六自由度机械臂项目学习笔记
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篇首语：本文由小常识网(cha138.com)小编为大家整理，主要介绍了六自由度机械臂项目学习笔记相关的知识，希望对你有一定的参考价值。
由于课程要做一个控制六自由度机械臂的项目，主要是学习舵机和舵机控制的知识，在这里做一下学习笔记。
使用的舵机为2个DS3115MG数字舵机+4个MG996R模拟舵机。
1.舵机基本构造
2.舵机控制原理
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→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。
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，适用于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。
舵机输出转角与输入脉冲的关系
控制过程图：
3.舵机使用注意事项
1、常用舵机的额定工作电压为6V，可以使用LM1117等芯片提供6V的电压，如果为了简化硬件上的设计直接使用5V的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PWM输出引脚上。
3、数字舵机一般要与供电电路、控制电路三者共地，模拟舵机单独供电即可。
4.数字舵机和模拟舵机的差别
数字舵机(Digital Servo)和模拟舵机(Analog Servo)在基本的机械结构方面是完全一样的，主要由马达、减速齿轮、控制电路等组成，而数字舵机和模拟舵机的最大区别则体现在控制电路上，数字舵机的控制电路比模拟舵机的多了微处理器和晶振。不要小看这一点改变，它对提高舵机的性能有着决定性的影响。数字舵机在以下两点与模拟舵机不同：
1.处理接收机的输入信号的方式。
2.控制舵机马达初始电流的方式，减少无反应区(对小量信号无反应的控制区域)，增加分辨率以及产生更大的固定力量。
模拟舵机在空载时，没有动力被传到舵机马达。当有信号输入使舵机移动，或者舵机的摇臂受到外力的时候，舵机会作出反应，向舵机马达传动动力(电压)。这种动力实际上每秒传递50次，被调制成开/关脉冲的最大电压，并产生小段小段的动力。当加大每一个脉冲的宽度的时候，如电子变速器的效能就会出现，直到最大的动力/电压被传送到马达，马达转动使舵机摇臂指到一个新的位置。然后，当舵机电位器告诉电子部分它已经到达指定的位置，那么动力脉冲就会减小脉冲宽度，并使马达减速。直到没有任何动力输入，马达完全停止。
模拟舵机的“缺点”是：假设一个短促的动力脉冲，紧接着很长的停顿，并不能给马达施加多少激励，使其转动。这意味着如果有一个比较小的控制动作，舵机就会发送很小的初始脉冲到马达，这是非常低效率的。这也是为什么模拟舵机有“无反应区”的存在。比如说，舵机对于发射机的细小动作，反应非常迟钝，或者根本就没有反应。
相对于传统模拟舵机，数字舵机的两个优势是：
1.因为微处理器的关系，数字舵机可以在将动力脉冲发送到舵机马达之前，对输入的信号根据设定的参数进行处理。这意味着动力脉冲的宽度，就是说激励马达的动力，可以根据微处理器的程序运算而调整，以适应不同的功能要求，并优化舵机的性能。
2.数字舵机以高得多的频率向马达发送动力脉冲。就是说，相对与传统的50脉冲/秒，现在是300脉冲/秒。虽然，以为频率高的关系，每个动力脉冲的宽度被减小了，但马达在同一时间里收到更多的激励信号，并转动得更快。这也意味着不仅仅舵机马达以更高的频率响应发射机的信号，而且“无反应区”变小；反应变得更快；加速和减速时也更迅速、更柔和；数字舵机提供更高的精度和更好的固定力量。
但是在把数字舵机设计的更精准的同时，也带来了缺点:
1、数码舵机需要消耗更多的动力。其实这是很自然的。数码舵机以更高频率去修正马达，这一定会增加总体的动力消耗。
2、相对教短的寿命。其实这是很自然的。马达总在转来转去做修正，这一定会增加马达等转动部位的消耗。
5.数字舵机DS3115MG参数
6.模拟舵机MG996R参数
型号：MG996R
产品净重: 55g
产品尺寸: 40.7*19.7*42.9mm
产品拉力: 9.4kg/cm(4.8V), 11kg/cm(6V)
反应速度: 0.17sec/60degree(4.8v) 0.14sec/60degree(6v)
工作电压: 4.8-7.2V
工作温度: 0℃-55℃
齿轮形式: 金属齿轮
工作死区: 5us (微秒)
7.DS3115和MG996R的比较
8.机械臂控制器、供电电源及线材配件选择
9.有收获再更新
以上是关于六自由度机械臂项目学习笔记的主要内容，如果未能解决你的问题，请参考以下文章