x机器人实训项目舵机的调试与控制.docx

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x机器人实训项目舵机的调试与控制

实训工程二舵机的调试与控制

一、实验目的

1.学习舵机控制原理

2.学习R/C舵机控制原理

3.学习CSD55XX舵机控制原理

4.学习舵机调试系统的使用

5.学习使用NorthStar编程控制舵机的运动

二、实验要求

〔一〕舵机的调试

1.通过舵机调试系统对单个舵机及多个串联舵机的ID进行设置。

2.检验电机模式工作是否正常。

3.检验舵机模式工作是否正常。

4.将舵机转轴调整到中位。

5.了解舵机的其他信息。

〔二〕舵机的控制

1.使用6个舵机，编号1～6。

2.控制1号舵机快速正转3秒，然后慢速反转3秒后停止。

3.同时控制1号2号舵机快速正转和3号4号舵机快速反转5秒，停止1秒后，1号2号舵机慢速反转和3号4号舵机慢速正转5秒，如此反复进行。

4.同时控制1～4号舵机快速正转5秒，然后5号和6号舵机分别正向和反向转动90度，3秒钟后回复中位，1～4号舵机再慢速反转10秒，停止。

三、实验设备

1.CSD55XX舵机，6个

2.多功能调试器，1个

3.MultiFLEX2-AVR控制器，1块

4.电源线、USB数据线，1套

5.舵机线，6根

四、实验原理

〔一〕CSD55XX舵机

1.引脚定义

proMOTIOCDS系列机器人舵机电气接口如下列图，两组引脚定义一致的接线端子可将舵机逐个串联起来。

2.舵机通讯方式

CDS55xx采用异步串行总线通讯方式，理论多至254个机器人舵机可以通过总线组成链型，通过UART异步串行接口统一控制。

每个舵机可以设定不同的节点地址，多个舵机可以统一运动也可以单个独立控制。

CDS55xx的通讯指令集开放，通过异步串行接口与用户的上位机（控制器或PC机）通讯，您可对其进行参数设置、功能控制。

通过异步串行接口发送指令，CDS55xx可以设置为电机控制模式或位置控制模式。

在电机控制模式下，CDS55xx可以作为直流减速电机使用，速度可调；在位置控制模式下，CDS55xx拥有0-300°的转动范围，在此范围内具备精确位置控制性能，速度可调。

