一个超酷的开源uHand2.0机械手掌项目

uHand2.0是深圳乐幻索尔公司开源的一款机械手掌，它长下面这个样子：

1、uHand2.0外观图

2、uHand2.0硬件原理图

看似整体非常复杂(主要是结构)，但其实硬件(指电路部分)、软件一点都不复杂，我们来看下控制机械手掌的电路原理图，控制部分的芯片采用的STM32F103RBT6

底板对接的原理图如下：

可以看到，以上这些都是我们熟悉的硬件接口，包含LED、蜂鸣器、按键、SPI FLASH、舵机、PS2，控制机械手掌根据官方提供的文档主要四种方式：

1、通过PC串口连接C#上位机控制机械手掌
2、通过体感手套蓝牙模块连接机械手掌进行控制
3、通过Android手机APP控制机械手掌
4、通过PS2手柄控制机械手掌

不管是通过什么方式去控制手掌运动，能有一套公有的通信协议那就再好不过了，那么uHand2.0对这一套协议也是完全开源的，我们来阅读一些基础协议，以便于我们后面入门各个软件程序。

3、uHand2.0通信协议

其中，通信分为两种:

1、用户主动通过C#上位机、PS2、PC、APP主动给控制板发送数据
2、控制板主动给C#上位机、PS2、PC、APP发送数据

具体协议内容请公众号后台回复：uHand获取开源机械手掌资料，这里就不细说了。

4、uHand2.0底板控制部分

官方给出的有两种控制方式，一种是基于STM32、还有一种是基于51单片机，不管是什么平台控制，软件逻辑其实都是大同小异，我们就拿常用的STM32软件进行分析吧。

先看下代码的整体框架：

int main(void)
{
 SystemInit();     //系统时钟初始化为72M   SYSCLK_FREQ_72MHz
 InitDelay(72);      //延时初始化
    //设置NVIC中断分组2:2位抢占优先级，2位响应优先级
 NVIC_PriorityGroupConfig(NVIC_PriorityGroup_2); 
 InitPWM();
 InitTimer2();//用于产生100us的定时中断
 InitUart1();//用于与PC端进行通信
 InitUart3();//外接模块的串口
 InitADC();
 InitLED();
 InitKey();
 InitBuzzer();
 InitPS2();//PS2游戏手柄接收器初始化
 InitFlash();
 InitMemory();
 InitBusServoCtrl();
 LED = LED_ON;
 BusServoCtrl(1,SERVO_MOVE_TIME_WRITE,500,1000);
 BusServoCtrl(2,SERVO_MOVE_TIME_WRITE,500,1000);
 BusServoCtrl(3,SERVO_MOVE_TIME_WRITE,500,1000);
 BusServoCtrl(4,SERVO_MOVE_TIME_WRITE,500,1000);
 BusServoCtrl(5,SERVO_MOVE_TIME_WRITE,500,1000);
 BusServoCtrl(6,SERVO_MOVE_TIME_WRITE,500,1000);
 while(1)
 {
  TaskRun();
 }
}

由于机械手掌采用是总线舵机，其实它就是数字舵机，是基于串行总线开发的，通常采用一根线就可以完成发送和接收的操作，十分方便，详情可以参考开源机械手掌的资料，这里我们看一下BusServoCtrl这个函数实现的功能：

void BusServoCtrl(uint8 id,uint8 cmd,uint16 prm1,uint16 prm2)
{
 uint32 i;
 uint8 tx[20];
 uint8 datalLen = 4;
 uint32 checkSum = 0;

 switch(cmd)
 {
 case SERVO_MOVE_TIME_WRITE:
  datalLen = SERVO_MOVE_TIME_DATA_LEN;
  break;
  
 
 }
 tx[0] = 0x55;
 tx[1] = 0x55;
 tx[2] = id;
 tx[3] = datalLen;
 tx[4] = cmd;
 tx[5] = prm1;
 tx[6] = prm1 >> 8;
 tx[7] = prm2;
 tx[8] = prm2 >> 8;
 for(i = 2; i <= datalLen + 1; i++)
 {
  checkSum += tx[i];
 }
 tx[datalLen + 2] = ~checkSum;
 UART_TX_ENABLE();
 USART2SendDataPacket(tx,datalLen + 3);
}

该函数的第一个参数为舵机id，第二个参数为指令，第三、四个参数为指令的参数，例如要控制数字电机转动，则需要设置prm1和prm2值，以让舵机能够在具体的时间内转动到具体的位置，最终通过串口将协议数据发送到数字舵机，这时候舵机接收到指令则会响应具体的操作，这个函数是贯穿整个机械手掌运动的核心函数。

