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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PWM 181

7.9.2锁相环PWM 182

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PWM 257

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？90S 2313

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