功能),很重要的是您需要確認控制器需用使用什麼程式語言來編輯(C語言最常用被使用)以及有那些可用的軟體開發工具(通常來自晶片製造商)。

入門

通常您會寫出的第一隻程式應該是會“Hello World”(有歷史背景)。這是在電腦中可以執行最簡單的程式之一,它的目的是在電腦或LCD螢幕上列印出一行文字(例如“Hello World”)。當使用微控制器時,另外一個非常基礎可以對外部裝置產生影響的程式(而不僅僅是板上的運算)就是切換IO接腳。將LED連接到I / O接腳,然後將I / O接腳設置為ON和OFF即可以使LED產生閃爍。儘管操作LED被點亮可能看起來很簡單,但這樣的功能可以進一步被用來進行更複雜的程式控制(您可以使用它來點亮多段的LED,顯示文字和數字,操作繼電器,伺服系統等等)。

第1步:確認您擁有所有編輯微處理器所需要的工具

並非所有的微控制器在取得時都會提供程式編寫所需要的一切工具,大多數微控制器需要通過USB插頭連接到電腦。如果您的微控制器上沒有USB或DB9連接器,則需要單獨的USB到序列適配器,並確認正確的電路連接。幸運的是,許多玩家愛用的微控制器可以通過RS-232接口或USB進行程式編寫,並且包括板載的USB連接器,其不僅可被用電腦及控制板間的雙向通訊,同時也可以用來對微控制器PCB板供電。

第2步:將微控制器連接到電腦,並確認連接上的是哪一個COM接口。並不是所有的微控制器都可以讓電腦辨識得到,您應該閱讀微控制器手冊中的“入門”指南,以了解如何讓電腦識別它並能夠與之通訊。您需要隨時更新“驅動程式”(各作業系統會有不同版本)好確保能讓您的電腦了解如何與微控制器和/或USB轉序列轉換器晶片通訊

第3步:從產品的使用者手冊中了解範例程式和通信方法/協議

除非必要,要不然不要重新發明輪子。大多數製造商會提供一些程式碼(或虛擬碼)解釋如何讓他們的產品運作。範例程式碼不一定會使用您將使用的程式語言,但不要絕望; 試著到網路上搜索看看是否有其他人已經建立了必要的代碼。

  • 檢查產品手冊/用戶指南
  • 檢查製造商的論壇
  • 在網路上搜尋"產品+代碼"
  • 閱讀手冊了解如何編寫程式

實用的提示

  1. 建立方便管理的功能程式塊:通過建立專用於每個產品的程式塊,您可以逐步建構程式庫。在您的電腦上規劃一個文件管理系統,以便能夠輕鬆查找到需要的程式。
  2. 使用註解在程式中記錄下一切:幾乎所有工作,仔細記錄下所有訊息都是必要的,尤其是機器人。隨著您變得越來越熟練,您或許可以只在主程式段加入註解,然而若是在初學階段,您需要在每一行(幾乎)程式碼後面都加上註解。
  3. 儲存不同版本的程式 – 不要總是覆寫同一個文件:如果您發現有一天,您的200多行代碼沒辦法編譯,您不需要重頭開始一行一行的檢查; 而可以還原到以前儲存的版本,並根據需要來添加/修改它。程式碼並不會佔用太多的硬碟空間,所以您不需要感到壓力而僅保存幾個副本。
  4. 測試機器人時記得要拿高離開桌面或地板上(避免不小心啟動它的車輪/腿/履帶而摔壞),並記得將電源開關避免他不小心自殺。例如,如果您嘗試發送400us信號到伺服機,然而它只接受500(對應於0度)到2500us(對應於180度)信號。伺服機將嘗試移動到它不能物理地到達(-9度)位置而最終燒壞。
  5. 如果程式碼執行的任務在幾秒鐘後似乎無法正常工作,必須馬上關閉電源 – 這樣的問題不可能“自行修復"同時,部分的零件可能被破壞。
  6. 子程式可能一開始有點難以理解,但他們可以大大簡化您的程式碼。如果一段程式碼在程式碼中重複多次,就是可以使用子程式代替的好時候。

原著: Coleman Benson/譯者: 阿里哥

文章出處: RobotShop

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第2課 - 選擇機器人平台
第3課 - 了解制動器
第4課 - 了解微控制器
第5課 - 選擇馬達控制器
第6課 - 控制你的機器人
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第8課 - 使用正確的工具
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