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這篇文章來源于DevicePlus.com英語網站的翻譯稿。點擊此處閱讀本文的第1部分>

在智能機器人手臂–第1部分：機械結構和接線中，我們已經將機械手臂的本體組裝在一起。機械手臂搭載了一個網絡攝像頭和一個麥克風，以進行人臉和物體識別以及語音識別。這款在短短15小時內開發出來的機器人手臂在MakeMIT硬件馬拉松項目中排名前10。

該機器人手臂的主要功能是結合語音命令檢測彩色物體（例如紅球或藍球）、拾取物體、進行人臉識別，并將物體移交給指定的人物/用戶。為了成功實現這些功能，我們集成了多個平臺，比如OpenCV、Microsoft Cognitive Services Speech、Speaker Recognition API以及Open Weather API。

硬件

根據第1部分：

Arduino Uno

麥克風

網絡攝像頭

伺服電機

軟件

Arduino IDE

Visual Studio

JARVIS [https://github.com/isacandrei/Jarvis-Rocket]

第1步：制作App

我們已經設法打造了一個能夠處理語音命令的機器人手臂。人們說出要求后，該手臂會找到目標物體并將其交給指定人物（機器人可以區分不同的人）。此外，它還可以播放在線音樂或告訴您當前的天氣情況。

該應用程序的軟件部分用Visual Studio 2015完成。Visual Studio簡單易用，并且提供了很多功能。其中一個功能就是Emgu CV——一個用于調用OpenCv函數的包裹函數庫。此功能通過Visual Studio Windows Forms實現，在處理圖像時非常重要。

如果想啟動項目，您只需在電腦上安裝Emgu CV即可。具體步驟如下:

1. 下載EmguCV
您可以點擊本頁 “構建示例”下方的超鏈接下載Emgu CV工程:

圖1: 如何下載EmguCV

2. 添加文件
由于您需要使用添加庫，因此應將它們包含在Visual Studio中。OpenCV基于C/C++語言開發，如果您想在C＃中使用，那么需要添加DLL（動態鏈接庫）文件——處理視頻時必須包含DLL文件。參考文件位于Visual Studio菜單的Solution Explorer處.

圖2: 參考文件位置

如果您想添加更多文件，請點擊References -> Add references，然后從下載的文件中選擇以下內容:

圖3: 參考管理器（Reference Manager）

更多信息可以參考以下鏈接：https://www.emgu.com/wiki/index.php/Setting_up_EMGU_C_Sharp

3. 示例

在下載的庫中，您可以找到更多使用視頻處理（運動檢測、人臉檢測和攝像頭捕捉）的程序代碼示例.

圖4: OpenCV應用示例

4. Arduino程序

Arduino代碼具有4個命令：up/down負責控制伺服電機；reset是指在出現問題時重置機器人手臂位置；某個部件沒有動作時則使用do nothing。程序具有四個自由度:

circle – 手臂可以旋轉;

base – 調整網絡攝像頭的傾斜度;

elbow– 旨在獲取手臂的最佳位置;

wrist – 調整抓握力.

每個伺服電機都有一個給定命令，并且使用不同引腳進行控制：Elbow使用引腳7；Base使用引腳8；Circle使用引腳9；Wrist使用引腳10。對于伺服電機控制，C＃應用程序通過串行傳輸發送4個字母，每個狀態對應于一個具體的電機控制指令:

if(cmd == ‘A’) state = 1; → control(1, posCircle);
if(cmd == ‘B’) state = 2; →control(2, posBase);
if(cmd == ‘C’) state = 3; → control(3, posElbow);
if(cmd == ‘D’) state = 4; →control(4, posGH);

根據伺服電機的運動角度，代碼分為控制和命令指令。

在Case 1中，Circle（旋轉）運動的命令為left/right（左/右）。

Case 1:

      switch (cmd)
      {
          case '0':
              Left();
              Break;
          case '1':
               //do nothing
              break;
          case '2':
              Right();
              break;
          case '3':
              posCircle = 0;
              break;
      }
      state = 0;
      break;

在Case 2和Case 3中，我們考慮基座和肘部的伺服電機，這意味著他們可以上/下（up/down）引導手臂；遇到錯誤時，機器人手臂會把自己設置為posBase = 50；或posElbow = 50;

Case 2:

      switch (cmd)
      {
          case '0':
              downBase();
              break;
			  
          case '1':
              //do nothing
              break;
			  
          case '2':
              upBase();
              break;
			  
          case '3':
              posBase = 50;
              break;
      }
      state = 0;
      break;

Case 3:

      switch (cmd)
      {
          case '0':
              downElbow();
              break;
			  
          case '1':
              //do nothing
              break;
			  
          case '2':
              upElbow();
              break;
			  
          case '3':
              posElbow = 50;
              break;
			  
          case '4':
              posElbow = 10;
              break;
      }
      state = 0;
      break;

在Case 4中，我們需要控制爪鉗，這個非常簡單——將其初始位置設置為posGH = 50;

請將以下代碼添加到Arduino UNO中，以進行機器人手臂控制:

// States for the RoboticArm:
//0 Down on the left
//1 Pause
//2 Top on the right
//3 Reset


