一、認識機器人

機器人是一種自動執行任務的機器，它可以模擬人類或其它生物的某些功能，并按照預設的程序或通過人工智能技術來執行任務。

常見的一些基本概念有：

01定義：

機器人是具有感知、決策和執行功能的自動化設備。它可以接受外部信息，進行處理，并據此執行一定的動作。

02組成：

感知系統：如攝像頭、傳感器等，用于接收外部信息。

控制系統：如電腦、單片機等，用于處理信息和做出決策。

執行系統：如機械臂、驅動器等，用于執行具體的動作。

03分類：

工業機器人：用于制造業，如焊接、組裝、搬運等。

服務機器人：用于服務業，如醫療、清潔、娛樂等。

特種機器人：用于特殊環境，如深海探測、空間探測等。

04關鍵技術：

驅動技術：包括電動、液壓、氣動等驅動方式。

感知技術：包括視覺、觸覺、聽覺等多種感知方式。

導航與定位技術：如GPS、激光導航、慣性導航等。

05人工智能：

使機器人具備自主學習、推理和決策的能力。

06應用領域：

機器人廣泛應用于制造業、醫療、家政、軍事、農業、教育等多個領域。

二、初探CW32的四足機器人控制（用于玩和學習）

本項目使用8自由度舵機控制的四足機器人。主要用于愛好者學習參考。可實現基本控制姿態：前進、左轉、右轉、打滑、伸展、站立、躺平、擺手。有興趣的朋友，也可以增加新步態控制。

01硬件組成

（1）主控原理圖

其中MCU核心板，選用CW32F030C8T6核心板。

主要使用CW32F030C8T6以下產品特性：

• 內核：ARM? Cortex?-M0+ -- 最高主頻 64MHz
• 工作溫度：-40℃ 至 105℃；工作電壓：1.65V 至 5.5V
• 存儲容量

最大 64K 字節 FLASH，數據保持 25 年 @85℃

最大 8K 字節 RAM，支持奇偶校驗

128 字節 OTP 存儲器

• 時鐘管理

4 ~ 32MHz 晶體振蕩器

32kHz 低速晶體振蕩器

內置 48MHz RC 振蕩器

內置 32kHz RC 振蕩器

內置 10kHz RC 振蕩器

內置 150kHz RC 振蕩器

內置 PLL 鎖相環

時鐘監測系統

允許獨立關斷各外設時鐘

• 定時器

16位高級控制定時器，支持6路捕獲/比較通道和3對互補PWM輸出，死區時間和靈活的同步功能

四組 16 位通用定時器

三組 16 位基本定時器

窗口看門狗定時器

獨立看門狗定時器

• 通信接口

三路低功耗 UART，支持小數波特率

兩路 SPI 接口 12Mbit/s

兩路 I2C 接口 1Mbit/s

IR 調制器

（2）藍牙模塊

DX-BT04-E藍牙模塊：采用BK3432芯片，支持SPP V3.0+BLE V4.2藍牙協議。支持AT指令，用戶可根據需要更改串口波特率、設備名稱等參數。具有成本低、功耗低、接收靈敏高等優點。

DX-BT04-E模塊與單片機連線 ：

藍牙APP安卓手機APP，可掃描下載。

IOS測試APP，請在蘋果商城下載DX-SMART。

使用時，打開手機藍牙助手應用DX-SMART，設置UUID為BT16模塊，搜索藍牙設備連接BT04-E設備。

正常通訊界面如下：

溫馨提示：使用其它藍牙模塊時，注意2個問題：

1. 波特率設置時，藍牙模塊需與單片機相符。

2. 如果搜索不到設備，或Service失敗時，需指定正確的UUID，方可通訊。

（3）舵機控制

舵機是運動控制的主要執行機構。價格便宜，隨處可見。值得注意的是，就是因為便宜，堵轉過載時容易損壞。

本項目實驗時，也是隨機找了幾個舵機，沒有作區分使用。

SG90舵機目前在高檔遙控玩具，如航模、包括飛機模型、潛艇模型、遙控機器人中已經使用得比較普遍。

SG90舵機上有三根線，分別是GND（棕色線）、VCC（紅色線 接5V）和SIG（黃色線），也就是地線、電源線和信號線。

SG90舵機控制: 一般需要一個20ms 周期的時基脈沖，該脈沖的高電平部分一般為0.5ms~2.5ms 范圍內的角度控制脈沖部分對應0度-180度機械周期的調節范圍。以180 度角度伺服為例，那么對應的控制關系是這樣的：

