机器人巡航控制

第2章伺服电机控制

在机器人机电控制系统中，广泛使用的伺服电机是舵机，舵机是一种位置的伺服驱动器，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、控制电路板等。舵机的控制效果是机器人性能的重要影响因素。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，这两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，另外一根线是控制信号线，接单片机的一个输出口，舵机的控制信号是脉宽调制信号，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，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。

3.1 舵机的控制原理

舵机的输入信号是一个脉宽可变化的信号，舵机本身也有一个自身的信号源，但是极性是和输入信号相反。把这两个信号比对，就会出现正差或者是负差，这个差就是左右舵机正反转的依据。舵机内含有一个电位器，这个电位器的变化就改变了自身信号源的脉宽，当输入脉冲信号的脉宽与自身信号源脉宽等宽时，舵机进入平衡位置，停转。舵机控制原理图如图3.1所示。

图3.1 舵机的控制原理图

3.2 舵机的控制信号

为了准确的控制舵机的正反转，需要对舵机进行调零，输入的1.5ms高电平的控制脉冲送入控制电路，控制信号驱动直流电机（马达）旋转，经减速齿轮组减速后，通过输出轴对外提供高的力矩，调节电位器改变自身信号源的脉宽，使其和输入的控制脉冲宽度一致，由于输入和输出信号等宽，舵机进入平衡位置，停转。经过调零之后的舵机，自身产生的信号源的脉宽高电平持续时间为1.5ms，

如果输入的控制脉冲高电平持续时间小于1.5ms ，舵机会逆时针旋转，如果输入的控制脉冲高电平持续时间大于1.5ms ，舵机会顺时钟旋转。

本机器人采用两个360度连续旋转舵机作为两主动轮的动力源。使用简单，控制灵活。使用时，左右两电机分别接单片机的P1_0口和P1_1口，以脉宽调制信号（PWM ）控制电机的动作。

当给予机器人舵机高电平持续1.3ms ，低电平持续20ms 的周期信号时，舵机逆时钟旋转，如图3.2所示。给予机器人舵机高电平持续1.5ms ，低电平持续20ms 的周期信号，此时舵机转速为零，如图3.3所示。给予机器人高电平持续1.7ms ，低电平持续20ms 的周期信号，此时舵机顺时针旋转，如图3.4所示。

图3.2 1.3ms 的控制脉冲序列使舵机逆时钟旋转

在机器人的执行过程中，如果在起步阶段给予机器人最大的速度，将会导致

1.5ms 1.3ms 1.3ms

机器人在启动的时候有一个较大的前倾力，此时机器人会有倾倒的危险。为了使机器人能运行平稳，需给予机器人舵机一个合适的脉冲信号，当给予机器人左右舵机1.3ms和1.7ms的高电平脉冲周期信号时，机器人运行相对平稳。

在给舵机输入控制信号之前，确保舵机的连线是否正确，其连接原理图如图3.5所示。

图3.5 舵机连接原理图

3.3 机器人巡航控制

机器人基本巡航动作包括向前，向后，左转，右转和原地旋转。以机器人向前巡航为例：机器人向前走时，只需使两个轮子等速前进（两个电机一顺时针旋转一逆时针旋转）即可，本任务中P1. 给1口1.7ms的高电平脉宽，给P1.0口1.3ms的高电平脉宽即可驱动机器人向前巡航。其控制流程如图3.6所示。

图3.6 机器人前行流程图