舵机在机器人技术中应用和编程方法

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1、舵机在机器人技术中应用和编程方法　　摘要：本文以自动投球机器人为例，介绍了采用宏晶STC12C5A60S2单片机控制舵机的原理和编程方法。Abstract：Basedonautomaticpitchingrobotasanexample，thispaperintroducestheprincipleandprogrammingmethodofusingSTC12C5A60S2MCUtocontrolsteeringgear.关键词：舵机；机器人；单片机；编程方法Keywords：steeringgear；robot；singlechipmicrocomputer；program

2、mingmethod中图分类号：TP242文献标识码：A文章编号：1006-4311（2013）32-0062-02基金项目：宁夏工商职业技术学院院级教改项目《设备控制编程规划与实施》一体化教学改革探索（GS2012-35）。作者简介：秦萍（1967-），女，河南渑池人，宁夏工商职业技术学院教师，高级工程师、维修电工技师，主要从事电气自动化技术专业教学与研究工作。1舵机结构及工作原理7舵机主要由舵盘、减速齿轮组、位置反馈电位器、直流电机、控制电路板组成，其工作原理（图1所示）：控制电路接收信号源的控制脉冲，并驱动电机转动；齿轮组将电机的速度成大倍数缩小，并将电机的输出扭矩放大响

3、应倍数，然后输出；电位器和齿轮组的末级一起转动，测量舵机轴转动角度；电路板检测并根据电位器判断舵机转动角度，然后控制舵机转动到目标角度或保持在目标角度。2舵机的控制方法舵机的控制信号为周期为20ms的脉宽调制信号，该脉冲的高电平部分一般为0.5ms～2.5ms，对应的舵机转动角度为0～180°，理想情况下脉冲高电平宽度与舵机转动角度成正比。即舵机转动角度=180°×（脉冲高电平宽度-0.5）/2。可以用单片机作为舵机的控制单元，使PWM信号的脉冲宽度实现微秒级的变化，从而提高舵机的转角精度。单片机完成控制算法，再将计算结果转化为PWM信号输出到舵机，由于单片机系统是一个数字系统

4、，整个系统工作可靠。单片机控制系统对舵机输出转角的控制，分为两个步骤。第一步是产生基本的周期为20ms的PWM信号，第二步是PWM信号脉宽的确定，调整占空比。控制系统中实现一个舵机的控制，通常采用使用单片机的一个定时器来实现。根据PWM信号占空比，分别设定定时器中断的初值，将20ms分为两次中断执行，一次短时间中断和一次较长时间中断，控制输出信号的电平变换，产生要求的PWM信号。3应用举例及编程方法7我们采用宏晶STC12C5A60S2单片机，它是宏晶科技生产的高速、低功耗、超强抗干扰的新一代单片机，指令代码完全兼容传统8051，但速度快近十倍。制作的自动投球机器人，机器人每次

5、携带6个小球，通过单片机控制两个舵机制作两个挡板，挡板配合动作，将小球投到指定位置。两个挡板初始位置为：下面的挡板1在“挡”位置、上面的挡板2在“缩”位置，开始向投球机器人装入小球。启动投球机器人后，挡板2运动到“挡”位置，按照规定的路线循迹运动，运动到指定位置后，投球机器人开始投球。具体动作为：挡板1“缩”，投下一个小球，然后挡板1“挡”，挡板2“缩”，第二个小球落到最下面的位置，然后挡板2“挡”，等待投球；依次类推，投入六个小球后，工作结束。单片机晶振频率为12MHz，P36输出舵机1的PWM控制信号，P37作为输出舵机2的PWM控制信号，分别采用16位定时器T0、T1产生

6、两路PWM信号P36、P37。以舵机1控制为例，通过设定定时器T0工作在定时模式，定时时间到产生中断来产生PWM信号。特殊功能寄存器AUXR中的T0x12、T1x12位分别设定T0、T1对系统时钟进行12分频还是不分频计数定时，我们设定T0x12、T1x12为“0”，选择对系统时钟12分频计数定时，则定时器计一个数时间为1us，产生2ms时间需计数2000个。初始时舵机1带动挡板1运7动到“挡”位置，根据挡板运动位置（舵机转动角度）确定脉宽的初始值a，即a=（2000/180）*舵机转动角度+500。然后设定定时器T0的初值TH0=-（65536-a）/256、TL0=-（65

7、536-a）%256；并置输出P36为高电平，启动定时器T0，T0开始定时。当定时器计数溢出时，触发计数器溢出中断函数voidtimer0（）interrupt1using1，在子函数中，改变输出P36为反相（此时变为低电平），计算ci=20000-a，并重新设定定时器T0的初值，直到定时器再次产生溢出中断，重复上一过程。参考程序（部分）：#defineucharunsignedchar#defineuintunsignedintsbitdj1=P3；sbitdj2=P3；uinta，b