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9.4.2 StampⅡ和TTL PWM控制器与0

目 录1

第1章机器人移动基础知识1

1.1机器人的定位2

1.1.1 室内环境2

1.1.2 室外环境3

1.1.3 地形问题3

1.2直流电机的发展历程6

1.2.1 电机的工作原理7

1.2.2 步进电机10

1.2.3 直流电机的控制12

1.3直流电机的效率14

1.4电机导致的不利因素15

1.4.1 移动电源——电池15

1.4.2 电池的类型16

1.4.3 电源噪声18

1.4..4 电磁干扰（EMI）19

1.4.5 音频噪声20

第2章 电机的类型21

2.1电机类型的选择22

2.2直流电机25

2.2.1 直流电机的工作原理25

2.2.2直流电机功率的选择26

2.2.3 购买与使用直流电机28

2.3舵机29

2.3.1舵机工作原理29

2.3.2舵机规格的分类30

2.3.3舵机的估算31

2.4步进电机33

2.3.4选购舵机33

2.4.1 步进电机的工作原理34

2.4.3 步进电机的性能指标和分类35

2.4.2 识别步进电机的类型35

2.4.4 购买与使用步进电机37

2.5机器人功率的计算37

2.5.1 轮式机器人功率的计算37

2.5.2 步行机器人功率的计算40

2.6地形和碎石的影响42

第3章直流电机45

3.1电机类型的选择46

3.2速度与转矩——齿轮对电机的影响47

3.2.1 齿轮的基础知识48

3.2.2大减速比方案49

3.2.3齿轮的术语50

3.2.4 齿轮的类型51

3.2.5 齿轮减速电机与减速器54

3.2.6 齿侧间隙57

3.2.7选用旧减速器58

3.2.8 驱动轮的直径与传动装置59

3.2.9 齿轮传动的效率60

3.3 电机轴61

3.3.1 电机轴载荷类型61

3.3.2联轴器64

3.3.3 转轴的标准与非标准连接69

3.4其他问题——寿命、噪声与制动78

3.4.1 延长电机的寿命78

3.4.2 制 动80

3.4.3 抑制噪声81

3.5选购电机82

3.5.1 直流电机的技术资料82

3.5.2 测量电机的电流及转矩87

3.5.3 其他因素90

第4章 舵 机93

4.1选择适用的舵机94

4.1.1 将舵机改装成连续旋转94

4.1.2 需要的工具94

4.1.3 改装Futaba F3003标准舵机95

4.1.4 改装Hitec？HS303标准舵机101

4.1.5 改装Hitec HS225MG强力迷你舵机104

4.2确定和增加舵机的输出力矩108

4.3确定舵机的速度109

4.4舵机的强度109

4.5舵机的控制110

4.5.1硬件110

4.5.2 改装FutabaS3003为速度控制舵机112

4.6其他舵机控制器115

4.6.1 Parallax StampⅡ控制Scott Edwards MiniSSC？舵机控制器115

4.6.2 Parallax StampⅡSX4.6.1？控制FerrettronicsFT639？控制芯片116

微控制器控制TTTSSC芯片117

4.7舵机的其他用途117

第5章步进电机119

5.1本章不涉及的内容120

5.2步进电机的选择120

5.2.1 动态力矩和其他参数121

5.2.2 步进电机的输出力矩能驱动机器人吗？123

5.3.1 单极性步进电机124

5.3步进电机的类型和接线124

5.3.2 单极性步进电机的步进方式129

5.3.3双极性步进电机130

5.3.4 双极性步进电机的步进方式131

5.3.5 步进驱动方式的相似之处132

5.3.6通用步进电机132

5.3.7 有关步进电机极性配置的结语135

5.4如何获得步进电机135

5.5步进电机的控制和驱动电路137

5.5.1 分立式单极性步进电机控制和驱动电路137

5.5.2 分立式双极性步进电机控制和驱动电路137

5.5.3 步进电机控制／驱动电路的测试时钟137

5.5.4单片机步进电机驱动器142

5.5.5 基于微控制器的特殊步进电机控制器143

5.6常用步进电机接线列表145

第6章安装电机147

6.1平衡、对称、同轴排列148

6.1.1 平 衡148

6.1.2 对 称149

6.1.3 同 轴150

6.2电机固定支架150

6.2.1金属安装支架151

6.2.2 木制安装架157

6.2.3 其他固定件——U形螺栓和软管卡箍158

6.2.4 快速固定159

6.3无支架电机安装方式160

6.3.1 双面泡沫防滑胶带161

6.3.2 用钩和绳临时固定161

第7章 电机控制基础163

7.2直流H桥集成功放电路驱动原理164

7.1若干约定164