#include 

Servo Circle; //1
Servo Base; //2
Servo Elbow;  //3
Servo Wrist; //4

int posCircle = 0;
int posBase = 50;
int posElbow = 50;
int posGH = 50;

int state = 0;

void setup() {
  Serial.begin(9600);
  Elbow.attach(7);
  Base.attach(8);
  Circle.attach(9);
  Wrist.attach(10);
  delay(1000);
  control(1, posCircle);
  control(2, posBase);
  control(3, posElbow);
  control(4, posGH);
}

void loop() 
{

if(Serial.available() > 0)
{
char cmd = Serial.read();

switch (state) {
    case 0:
     if(cmd == 'A') state = 1;
     if(cmd == 'B') state = 2;
     if(cmd == 'C') state = 3;
     if(cmd == 'D') state = 4;
    
      break;
      
    case 1:
            
             switch (cmd)
             {
              case '0':
              Left();
              break;
			  
              case '1':
              //do nothing
              break;
			  
              case '2':
              Right();
              break;
			  
              case '3':
              posCircle = 0;
              break;
             }
             state = 0;
      break;
      
      case 2:
            
             switch (cmd)
             {
              case '0':
              downBase();
              break;
			  
              case '1':
              //do nothing
              break;
			  
              case '2':
              upBase();
              break;
			  
              case '3':
              posBase = 50;
              break;
             }
             state = 0;
      break;
      
      case 3:
       
             switch (cmd)
             {
              case '0':
              downElbow();
              break;
			  
              case '1':
              //do nothing
              break;
			  
              case '2':
              upElbow();
              break;
			  
              case '3':
              posElbow = 50;
              break;
			  
              case '4':
              posElbow = 10;
              break;
             }
             state = 0;
      break;
      
      case 4:
          
             switch (cmd)
             {
              case '0':
              break;
			  
              case '1':
              break;
			  
              case '2':
              break;
			  
              case '3':
              posGH = 50;
              break;
             }
             state = 0;
      break;
   
  }
  
}
       
}

void control(int motor, int angle)
{
switch (motor) {
    case 1:
    if(angle >= 0) if(angle <= 140) Circle.write(angle + 10);                         
    break;
    
    case 2:
    if(angle >= 0) if(angle <= 60) Base.write(140 - angle);
    break;

    case 3:
    if(angle >= 0) if(angle <= 70) Elbow.write(80 - angle);
    break;

    case 4:
    if(angle >= 0) if(angle <= 65) Wrist.write(75 - angle);
    break; 
  }  
}

void Left()
{
if(posCircle <= 136)
{
  posCircle = posCircle + 4;
}
else posCircle = 140;
control(1, posCircle);
}

void Right()
{
if(posCircle >= 4)
{
  posCircle = posCircle - 4;
}
else posCircle = 0;
control(1, posCircle);
}

///////////////////////////////////
void downElbow()
{
if(posElbow >= 4)
{
  posElbow = posElbow - 4;
}
else posElbow = 0;
control(3, posElbow);
}

void upElbow()
{
if(posElbow <= 66)
{
  posElbow = posElbow + 4;
}
else posElbow = 70;
control(3, posElbow);
}
//////////////////////////////////////
void downBase()
{
if(posBase >= 4)
{
  posBase = posBase - 4;
}
else posBase = 0;
control(2, posBase);
}

void upBase()
{
if(posBase <= 56)
{
  posBase = posBase + 4;
}
else posBase = 60;
control(2, posBase);
}

第2步：如何制作演示App

為了制作一個類似的應用程序，我們需要知道如何使用C＃編寫應用程序。由于Windows Forms App很簡單，并且擁有在線文檔，需要時可以隨時獲取，因此我們采用了該App。對于這個項目，我們需要Visual Studio和.NET framework（您可以在這里下載這兩個程序）。下載并安裝文件后，我們就可以開始制作應用程序。

首先，我們需要創建一個新工程。創建新工程的步驟如下：點擊File→New→Project和Windows Forms App(.NET Framework)。

圖5: 如何在Visual Studio中制作App

此時系統會顯示一個帶有窗體的窗口——這是應用程序自動生成的格式。右側（Properties）是表格屬性，您可以根據自己的偏好進行調整。左側（Toolbox）提供應用程序使用的功能，比如按鈕、復選框、串口等。

圖6: Visual Studio中的App屬性

對于測試演示，我們可以制作這樣一個應用程序：點擊按鈕，系統顯示一條文本信息。

雙擊Toolbox（工具箱）中的按鈕，程序會在左上角自動添加一個按鈕。該按鈕會被命名為“button1”，因為.NET Framework會對按鈕類實例進行自動編號。在button1屬性中，我們可以將Text從button1改為Click here！現在，我們需要編寫代碼，以便讓按鈕起作用（雙擊圖形界面上的按鈕）:

namespace WindowsFormsApp3
{
    public partial class Form1 : Form
    {
        public Form1()
        {
            InitializeComponent();
        }

        private void button1_Click(object sender, EventArgs e)
        {
            MessageBox.Show("App made for DevicePlus");
        }
    }
}

當用戶點擊該按鈕時，上述代碼會顯示一個文本。具體結果如圖7所示。