0.5ms ---------- 0 度；

1.0ms ---------- 45 度；

1.5ms ---------- 90 度；

2.0ms ---------- 135 度；

2.5ms ---------- 180 度；

值得一提的是：控制精度。本實驗使用的舵機配套的塑料齒。淘寶各賣家沒有提供具體齒數。

作者認為，這個控制精度在玩具類應用上沒有特別高要求。但需要明白這個角度控制精度為360度/齒數。

（4）結構安裝

該項目使用8個舵機。編號定義分別為①~⑧。

安裝后的實物圖如下：

引腳定義如下：

在腳角安裝時，舵機的控制角度范圍需要測試并確定。以下圖為例，展示了①-④號舵機的角度限制范圍：

程序中需要對每個舵機的旋轉角度范圍做限制，才可輸出。否則，電機在旋轉時，受死角影響發生過載易產生損壞。

02 軟件組成

（1）使用的外設資源

（一）CW32F030內部集成4 個通用定時器(GTIM)，每個GTIM 完全獨立且功能完全相同，各包含一個16bit 自動重裝載計數器并由一個可編程預分頻器驅動。GTIM 支持定時器模式、計數器模式、觸發啟動模式和門控模式4 種基本工作模式，每組帶4 路獨立的捕獲/ 比較通道，可以測量輸入信號的脈沖寬度（輸入捕獲）或者產生輸出波形（輸出比較和PWM）。

項目中使用了通用定時器GTIM1GTIM2的PWM輸出功能。

（二）CW32F030的通用異步收發器(UART) 支持異步全雙工、同步半雙工和單線半雙工模式，支持硬件數據流控和多機通信；可編程數據幀結構；可以通過小數波特率發生器提供寬范圍的波特率選擇。UART 控制器工作在雙時鐘域下，允許在深度休眠模式下進行數據的接收，接收完成中斷可以喚醒MCU 回到運行模式。

項目中使用了串口UART3外設資源。

（2）主要實現代碼

主程序：

int main()
{ 
  
    Board_Iint();

    USART_SendString(CW_UART3,"Power on!");
    
    fuwei2();  
    while (1)
    {       
   
      if(UART_Flag == 1)
      {     
          if(RxDate == 'a')//站立
          { 
            zhanli();
          }
          
          if(RxDate == 'b')// 躺平
          { 
            tangping();
          }   

           if(RxDate == 'c')//擺手
           { 
            baishou();
           }
          if(RxDate == 'd')//搖擺
           { 
             yaobai();
             Delay_ms(500);
             yaobai(); 
             Delay_ms(500);
           }
           if(RxDate == 'e')//左轉
           {
             zhanli();
             Delay_ms(1000);
             zhanli2();
             Delay_ms(1000);
             zuozhuan();
             Delay_ms(1000);
             zuozhuan();
           }
           if(RxDate == 'f')//打滑
           { 
              dahua();
              dahua();
           }
           if(RxDate == 'g')//前進
           { 
              zhanli();
              Delay_ms(200);
              qianjin();
              Delay_ms(200);
              qianjin();
              Delay_ms(200);
              qianjin();
           }
           if(RxDate == 'h')//右轉
           { 
             youzhuan();
             youzhuan();
             youzhuan();
           }
      UART_Flag=0;
        }
    }
}

藍牙串口中斷：

void UART3_IRQHandler(void)//串口3中斷服務函數
{ 
    if (USART_GetITStatus(CW_UART3, USART_IT_RC) != RESET)//如果接受到了消息
    {
        RxDate = USART_ReceiveData_8bit(CW_UART3);//將寄存器的數據轉存在TxRxBuffer
        UART_Flag=1;
        USART_SendData_8bit(CW_UART3, RxDate);//將收到的消息發回給串口        
        USART_ClearITPendingBit(CW_UART3, USART_IT_RC);
    }
}

 /*復位或躺平姿態*/
void fuwei2 (void){
  Servo_SetAngle(90);
   Delay_ms(500);
  Servo_SetAngle2(90);
   Delay_ms(500); 
   Servo_SetAngle3(90);
   Delay_ms(500);
  Servo_SetAngle4(90);
   Delay_ms(500);
  Servo_SetAngle5(90);
   Delay_ms(500);
  Servo_SetAngle6(90);
   Delay_ms(500);
  Servo_SetAngle7(90);
   Delay_ms(500);
  Servo_SetAngle8(90);
   Delay_ms(500);  
}

舵機角度限制，并輸出控制。

void Servo_SetAngle(float Angle)
{
  
  if(Angle135)Angle=135;
  
