蓝牙控制舵机程序

舵机抖动的原因有很多，其中硬件上的原因是无法避免的，但是程序上的设计不合理同样会

导致舵机的严重抖动，下面我们以串口蓝牙控制舵机的例子来说明怎样避免软件上造成的舵

机抖动。

舵机的工作原理就不再细说了，同样假如舵机的脉冲用CPU的定时器产生周期20ms的控

制脉冲，高电平1ms对应0°，高电平2ms对应180°，不同的高电平时间对应着不同的舵

机位置。蓝牙串口通过中断方式接收数据。

如果我们想让舵机停留在某一个固定的位置，那么我们只需要给舵机一个固定占空比的脉冲

即可，但是问题出现了，如果蓝牙串口接收中断的优先级比产生舵机所需的定时器中断的优

先级高的话，那么在定时器该产生中断的时刻却被蓝牙中断给打断了，从而导致舵机的定时

器产生了误差，因而脉冲信号的占空比就会发生变化，占空比发生变化，导致舵机位置发生

变化，不断地打断舵机的定时器，导致了舵机占空比不断地变化，从而导致了舵机的位置不

停的变化，从而发生抖动现象。通过下面的图例我们可以看到其他比舵机定时器优先级高的中断对舵机抖动产生的影响

大于1.5ms

大于20ms

因此解决这种因为舵机定时器被打断而造成舵机抖动的问题，需要将舵机定时器的优先级设

置为整个系统的最高优先级

沈亚非2014/3/1020ms周期蓝牙串口中断事件发

生，打断舵机定时器假如，固定位置

对应1.5ms高电

平

第２４卷第１期　２０１２年３月　河南工程学院学报（自然科学版）　ＪＯＵＲＮＡＬ　ＯＦ　ＨＥＮＡＮ　ＩＮＳＴＩＴＵＴＥ　ＯＦ　ＥＮＧＩＮＥＥＲＩＮＧ　Ｖｏ１．２４．Ｎｏ．１　Ｍａｒ．２０１１　

基于蓝牙串口模块的小型六足机器人系统设计　

孟　凯，李　鑫　

（河南工程学院机械工程系，河南郑州４５１１９１）　

摘要：提出了一种新颖的小型六足机器人系统，该系统由机械系统、执行控制系统、通讯系统和上位机控制系统４部分　组成，自由度为１２个，每足２个自由度．　关键词：小型六足机器Ａ￣；Ｍｉｎｉ　ＵＳＢ　３２舵机控制器；蓝牙技术　中图分类号：ＴＰ２４２　文献标志码：Ａ　文章编号：１６７４—３３０Ｘ（２０１２）Ｏ１—００７１—０４　

六足机器人与轮式机器人和履带式机器人相比有着显著的特点，它六足行走，运动稳定性突出，环境适　

应Ｉ生好，能适应复杂多变的地形，在抢险、侦查、探测等领域有着较为广泛的应用　．本研究结合蓝牙模块、　Ｍｉｎｉ　ＵＳＢ　３２舵机控制器等模块化器件，提出了一个便于编程和调试的低成本小型六足机器人系统．　

１机械结构系统设计　

由仿生学研究可知，六足机器人的单足设计２个自由度就能实现所需的运动要求，每个足设置２个关　节．水平关节用于在水平方向上摆动腿以实现迈步，并可以调整运动过程中机器人的重心位置，使运动稳定．　

竖直关节用于在竖直方向上摆动腿，使其与地形相适应，主要影响机器人的重心高度，它与跟关节协调运动，　可以实现一定范围内的避障功能．　

六足机器人每足设计２个自由度，竖直方向１个自由度，水平方向１个自由度，足上设计了２个舵机，分　别连接在２个平行臂上．平行臂分别与支腿相连，在腿部加入四连杆机构，使足部运动更协调稳定，如图１所　

示．根据足部设计结构，选用矩形底盘，机械结构如图２所示．　

图１足关节结构　Ｆｉｇ．１　Ａ　ｊｏｉｎｔ　ｏｆ　ｆｏｏｔ　ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ　

２　舵机选型与执行控制器的选择　２．１舵机选型　图２总体结构　Ｆｉｇ．２　Ｏｖｅｒａｌｌ　ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ　

