实训项目3舵机的调试与控制.docx

实训项目三 舵机的调试与控制
一、 实验目的
1. 学习舵机控制原理
2. 学习R/C舵机控制原理
3. 学习CSD55XX舵机控制原理
4. 学习舵机调试系统RobotServoTerminal的使用
5. 熟悉NorthStar的编译环境
6. 学习使用NorthStar编程控制CSD55XX舵机的运动
二、 实验要求
（一）CSD55XX舵机的调试
1. 通过舵机调试系统对单个舵机及多个串联舵机的ID进行设置。
2. 检验电机模式工作是否正常。
3. 检验舵机模式工作是否正常。
4. 将舵机转轴调整到中位。
5. 了解舵机的其他信息。
（二）CSD55XX舵机的控制
1. 使用6个舵机，编号1～6。
2. 控制1号舵机快速正转3秒，然后慢速反转3秒后停止。
3. 同时控制1号2号舵机快速正转和3号4号舵机快速反转5秒，停止1秒后，1号2号舵机慢速反转和3号4号舵机慢速正转5秒，如此反复进行。
4. 同时控制1～4号舵机快速正转5秒，然后5号和6号舵机分别正向和反向转动90度，3秒钟后回复中位，1～4号舵机再慢速反转10秒，停止。
三、 实验设备
1. CSD55XX舵机，6个
2. 多功能调试器，1个
3. MultiFLEX 2-AVR控制器，1块
4. 电源线、USB数据线，1套
5. 舵机线，6根
四、 实验原理
一）CSD55XX舵机
1. 引脚定义
proMOTIOCDS 系列机器人舵机电气接口如下图，两组引脚定义一致的接线端子可将舵机逐个串联起来。

2. 舵机通讯方式
CDS55xx采用异步串行总线通讯方式，理论多至254个机器人舵机可以通过总线组成链型，通过UART异步串行接口统一控制。每个舵机可以设定不同的节点地址，多个舵机可以统一运动也可以单个独立控制。
CDS55xx的通讯指令集开放，通过异步串行接口与用户的上位机(控制器或PC机)通讯，您可对其进行参数设置、功能控制。通过异步串行接口发送指令，CDS55xx可以设置为电机控制模式或位置控制模式。在电机控制模式下，CDS55xx可以作为直流减速电机使用，速度可调；在位置控制模式下，CDS55xx拥有0-300°的转动范围，在此范围内具备精确位置控制性能，速度可调。
只要符合协议的半双工UART异步串行接口都可以和CDS55xx进行通讯，对CDS55xx进行各种控制。主要有以下两种形式：

方式1：通过调试器控制CDS55xx
PC 机会将调试器识别为串口设备，上位机软件通过串口发出符合协议格式的数据包，经调试器转发给CDS55xx。CDS55xx 会执行数据包的指令，并且返回应答数据包。
RobotServoTerminal 是博创推荐调试软件，也可根据提供的协议设计专用的PC端软件。
方式2：通过专用控制器控制CDS55xx
方式1可以快捷地调试CDS系列机器人舵机、修改各种性能与功能参数。但是，这种方式离不开PC机，不能搭建独立的机器人构型。可以设计专用的控制器，通过控制器的UART端口控制舵机。
3. UART接口原理图
CDS系列机器人舵机用程序代码对UART异步串行接口进行时序控制，实现半双工异步串行总线通讯，通讯速度可高达1Mbps，且接口简单、协议精简。
在您自行设计的控制器中，用于和CDS55xx 通讯的UART 接口必须如下图所示进行处理。

（二）多功能调试器
UP-Debugger 多功能调试器集成了USB-232，半双工异步串行总线、AVRISP 三种功能，体积小巧、功能集成度高，是一种可靠且方便的调试设备。
1. 特性
通过功能选择按钮可以让调试器的工作模式在RS232、AVRISP、数字舵机调试器之间相互切换。可以对AVR控制器进行串口通讯调试和程序下载，可以对proMotioCDS5500数字舵机进行调试和控制。具体功能及接口定义如图1.1、1.2所示：

图1.1 多功能调试器接口定义
2. 结构尺寸
电路板背面用有机玻璃垫起作为保护，元器件面由于有接插件，没有做遮挡，在使用时请注意不要短路。
模块尺寸示意图如下所示：

3. 安装驱动
驱动程序安装步骤如下：
(1)从光盘中找到驱动文件夹。
(2)将调试器接入电脑的USB 接口。如果这台电脑没有用过这款调试器，会弹出安装驱动的要求。通过指定路径，安装驱动。过程如下：选择“否、暂时不”点“下一步”，选择“从列表或指定位置安装（高级）”点“下一步”，点浏览找到上一步的驱动程序文件夹，点“确定”开始安装驱动。

(3)驱动安装成功后会在设备管理器中出现这个调试器的端口号。设备管理器的路径是：
“我的电脑”点右键，选择“管理”􀃆选择“设备管理器”􀃆选择“端口COM 和LPT”，即可看到端口号“USB Serial Port (COM1)”。