如果通过C#上位机、APP控制机械手掌，那么也是一样的，C#上位机发送给控制板的USART1串口，我们重点看下USART1的串口中断服务函数的实现：

void USART1_IRQHandler(void)
{
    uint8 i;
    uint8 rxBuf;

    static uint8 startCodeSum = 0;
    static bool fFrameStart = FALSE;
    static uint8 messageLength = 0;
    static uint8 messageLengthSum = 2;


    if(USART_GetITStatus(USART1, USART_IT_RXNE) != RESET)
    {

        rxBuf = USART_ReceiveData(USART1);//(USART1->DR); //读取接收到的数据

        if(!fFrameStart)
        {
            if(rxBuf == 0x55)
            {

                startCodeSum++;

                if(startCodeSum == 2)
                {
                    startCodeSum = 0;
                    fFrameStart = TRUE;
                    messageLength = 1;
                }
            }
            else
            {

                fFrameStart = FALSE;
                messageLength = 0;

                startCodeSum = 0;
            }

        }

        if(fFrameStart)
        {
            Uart1RxBuffer[messageLength] = rxBuf;

            if(messageLength == 2)
            {
                messageLengthSum = Uart1RxBuffer[messageLength];

                if(messageLengthSum < 2)// || messageLengthSum > 30
                {
                    messageLengthSum = 2;
                    fFrameStart = FALSE;

                }

            }

            messageLength++;

            if(messageLength == messageLengthSum + 2)
            {
                if(fUartRxComplete == FALSE)
                {
                    fUartRxComplete = TRUE;

                    for(i = 0; i < messageLength; i++)
                    {
                        UartRxBuffer[i] = Uart1RxBuffer[i];
                    }
                }


                fFrameStart = FALSE;
            }
        }
    }

}

中断服务函数实现的功能就是将上位机、APP、PS2所发送的数据根据第三小节提到的协议格式转换成控制串口舵机的指令，这个过程是在TaskRun函数实现的，由于代码过于冗长，这里就不放出来了，感兴趣可以自行下载研究。另外，该代码的优化空间很大，有些部分写得不是太合理。

5、uHand2.0开源上位机

上位机采用的是C# 微软WPF框架开发，通过PC串口与机械手掌进行通信。

5.1、分析代码

当调整拖动杆时，调用anleChangeHandler方法：

private void angleChangeHandler(Object sender, RoutedEventArgs e)
{
     //手动拖动滑竿的时候才触发，其他情况引起的变化屏蔽
     if (needSendAngelChangeFlag)
     {
        int id = Convert.ToInt32((e.OriginalSource as ServoView).ServoId);
        int angle = (e.OriginalSource as ServoView).CurAngle;
        sendAngleCmd(id, angle);
     }
}

该方法首先会先确定当时控制的是哪个ID的拖杆，调整的数值是多少，最终调用sendAngleCmd方法：

//发送拖到滑竿引起的角度变化设置命令
private void sendAngleCmd(int id, int value)
{
    UInt16[] dataSend = new UInt16[MAX_ARGS_LENTH];

    for (int i = 0; i < MAX_ARGS_LENTH; i++)
    {
        dataSend[i] = UNDEFINECMD;
    }

    dataSend[0] = 1;
    dataSend[1] = 0;
    dataSend[2] = 0;
    dataSend[3] = (byte)id;
    dataSend[4] = (byte)(value & 0x00ff);
    dataSend[5] = (byte)(value >> 8);
    makeAndSendCmd(CMD_MULT_SERVO_MOVE, dataSend);
}

UNDEFINECMD为public const UInt16 UNDEFINECMD = 0xFFFF;表示命令buffer默认参数。

MAX_ARGS_LENTH为public const int MAX_ARGS_LENTH = 25;表示最大的命令长度

最后通过调用makeAndSendCmd将指令打包成为标准的通信协议包，通过串口发送给控制板，进而控制机械手掌运动。

//处理参数转换成标准命令协议格式然后发送
private void makeAndSendCmd(int cmdType, UInt16[] args)
{
    //sendingData = true;
    byte[] dataSend = new byte[50];
    byte lenth;
    dataSend[0] = 0x55;
    dataSend[1] = 0x55;
    dataSend[3] = (byte)cmdType;

    int i = 0;

    while (i <= MAX_ARGS_LENTH && args[i] != UNDEFINECMD)
    {
        dataSend[4 + i] = (byte)args[i];
        i++;
    }

    lenth = (byte)(i + 2);
    //填入长度信息
    dataSend[2] = lenth;
    WriteData(dataSend, lenth + 2);
}

那么其它几种控制方式也就大同小异了。获取所有开源资料请公众号后台回复：uHand获取开源机械手掌资料。

搞懂了机械手掌的基本原理，那么后面要实现一些非常酷的项目就很容易啦，比如机械手掌控制小车等等，敬请期待！