0 写在前面

找到适应自己的工作节奏以及合作伙伴将是高效完成项目的前提。

by the way 本文不具体展示机械结构设计部分，原因是小鱼不具有该部分的版权 : (

1 功能描述

通过一键启动的（没错是鼠标，不过添加一个按键事件也是一件不难的事）自动起重机器人，对于一定范围内的重物（本文仅针对单钩砝码，是的，秤砣）进行自动识别并通过抓手进行抓取，抓取后需要将该重物放置到固定点位，至此为完成了对该重物的作业；下文将从外向里依次解决自动化的实现问题。

1.1 机架的水平移动

机架的核心抓取部分（即抓手），并不是每时每刻都处于每一次作业的理想位置的，所以要完成作业固然少不了：跑过来，跑过去。

1.2 抓手起降

在作业中难免发生目标位置的高度不一致的问题，针对本问题即为抓取单钩砝码的高度与放置高度并不一致，且需要一定程度的避免碰撞和拖地等问题，上下移动将是完成任务的又一重点。

1.3 抓手的抓取作业

不把东西拿起来，靠意念是不能作业的：）

1.4 计算机视觉

摸黑在房间走路也难免踢到床头，不具备视觉的起重机将更加抓瞎（固化方案将消耗更多能源与时间），视觉将是灵魂一举。

1.5 把他们串起来

我猜你也不希望车子爪子各玩儿各的吧。

2 功能实现

好的我们已经知道了需要哪些部分才能赋我们的起重机以赛博生命，坐上小鱼的老爷车，一起来看看吧！

2.1 机架的水平移动

首先让我们感谢 AccelStepper 标准库

水平移动有两种主流方案，一是小车型（大多采用麦克纳姆轮小车，相信你知道这是什么），另一是龙门架结构，我们针对龙门式展开；相信你现在已经有了自己理想的移动方案，或是主动轮转动，或是齿轮履带拉动，这些都好，只不过需要注意的是：我们的轮子或齿轮需要像汽车的主动轮同样是左右对称的，这将拯救松散的车架和瘪瘪的钱包。

因为考虑到转速、扭矩，最重要的还有经费问题，我们最终采用了两块57步进电机和一块42步进电机，驱动板型号为DM542（经费充足的条件下可以选择扭力更大，转速更加优秀的直流电机）。在这里统一说明，该项目的上位机平台为一块树莓派4B，下位机均为arduino_uno。在这里将三块电机与驱动板正确连接后，将驱动板与arduino连接。硬件解决了，是时候开始软件了：
如果我们希望当输入步数时，电机输出步数而不是方向，那么对于引脚的定义和正确连接就至关重要，又或许你更希望先写代码再连线，这些都没关系，只要选对正确的引脚；由于我们要给步进电机两个信息，即脉冲信息和方向信息，所以除了电源和共地之外，就要选取两个arduino上的数字引脚连接电机，如下的 dirPin 即为方向引脚， stepPin 即为脉冲引脚，相邻的两个引脚定义一个电机：

#define dirPin1 4
#define stepPin1 3
#define dirPin2 6
#define stepPin2 5
#define dirPin3 8
#define stepPin3 7

我们给每个引脚起好了名字，终于可以使唤他们做点什么了，那就先考虑考虑如何跑起来吧。由于考虑到电机启动时的同步轮（或轮子）打滑问题，在不断地尝试下，确定了分别对应于不同型号的步进电机的加速度；至于速度上限，可以根据实际运行情况进行尝试，这里因为缓启动解决了打滑问题，而我们希望尽可能快速地完成任务，所以对于速度上限的设定远超于实际最大速度。

void setup() {
  Serial.begin(115200);
  stepper1.setMaxSpeed(1000000);
  stepper1.setAcceleration(10000);
  stepper2.setMaxSpeed(1000000);
  stepper2.setAcceleration(10000);
  stepper3.setMaxSpeed(5000);
  stepper3.setAcceleration(800);
}

由于我们的上下位机通信方式，通信方式是显而易见的，而交流规则是朦胧的。我时常在想，如果我只需要说几个字，别人就能懂我的核心意思，那效率会有多高？好在现在可以短暂实现了。我们需要发号施令的内容包含且限于：

哪位电机？
哪个方向？
走多少步？
&nbsp；
我们先在这里用1代表控制步进电机1和2，3控制步进电机03；接着的00和01则代表相反的方向；为了实现自由控制，这里的输入并不是一定的，如果你希望修改，可以根据需求且符合规则地修改成任何你希望的数字。一头雾水吗，看一眼代码就全明白了：

if (motorCode == 1) { // 控制步进电机1和2
        if (direction == 0) {
          stepper1.move(steps);
          stepper2.move(-steps);
        } else {
          stepper1.move(-steps);
          stepper2.move(steps);
        }
      } else if (motorCode == 3) { // 控制步进电机3
        if (direction == 0) {
          stepper3.move(steps);
        } else {
          stepper3.move(-steps);
        }
      }

1，2位	3，4位	其余五位
01 or 03	00 or 01	04750
01代表步进电机1和2，03代表步进电机3	00和01代表不同方向	运行04750步

Fine？现在我们的下位机准备好了，准备好接收来自串口的一些神秘数字，是吗？No！在它张开嘴巴之前，并不算完全准备好；现在让我们撬开它的嘴巴：

String inputString = Serial.readStringUntil('\n'); // 读取输入字符串
    if (inputString.length() == 9) { // 确保输入字符串长度为9
      char motorCode = inputString.substring(0, 2).toInt();
      char direction = inputString.substring(2, 4).toInt();
      int steps = inputString.substring(4).toInt();

Fine. 这下真的可以发号施令了。
很显然，我们对发号施令这件事还是没有做好准备的，为了满足高效率，就需要写出一个上位机程序用来管理这个arduino设备了：

import serial
import time

class StepperMotorControl:
    def __init__(self, port='COM7', baudrate=115200): # 这里的port一定要记得修改成正确的接口序号
        self.ser = serial.Serial(port, baudrate, timeout=1)
        time.sleep(2)  # 等待串口稳定

    def send_command(self, command):
        """向Arduino发送9个字符长度的命令"""
        if len(command) == 9:
            self.ser.write(command.encode())
            self.ser.write(b'\n')  # 发送换行符来结束命令
            print(f"Sent command: {command}")
        else:
            raise ValueError("Command must be 9 characters long.")

    def close(self):
        if self.ser.is_open:
            self.ser.close()

if __name__ == "__main__":
    stepper = StepperMotorControl()
    stepper.send_command("010002000")
    stepper.close()

这段python代码很简单，只实现一个功能：把一个来自于用户输入的9位数字发送给下位机。

if name == "main":
stepper = StepperMotorControl()
stepper.send_command("010002000")
stepper.close()
该特性用于单独运行该代码。因为我们很容易注意到，代码中并不包含main()函数，所以将基于该命令进行单独测试代码的可行性。

2.2 抓手起降

在调查过程中发现，同类型需求的作品中，绝大多数作品采用带编码器的直流电机控制起降，而我们在这里选用扭矩为35kg*cm的串行总线数字舵机，配合一个尺寸适当的齿轮。数字舵机的绝对优势在于其精准可控，仅仅通过几个数字，就可以达到精准起降的效果；当然了，贵的东西唯一的缺点就是贵，明白吧。
如上所说，想要控制好起降装置，我们先感谢 SoftwareSerial 标准库，

基于计算机视觉的起重机--控制与视觉部分（含代码）（未完结）