舵机控制型机器人设计要点
课程设计项目说明书 舵机控制型机器人设计 学院机械工程学院 专业班级2013级机械创新班 姓名吴泽群王志波谢嘉恒袁土良指导教师王苗苗 提交日期 2016年4 月1日
华南理工大学广州学院 任务书 兹发给2013级机械创新班学生吴泽群王志波谢嘉恒袁土良 《产品设计项目》课程任务书,内容如下: 1. 题目:舵机控制型机器人设计 2.应完成的项目: 1.设计舵机机器人并实现运动 2.撰写机器人说明书 3.参考资料以及说明: [1] 孙桓.机械原理[M].北京.第六版;高等教育出版社,2001 [2] 张铁,李琳,李杞仪.创新思维与设计[M].国防工业出版社,2005 [3] 周蔼如.林伟健.C++程序设计基础[M].电子工业出版社.北京.2012.7 [4] 唐增宏.常建娥.机械设计课程设计[M].华中科技大学出版社.武汉.2006.4 [5] 李琳.李杞仪.机械原理[M].中国轻工业出版社.北京.2009.8 [6] 何庭蕙.黄小清.陆丽芳.工程力学[M].华南理工大学.广州.2007.1 4.本任务书于2016 年2 月27 日发出,应于2016 年4月2 日前完 成,然后提交给指导教师进行评定。 指导教师(导师组)签发2016年月日
评语: 总评成绩: 指导教师签字: 年月日
目录 摘要 (1) 第一章绪论 (2) 1.1机器人的定义及应用范围 (2) 1.2舵机对机器人的驱动控制 (2) 第二章舵机模块 (3) 2.1舵机 (3) 2.2舵机组成 (3) 2.3舵机工作原理 (4) 第三章总体方案设计与分析 (6) 3.1 机器人达到的目标动作 (6) 3.2 设计原则 (6) 3.3 智能机器人的体系结构 (6) 3.4 控制系统硬件设计 (6) 3.4.1中央控制模块 (7) 3.4.2舵机驱动模块 (7) 3.5机器人腿部整体结构 (8) 第四章程序设计 (9) 4.1程序流程图 (9) 4.2主要中断程序 (9) 4.3主程序 (11) 参考文献 (13) 附录 (14) 一.程序 (14) 二.硬件图 (17)
PWM控制舵机 C程序
#include "reg52.h" sbit control_signal=P0^0; sbit turn_left=P3^0; sbit turn_right=P3^1; unsigned char PWM_ON=15 ;//定义高电平时间 /******************************************************************/ /* 延时函数 */ /******************************************************************/ void delay(unsigned int cnt) { while(--cnt); } void display() { if(PWM_ON>=5&&PWM_ON<=7) P1=0xFD; //1灯亮,舵机接近或到达右转极限位置if(PWM_ON>7&&PWM_ON<=10) P1=0xFB; //2灯亮 if(PWM_ON>10&&PWM_ON<=13) P1=0xF7; //3灯亮 if(PWM_ON>13&&PWM_ON<=16) P1=0xEF; //4灯亮,舵机到达中间位置 if(PWM_ON>16&&PWM_ON<=19) P1=0xDF; //5灯亮 if(PWM_ON>19&&PWM_ON<=22) P1=0xBF; //6灯亮 if(PWM_ON>22&&PWM_ON<=25) P1=0x7F; //7灯亮,舵机接近或到达左转极限位置} /******************************************************************/ /* 主函数 */ /******************************************************************/ void main() { //bit Flag; TMOD |=0x01; //定时器设置 0.1ms in 11.0592M crystal TH0=(65536-78)/256; TL0=(65536-78)%256; //定时0.1mS ET0=1;//定时器中断打开 EA=1;//总中断 //IE= 0x82; //打开中断 TR0=1; // PWM_ON=15 //的取值范围是6-25 while(1) { if(turn_left==0) { delay(1000); if(turn_left==0) { while(!turn_left){}