32路舵机控制器用户手册第1页共8页概述:USBSSC32路舵机控制是专为人形机器人、蜘蛛机器人、机械手等多舵机使用而量身定做的多路舵机控制器。该控制器不但保留了原版的所有功能，还在原版的基础上作了升级，将原来的RS232串口改成了USB接口，方便电脑没有串口的用户使用。控制器还增加蓝牙接口，可实现无线远程控制。USBSSC32路舵机控制控制方式包括实时、定时、定速控制等，与lynxmotion的控制软件完全兼容.参数:1．输出通道：32路（脉冲调制输出或TTL电平输出）；2．舵机供电：根据所接舵机额定电压供电，典型DC4.8V~6V；3．逻辑供电：DC6V~12V或USB供电（具有自恢复保险丝，调试时使用）；4．驱动分辨率：1uS,0.09°；5．驱动速度分辨率：1uS/秒，0.09°/秒；6．通讯接口：USB/TTL串口接口；7．串口波特率：2400、9600、38.4k、115.2k可设置；接口描述:SSC32舵机控制板接口如下图所示：32路舵机控制器用户手册第2页共8页1.16－31号舵机信号控制引脚，其中G表示GND（黑色排针）；V表示VCC（红色排针）；S表示信号控制引脚（白色排针）。使用时不要把线接反。2.0－15号舵机信号控制引脚，其中G表示GND（黑色排针）；V表示VCC（红色排针）；S表示信号控制引脚（白色排针）。使用时不要把线接反。3.主控制芯片，采用DIP28脚的Atmega8L单片机，工作频率14.7456MHZ。4.16－31号舵机控制电源输入，可以用来驱动一般的模拟或者是数字舵机。工作电压4.8V－6V，可以使用5片镍氢电池组供电，其中VS2接电源正极，GND接电源负极。5.0－15号舵机控制电源输入，可以用来驱动一般的模拟或者是数字舵机。工作电压4.8V－6V，可以使用5片镍氢电池组供电，其中VS1接电源正极，GND接电源负极。6.逻辑供电输入端，输入电压范围7.5－15V，通过内部的降压给电源提供稳定的5V电源，其中VIN接电源的正极，GND接电源的负极。7.通信速率选择，通过两组指拨开关选择不同的通信波特率，对应关系如下：8.ABCD四组模拟/数字输入端子，可以设置为静止或者是锁存。9.FT232rl通信芯片，提高通信的稳定性。10.串口选择，默认通过跳线帽连接T、R引脚，去除引脚可以将串口留作它用。B接口，用来连接控制板到电脑。12.内部降压模块，采用78D05降压模块为控制单元提供稳定的5V电源。13.扩展功能，暂时用不到。14.蓝牙接口，可以通过额外的蓝牙模块轻松实现无线控制。15.VS1与VS2短接跳线，当两组都插有跳线时，VS1=VS2.这时只需要在VS1或者VS2任意输入一组舵机电源即可；如果去除跳线，VS1与VS2为两组不同的电源输入，不同的舵机电源从VS1与VS2分别输入。32路舵机控制器用户手册第3页共8页控制器命令集一．单个舵机和舵机群运动命令#PS...#PST：舵机通道号，0–31。：脉冲宽度，单位微秒（us），500–2500。：单通道的运动速度，单位us/秒。(可选)：所有通道的速度，单位毫秒（ms），最大65535。(可选)：结束回车符，ASCII码中的13。(必选)：取消当前的命令，ASCI码中的27。一.单个舵机运动实例：#5P1600S750通道5将以750us/秒的速度移动到1600us位置。为了更好的理解速度这个概念，举个例子，如上图所示的舵机与脉冲信号（PWM）的关系，当舵机从-90度到0度时，脉冲宽度为1ms时间即1000us，也就是说1000us脉冲宽度舵机就会转90度，那么100us/秒的速度就表示舵机花10秒的时间就可以转到90度，2000us/秒的速度就表示舵机花0.5秒的时间就可以转到90度。公式：运行时间（秒）=脉冲宽度（us）/速度（us/秒）。#5P1600T1000通道5将在1秒内从任何位置移动到1600us位置。舵机群运动实例：#5P1600#10P750T2500通道5移动到1600us位置，通道10移动到750us的位置，2个都同时在2500us内完成，这个命令能协调多个舵机的速度，即使2个舵机的初始位置相差很远，都可以使他们同时开始转动并同时停止到指定位置上。这条命令非常适合人形双足机器人多舵机同时运动，可自动协调所有舵机的速度，完成复杂步态的同步。你可以使用该命令进行速度和时间组合，组合必须根据下面的规则：1．所有通道的开始和结束将同时完成。2．如果某个通道指定了速度，那么它将不会快于指定速度（可以根据需要调节移动速度）。3．如果某个通道指定了时间，那么它将在指定的时间移动到指定位置（可根据需要调节移32路舵机控制器用户手册第4页共8页动时间）。#5P1600#17P750S500#2P2250T2000通道5移动到1600us位置，通道17移动到750us的位置，通道2机移动到2250us的位置，整个动作需要2000us，但是通道17的舵机不会按500us/秒的速度运行，这个需要取决于通道17的初始位置。假设通道17的初始位置在2000us，它被指定移动1250us，超过500us/秒的限制，那么他将至少花2500us完成动作，再假设通道17初始位置在1000us，只需要它移动250us，那么在500us/秒以内，那么他将花2000us完成动作。注意：第一条定位命令不能包含速度和时间的，格式为“#P”，例如先发送一条“#0P1500”指令，确定舵机位置后，才可以发送带有速度和时间控制的指令，否则会发生不可意料的动作。