  PWM_SetCompare1(Angle / 180 * 2000 + 500);
}
void Servo_SetAngle2(float Angle)
{
  
  if(Angle170)Angle=170;
  PWM_SetCompare2(Angle / 180 * 2000 + 500);
}

void Servo_SetAngle3(float Angle)
{
  
  if(Angle135)Angle=135;
  PWM_SetCompare4(Angle / 180 * 2000 + 500);
}

void Servo_SetAngle5(float Angle)
{
  
  if(Angle130)Angle=130;
  PWM_SetCompare6(Angle / 180 * 2000 + 500);
}


void Servo_SetAngle7(float Angle)
{
  Angle=180-Angle;
  
  if(Angle>130)Angle=130;
  PWM_SetCompare7(Angle / 180 * 2000 + 500);
}

void Servo_SetAngle8(float Angle)
{
  Angle=180-Angle;
  
  if(Angle

通用定時器GTIM控制初始化。

void GTIM_GPIOInit(void)
{
    GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStruct; 
    __RCC_GPIOB_CLK_ENABLE();
    __RCC_GPIOA_CLK_ENABLE();
  
    GPIO_InitStruct.Mode = GPIO_MODE_OUTPUT_PP;
    GPIO_InitStruct.Pins = GPIO_PIN_0|GPIO_PIN_1;
    GPIO_InitStruct.Speed = GPIO_SPEED_HIGH;
    GPIO_Init(CW_GPIOB, &GPIO_InitStruct);
    PB00_AFx_GTIM1CH3();
    PB01_AFx_GTIM1CH4();
   
    GPIO_InitStruct.Pins =   GPIO_PIN_0|GPIO_PIN_1|GPIO_PIN_2|GPIO_PIN_3|GPIO_PIN_6|GPIO_PIN_7; 
    GPIO_Init(CW_GPIOA, &GPIO_InitStruct);
    PA00_AFx_GTIM2CH1();
    PA01_AFx_GTIM2CH2();
    PA02_AFx_GTIM2CH3();
    PA03_AFx_GTIM2CH4();
    PA06_AFx_GTIM1CH1();
    PA07_AFx_GTIM1CH2();
}

void g_tim_init(void)
{
    GTIM_InitTypeDef GTIM_InitStruct ;    
    
    __RCC_GTIM1_CLK_ENABLE();   // GTIM1時鐘使能
    __RCC_GTIM2_CLK_ENABLE();   // GTIM1時鐘使能
    GTIM_GPIOInit(); 
    
    GTIM_InitStruct.Mode = GTIM_MODE_TIME;
  
    GTIM_InitStruct.OneShotMode = GTIM_COUNT_CONTINUE;
    GTIM_InitStruct.Prescaler =GTIM_PRESCALER_DIV64;          
    GTIM_InitStruct.ReloadValue =20000;   //20MS   
    GTIM_InitStruct.ToggleOutState = DISABLE;
    GTIM_TimeBaseInit(CW_GTIM1, >IM_InitStruct);
    GTIM_TimeBaseInit(CW_GTIM2, >IM_InitStruct);
  
    GTIM_OCInit(CW_GTIM1, GTIM_CHANNEL1, GTIM_OC_OUTPUT_PWM_LOW);
    GTIM_OCInit(CW_GTIM1, GTIM_CHANNEL2, GTIM_OC_OUTPUT_PWM_LOW);
    GTIM_OCInit(CW_GTIM1, GTIM_CHANNEL3, GTIM_OC_OUTPUT_PWM_LOW);
    GTIM_OCInit(CW_GTIM1, GTIM_CHANNEL4, GTIM_OC_OUTPUT_PWM_LOW);
    GTIM_OCInit(CW_GTIM2, GTIM_CHANNEL1, GTIM_OC_OUTPUT_PWM_LOW);
    GTIM_OCInit(CW_GTIM2, GTIM_CHANNEL2, GTIM_OC_OUTPUT_PWM_LOW);
    GTIM_OCInit(CW_GTIM2, GTIM_CHANNEL3, GTIM_OC_OUTPUT_PWM_LOW);
    GTIM_OCInit(CW_GTIM2, GTIM_CHANNEL4, GTIM_OC_OUTPUT_PWM_LOW);
     
    GTIM_Cmd(CW_GTIM1, ENABLE);
    GTIM_Cmd(CW_GTIM2, ENABLE);    
}

三、展望與未來

由于該項目為初探控機器人控制，使用的是現有硬件資源進行組裝調試。后期有機會可以設計一款小巧控制板，裝入結構中心，形成獨立機器人。

另外，姿態控制算法在本實驗中并未提及，數學基礎較好的愛好者可作深入研究。

本次項目為作者初次嘗試，如有不足之處，歡迎批評指證。