《服務機器人應用開發(fā)》課件 項目九 機器人運動控制

項目九機器人運動控制服務機器人應用開發(fā)UBTECHCONTENTS01.學習目標UBTECH02.內(nèi)容結(jié)構(gòu)03.任務背景04.任務描述05.知識鏈接06.任務實施07.擴展任務08.項目小結(jié)學習目標1.了解四位數(shù)碼管的工作原理；2.了解紅外傳感器的工作原理；3.掌握四位數(shù)碼管的使用方法；4.掌握紅外傳感器的使用方法；5.通過程序調(diào)用readInfraredDistance()讀取紅外傳感器數(shù)值。6.熟練掌握機器人官方SDK文檔的查看方法；7.掌握對機器人動作控制API調(diào)用的通用流程。內(nèi)容結(jié)構(gòu)任務背景大自然中，從動物界到人類，它們的肢體活動都是靠關(guān)節(jié)的連接和肢體的互動完成的。而我們機器人想模仿人類的活動也必須有相應的關(guān)節(jié)才能活動，于是就有了舵機的出現(xiàn)，舵機一般意義上可以直接理解為機器人的關(guān)節(jié)，我們通過控制他們的角度和結(jié)構(gòu)件連接之后完成機器人組合動作，例如：當人要邁出向前走一步的動作的時候，我們的胯關(guān)節(jié)提起、膝關(guān)節(jié)彎曲向前、踝關(guān)節(jié)跟著朝上伸出，完成向前走一步的動作。由此可見，沒有關(guān)節(jié)就沒有運動可言，通過關(guān)節(jié)的配合，動物們完成了他們肢體的第一次轉(zhuǎn)動。任務描述本項目主要任務有：1、帶領(lǐng)大家學習什么是一個基本的舵機動作；2、當一個動作實現(xiàn)的時候，我們通過幾個舵機的合作工作完成相應的動作行為；3、我們還可以學到很多物理學和工程學運動知識，最后我們會通過一個實驗來完成相應的控制Yanshee機器人頭部轉(zhuǎn)動的場景，增強我們對機器人關(guān)節(jié)——舵機的理解和認識。知識鏈接（一）（二）（三）（四）（五）認識電動機認識舵機SDK與API機器人的API：YanAPIAPI使用流程知識鏈接一、認識電動機置于磁場中的導線有電流流過時，將產(chǎn)生切割磁感應線方向的作用力，這種力被叫做安培力。電動機，又稱為馬達，是一種通電之后持續(xù)轉(zhuǎn)動的裝置。它可以將電能轉(zhuǎn)化成機械能，驅(qū)動其他機器運動。電動機介紹知識鏈接一、認識電動機步進電機是一種將電脈沖信號轉(zhuǎn)換成相應角位移或線位移的電動機。每輸入一個脈沖信號，轉(zhuǎn)子就轉(zhuǎn)動一個角度或前進一步，其輸出的角位移或線位移與輸入的脈沖數(shù)成正比，轉(zhuǎn)速與脈沖頻率成正比。步進電機介紹知識鏈接一、認識電動機伺服電機（servomotor）是指在伺服系統(tǒng)中控制機械元件運轉(zhuǎn)的發(fā)動機，是一種補助馬達間接變速裝置。伺服電機可使控制速度，位置精度非常準確，可以將電壓信號轉(zhuǎn)化為轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)速以驅(qū)動控制對象。伺服電機介紹知識鏈接一、認識電動機（1）控制方式不同（2）過載能力不同（3）低頻特性不同（4）運行性能不同（5）速度響應性能不同步進電機與伺服電機的區(qū)別知識鏈接二、認識舵機舵機的旋轉(zhuǎn)不像普通電機那樣只是古板的轉(zhuǎn)圈圈，它可以根據(jù)你的指令旋轉(zhuǎn)到0至180度之間的任意角度然后精準地停下來。舵機是個糅合了多項技術(shù)的科技結(jié)晶，它由直流電機、減速齒輪組、傳感器和控制電路組成，是一套自動控制裝置。知識鏈接二、認識舵機Yanshee人形機器人上有17個不同的舵機，用來控制全身的“關(guān)節(jié)”。知識鏈接三、SDK與API輔助開發(fā)某一類軟件的相關(guān)文檔、范例和工具的集合都可以叫做SDK。API即編程接口，是一些預先定義的函數(shù)，提供應用程序與開發(fā)人員基于某軟件或硬件得以訪問一組例程的能力。API僅僅是SDK中的一部分，如果SDK中其他內(nèi)容不多的情況下，可以把兩者等同來看。