机器人中舵机应用原理毕业论文

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1、引 言机器人是上个世纪中叶迅速开展起来的高新技术密集的机电一体化产品，在兴旺国家，工业机器人已经得到广泛的应用。随着科学技术的开展，机器人的应用范围也日益扩大，普及工业、国防、宇宙空间、海洋开发、医疗康复等领域。进入21世纪，人们已经越来越亲身地感受到机器人的深入生产，深入生活，深入社会的坚实步伐。机器人技术在不断开展提高，机器人系统中的驱动装置也在不断更新，用以满足更高的控制要求。舵机就是在机器人驱动装置开展中诞生的新型驱动装置。本次毕业设计用实验检测的方法对舵机电路的工作原理进行了研究分析，用单片机实现了对舵机的控制，概述了程序控制思路，并提出了一种单片机对舵机的闭环控制方式，并根据提出的

2、闭环控制思路进行了闭环控制系统的设计并对控制系统做了相应的实验。1、概述1.1机器人的定义及应用环境机器人是能自动执行工作的机器装置。既可以接受人类指挥，又可以运行预先编排的程序，也可以根据人工智能技术制定的原那么行动。它的任务是协助或取代人类的一些工作，例如生产业、建筑业，或是危险的工作。国际上对机器人的概念已经逐渐趋近一致。一般说来，人们都可以接受这种说法，即机器人是靠自身动力和控制能力来实现各种功能的一种机器，是一种可编程和多功能的，用来搬运材料、零件、工具的操作机；或是为了执行不同的任务而具有可改变和可编程动作的专门系统。机器人的产生是一个科学技术开展的综合结果，也是生产力开展的必然结

3、果，人们总是期待有种机器能够代替我们去从事复杂和繁重的体力劳动，社会的开展总是需要进行大批量的生产制造，需要不断的提高生产效率，可以说机器人是为了满足我们的开展需要而创造出来的。而后开展的各种各样的机器人也是由于人类的需要所设计的，随着人们需求角度的增加，各种各样的机器人还会在今后问世。我国的机器人专家从应用环境出发，将机器人分为两大类，即工业机器人和特种机器人。工业机器人是面向工业领域的多关节机械手或多自由度机器人。而特种机器人那么是除工业机器人之外的、用于非制造业并效劳于人类的各种先进机器人，包括：效劳机器人、水下机器人、娱乐机器人、军用机器人、农业机器人等。1.2机器人系统组成机器人的所

4、有部件够成了一个整体的运行系统，该系统由执行机构、驱动装置、检测装置、控制系统和复杂机械等组成。机器人的系统组成如图1：图1 机器人系统组成图执行机构一般为机器人本体，各种机器人的执行机构各不相同，最平常的为移动装置和机械臂等。对于正在飞速开展的拟人化机器人而言，常将机器人本体的有关部位分别称为基座、腰部、臂部、腕部、手部和行走部等。驱动装置是驱使执行机构运动的机构，按照控制系统发出的指令信号，借助于控制电路使机器人进行动作。它输入的是电信号，输出的是线、角位移量。机器人使用的驱动装置主要是电力驱动装置，如步进电机、伺服电机等，此外也有采用液压、气动等驱动装置。检测装置的作用是实时检测机器人的

5、运动及工作情况，根据需要反应给控制系统，与设定信息进行比拟后，对执行机构进行调整，以保证机器人的动作符合预定的要求。控制系统为微型计算机控制，实现机器人的运行。控制系统就相当于机器人的大脑，机器人的所有动作，都是根据控制系统发出的指令完成的。1.3机器人技术的开展方向机器人技术随着科技的开展在不断提高，不断更新，未来机器人技术的开展方向要从以下几个方面讲。首先是软件及其控制方式，也就是机器人的大脑。现在多数机器人都是有固定的程序，将来的机器人要有自己学习的能力以及对环境的感知能力，使其更具人性化，好的控制方式可以提高机器人的工作特性，使执行机构的运动更加合理。对机器人的控制常见的方法有独立PI

6、D控制、模糊自适应控制、反演控制、滑模控制、自适应鲁棒控制等，这些都是靠软件程序实现。根据不同的机器人不同的驱动装置，机器人的控制方式也不相同，随着机器人技术的开展，新型的控制方式也会不断出现，但目的都是使机器人工作更智能、更稳定，响应速度更快，更好的满足控制特性要求。而对于控制方式这个方向的开展有很多的可能，人工智能、神经网络等都属于其技术开展方向，以后会有很多新的理念和科技出现。其次是硬件，也就是机器人的身体。很多人认为长得像人的才是机器人，实际上世界上大多数的机器人都不是人形的。由于现今技术的限制，机器人还不够灵活，本身的限制还很多。将来生物芯片、新的电机和电池技术会让机器人更加灵活，处