4. 线序定义

5. 多功能调试器的三种工作模式
（1）RS232 模式
按FunctioSelect（功能选择）按钮，让RS232的指示灯亮起，表明调试器工作在RS232模式，其使用方式和其它的USB-232没两样。在232通讯时，图1.1所示的通讯指示灯会闪烁。
（2）AVRISP 模式
按FunctioSelect（功能选择）按钮，让AVRISP 的指示灯亮起，表明调试器工作在AVRISP模式。在下载时，指示灯为红色，下载完成或者等待时指示灯为绿色。
（3）Robot Servo（机器人舵机）模式
按FunctioSelect（功能选择）按钮，让Servo的指示灯亮起，表明调试器工作在Robot Servo模式。
将机器人舵机接到调试器的“机器人舵机接口”，如果舵机还没有供电，可以通过舵机电源接口对其进行供电。需要注意的是，舵机的工作电压是6.5-9V，请不要超过这个电压范围。

（三）RobotServoTerminal舵机调试系统
RobotServoTerminal 软件是北京博创兴盛机器人技术有限公司针对CDS55XX 系列机器人舵机开发的调试软件，主要用于该系列机器人舵机的功能调试、参数设置以及性能展示。
1. RobotServoTerminal 介绍
RobotServoTerminal 具备以下功能：
总线上的舵机ID搜索；
设置参数，如ID、波特率、加速度以及位置限制等参数；
查看舵机状态，如舵机当前温度，位置，载荷、电压等；
速度、位置、负载等关键参数动态曲线观测；
舵机固件升级；
舵机性能展示。
2. 软件主界面及功能
主界面主要分为5个区域：
l Part 1：串口操作，主要用于串口的打开和关闭。
Com：串口号输入框；
Baud：串行通信波特率选择列表；
Open：打开串口按钮；所有对舵机的操作必须在串口打开的情况下才有效；打开后该区域绿色的灯会变成红色；
l Part 2：舵机节点搜索，主要用于搜索当前连接到PC 机的舵机设备。
Single Node：单节点模式；如果选择了该选项，搜索舵机时采用广播指令搜索，搜索速度较快；如果连接了多个舵机，选择该模式可能会搜索不到舵机；
Single Baud：单波特率搜索模式，以Baud 下拉框当前选中的波特率进行搜索；
All Baud：全波特率模式，逐一使用Baud 下拉框中的波特率进行搜索；
列表框：列表显示搜索到的舵机ID 和波特率，列表框顶部的提示信息会提示搜索到舵机的总个数。
Search：开始搜索按钮；点击后即以前面设定的模式进行搜索，同时主窗口右侧会出现列表框，显示当前搜索信息；点击后该按钮变成了“Stop”，再次点击即可停止查询；
Clear：清空列表框中内容；
l Part 3：操作页面切换按钮，主要用于不同操作页面之间的切换。
l Part 4：舵机常用操作页面。详细内容见后面介绍。
l Part 5：系统按钮，用于软件的最小化和退出。

2.1.1 主界面（当前操作页面为Operate）
五、 实训内容
（一）舵机的调试
1. 单个电机的调试
1）将一个舵机通过舵机线与多功能调试器相连。
2）将电源线与多功能调试器相连。
3）将USB数据连接线与多功能调试器相连。
4）按多功能调试器上的Function Select（功能选择）按钮，让Servo的指示灯亮起，使调试器工作在Robot Servo模式。
5）运行RobotServoTerminal程序。
6）测试电机模式功能及舵机模式功能是否正常。
7）设置舵机ID，设置舵机在“中位”。
2. 多个电机的调试
1）将多个电机串联，将最末端的舵机通过舵机线与多功能调试器相连。
其他步骤同上。
（二）舵机的控制
任务1. 流程图

任务1. 编程截屏

任务2. 流程图

任务2. 编程截屏

任务3. 流程图

任务3. 编程截屏

六、 实验结果
运行机器人舵机调试系统软件，在桌面上点击“我的电脑”，单击鼠标右键，在弹出的框中选择管理选项，打开计算机管理，在其中选择设备管理，点击端口，查看USB端口号并记住该端口，回到软件主界面，在Com一栏中写入刚刚查看的端口号。点击Open按钮，让指示灯亮起，然后点击Search按钮，查找舵机。找到好可以改变舵机的ID，并可选择舵机的工作模式，通过拉动软件主界面下方的滑动条可以看到舵机的运行状态
小结
通过本次实验，了解了舵机的工作模式以及在各工作模式下的工作原理，学会了如何进行舵机与舵机之间、舵机与多功能调试器之间、多功能调试器与电脑之间的连接，并学会了如何使用舵机调试系统软件进行舵机的调试
本次实验主要是学会实验舵机，学会设置舵机的ID以及更深入的学习多功能调试的和控制器的功能，为后面学习构造搬运车打下基础