2024年TI杯E题-三子棋游戏装置方案分享-jdk123团队-第二弹 手搓机械臂

第一弹赛题的选择与前期方案的准备

opencv调用摄像头bug的解决

机械臂的组装

采用三个舵机，组成一个三自由度的机械臂。

并且利用电磁吸盘的方式，完成对棋子的抓取工作，后面的事实证明，在预算不足的情况下，队友手搓的机械臂，发挥了大作用。

机械臂的调试代码

import time
import RPi.GPIO as GPIO


class ArmControl:
    def __init__(self):
        GPIO.setwarnings(False)
        # 初始化舵机引脚
        self.servos = {
            'base': 16,
            'shoulder': 20,
            'elbow': 21
        }

        # 设定每个九宫格位置对应的舵机角度
        self.position_angles = {
            0:(60 ,60 , 90), 
            9: (94, 69, 46),  # 位置1: 基座97°，肩部14°，肘部0° true1 9 1
            8: (89, 67, 48),  # 位置2: 基座90°，肩部14°，肘部0° true1 8 1
            7: (83, 63, 51),  # 位置3: 基座82°，肩部14°，肘部0° true1 7 1
            6: (96,61, 67),   # 位置4: 基座97°，肩部5°，肘部3°  true1 6 1
            5: (89, 61, 73),   # 位置5: 基座90°，肩部0°，肘部0° true1 5 1
            4: (82, 61, 74),   # 位置6: 基座82°，肩部5°，肘部3° true1 4 1
            3: (98, 60, 89),  # 位置7: 基座99°，肩部0°，肘部45° true1 3 1
            2: (89, 60, 93),  # 位置8: 基座90°，肩部0°，肘部45°  true1 2 1
            1: (80, 60, 97) ,  # 位置9: 基座80°，肩部0°，肘部46° true1 1 1
            'A1': (75,64,63),  # 位置1: 基座97°，肩部14°，肘部0° 
            'B1':(104,67,49),  # 位置1: 基座97°，肩部14°，肘部0° true
            'C1':(106,66,67),  # 位置1: 基座97°，肩部14°，肘部0° ture
            'D1':(108, 70, 102),  # 位置1: 基座97°，肩部14°，肘部0°
            'A2':(75, 69,43),  # 位置1: 基座97°，肩部14°，肘部0° true 1
            'B2':(75, 64, 67),  # 位置1: 基座97°，肩部14°，肘部0° true
            'C2':(73, 64, 85),  # 位置1: 基座97°，肩部14°，肘部0°
            'D2':(70, 70, 112),  # 位置1: 基座97°，肩部14°，肘部0°
        }

        # 设置GPIO模式
        GPIO.setmode(GPIO.BCM)

        # 设置舵机引脚
        self.pwm = {}
        self.last_time = 0  # 上一次设置时间
        self.debounce_time = 0.5  # 防抖时间（秒）

        for servo in self.servos.values():
            GPIO.setup(servo, GPIO.OUT)
            self.pwm[servo] = GPIO.PWM(servo, 50)  # 50Hz
            self.pwm[servo].start(0)

    def set_servo_angle(self, pwm, target_angle, speed):
        """将舵机平滑旋转到指定角度，并实现防抖逻辑"""
        current_time = time.time()  # 获取当前时间

        # 防抖逻辑
        if current_time - self.last_time < self.debounce_time:
            return  # 如果距离上次设置时间小于防抖时间，则不执行

        # 计算占空比
        duty = self.angle_to_duty_cycle(target_angle)

        # 确保占空比在合理范围内
        if duty < 0:
            duty = 0
        elif duty > 12:  # 假设最大是180度
            duty = 12

        pwm.ChangeDutyCycle(duty)
        time.sleep(speed)  # 按速度控制时间延迟
        pwm.ChangeDutyCycle(0)  # 停止PWM信号
        self.last_time = current_time  # 更新最后设置时间

    def move_servo(self, servo_name, angle):
        """指定舵机移动到指定角度"""
        self.set_servo_angle(self.pwm[self.servos[servo_name]], angle, 0.5)  # 设置速度为0.5秒

    def move_to_position(self, position):
        """移动机械臂到指定棋盘位置（1-9）"""
        if position in self.position_angles:
            angles = self.position_angles[position]  # 获取角度元组
            self.move_servo('base', angles[0])# 移动基座
            time.sleep(1)
            self.move_servo('elbow', angles[2])
            time.sleep(1)
            self.move_servo('shoulder', angles[1])
            # 移动肩部
              # 移动肘部
    def remove_to_position(self, position):
        """移动机械臂到指定棋盘位置（1-9）"""
        if position in self.position_angles:
            angles = self.position_angles[position]  # 获取角度元组
            self.move_servo('shoulder', angles[1])# 移动基座
            time.sleep(1)
            self.move_servo('elbow', angles[2])
            time.sleep(1)
            self.move_servo('base', angles[0])
        else:
            print("无效的位置编号！")

    def angle_to_duty_cycle(self, angle):
        """将角度转换为PWM占空比（0到100之间）"""
        return (angle / 18) + 2  # 示例转换，具体根据舵机类型调整

    def cleanup(self):
        """清理GPIO设置"""
        for pwm in self.pwm.values():
            pwm.stop()
        GPIO.cleanup()


if __name__ == "__main__":
    arm = ArmControl()

    try:
        # 将舵机初始化到位置 0
        print("Moving to position 0...")
        arm.remove_to_position(0)
        time.sleep(2)  # 等待，确保舵机到达位置
        
        # 返回到位置 0
        print("Returning to position 0...")
        arm.move_to_position('B1')
        time.sleep(2)  # 等待，确保舵机到达位置
        
        
        # 然后移动到位置 1
        print("Moving to position 1...")
        #arm.remove_to_position(0)
        time.sleep(2)  # 等待，确保舵机到达位置

        

    except KeyboardInterrupt:
        print("Process interrupted!")
    finally:
        arm.cleanup()  # 清理GPIO设置

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机械臂的问题

首先，三个舵机一定要与树莓派共地，不然机械臂可能会出现，随机乱动的情况。
其次，一定要根据三个舵机的功率，去计算机械臂的功率，然后选取非常稳定的稳压模块去给其供电。