知識鏈接四、機器人的API：YanAPIYanAPI是基于RESTful接口開發(fā)的、針對Python編程語言的API，提供了使用Python獲取機器人狀態(tài)信息、設計控制機器人表現(xiàn)的能力，可以輕松定制與眾不同的專屬機器人。YanAPI介紹知識鏈接四、機器人的API：YanAPI官網(wǎng)提供了非常豐富的在線文檔，網(wǎng)址為：YanAPI接口文檔說明知識鏈接四、機器人的API：YanAPI（1）引入庫（2）程序中引入SDK（3）初始化機器人（4）調(diào)用SDKAPI使用流程任務實施（一）（二）（三）任務1：查看官方SDK文檔任務2：通過JupyterLab控制機器人任務3：機器人動作API（四）任務4：常見的故障及解決方案任務實施任務1：搭建停車場結(jié)構(gòu)官網(wǎng)地址：YanAPI官網(wǎng)任務實施任務1：搭建停車場結(jié)構(gòu)YanAPI接口文檔說明會把所有的API進行簡單的分類列表。該文檔是用戶進行二次開發(fā)的重要依據(jù)。YanAPI接口文檔說明任務實施任務1：搭建停車場結(jié)構(gòu)除了之前的文檔說明，還有一個對每一個API進行使用說明的文檔，該文檔也是用戶進行二次開發(fā)的重要依據(jù)。YanAPI說明任務實施任務1：搭建停車場結(jié)構(gòu)YanAPI接口文檔說明會把所有的API進行簡單的分類列表。該文檔是用戶進行二次開發(fā)的重要依據(jù)。版本說明任務實施任務1：搭建停車場結(jié)構(gòu)查詢調(diào)整機器人音量的API任務實施任務2：通過JupyterLab控制機器人機器人內(nèi)部如果內(nèi)置安裝了JupyterLab的話，可以通過PC機的瀏覽器，遠程登陸到JupyterLab。方法是在地址欄輸入機器人的IP地址和端口號即可。登錄JupygterLab任務實施任務3：機器人動作API機器人內(nèi)置通常會內(nèi)置很多的樣例，初學者可以研究其樣例代碼就可以很快掌握對機器人進行二次開放的方法。運行內(nèi)置的案例任務實施任務3：機器人動作API在“dance_samples”文件夾中，雙擊dance_sample.ipynb。該例中演示了如何一步步調(diào)用YanAPI實現(xiàn)機器人執(zhí)行預定動作的過程。運行內(nèi)置的跳舞程序任務實施任務3：機器人動作API也可以創(chuàng)建的自己的JupyterLab項目，點擊左側(cè)上方的“+”表示新增一個ipynb項目。選擇Notebook類型，Python3版本。創(chuàng)建自己的項目任務實施當執(zhí)行某個函數(shù)時，一定要等它執(zhí)行完才可以執(zhí)行下一條指令，若未執(zhí)行完就一直等待下去，整個程序呈阻塞狀態(tài)。以“sync”開頭的就是同步函數(shù)。異步函數(shù)是指執(zhí)行某個函數(shù)時，不會等待它執(zhí)行完成就可以執(zhí)行其他指令。異步函數(shù)vs同步函數(shù)任務3：機器人動作API任務實施異步運動API原型：start_play_motion(name:str="reset",direction:str="",speed:str="normal",repeat:int=1,timestamp:int=0)同步運動API原型：sync_play_motion(name:str="reset",direction:str="",speed:str="normal",repeat:int=1,timestamp:int=0)運動控制API的分析任務3：機器人動作API任務實施（1）首先導入機器人頭文件（2）設置需要控制的機器人IP地址（3）調(diào)用運動控制API接口讓機器人執(zhí)行相關(guān)動作運動控制API的使用步驟任務3：機器人動作API任務實施（1）VNC連接機器人時的用戶名密碼是多少？默認用戶名：pi默認密碼：raspberry（2）RESTfulAPI和YanAPI，怎么選擇？YanAPI是對RESTfulAPI的一種更高級別的封裝，是推薦的最新的API版本，因此基本可以用YanAPI去實現(xiàn)絕大部分功能，極少數(shù)YanAPI尚未提供的就需要去調(diào)用RESTfulAPI