只要符合协议的半双工UART异步串行接口都可以和CDS55xx进行通讯，对CDS55xx进行各种控制。

主要有以下两种形式：

方式1：

通过调试器控制CDS55xx

PC时机将调试器识别为串口设备，上位机软件通过串口发出符合协议格式的数据包，经调试器转发给CDS55xx。

CDS55xx会执行数据包的指令，并且返回应答数据包。

RobotServoTerminal是博创推荐调试软件，也可根据提供的协议设计专用的PC端软件。

方式2：

通过专用控制器控制CDS55xx

方式1可以快捷地调试CDS系列机器人舵机、修改各种性能与功能参数。

但是，这种方式离不开PC机，不能搭建独立的机器人构型。

可以设计专用的控制器，通过控制器的UART端口控制舵机。

3.UART接口原理图

CDS系列机器人舵机用程序代码对UART异步串行接口进行时序控制，实现半双工异步串行总线通讯，通讯速度可高达1Mbps，且接口简单、协议精简。

在您自行设计的控制器中，用于和CDS55xx通讯的UART接口必须如下列图所示进行处理。

〔二〕多功能调试器

UP-Debugger多功能调试器集成了USB-232，半双工异步串行总线、AVRISP三种功能，体积小巧、功能集成度高，是一种可靠且方便的调试设备。

1.特性

通过功能选择按钮可以让调试器的工作模式在RS232、AVRISP、数字舵机调试器之间相互切换。

可以对AVR控制器进行串口通讯调试和程序下载，可以对proMotioCDS5500数字舵机进行调试和控制。

具体功能及接口定义如图1.1、1.2所示：

图1.1多功能调试器接口定义

2.结构尺寸

电路板反面用有机玻璃垫起作为保护，元器件面由于有接插件，没有做遮挡，在使用时请注意不要短路。

模块尺寸示意图如下所示：

3.安装驱动

驱动程序安装步骤如下：

（1）从光盘中找到驱动文件夹。

（2）将调试器接入电脑的USB接口。

如果这台电脑没有用过这款调试器，会弹出安装驱动的要求。

通过指定路径，安装驱动。

过程如下：

选择“否、暂时不〞点“下一步〞，选择“从列表或指定位置安装〔高级〕〞点“下一步〞，点浏览找到上一步的驱动程序文件夹，点“确定〞开始安装驱动。

（3）驱动安装成功后会在设备管理器中出现这个调试器的端口号。

设备管理器的路径是：

“我的电脑〞点右键，选择“管理〞􀃆选择“设备管理器〞􀃆选择“端口COM和LPT〞，即可看到端口号“USBSerialPort（COM1）〞。

4.线序定义

5.多功能调试器的三种工作模式

〔1〕RS232模式

按FunctioSelect〔功能选择〕按钮，让RS232的指示灯亮起，说明调试器工作在RS232模式，其使用方式和其它的USB-232没两样。

在232通讯时，图1.1所示的通讯指示灯会闪烁。

〔2〕AVRISP模式

按FunctioSelect〔功能选择〕按钮，让AVRISP的指示灯亮起，说明调试器工作在AVRISP模式。

在下载时，指示灯为红色，下载完成或者等待时指示灯为绿色。

〔3〕RobotServo〔机器人舵机〕模式

按FunctioSelect〔功能选择〕按钮，让Servo的指示灯亮起，说明调试器工作在RobotServo模式。

将机器人舵机接到调试器的“机器人舵机接口〞，如果舵机还没有供电，可以通过舵机电源接口对其进行供电。

需要注意的是，舵机的工作电压是6.5-9V，请不要超过这个电压范围。

〔三〕RobotServoTerminal舵机调试系统

RobotServoTerminal软件是北京博创兴盛机器人技术针对CDS55XX系列机器人舵机开发的调试软件，主要用于该系列机器人舵机的功能调试、参数设置以及性能展示。

1.RobotServoTerminal介绍

RobotServoTerminal具备以下功能：

总线上的舵机ID搜索；

设置参数，如ID、波特率、加速度以及位置限制等参数；

查看舵机状态，如舵机当前温度，位置，载荷、电压等；

速度、位置、负载等关键参数动态曲线观测；

舵机固件升级；

舵机性能展示。

2.软件主界面及功能

主界面主要分为5个区域：

●Part1：

串口操作，主要用于串口的翻开和关闭。

Com：

串口号输入框；

Baud：

串行通信波特率选择列表；

Open：

翻开串口按钮；所有对舵机的操作必须在串口翻开的情况下才有效；翻开后该区域绿色的灯会变成红色；

●Part2：

舵机节点搜索，主要用于搜索当前连接到PC机的舵机设备。

SingleNode：

单节点模式；如果选择了该选项，搜索舵机时采用播送指令搜索，搜索速度较快；如果连接了多个舵机，选择该模式可能会搜索不到舵机；

SingleBaud：

单波特率搜索模式，以Baud下拉框当前选中的波特率进行搜索；

AllBaud：

全波特率模式，逐一使用Baud下拉框中的波特率进行搜索；

列表框：

列表显示搜索到的舵机ID和波特率，列表框顶部的提示信息会提示搜索到舵机的总个数。

Search：

开始搜索按钮；点击后即以前面设定的模式进行搜索，同时主窗口右侧会出现列表框，显示当前搜索信息；点击后该按钮变成了“Stop〞，再次点击即可停止查询；

Clear：

清空列表框中内容；

●Part3：

操作页面切换按钮，主要用于不同操作页面之间的切换。

●Part4：

舵机常用操作页面。

详细内容见后面介绍。

●Part5：

系统按钮，用于软件的最小化和退出。

2.1.1主界面〔当前操作页面为Operate〕

五、实训内容

〔一〕舵机的调试

1.单个电机的调试

1〕将一个舵机通过舵机线与多功能调试器相连。

2〕将电源线与多功能调试器相连。

3〕将USB数据连接线与多功能调试器相连。

4〕按多功能调试器上的FunctionSelect〔功能选择〕按钮，让Servo的指示灯亮起，使调试器工作在RobotServo模式。

5〕运行RobotServoTerminal程序。

6〕设置舵机ID，并测试电机模式功能及舵机模式功能是否正常。

2.多个电机的调试

1〕将多个电机串联，将最末端的舵机通过舵机线与多功能调试器相连。

其他步骤同上。

〔二〕舵机的控制

任务1.流程图

任务1.编程截屏

任务2.流程图

任务2.编程截屏

任务3.流程图

任务3.编程截屏

六、实验结果〔小结〕

通过这次实训，我对舵机控制原理有了根本的了解，其中包括R/C舵机控制原理、CSD55XX舵机控制原理以及对舵机调试系统的使用，学会了使用NorthStar编程控制舵机的运动。