7、理事务更快，控制更加精准。从重要性上来讲，还是软件控制方法的制约比拟大，要想真的实现可以自主学习的机器人，人类还要走很久的路。所以总的来说，机器人的开展方向是向更加智能，更加灵活，更加有自主学习和对环境的感知能力。2、机器人中的驱动装置舵机随着机器人技术的开展，其驱动装置也在不断的更新，这就在机器人驱动装置中诞生了一个新的词汇，那就是舵机。在当代各式各样的机器人中，舵机已经变成了最关键、大量使用的部件，对于小型机器人来说，舵机的使用更为常见，因为它体积小、功率相对强劲，而且控制接口的连接非常简单。依据控制方式的特点，舵机也称为微型伺服马达。早期在模型上使用最多，主要用于控制模型的舵面，所以俗称

8、舵机，后来逐渐应用在机器人上，随着机器人技术的开展，越来越多的机器人驱动装置用到了舵机。舵机接受一个简单的控制指令就可以自动转动到一个比拟精确的角度，非常适合在关节型机器人产品上使用。仿人型机器人就是舵机运用的最高境界。舵机的种类多种多样，大体种类有模拟舵机、数字舵机、电动舵机、气动舵机、总线舵机等，它们的控制方式也不尽相同。每一个种不同的舵机，也会有不同的型号，每个生产舵机的公司都在努力研制有自己独立特点的舵机，相信今后的舵机生产技术会不断的提高。模拟舵机是舵机开展的根底，本毕业设计主要对模拟舵机进行了分析和研究，所以在本文的内容也是围绕模拟舵机展开的。2.1舵机作为机器人驱动装置的优点舵机

9、作为机器人的驱动装置有它特定的优点，当然，也不是所有的机器人都应该用舵机进行驱动，这里要视情况而定。当代的机器人所采用的驱动装置多为步进电机、直流电机。下面对两种种驱动装置的特点加以比拟。步进电机的一项重要的优点是可以精确的控制输出轴的转角位置，一般而言，只要步进电机正常工作，它就可以提供精确的位置精度，因为通常步进电机的每一步都不到1。但步进电机必须按照一定的顺序给各个绕组供电，不断循环,才能让步进电机维持持续的旋转。如果打算用步进电机驱动机器人，就必须应付随之而来的控制电流的麻烦,另外需要指出，与一般的直流电机相比，步进电机所提供的转矩比拟小，消耗的电量却比拟大。步进电机在工作过程中，每接

10、收一个控制脉冲就移动一个步距角，即前进一步，假设连续地输入控制脉冲，电动机就相应地连续转动，但往往在工作中，步进电时机产生丢步问题。丢步时，转子前进的步数小于脉冲数。产生的原因也不同，通常产生的原因有；转子的加速度慢于步进电动机的旋转磁场，转子的平均速度高于定子磁场的平均旋转速度或步进电动机及所带负载存在惯性过大等。这就更加大了步进电机的控制难度。直流电机具有良好的起、制动性能，适合用在广泛范围内平滑调速，比拟容易用各种方法对直流电机进行测速，控制简单，调速方便，但直流电机往往转速很快。而机器人在运动时，执行机构往往不需要很快的速度，有时甚至一分钟内只需要几转，这就必须参加特定的装置对直流电机

11、进行减速。直流电机在运行过程中，想要控制电机的输出轴转到指定的位置很难，但随着控制理论和控制技术的开展，使用直流电机构成的位置伺服系统完全可以到达这种控制要求。舵机就是这种控制的一个实例，它是在直流电机上参加了伺服环节，使其可以实现输出转角的控制。舵机的根本组成分为三局部；一个直流电机、一个内置减速器、一个内置的位置反应器。所以舵机集成了直流电机的优点，并能通过内置减速器和位置反应器实现输出转角位置的精确控制，减速器也把直流电机的转速成倍的减小，通过齿轮组又加大了电机的转矩，转矩的加大可以明显的提高负载承受能力。但是常用的舵机也存在一些缺点，例如由于体积和结构原因，对于电机转速的直接测量有一定