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PWM信号为脉宽调制信号,其特点在于他的上升沿与下降沿之间的时间宽度。具体的时间宽窄协议参考下列讲述。我们目前使用的舵机主要依赖于模型行业的标准协议,随着机器人行业的渐渐独立,有些厂商已经推出全新的舵机协议,这些舵机只能应用于机器人行业,已经不能够应用于传统的模型上面了。
目前,北京汉库的HG14-M舵机可能是这个过渡时期的产物,它采用传统的PWM协议,优缺点一目了然。优点是已经产业化,旋转角度大(目前所生产的都可达到185度);缺点是控制比较复杂,毕竟采用PWM格式。
但是它是一款数字型的舵机,其对PWM信号的要求较低:
(1)不用随时接收指令,减少CPU的疲劳程度;
(2)可以位置自锁、位置跟踪,这方面超越了普通的步进电机;
其PWM格式注意的几个要点:

(1)上升沿最少为0.5mS,为0.5mS---2.5mS之间;
(2) HG14-M数字舵机下降沿时间没要求,目前采用0.5Ms就行;也就是说PWM波形可以是一个周期1mS的标准方波;
(3) HG0680为塑料齿轮模拟舵机,其要求连续供给PWM信号;它也可以输入一个周期为1mS的标准方波,这时表现出来的跟随性能很好、很紧密。


     控制实验采用的是8位AT89C52CPU,其数据分辨率为256,那么经过舵机极限参数实验,得到应该将其划分为250份。
     那么0.5mS---2.5Ms的宽度为2mS = 2000uS。2000uS÷250=8uS
 
则:PWM的控制精度为8us  
 
我们可以以8uS为单位递增控制舵机转动与定位。
    舵机可以转动185度,那么185度÷250=0.74度,
则:舵机的控制精度为0.74度
   1 DIV = 8uS ; 250DIV=2mS
时基寄存器内的数值为:(#01H)01 ----(#0FAH)250。

共185度,分为250个位置,每个位置叫1DIV。

则:185÷250 = 0.74度 / DIV

PWM上升沿函数:0.5mS + N×DIV
                            0uS ≤ N×DIV ≤ 2mS
                            0.5mS ≤ 0.5Ms+N×DIV ≤ 2.5mS


(1)当其未转到目标位置时,将全速向目标位置转动。
(2)当其到达目标位置时,将自动保持该位置。
所以对于数字舵机而言,PWM信号提供的是目标位置,跟踪运动要靠舵机本身。
(3)像HG0680这样的模拟舵机需要时刻供给PWM信号,舵机自己不能锁定目标位置。
所以我们的控制系统是一个目标规划系统。
舵机的转角达到185度,由于采用8为CPU控制,所以控制精度最大为256份。目前经过实际测试和规划,分了250份。具体划分参见《250份划分原理》。
将0—185分为250份,每份0.74度。
控制所需的PWM宽度为0.5ms—2.5ms,宽度2ms。
2ms÷250=8us;
所以得出: PWM信号=1度/8us;
运动时可以外接较大的转动负载,舵机输出扭矩较大,而且抗抖动性很好,电位器的线性度较高,达到极限位置时也不会偏离目标。
① 舵机稳定在A点不动;
② CPU发出B点位置坐标的PWM信号;
③ 舵机全速由A点转向B点;
④ CPU发出B点PWM信号后,应该等待一段时间,利用此时间舵机才能转动至B点。

那么,具体的保持(等待)时间如何来计算,如下讲解:
令:保持时间为Tw
当Tw≥△T时,舵机能够到达目标,并有剩余时间;
当Tw≤△T时,舵机不能到达目标;
理论上:当Tw=△T时,系统最连贯,而且舵机运动的最快。

实际过程中由于2个因素:
① 1个机器人身上有多个舵机,负载各不相同,所以ω不同;
② 某个舵机在不同时刻的外界环境负载也不同,所以ω不同;
则连贯运动时的极限△T难以计算出来。
目前采取的方法是经验选取ω值。

((2)舵机ω值测定
舵机的ω值随时变化,所以只能测定一个平均值,或称出现概率最高的点。
依据 ① 厂商的经验值;
② 采用HG14-M具体进行测试;
测试实验:① 将CPU开通,并开始延时Tw;
② 当延时Tw到达后,观察舵机是否到达目标;
测定时采用一段双摆程序,伴随示波器用肉眼观察Tw与△T的关系。
(3)舵机ω值计算
一般舵机定为0.16--0.22秒/60度;
取0.2秒/60度 >> 1.2秒/360度 >> 0.617秒/185度
则ω为360度/1.2秒,2Π/1.2秒
ω=300度/秒
那么185度转动的时间为185度÷360度/1.2秒 = 0.6167秒。
(4)采用双摆试验验证
3.DAV的定义
将185度的转角分为250个平均小份。
则:每小份为0.74度。
定义如下:DAV = 0.74度
由于:ω = 0.2秒/60度
则:运行1 DAV所需时间为:0.72度÷0.2秒/60度 = 2.4 mS;
4.DIV的定义
舵机电路支持的PWM信号为0.5mS—2.5mS,总间隔为2mS。
若分为250小份,则2mS÷250 = 0.008 mS = 8uS
测试内容: 将后部下降沿的时间拉至30ms没有问题,舵机照样工作。
将后部下降沿的时间拉至10ms没有问题,舵机照样工作。
将后部下降沿的时间拉至2.6ms没有问题,舵机照样工作。
将后部下降沿的时间拉至500us没有问题,舵机照样工作。
实践检验出:下降沿时间参数可以做的很小。目前实验降至500uS,依然工作正常。:
原因是: (1)舵机电路自动检测上升沿,遇上升沿就触发,以此监测PWM脉宽“头”。
(2)舵机电路自动检测下降沿,遇下降沿就触发,以此监测PWM脉宽“尾”。
△T:舵机运转1DAV(0.74度)所需要的最小时间,目前计算出的数值为2.467mS;
△T前面的20 mS等待时间可以省略,舵机依然工作;而且得出舵机跟随的最快驱动方式。
令人质疑的地方 为1.1ms时的表现,得出的Tw≈ △T;
也就是说1.1ms = 2.467ms,显然存在问题。
经过考虑重新观察PWM波形图发现,电机真正的启动点如下图:
实际上由A到B的运动时间为: △T = Tw +(B点的)PWM
 
 
 
 
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