[发明专利]一种智能遥控写字机器人的控制系统的控制方法

权利要求书

1.一种智能遥控写字机器人的控制系统的控制方法，控制系统包括包括主控芯片、电机驱动模块、舵机活动模块、串口通信模块、移动终端和蓝牙模块，其特征在于：

所述主控芯片：用于接收和发送信号并进行将获取的信号进行计算分析发出指令；

所述电机驱动模块，用于获取主控芯片发送的控制指令并执行该控制指令；

所述舵机活动模块，用于精准调节写字机器人运动轨迹；

所述串口通信模块，用于通过串口进行通信接收和发送信号；

所述移动终端，用于对所述主控芯片发送控制指令；

所述蓝牙模块，用于移动终端上进行与所述主控芯片短距离无线通信；

所述移动终端通过所述蓝牙模块向所述串口通信模块发送信号，并通过串口通信模块将获取的型号发送至所述主控芯片上，通过所述主控芯片获取信号执行相应的指令和算法并将指令发送至电机驱动模块，通过电机驱动模块执行相应的运动；

所述主控芯片包括USB接口芯片和微控芯片，所述USB接口芯片型号为ATMEGA16U2，所述微控芯片型号为ATMEGA328P-PU，所述电机驱动模块设有两组，所述电机驱动模块采用微步电动机驱动器，且内置转换器；

所述主控芯片为下位机，所述移动终端为上位机，所述蓝牙模块构建无线通信；

所述控制方法包括如下步骤：

步骤1：通过移动终端中的APP将文字、画图或图片指令发送至主控芯片，将指令转换成G代码；

步骤2：通过圆弧插补算法、前瞻算法和DDA算法对获取的指令进行计算并控制电机驱动模块和舵机活动模块；

圆弧插补算法包括如下步骤：

步骤（1）：获取圆弧所在平面的圆心坐标o（float center_axis0，float center_axis1）、圆心指向圆弧起始点的向量坐标b(float r_axis0，float r_axis1)和圆心指向圆弧终点的向量坐标c(float rt_axis0，float rt_axis1)；

步骤（2）：计算圆心到圆弧起始点向量b(float r_axis0 ，float r_axis1)和圆心到圆弧终点向量c (float rt_axis0 ，float rt_axis1)的夹角；

步骤（3）：计算圆弧分为线段的数目；计算方法为：设定圆弧的弧度为a，圆弧的半径为r，则圆弧的弧长b=a*r；设定线段AB的两端点到线段对应圆弧的最大距离为h，线段AB长度的一半为j，根据勾股定理有：r*r= j*j+(r-h)*(r-h)，已知r和h，则j*j=h*(2*r-h)，计算出线段AB的长度=2j，通过b/2j则计算出对应圆弧的线段数目；

步骤（4）：利用泰勒公式计算圆心与每条线段对应的cosT和sinT值；

步骤（5）：根据当前线段的起始坐标值计算下一线段的起始坐标值，具体方法为：圆的极坐标公式为x=r*cosa,y=r*sina；设定当前线段的起始坐标为(rcosa，rsina)，下一条线段比当前线段移动的角度已知为T，那么下一条线段的起始坐标为(rcos(a+T)，rsin(a+T))，运算得到rcos(a+T)=r*cosa*cosT-r*sina*sinT，rsin(a+T)=r*sina*cosT+r*cosa*sinT；

步骤（6）：计算出下一条线段的起始坐标，也就是当前线段的终点坐标，已知当前线段的起始坐标，这样把线段的坐标传递给直线插补函数进行线段插补；

其中， axis_0，圆弧所在平面的第一个轴，是x/y/z中任意一个；

axis_1，圆弧所在平面的第二个轴，是x/y/z中任意一个；

DDA算法的步骤为：

步骤1）：输入线段的坐标值；

步骤2）：使m=1=k=b=c/2；其中，m、l和k分别为输入线段向量坐标p（x，y，z）对应的x、y和z的脉冲，c为x,y,z绝对值最大的累加溢出值，b为累加初值；

步骤3）：判断预设定值i是否小于c，如果i小于c，则执行步骤4），如果i大于等于c，则执行i=i+1并返回到步骤2）；

步骤4）：给m、l和k赋值，m=m+x，1=1+y，k=k+z；

步骤5）：根据步骤4）中的m、l和k值与c的比较确定给x、y和z轴输出脉冲并驱动写字机器人；

在执行直线插补时，通过前瞻算法对前后线段进行匹配，具体的步骤为：

步骤a：判断缓冲区未满时进行从连续运动段读入新规划元；

步骤b：判断读取不成功时再判断缓冲区是否为空；

步骤c：判断缓冲区不为空时设置最后一个规划元反向规划起始速度为0；

步骤d：判断达到第一个规划元后读取进给速率，设置目标速度约束；

步骤e：计算最大加速度和最大速度、夹角信息；

步骤f：将规划结果送往插补模块，删除当前规划元；

步骤3：通过电机驱动模块和舵机活动模块驱动主轴运动控制和主轴方向控制；

步骤4：获取主轴运动状态并中断定时。