LabVIEW，32路舵機(jī)控制板和多自由度機(jī)械臂

從題目上看，這篇文章涉及了LabVIEW的編程、32路舵機(jī)控制板的使用和多自由度機(jī)械臂的動作演示，應(yīng)該還有藍(lán)牙通訊，后面三部分內(nèi)容，在前面的文章中講述過，文章題目《32路舵機(jī)控制板與多自由度機(jī)械臂》，網(wǎng)址：http://www.eefocus.com/zhang700309/blog/12-09/286479_a1c80.html。這篇文章主要講LabVIEW如何編程來與舵機(jī)控制板串口通信，并進(jìn)而控制機(jī)械臂上的各個舵機(jī)。

32路舵機(jī)控制板由國內(nèi)公司DFRobot出品，上一篇文章講述了如何用控制板自帶的舵機(jī)控制軟件，來設(shè)置舵機(jī)動作的方法，這篇文章希望用LabVIEW程序來代替廠家的舵機(jī)控制軟件一部分功能，來做一個為這個實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目量身定做的人機(jī)界面。

實(shí)驗(yàn)視頻：

點(diǎn)擊網(wǎng)址，全屏看視頻，

http://www.tudou.com/v/anpCVbq0ZDI/&rpid=96368873&resourceId=96368873_04_05_99/v.swf。

多自由度機(jī)械臂的6個舵機(jī)分別控制爪子抓放、腕部旋轉(zhuǎn)、腕部上下、肘部上下、臂部上下和臂部旋轉(zhuǎn)，這些部位的舵機(jī)按照從爪子到塔臺的順序，分別通過控制線接到舵機(jī)控制板的通道上，通道編號為3、4、5、13、14、15，如下圖所示。

6自由度機(jī)械臂：（所有圖片，雙擊都可以放大觀看?。?/p>

32路舵機(jī)控制板：

多自由度機(jī)械臂上的6個舵機(jī)都支持180度轉(zhuǎn)角，舵機(jī)的轉(zhuǎn)動角度是通過調(diào)節(jié)PWM（脈沖寬度調(diào)制）信號的占空比來實(shí)現(xiàn)的，標(biāo)準(zhǔn)PWM信號的周期固定為20ms（50Hz），脈寬在500us到2500us之間，脈寬和舵機(jī)的轉(zhuǎn)角0°～180°相對應(yīng)。

從人機(jī)對話前面板入手，開始講解LabVIEW編程，看看下圖LabVIEW前面板中，有六個滑動桿控件，用鼠標(biāo)移動游標(biāo)，在行程范圍從500到2500的滑動桿上移動，就可以分別控制機(jī)械臂上的六個舵機(jī)轉(zhuǎn)動角度。

六個滑動桿的當(dāng)前值會立即反饋到后臺程序，即LabVIEW框圖程序，這個程序會把這些數(shù)據(jù)組合成一行字符串命令，并通過串口，下達(dá)給32路舵機(jī)控制板，進(jìn)而控制機(jī)械臂上的舵機(jī)。所以這次LabVIEW編程有兩個要點(diǎn)：1、如何編寫LabVIEW串口通信程序，讓舵機(jī)控制板接受到上位機(jī)下達(dá)的字符串命令；2、如何把數(shù)據(jù)類型為整數(shù)的六個舵機(jī)PWM脈寬數(shù)據(jù)組合成字符串，而且這個字符串必須符合控制板對字符串命令的格式要求。

框圖程序：（所有圖片，雙擊都可以放大觀看！）

上圖的圖形化編程設(shè)計(jì)是采用NI_VISA串口Serial函數(shù)來訪問和控制串口的。VISA中的Serial函數(shù)庫里包含VISA 配置串口、VISA 寫入、VISA 讀取、VISA 關(guān)閉等子函數(shù)。這些子函數(shù)的提取路徑是：函數(shù)庫→儀器I/O→串口，本設(shè)計(jì)用到的三個VISA串口子函數(shù)是：VISA串口配置函數(shù)VISA Configure Serial Port、VISA寫入函數(shù)VISA Write、和VISA 關(guān)閉函數(shù)VISA Close。它們的圖標(biāo)見下圖所示：

VISA串口配置函數(shù)的作用是完成串口參數(shù)的初始化設(shè)置，包括了串口資源名稱，波特率，奇偶校驗(yàn)、數(shù)據(jù)比特、是否啟用終止符等，上圖中該函數(shù)連接了兩個輸入變量，變量名為“請選擇串口名”和“波特率”，它們分別連在串口資源名稱和波特率參數(shù)端子上，變量值是在前面板上相應(yīng)控件來設(shè)定的，其它輸入?yún)?shù)采用默認(rèn)值。圖中VISA串口配置函數(shù)有兩個輸出端子，圖標(biāo)上面的輸出端子輸出的是串口資源名稱，下面的輸出端子輸出的是錯誤碼，輸出端子向下游函數(shù)傳遞信息。
VISA寫入函數(shù)有三個輸入端子，上面一個輸入端子是前面VISA串口配置函數(shù)傳遞的串口資源名稱，下面的輸入端子是傳遞的錯誤碼，意思是若前面的函數(shù)出錯了，會往這里輸入一個錯誤碼，然后繼續(xù)往下面?zhèn)鬟f，有錯誤碼出現(xiàn)時程序是不會工作的。中間的輸入端子是寫入緩沖區(qū)入口，寫入緩沖區(qū)支持的數(shù)據(jù)格式是字符串。