二．数字输出：#...#：舵机通道号，0–31。：通道输出逻辑电平，高‘H’或低‘L’。：结束回车符，ASCII码中的13。该通道将在接受到回车指令20ms内输出电平。数字输出实例：#3H#4L该命令使通道3输出高电平（+5V），通道4输出低电平（0V）。三．字节输出：#:：0=通道0-7，1=通道8-15，2=通道16-23，3=通道24-31。：十进制输出(0-255)，Bit0=LSB。该命令允许一次性写入8位二进制，并将同时更新bank里的所有通道，更新将在接受到回车符号后20ms内完成字节输出实例：#3:123该命令使bank3输出十进制123，123（十进制）=01111011（二进制），bank3为通道24-31，那么bank3中通道26和31为0，其他通道为1。32路舵机控制器用户手册第5页共8页四．查询运动状态：Q如果舵机正在转动，返回值为“+”，如果移动到指定位置，返回“.”。这条命令的返回值可能延迟50us至5ms。五．查询脉冲宽度：QP返回值为一个字节（二进制），表示舵机当前的脉冲宽度，分辨率10us，比如脉冲宽度是1500us，那么返回为150（二进制）。该命令可查询多个舵机的脉冲宽度，每个舵机一个字节，返回值将延迟50us至5ms，典型为100us。六．数字输入读取：ABCDALBLCLDL控制器上的A，B，C，D作为数字输入端，以二进制方式读取，输入低电平（0V）时返回ASCII“0”，输入高电平（5V）时返回ASCII“1”。AL，BL，CL和DL将以ASCII方式返回数字输入读取值，如果输入为低电平（0V）或者自前一个*L指令后该端口曾经出现过低电平，则返回值为ASCII“0”。如果输入一直是高电平（5V）并且自前一个*L指令后一直保持高电平，则返回值为ASCII“1”。上电后ABCD初始被配置为数字输入口，有50K的弱上拉，平均每1ms检测输入值一次，去抖动需要15ms。读出的逻辑电平在新的逻辑电平维持15ms前不会改变。该读取指令可以群发，支持8个指令同时发送。数字输入读取实例：ABCDL读取A，B，C和D（带锁存），如果A=0,B=1,C=1,D=0,那么返回值为“0110”。八．模拟输入读取：VAVBVCVD控制器上的A，B，C，D作为模拟输入端，读取输入的模拟信号，将返回一个8位的二进制数。A，B，C，D做模拟口时，禁止内部上拉，同时开启数字滤波功能以减噪，滤波后只读取端口电压8ms内变化量的最终值，返回“0”表示0V，返回“255”表示4.98V。返回值=（输入电32路舵机控制器用户手册第6页共8页压*256）/5。上电初始A，B，C，D将配置为数字输入并有内部上拉，第一次使用“VAVBVCVD”后，将配置为模拟输入并禁止内部上拉。在设置成模拟输入后的第一次返回值无效。模拟输入读取实例：VAVB以A、B为例，将会返回2个字节，比如A输入2V，B输入3.5V，那么返回102（二进制）和179（二进制）。控制器的测试：SSC32舵机控制器使用之前需要安装USB驱动程序，否则无法使用。驱动程序：/Drivers/VCP.htm下面将介绍使用LynxTerminal软件来进行测试，软件安装步骤省略，完成后如下图所示：1.端口选择，在驱动安装完成后，系统硬件设备管理里会多出一个虚拟COM口，根据实际映射端口号选择。2.通信参数设置，如右图所示，波特率默认115200，通过板上的指拨开关设置，数据通信格式为8N1。3.通信参数设置完成后，点击“Connect”连接控制板。4.Timeouts可以用来检测版本号，及“VER”测试。5.命令行输入区，以键盘上敲击回车键结束,此命令行32路舵机控制器用户手册第7页共8页内不需要加。6.清空命令行显示。*在命令行内所有指令均以敲击回车键发送，不需要再加。连接成功后，测试就正式开始了，在黑色框中输入命令：#0P1500#1P1500#2P1500回车后，你会看见L指示灯会闪烁，同时通道0、1、2的舵机会转动到中间位置。#0P750#1P1000#2P2000T3000回车后，你会看见通道0比通道1和2运动的慢一些，但都会同时到达指定位置。现在来测试查询运动状态，在黑色框中输入命令：#0P750回车后，通道0舵机转到接近最小位置，接着输入下面的命令，使通道0舵机花10秒转到接近最大位置。#0P2250T10000舵机正在运动时，输入下面的命令：Q如果舵机正在运动，将返回“+”，如果舵机到达指定位置将返回“.”。接下来测试舵机的运动速度，在黑色框中输入命令：#0P750S1000这条命令将使舵机从2250us移动到750us（大概170度），一共耗时1.5秒。#0P2250S750这条命令将使舵机从750us移动到2250us（大概170度），一共耗时2秒。Arduino与32路舵机控制器串口通讯实例：使用Arduino的串口和32路舵机控制器的串口通讯，实现舵机动作控制。将Arduino的TXD引脚接到舵机控制器的RXD引脚，GND接到舵机控制器的GND。测试代码：voidsetup(){32路舵机控制器用户手册第8页共8页Serial.begin(115200);//32路舵机控制器拨码开关都置1}voidloop(){Serial.println("#0P750T500");//舵机接到0号口delay(1000);Serial.println("#0P2200T500");delay(1000);}

