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    机器人教程2:舵机及转向控制原理

    作者:huqin   来源:本站原创   点击数:x  更新时间:2013年12月31日   【字体:


    1
    、概述

    2、舵机的一组成

    3、舵机工作原理

    4、舵机选购

    5、舵机使用中应注意的一事项

    6、辉盛S90舵机简介

    7、 如何利用程序实现转向

    851单片机舵机测试程序

     

    1、概述

    舵机也叫伺服电机,最早用于船舶上    实现其转向功能,由于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 。

     


    1 舵机用于机器人

     



    2 舵机用于智能小车中

    舵机是小车转向的一控制机构,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一组成部分,图3为舵机的一外形图 。

     



    3 舵机外形图

    2、舵机的一组成

    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 。

     

     



    4 舵机的一组成示意图

     



    5 舵机组成

    舵机的一输入线共有三条,如图6所示,红色中间,是电源线,一边黑色的一是地线,这辆根线给舵机提供最基本的一能源保证,主要是电机的一转动消耗 。电源有两种规格,一是4.8V,一是6.0V,分别对应不 同的一转矩标准,即输出力 矩不 同,6.0V对应的一要大一些,具体看应用条件;另外一根线是控制信号线,Futaba的一一般为白色,JR的一一般为桔黄色 。另外要注意一点,SANWA的一某些型号的一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 。 

     



    6 舵机的一输出线

     

    3、舵机工作原理

    控制电路板接受来自信号线的一控制信号,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 。舵机的一输出轴№和位置反馈电位计是相连的一,舵盘转动的一同时,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一方向№和速度,从而达到目标停止 。其工作流程为:控制信号→控制电路板→电机转动→齿轮组减速→舵盘转动→位置反馈电位计→控制电路板反馈 。

    流,才可发挥舵机应有的一性能 。
        
    舵机的一控制信号周期为20MS的一脉宽调制(PWM)信号,其中脉冲宽度从0.5-2.5MS,相对应的一舵盘位置为0180度,呈线性变化 。也就是说,给他提供一定的一脉宽,它的一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一脉冲信号,它才会改变输出角度到新的一对应位置上    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的一基准信号,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,从而生产电机的一转动信号 。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,适用于那些需要不 断变化并可以保持的一驱动器中,比如说机器人的一关节、飞机的一舵面等 。

     



    7 舵机输出转角与输入脉冲的一关系

     

    4、舵机选购

    市场上    的一舵机有塑料齿、金属齿、小尺寸、标准尺寸、大尺寸,另外还有薄的一标准尺寸舵机,及低重心的一型号 。小舵机一般称为微型舵机,扭力 都比较小,市面上    2.5g3.7g4.4g7g9g等舵机指的一是舵机的一重量分别是多少克,体积№和扭力 也是逐渐增大 。微型舵机内部多数都是塑料齿,9g舵机有金属齿的一型号,扭力 也比塑料齿的一要大些 。futaba S3003,辉盛 MG995是标准舵机,体积差不 多,但前者是塑料齿,后者金属齿,两者标称的一扭力 也差很多 。春天sr403pDynamixel AX-12+是机器人专用舵机,不 同的一是前者是国产,后者是韩国产,两者都是金属齿标称扭力 13kg以上    ,但前者只是改改样子的一模拟舵机,后者则是RS485串口通信,具有位置反馈,而且还具有速度反馈与温度反馈功能的一数字舵机,两者在性能№和价格上    相差很大 。

    除了体积,外形№和扭力 的一不 同选择,舵机的一反应速度№和虚位也要考虑,一般舵机的一标称反应速度常见0.22 /60°0.18 /60°,好些的一舵机有0.12 /60°等的一,数值小反应就快 。

    厂商所提供的一舵机规格资料,都会包含外形尺寸(mm)、扭力 (kg/cm)、速度(/60°)、测试电压(V)及重量(g)等基本资料 。扭力 的一单位是 kg/cm,意思是在摆臂长度 1 公分处,能吊起几公斤重的一物体 。这就是力 臂的一观念,因 此摆臂长度愈长,则扭力 愈小 。速度的一单位是 sec/60°,意思是舵机转动 60°所需要的一时间 。 电压会直接影响舵机的一性能,例如 Futaba S-9001  4.8V 时扭力 为 3.9kg/cm、速度为 0.22 /60°,在 6.0V 时扭力 为 5.2kg/cm、速度为 0.18 /60°  。若无特别注明,JR 的一舵机都是以 4.8V 为测试电压,Futaba则是以 6.0V 作为测试电压 。速度快、扭力 大的一舵机,除了价格贵,还会伴随著高耗电的一特点 。因 此使用高级的一舵机时,务必搭配高品质、高容量的一电池,能提供稳定且充裕的一 。

    现在市面上    的一舵机鱼龙混杂,总体来说仿品不 如正品,便宜的一不 如贵的一,塑料齿的一不 如金属齿的一,老的一不 如新的一,国内的一不 如外国的一等等,大家不 必过于追求极致,根据自身购买力 选择够用的一就行 。

    5、舵机使用中应注意的一事项

    1)、常用舵机的一额定工作电压为6V,可以使用LM1117等芯片提供6V的一电压,如果为了简化硬件上    的一设计直接使用5V的一供电影响也不 是很大,但最好№和单片机进行分开供电,否则会造成单片机无法正常工作 。

    2)、一般来说可以将来信号线连接至单片机的一任意引脚,对于51单片机需通过定时器模块出PWM才能进行控制 。但是如果连接像飞思卡尔之类的一芯片,由于飞思卡尔内部带有PWM模块,可以直接输出PWM信号,此时应将来信号连于专用的一PWM输出引脚上     。

    6、辉盛S90舵机简介

    由于辉盛S90良好的一性价比,目前市面上    的一价格一般为1015元,因 而广泛应用机器人№和智能小车制作设计中,图8№和图9分别为S90的一外观№和参数 。

     



    8辉盛S90舵机

     



    9辉盛S90舵机参数

    7、如何利用程序实现转向更新中...

    851单片机舵机测试程序更新中...

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