舵机及转向控制原理
舵机及转向控制原理 1、概述 2、舵机的组成 3、舵机工作原理 4、舵机选购 5、舵机使用中应注意的事项 6、辉盛S90舵机简介 7、如何利用程序实现转向 8、51单片机舵机测试程序 1、概述 舵机也叫伺服电机,最早用丁船舶上实现其转向功能,由丁可以通过程序连续控制其转角,因而被广泛应用智能小车以实现转向以及机器人各类关节运动中,如图1、图2所示。
舵机是小车转向的控制机构,具有体积小、力矩大、外部机械设计简单、稳定性高等特点,无论是在硬件设计还是软件设计,舵机设计是小车控制部分重要的组成部分,图3为舵机的外形图。 2、舵机的组成 一般来讲,舵机主要由以下几个部分组成,舵盘、减速齿轮组、位置反馈电位计、直流电机、控制电路等,如图4、图5所示。
变速齿轮组 诃调电位器小型宜流电机 fff 图4舵机的组成示意图 图5舵机组成 舵机的输入线共有三条,如图6所示,红色中间,是电源线,一边黑色的是地线,这辆根线给舵机提供最基本的能源保证,主要是电机的转动消耗。电源有 两种规格,一是4.8V, 一是6.0V,分别对应不同的转矩标准,即输出力矩不同, 6.0V 对应的要大一些,具体看应用条件;另外一根线是控制信号线,Futaba的一般为白色,JR的一般为桔黄色。另外要注意一点,SANW曲某些型号的舵机引线电源线在边上而不是中间,需要辨认。但记住红色为电源,黑色为地线,一般不会搞错。
输出转轴 电源线知 地线GND 控制线 图6舵机的输出线 3、舵机工作原理 控制电路板接受来自信号线的控制信号, 控制电机转动,电机带动一系列齿轮组,减速后传动至输出舵盘。舵机的输出轴和位置反馈电位计是相连的,舵盘 转动的同时,带动位置反馈电位计,电位计将输出一个电压信号到控制电路板,进 行反馈,然后控制电路板根据所在位置决定电机转动的方向和速度,从而达到 目标停止。其工作流程为:控制信号T控制电路板T电机转动T齿轮组减速T舵盘转动T位置反馈电位计T控制电路板反馈。流,才可发挥舵机应有的性能。 舵机的控制信号周期为20MS的脉宽调制(PWM信号,其中脉冲宽度从0.5-2.5MS,相对应的舵盘位置为0—180度,呈线性变化。也就是说,给他提供一定的脉宽,它的输出轴就会保持一定对应角度上,无论外界转矩怎么改变,直到给它提供一个另外宽度的脉冲信号,它才会改变输出角度到新的对应位置上如图7所求。舵机内部有一个基准电路,产生周期为20MS宽度1.5MS的基准信号,有一个比出较器,将外加信号与基准信号相比较,判断出方向和大小,从而生产电机的转动信号。由此可见,舵机是一种位置伺服驱动器,转动范围不能超过180度,适用丁那些需要不断变化并可以保持的驱动器中,比如说机器人的关 节、飞机的舵面等。
舵机控制
利用单片机PWM信号进行舵机控制(图) 基于单片机的舵机控制方法具有简单、精度高、成本低、体积小的特点,并可根据不同的舵机数量加以灵 活应用。 在机器人机电控制系统中,舵机控制效果是性能的重要影响因素。舵机可以在微机电系统和航模中作为基本的输出执行机构,其简单的控制和输出使得单片机系统非常容易与之接口。 舵机是一种位置伺服的驱动器,适用于那些需要角度不断变化并可以保持的控制系统。其工作原理是:控制信号由接收机的通道进入信号调制芯片,获得直流偏置电压。它内部有一个基准电路,产生周期为20ms,宽度为1.5ms的基准信号,将获得的直流偏置电压与电位器的电压比较,获得电压差输出。最后,电压差的正负输出到电机驱动芯片决定电机的正反转。当电机转速一定时,通过级联减速齿轮带动电位器旋转,使得电压差为0,电机停止转动。 图1舵机的控制要求 舵机的控制信号是PWM信号,利用占空比的变化改变舵机的位置。一般舵机的控制要求如图1所示。 