7.3反向电动势和续流二极管165

7.4简单小电流H桥集成功放电路的设计167

7.5小电流H桥集成功放电路的改进设计168

7.6 H桥集成功放电路芯片170

7.6.1 754410、L293B和L293D双通道直流电机170

驱动芯片170

7.6.2 L298双通道直流电机驱动芯片171

7.6.3 LMD18200单通道直流电机驱动芯片172

7.6.4 UCN2998双通道直流电机驱动芯片172

7.6.5 UCN3951直流电机驱动芯片174

7.7.1 大电流H桥集成功放电路直流电机驱动器175

产品175

7.7大电流直流电机驱动器175

7.7.2 自制大电流直流电机驱动器177

7.8导线的规格180

7.9脉宽调制（PWM）技术及其应用180

7.9.1 方向－幅值PWM181

7.9.2锁相环PWM182

7.9.3 PWM信号的最佳频率183

7.9.4 缓冲网络及其使用183

7.10步进电机驱动芯片184

7.10.1 ULN2003和 UNL2004（单极性步进电机184

驱动芯片）184

7.10.2 UDN2540和UDN2544（单极性步进电机185

驱动芯片）185

7.10.3 L298（双极性步进电机驱动芯片）186

7.11 电流反馈和过电流保护186

7.11.1 最简单的方案——舌簧管开关187

7.11.2 电流感应传感器188

7.11.3 关断电阻190

第8章 电机的闭环反馈控制193

8.1编码器和里程计196

8.2增量式轴编码器的制作196

8.2.1 简易反射式光学编码器197

8.2.2传感器位置的固定209

8.2.3 提高分辨率——码盘与电枢轴连接209

8.2.4旋转方向识别212

8.2.5 光栅式编码器217

8.2.6基于霍尔效应的编码器222

8.2.7 非驱动轮编码器226

8.3轴编码器和模拟转速计230

8.3.1 市售轴编码器231

8.3.2模拟转速计233

8.4电机的反馈控制算法234

8.4.1 PID控制算法简介234

8.5绝对式编码器242

第9章微控制器的电气接口245

9.1电源246

9.1.1 双电池供电方式246

9.1.2单电池供电方式247

9.1.3 电源总线的噪声处理248

9.2器件连接249

9.2.1选择导线249

9.2.2连接方式250

9.3微控制器、计算机的输入／输出接口253

9.3.1缓冲接口254

9.3.2 隔离接口255

9.3.3串行接口256

9.4缓冲器和串行接口实例——步进信号和PWM257

信号的产生257

9.4.1 OOPic PWM信号接口实例257

的接口实例259

第10章车轮和履带261

10.1车轮直径、转矩及速度262

10.2车轮和履带的选择263

10.2.1 车轮重量与类型的关系263

10.2.2地形条件与车轮（履带）材料264

10.3车轮的种类及选购267

10.3.1 无线遥控（RC）车轮267

10.3.2 LEGO？车轮268

10.3.4全方位车轮269

10.3.3玩具飞机轮胎269

10.3.5各种特殊车轮270

10.4履带的种类和选购271

10.4.1 玩具或模型履带271

10.4.2LEGO坦克履带271

10.4.3 V型履带和滑轮履带272

10.5轴的安装273

10.5.1 往舵机上安装车轮和轮毂273

10.5.2 往电机轴上安装轮毂和联轴器274

10.5.3浮动传动轴280

10.5.4浮动轴的安装281

10.5.5 浮动轴的驱动283

10.6样机287

第11章多足步行机器人289

11.1.1静平衡与动平衡290

11.1双足及多足机器人290

11.1.2舵机轴的支承和受力291

11.2简单传动机构292

11.2.1 遥控玩具车的球铰连杆292

11.2.2 Z形连杆293

11.2.3 遥控航模飞机U形连杆294

11.2.4连接点的选择295

11.3常用连接设备296

11.3.1钢 丝296

11.3.2链连接299

11.4多个舵机的安装300

11.4.1腿的基本结构301

11.4.2 昆虫腿的布局304

11.4.3 哺乳动物腿的布局304

11.4.4 两足机器人305

11.5.1 两腿移动307

11.5步态307

11.5.2 哺乳类四足动物308

11.5.3 六足昆虫310

11.5.4八足蜘蛛313

11.6力／触觉反馈315

11.6.1 接触开关电路315

11.6.2 判断腿是否触地316

11.6.3 判断腿是否被阻挡316

附 录319

附录A术语及其解释319

附录B表格、公式、单位换算323

附录C参考资料326

索 引339

4.6.3 BASCOM/AVR？通过Atmel？90S2313