1、概述

舵机最早出现在航模运动中。在航空模型中，飞行机的飞行姿态是通过调节发动机和各个控制舵面来实现的。举个简单的四通飞机来说，飞机上有以下几个地方需要控制：

1.发动机进气量，来控制发动机的拉力（或推力）；

2.副翼舵面（安装在飞机机翼后缘），用来控制飞机的横滚运动；

3.水平尾舵面，用来控制飞机的俯仰角；

4.垂直尾舵面，用来控制飞机的偏航角；

遥控器有四个通道，分别对应四个舵机，而舵机又通过连杆等传动元件带动舵面的转动，从而改变飞机的运动状态。舵机因此得名：控制舵面的伺服电机。

不仅在航模飞机中，在其他的模型运动中都可以看到它的应用：船模上用来控制尾舵，车模中用来转向等等。由此可见，凡是需要操作性动作时都可以用舵机来实现。

2、结构和控制

一般来讲，舵机主要由以下几个部分组成， 舵盘、减速齿轮组、位置反馈电位计5k、直流电机、控制电路板等。

工作原理：控制电路板接受来自信号线的控制信号（具体信号待会再讲），控制电机转动，电机带动一系列齿轮组，减速后传动至输出舵盘。舵机的输出轴和位置反馈电位计是相连的，舵盘转动的同时，带动位置反馈电位计，电位计将输出一个电压信号到控制电路板，进行反馈，然后控制电路板根据所在位置决定电机的转动方向和速度，从而达到目标停止。

舵机的基本结构是这样，但实现起来有很多种。例如电机就有有刷和无刷之分，齿轮有塑料和金属之分，输出轴有滑动和滚动之分，壳体有塑料和铝合金之分，速度有快速和慢速之分，体积有大中小三种之分等等，组合不同，价格也千差万别。例如，其中小舵机一般称作微舵，同种材料的条件下是中型的一倍多，金属齿轮是塑料齿轮的一倍多。需要根据需要选用不同类型。

舵机的输入线共有三条，红色中间，是电源线，一边黑色的是地线，这辆根线给舵机提供最基本的能源保证，主要是电机的转动消耗。电源有两种规格，一是4.8V，一是6.0V，分别对应不同的转矩标准，即输出力矩不同，6.0V对应的要大一些，具体看应用条件；另外一根线是控制信号线，Futaba的一般为白色，JR的一般为桔黄色。另外要注意一点，SANWA的某些型号的舵机引线电源线在边上而不是中间，需要辨认。但记住红色为电源，黑色为地线，一般不会搞错。