单片机实现舵机转角控制 可以使用FPGA、模拟电路、单片机来产生舵机的控制信号,但FPGA成本高且电路复杂。对于脉宽调制信号的脉宽变换,常用的一种方法是采用调制信号获取有源滤波后的直流电压,但是需要50Hz(周期是20ms)的信号,这对运放器件的选择有较高要求,从电路体积和功耗考虑也不易采用。5mV以上的控制电压的变化就会引起舵机的抖动,对于机载的测控系统而言,电源和其他器件的信号噪声都远大于5mV,所以滤波电路的精度难以达到舵机的控制精度要求。 也可以用单片机作为舵机的控制单元,使PWM信号的脉冲宽度实现微秒级的变化,从而提高舵机的转角精度。单片机完成控制算法,再将计算结果转化为PWM信号输出到舵机,由于单片机系统是一个数字系统,其控制信号的变化完全依靠硬件计数,所以受外界干扰较小,整个系统工作可靠。 单片机系统实现对舵机输出转角的控制,必须首先完成两个任务:首先是产生基本的PWM周期信号,本设
舵机工作原理
舵机工作原理 标准的舵机有3条导线,分别是:电源线、地线、控制线,如图2所示。 以日本FUTABA-S3003型舵机为例,图1是FUFABA-S3003型舵机的内部电路。 3003舵机的工作原理是:PWM信号由接收通道进入信号解调电路BA6688的12脚进行解调,获得一个直流偏置电压。该直流偏置电压与电位器的电压比较,获得电压差由BA6688的3脚输出。该输出送入电机驱动集成电路BAL6686,以驱动电机正反转。当电机转动时,通过级联减速齿轮带动电位器Rw1旋转,直到电压差为O,电机停止转动。
舵机的控制信号是PWM信号,利用占空比的变化,改变舵机的位置。 有个很有趣的技术话题可以稍微提一下,就是BA6688是有EMF控制的,主要用途是控制在高速时候电机最大转速。 原理是这样的: 收到1个脉冲以后,BA6688内部也产生1个以5K电位器实际电压为基准的脉冲,2个脉冲比较以后展宽,输出给驱动使用。当输出足够时候,马达就开始加速,马达就能产生EMF,这个和转速成正比的。 因为取的是中心电压,所以正常不能检测到的,但是运行以后就电平发生倾斜,就能检测出来。超过EMF 判断电压时候就减小展宽,甚至关闭,让马达减速或者停车。这样的好处是可以避免过冲现象(就是到了定位点还继续走,然后回头,再靠近) 一些国产便宜舵机用的便宜的芯片,就没有EMF控制,马达、齿轮的机械惯性就容易发生过冲现象,产生抖舵电源线和地线用于提供舵机内部的直流电机和控制线路所需的能源.电压通常介于4~6V,一般取5V。注意,给舵机供电电源应能提供足够的功率。控制线的输入是一个宽度可调的周期性方波脉冲信号,方波脉冲信号的周期为20 ms(即频率为50 Hz)。当方波的脉冲宽度改变时,舵机转轴的角度发生改变,角度变化与脉冲宽度的变化成正比。某型舵机的输出轴转角与输入信号的脉冲宽度之间的关系可用图3来表示。
舵机控制(读书)
由于rocky于Sun May 18, 2003 12:59 pm 向本人提出希望了解有关舵机的知识,现将本人在航空模型运动中和机器人制作中积累的一点点经验写出来,奉献给大家,希望本文能起到抛砖引玉的作用。但由于时间仓促,难免有不正确的地方,热情欢迎大家批评指教。 1、概述 舵机最早出现在航模运动中。在航空模型中,飞行机的飞行姿态是通过调节发动机和各个控制舵面来实现的。举个简单的四通飞机来说,飞机上有以下几个地方需要控制: 1.发动机进气量,来控制发动机的拉力(或推力); 2.副翼舵面(安装在飞机机翼后缘),用来控制飞机的横滚运动; 3.水平尾舵面,用来控制飞机的俯仰角; 4.垂直尾舵面,用来控制飞机的偏航角; 遥控器有四个通道,分别对应四个舵机,而舵机又通过连杆等传动元件带动舵面的转动,从而改变飞机的运动状态。舵机因此得名:控制舵面的伺服电机。 不仅在航模飞机中,在其他的模型运动中都可以看到它的应用:船模上用来控制尾舵,车模中用来转向等等。由此可见,凡是需要操作性动作时都可以用舵机来实现。 2、结构和控制 一般来讲,舵机主要由以下几个部分组成,舵盘、减速齿轮组、位置反馈电位计5k、直流电机、控制电路板等。 工作原理:控制电路板接受来自信号线的控制信号(具体信号待会再讲),控制电机转动,电机带动一系列齿轮组,减速后传动至输出舵盘。