解魔方机器人[二]-基本动作（上）

xvholly

要想让机器人完成解魔方的各种动作，我们先来分解每个马达的最基本的动作，然后通过这些基本的动作组合实现机器人更复杂的动作指令。根据马达的不同位置和作用，我们将EV3 MindCub3r的三个马达命名为：底座马达、手臂马达和探头马达。

底座马达基本动作

底座马达负责转动底座，自身可以完成魔方的旋转、配合手臂可以完成拧魔方最底层、配合探头可以完成魔方各个色块的颜色扫描。因此，底座马达的基本动作可以总结为：

• 顺时针旋转90度
• 逆时针旋转90度
• 顺时针旋转180度（也可以采用逆时针，这里使用顺时针）
• 顺时针旋转45度（也可以采用逆时针，区别在于色块扫描的顺序，这里使用顺时针）
  

第一个问题：如何让底座转90度？

仔细观察搭建图不难发现，动力系统是通过安装在大型马达上的一个小齿轮，带动底座下面的一个大齿轮完成的，并不很复杂。两个齿轮的传动比为1:3，即小齿轮转动3圈相当于大齿轮转动1圈。因此如果要底座转动90度，马达应转动270度，LEGO EV3的大型马达转1圈相应的走360步、即1步等于1度。

第二个问题：如何表示马达的运行位置？

EV3的马达属于伺服马达，这种马达的优势就是可以通过转动的步数精确计算马达的位置（position），无论马达处在停止还是运行状态都可以读取当前位置。对于位置可以这样理解：设想马达刚连接到EV3端口上，此时的位置为0；当顺时针转动一圈之后，此时的位置是360；再逆时针转一圈，位置又回到0；如果继续逆时针转动，位置就会变为相应的负数。如果持续的转动，位置的值也会持续的增加（或减少）。

对于马达运行位置的表示，EV3提供了两种方式：绝对位置、相对位置：

• 绝对位置：采用这种表示方式，无论马达此时的位置值是多少，都会运行到设置的位置值。比如：此时马达的位置值是360，设置运行到绝对位置90，马达不会顺时针转动90步，而是逆时针转动270步，之后位置值变为90。
• 相对位置：采用这种表示方式，运行的位置只是相对马达当前位置的位移。比如：此时马达的位置值是360，设置运行到绝对位置90，马达将会顺时针转动90步，之后位置值变为450。
  

对于底座马达，我们需要采用相对位置的运行方式。

第三个问题：马达每次停止都有一些位移误差？

显然，这种位移误差对于需要精准控制底座角度的需求是无法容忍的。要想解决这个问题，需要先了解EV3马达的停止模式。EV3马达有三种停止模式：coast、brake、hold：

• coast模式：马达得到停止指令时，停止供电，随惯性再转会停止。
• brake模式：马达得到停止指令时，停止供电，立刻停止转动，制动距离较coast模式要短得多。
• hold模式：马达得到停止指令时，马达并不会停止供电，而是将马达稳稳的保持在停止时的位置，此时如果你用外力强制改变他的位置，马达会强有力的跟你较劲，还是会转回它的位置。
  

综上，使用hold模式能够更精准的控制马达所转动的角度，也不会使底座发生“变形”。

最后：马达的速度设置

EV3马达的速度有两种表达方式：速度值、占空比：

• 速度值：马达的速度值单位为：步/秒，由于EV3马达一圈正好360步，因此等同于：角度/秒。
• 占空比：使用占空比表达马达的速度，取值范围-100%到100%，100%为顺时针最大速度。
  

这两种方式对于底座马达都可以，通常如果对速度的精度需求不那么大的情况下，可以采用占空比的方式。

程序设计

程序在ev3dev系统下使用Python编写，由于我使用的系统版本较早，可能跟最新的系统在函数命名、使用上有一些差异，但基本原理都差不多。

1. 
   
2. import ev3dev
   
3. 
   
4. # 底座的EV3大型马达接入主控制器A口
   
5. base = ev3dev.large_motor('outA')
   
6. 
   
7. if base.connected == True:
   
8.   # 设置速度控制模式为占空比
   
9.   base.speed_regulation_enabled = 'off'
   
10.   # 设置马达停止模式为hold
    
11.   base.stop_command = 'hold'
    
12. 
    
13. # 底座顺时针旋转90度，占空比75%
    
14. def base_clockwise():
    
15.    base.run_to_rel_pos(position_sp=270, duty_cycle_sp=75)
    
16.    while 'holding' not in base.state: time.sleep(0.2)
    
17. 
    
18. # 底座逆时针旋转90度，占空比75%
    
19. def base_anticlockwise():
    
20.   base.run_to_rel_pos(position_sp=-270, duty_cycle_sp=75)
    
21.   while 'holding' not in base.state: time.sleep(0.2)
    
22. 
    
23. # 底座顺时针旋转45度，占空比30%
    
24. def base_step():
    
25.   base.run_to_rel_pos(position_sp=135, duty_cycle_sp=30)
    
26.   while 'holding' not in base.state: time.sleep(0.2)
    

复制代码

链接：http://www.pazhong.net/?p=389

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