VISA關(guān)閉函數(shù)VISA Close的作用是當(dāng)程序停止之前，必須要把使用的串口設(shè)備關(guān)閉，若不關(guān)閉，其他程序就不能使用該設(shè)備。

了解了LabVIEW的串口通信函數(shù)，下面的問題是如何把六個整數(shù)數(shù)據(jù)組合成字符串，而且這個字符串必須符合格式要求，然后把它送到VISA寫入函數(shù)的寫入緩沖區(qū)。

DF-USBSSC32控制板說明書網(wǎng)址：http://wiki.dfrobot.com.cn/index.php?title=USB%E7%89%8832%E8%B7%AF%E8%88%B5%E6%9C%BA%E6%8E%A7%E5%88%B6%E6%9D%BF(SKU:DRI0005)

，看看里面的說明書，多舵機(jī)字符串命令的格式是如何解釋的。

說明書文摘：

舵機(jī)群運(yùn)動實(shí)例：#5 P1600 #10 P750 T2500

通道5移動到1600us位置，通道10移動到750us的位置，2個都同時在2500us內(nèi)完成，這個命令能協(xié)調(diào)多個舵機(jī)的速度。

機(jī)械臂上有六個舵機(jī)，它們的控制線接到舵機(jī)控制板的控制通道為3、4、5、13、14、15，不考慮移動速度，如果所有舵機(jī)都轉(zhuǎn)動到90度位置，那么這個字符串命令應(yīng)該如何寫？答案是：

#3 P1500 #4 P1500#5 P1500 #13 P1500#14 P1500 #15 P1500，字母P后面的整數(shù)數(shù)據(jù)是6個舵機(jī)通道的舵機(jī)PWM脈寬值，我用到了“格式化寫入字符串”命令，該命令有一個“格式化字符”輸入端，我對應(yīng)地寫入格式字符串為#3 P%d #4 P%d#5 P%d#13 P%d#14 P%d#15 P%d，%d意思是帶符號整數(shù)數(shù)據(jù)，這個函數(shù)左側(cè)的六個輸入端輸入的數(shù)據(jù)就是格式字符串的六個%d所對應(yīng)的實(shí)時舵機(jī)脈寬值，舵機(jī)脈寬值通過前面板的六個滑動桿上的游標(biāo)來設(shè)置。

由于舵機(jī)安裝的方位不同，所以程序中“3000-滑動桿當(dāng)前值”算式的意思是讓滑動桿游標(biāo)的移動方向與舵機(jī)轉(zhuǎn)動方向調(diào)整為一致，比如希望滑動桿游標(biāo)左移，希望舵機(jī)順時針旋轉(zhuǎn)，如果發(fā)現(xiàn)實(shí)際情況是舵機(jī)逆時針旋轉(zhuǎn)，就要用到這個算式。

再看看LabVIEW框圖程序中，與生成字符串命令相關(guān)的部分，我把它們單獨(dú)截屏下來了。

按照DF-USBSSC32控制板說明書上所述，在這個字符串命令后面要加入，是回車符，我通過“連接字符串”函數(shù)，來實(shí)現(xiàn)回車符的加入。如上圖所示。

框圖程序中，VISA配置串口函數(shù)下方的程序是：1、串口波特率設(shè)定為115200b/s；2、控制各舵機(jī)轉(zhuǎn)角的滑動桿初值都設(shè)置為1500us，即舵機(jī)角度設(shè)置為90度，使程序開始運(yùn)行時，機(jī)械臂到達(dá)工作初始位置，我在機(jī)械臂上安裝舵機(jī)時，事先把所有舵機(jī)的轉(zhuǎn)角都調(diào)整為90度，才把它們安裝上去。

通過以上編程，符合格式要求的字符串命令就這樣一步步生成了，把這個字符串往VISA寫入函數(shù)“一送”，就OK了，通過串口寫到了下位機(jī)DF-USBSSC32控制板中，控制板不需要編寫一行程序，它會自動理解下達(dá)的命令，同時響應(yīng)前面板上滑動桿控件的游標(biāo)移動，并驅(qū)使各舵機(jī)轉(zhuǎn)動角度，讓機(jī)械臂完成鼠標(biāo)操縱者所希望達(dá)到的各種動作。