舵机的输出轴和位置反馈电位计是相连的,舵盘转动的同时,带动位置反馈电位计,电位计将输出一个电压信号到控制电路板,进行反馈,然后控制电路板根据所在位置决定电机的转动方向和速度,从而达到目标停止。 舵机的基本结构是这样,但实现起来有很多种。例如电机就有有刷和无刷之分,齿轮有塑料和金属之分,输出轴有滑动和滚动之分,壳体有塑料和铝合金之分,速度有快速和慢速之分,体积有大中小三种之分等等,组合不同,价格也千差万别。例如,其中小舵机一般称作微舵,同种材料的条件下是中型的一倍多,金属齿轮是塑料齿轮的一倍多。需要根据需要选用不同类型。 舵机的输入线共有三条,红色中间,是电源线,一边黑色的是地线,这辆根线给舵机提供最基本的能源保证,主要是电机的转动消耗。电源有两种规格,一是4.8V,一是6.0V,分别对应不同的转矩标准,即输出力矩不同,6.0V对应的要大一些,具体看应用条件;另外一根线是控制信号线,Futaba的一般为白色,JR的一般为桔黄色。另外要注意一点,SANWA的某些型号的舵机引线电源线在边上而不是中间,需要辨认。但记住红色为电源,黑色为地线,一般不会搞错。 舵机的控制信号为周期是20ms的脉宽调制(PWM)信号?,其中脉冲宽度从0.5ms-2.5ms,相对应舵盘的位置为0-180度,呈线性变化。也就是说,给它提供一定的脉宽,它的输出轴就会保持在一个相对应的角度上,无论外界转矩怎样改变,直到给它提供一个另外宽度的脉冲信号,它才会改变输出角度到新的对应的位置上。舵机内部有一个基准电路,产生周期20ms,宽度1.5ms的基准信号,有一个比较器,将外加信号与基准信号相比较,判断出方向和大小,从而产生电机的转动信号。由此可见,舵机是一种位置伺服的驱动器,转动范围不能超过180度,适用于那些需要角度不断变化并可以保持的驱动当中。比方说机器人的关节、飞机的舵面等。常见的舵机厂家有:日本的Futaba、JR、SANWA等,国产的有北京的新幻想、吉林的振华等。现举Futaba S3003来介绍相关参数,以供大家设计时选用。之所以用3003是因为这个型号是市场上最常见的,也是价格相对较便宜的一种(以下数据摘自Futaba产品手册)。 尺寸(Dimensions):40.4×19.8×36.0 mm
舵机控制与程序
1、概述 舵机最早出现在航模运动中。在航空模型中,飞行机的飞行姿态是通过调节发动机和各个控制舵面来实现的。举个简单的四通飞机来说,飞机上有以下几个地方需要控制: 1.发动机进气量,来控制发动机的拉力(或推力); 2.副翼舵面(安装在飞机机翼后缘),用来控制飞机的横滚运动; 3.水平尾舵面,用来控制飞机的俯仰角; 4.垂直尾舵面,用来控制飞机的偏航角; 遥控器有四个通道,分别对应四个舵机,而舵机又通过连杆等传动元件带动舵面的转动,从而改变飞机的运动状态。舵机因此得名:控制舵面的伺服电机。 不仅在航模飞机中,在其他的模型运动中都可以看到它的应用:船模上用来控制尾舵,车模中用来转向等等。由此可见,凡是需要操作性动作时都可以用舵机来实现。 2、结构和控制 一般来讲,舵机主要由以下几个部分组成,舵盘、减速齿轮组、位置反馈电位计5k、直流电机、控制电路板等。 工作原理:控制电路板接受来自信号线的控制信号(具体信号待会再讲),控制电机转动,电机带动一系列齿轮组,减速后传动至输出舵盘。舵机的输出轴和位置反馈电位计是相连的,舵盘转动的同时,带动位置反馈电位计,电位计将输出一个电压信号到控制电路板,进行反馈,然后控制电路板根据所在位置决定电机的转动方向和速度,从而达到目标停止。 舵机的基本结构是这样,但实现起来有很多种。例如电机就有有刷和无刷之分,齿轮有塑料和金属之分,输出轴有滑动和滚动之分,壳体有塑料和铝合金之分,速度有快速和慢速之分,体积有大中小三种之分等等,组合不同,价格也千差万别。例如,其中小舵机一般称作微舵,同种材料的条件下是中型的一倍多,金属齿轮是塑料齿轮的一倍多。需要根据需要选用不同类型。舵机的输入线共有三条,红色中间,是电源线,一边黑色的是地线,这辆根线给舵机提供最基本的能源保证,主要是电机的转动消耗。电源有两种规格,一是4.8V,一是6.0V,分别对应不同的转矩标准,即输出力矩不同,6.0V对应的要大一些,具体看应用条件;另外一根线是控制信号线,Futaba的一般为白色,JR的一般为桔黄色。另外要注意一点,SANWA的某些型号的舵机引线电源线在边上而不是中间,需要辨认。但记住红色为电源,黑色为地线,一般不会搞错。 舵机的控制信号为周期是20ms的脉宽调制(PWM)信号,其中脉冲宽度从0.5ms-2.5ms,相对应舵盘的位置为0-180度,呈线性变化。也就是说,给它提供一定的脉宽,它的输出轴就会保持在一个相对应的角度上,无论外界转矩怎样改变,直到给它提供一个另外宽度的脉冲信号,它才会改变输出角度到新的对应的位置上。舵机内部有一个基准电路,产生周期20ms,宽度1.5ms的基准信号,有一个比较器,将外加信号与基准信号相比较,判断出方向和大小,从而产生电机的转动信号。由此可见,舵机是一种位置伺服的驱动器,转动范围不能超过180度,适用于那些需要角度不断变化并可以保持的驱动当中。比方说机器人的关节、飞机的舵面等。常见的舵机厂家有:日本的Futaba、JR、SANW A等,国产的有北京的新幻想、吉林的振华等。现举Futaba S3003来介绍相关参数,以供大家设计时选用。之所以用3003是因为这个型号是市场上最常见的,也是价格相对较便宜的一种(以下数据摘自Futaba产品手册)。 尺寸(Dimensions):40.4×19.8×36.0 mm 重量(Weight):37.2 g 工作速度(Operating speed):0.23 sec/60°(4.8V) 0.19 sec/60°(6.0V) 输出力矩(Output torque):3.2 kg.cm (4.8V) 4.1 kg.cm (6.0V) 由此可见,舵机具有以下一些特点:
51单片机控制舵机程序
#include <> #define Stop 0 //宏定义,停止 #define Left 1 //宏定义,左转 #define Right 2 //宏定义,右转 sbit ControlPort = P2^0; //舵机信号端口 sbit KeyLeft = P1^0; //左转按键端口 sbit KeyRight = P1^1; //右转按键端口 sbit KeyStop = P1^2; //归位按键端口 unsigned char TimeOutCounter = 0,LeftOrRight = 0; //TimeOutCounter:定时器溢出计数 LeftOrRight:舵机左右旋转标志 void InitialTimer ( void ) { TMOD=0x10; //定时/计数器1工作于方式1 TH1 = ( 65535 - 500 ) / 256; // TL1 = ( 65535 - 500 ) % 256; EA=1; //开总中断 ET1=1; //允许定时/计数器1 中断 TR1=1; //启动定时/计数器1 中断 } void ControlLeftOrRight ( void ) //控制舵机函数 { if( KeyStop == 0 ) { //while ( !KeyStop ); //使标志等于Stop(0),在中断函数中将用到
LeftOrRight = Stop; } if( KeyLeft == 0 ) { //while ( !KeyLeft ); //使标志等于Left(1),在中断函数中将用到 LeftOrRight = Left; } if( KeyRight == 0 ) { //while ( !KeyRight ); //使标志等于Right(2),在中断函数中将用到 LeftOrRight = Right; } } void main ( void ) //主函数 { InitialTimer(); for(;;) { ControlLeftOrRight(); } } void Timer1 ( void ) interrupt 3 //定时器中断函数 { TH1 = ( 65535 - 500 ) / 256;
单片机控制舵机程序
单片机控制舵机程序 Document number【980KGB-6898YT-769T8CB-246UT-18GG08】
#include <> #define Stop 0 //宏定义,停止 #define Left 1 //宏定义,左转 #define Right 2 //宏定义,右转 sbit ControlPort = P2^0; //舵机信号端口 sbit KeyLeft = P1^0; //左转按键端口 sbit KeyRight = P1^1; //右转按键端口 sbit KeyStop = P1^2; //归位按键端口 unsigned char TimeOutCounter = 0,LeftOrRight = 0; //TimeOutCounter:定时器溢出计数 LeftOrRight:舵机左右旋转标志 void InitialTimer ( void ) { TMOD=0x10; //定时/计数器1工作于方式1 TH1 = ( 65535 - 500 ) / 256; // TL1 = ( 65535 - 500 ) % 256; EA=1; //开总中断 ET1=1; //允许定时/计数器1 中断 TR1=1; //启动定时/计数器1 中断 } void ControlLeftOrRight ( void ) //控制舵机函数 { if( KeyStop == 0 ) { //while ( !KeyStop ); //使标志等于Stop(0),在中断函数中将用到 LeftOrRight = Stop; } if( KeyLeft == 0 ) { //while ( !KeyLeft ); //使标志等于Left(1),在中断函数中将用到 LeftOrRight = Left; } if( KeyRight == 0 ) { //while ( !KeyRight ); //使标志等于Right(2),在中断函数中将用到 LeftOrRight = Right; } } void main ( void ) //主函数 { InitialTimer(); for(;;)
机器人经验 舵机控制程序
机器人交流群:187095505 从学习单片机,制作双足机器人到现在半年多了。机械部分入门比较简单,只要耐心,细心完全可以搞定。控制部分一开始自己做不了,买了32路舵机板。后来参加了一个大赛,当时自己用32位的LPC1114编写了一个,但编写动作很不方便。一直想把它完善,但总是有事,最近,上周刚考完试,终于要时间搞一搞了。现在,这个机器人终于完全都是自己的东西了。 下面和大家分享一下一些经验 分控制部分和上位机 材料购买 1.舵机。做机器人最重要的就是舵机了,它是机器人的主要部分,也是最耗资的东西。 本人对舵机也没做过深入的研究,不敢给大家推荐。说一下我用过的几款吧。 1.MG995.扭矩13KG.M这款舵机是市场上最常用的,价位在40~60之间吧。我买的第一批价格 是35元/个,但性能不怎么样,是山寨的,后来买过45一个的也不是原厂的,店主说是副厂的, 比第一批要好很多。其实这款舵机山寨的比较多。 2.春天SR403。现在用的就是这个,淘宝价80,和别人团购的61一个。这款性能不错,没有出 现抖动,也没有虚位,(用一段时间后就有了,正常)。 2.电源。很多新手一开始会碰到一些莫名其妙的问题,这里面有不少是因为电源问题,因为很多人一开始都用普通干电池或者手机电池供电。那是绝对不行的。舵机电流是很大的,一个0.6A左右吧,启动电流则更大,这样普通电源根本不行。最好是用动力锂电池。选择的时候有个计算电流的方法:放电电流=容量*放电倍率。电池中有个参数叫放电倍率,“15C”、“20C”等,这个C就是,比如某电池容量是1800mah,标有20C,则他允许的工作电流为1.8*30=36A。用锂电池有一个电压问题,舵机一般额定电压是6V,而锂电池是7.2A,充满电能达到8.4A。这个问题不好解决,稳压芯片我知道的最大的也就3A,远远不够,到目前我也没有好的办法,我是串联两个大功率二极管来降压的。 3.铝板,螺丝,等可以到当地五金店购买,如果没有,这些东西都可以在淘宝买。 1. 机械部分: 首先是设计图纸。三维设计很重要,第一个机器人完全是凭想象加工的,中间出现了很多差错,各个部分装备不上,尤其是螺孔的位置,经常对不上。所以,最好先用三维软件设计,然后再去加工。三维图纸要考虑到舵机与钣金零件之间的连接,钣金各部分之间的连接,电池,控制电路板的安放位置及固定方法,还有开关的位置及固定。 上一些三维图片