数字舵机的制作

caihong001 · 发表于 2012-4-30 22:46:52

现在就把我已解决的一一作答吧
其实设计数字舵机的原理很简单，即检测输入的PWM信号与电位器反馈信号，
两者对比判断转向，之差为转速，且电位器的AD信号为目标点。仅此而已，
不过原理虽简单，但要做好一个性能可靠，稳定，参数达标的舵机就难了，
我在做之前，也是不懂，上论坛问网友，有人说电机直接用电流驱动？我试过，肯定不行，
虽然这样转速很快，扭矩大，但也正因为这样，舵机在指定点根本停不下来，抖的N厉害。
正确的方法应该是用PWM驱动，利用上所说的差值付给OCCRn寄存器，当差值不断减小，转速也就
不断减慢，这样到达指定点就不会那么抖，看到这里是不是觉得确实很简单，要是你那么想那就错了，
一个舵机那么简单那不懂点编程序的人都能做？这只是一个原理，原理虽简单，但这好与不好，成与不成，却决定在细节，就比如说，检测PWM信号时，如果输入的是1500us，测脉宽时，连续测的几次是1498，1501，1503，1497，1499.....,像这样连测输入的信号都测得都不稳，要舵机不抖，那可真就怪了，
同样AD信号也是，电位器一直都在滑动，静止时也测许测一定值很准确，但在这不断的移动时呢？这也是新手们在做时要考虑的，那好如果现在上面两个信号都已解决，测得很准，很稳，那它们之差是不是就可直接付给OCCRn呢？当然不是，数据还得处理，那就是PID，通过PID处理后再给OCCRn,（只要你参数整定得好，嘿嘿，当然没那么容易，得慢慢试，试出最好的效果），一个真真好的舵机就此完成。
上面所说都是软件部分，这里再补充硬件这块，驱动电路肯定用H桥，H桥可以自己做，也可用集成H桥的驱动芯片，此电路中的一个制动(刹车)功能很重要，

这是我的经验之谈，舵机已实现功能，但与市面上一些性能非常好的仍有差距，希望高手多提提意见，继续改进！

NJ8888 · 发表于 2012-4-30 22:50:49

电机比较关键，要惯量小的

kakarotto · 发表于 2012-5-1 00:11:15

最好加上PID

learner123 · 发表于 2012-5-1 10:39:56

实际上“高端”数字舵机的反馈环不止一个速度环，而且，电位器也有消抖处理，当然算法不同，不同阶段算法也不同。
现在舵机价格很便宜，没有再自制的价值，学习一下还行，除非拼成本，没有什么额外利润空间了，此外费时费力，自己玩还是搞上层算法好点。
或者玩玩模拟舵机，更有学习价值，最好是全离散器件的。

kakarotto · 发表于 2012-5-4 00:31:40

本帖最后由 kakarotto 于 2012-5-4 00:33 编辑

德国有一种带反馈的模拟舵机，不过价格非常贵。
数字舵机（我想带总线的485或者TTL的应该是你说的数字舵机吧），需要速度环、电流环、位置环叠加。
在运动过程中，还有梯形/三角形算法，还是很复杂的。这种舵机也很贵的
最便宜的就是MG995之类的模拟舵机了。

电机可以用空心杯电机

bosw83 · 发表于 2012-5-6 12:42:26

首先模具是最重要的，齿轮与齿轮之间的间隙要非常好，要不然会抖。其次电位器的线性要好。通常是要引入PID控制的。

semonpic · 发表于 2012-5-6 13:04:44

舵机还是很好的东西。上次一个国外的色谱仪器上的一个舵机坏了，我直接买了哥国产货代替了。还是蛮不错的

NJ8888 · 发表于 2012-5-6 13:09:29

semonpic 发表于 2012-5-6 13:04
舵机还是很好的东西。上次一个国外的色谱仪器上的一个舵机坏了，我直接买了哥国产货代替了。还是蛮不错的 ...

老总奖励你多少？

not_at_all · 发表于 2012-5-6 18:43:04

NJ8888 发表于 2012-5-6 13:09
老总奖励你多少？

解决问题是你应该做的，解决不了问题就是你的责任——某位老板名言

caihong001 · 发表于 2012-5-7 14:38:10

bosw83 发表于 2012-5-6 12:42
首先模具是最重要的，齿轮与齿轮之间的间隙要非常好，要不然会抖。其次电位器的线性要好。通常是要引入PID ...

哦，你以前做过吗？说说你的思路？据我所知测输入的PWM信号脉宽和电位器位置AD信号要稳，但这个你们是通过什么方法做的呢？相互交流下，
我做的在测PWM脉宽时还不是特别稳，而AD采样我是通过平均值法

caihong001 · 发表于 2012-5-7 14:39:46

not_at_all 发表于 2012-5-6 18:43
解决问题是你应该做的，解决不了问题就是你的责任——某位老板名言

没错，老板永远是对的，做得好是应该的，做不好是你没才？

dory_m · 发表于 2012-5-8 13:21:30

有才！！！

ln08136207 · 发表于 2012-5-29 12:32:12

我也在做舵机控制，但是一直有点抖，能不能指教一下。

caihong001 · 发表于 2012-5-29 16:15:18

ln08136207 发表于 2012-5-29 12:32
我也在做舵机控制，但是一直有点抖，能不能指教一下。

原理都是一样的，不过不同的方案间仍然存在一定的差异，代码保密吗？可以帮你参考参考。

ln08136207 · 发表于 2012-5-29 16:40:14

caihong001 发表于 2012-5-29 16:15
原理都是一样的，不过不同的方案间仍然存在一定的差异，代码保密吗？可以帮你参考参考。 ...

说实话，对于你们来说这都是十分简单的东西，但是因为单位性质特殊，有机密数据保护系统，我就是想贴出来也，没法弄出来，总是会被拦截。
我大致说一下思路：
是这样的，采样周期是2MS,10位AD,PWM周期是800us.
程序结构是这样的：
外部中断捕获脉宽pwidth;
定时器启动AD:得到采样值adc_data;
同时在AD中断中做：error = pwidth - adc_data;
pid(error);
PWM（pid_data）;
调了三天了，毫无进展。请指教一下。现在得到如下两个图
图1：到达期望值后，PWM 仍然有输出，使舵机不停的在调。我试过把PWM周期改小，但是没有效果。
图2：舵机的阶跃响应波形。

fwluck · 发表于 2012-5-29 16:43:54

电位器的稳定不用程序，硬件容易就可解决。

NJ8888 · 发表于 2012-5-29 16:48:00

同样程序,电机惯量齿轮松紧有差异的.所以要配合机械来调整

caihong001 · 发表于 2012-5-29 19:09:22

ln08136207 发表于 2012-5-29 16:40
说实话，对于你们来说这都是十分简单的东西，但是因为单位性质特殊，有机密数据保护系统，我就是想贴出来 ...

这样你可就为难我了，再厉害的人也不能单靠看个波形帮你解决问题啊，PID参数整定得好很重要哦！

caihong001 · 发表于 2012-5-29 19:12:23

ln08136207 发表于 2012-5-29 16:40
说实话，对于你们来说这都是十分简单的东西，但是因为单位性质特殊，有机密数据保护系统，我就是想贴出来 ...

从你的波形上只能看出该停的时侯，舵机仍在抖，所以就会有些毛刺样的脉冲

deepsky_0826 · 发表于 2012-7-9 14:29:08

楼主你好，我也在调试舵机，信号采集部分还算比较稳定，但是输出状态有比较大的抖动，初步推测为算法处理不正确，能不能请你指导下PID算法的处理，不胜感激。

caihong001 · 发表于 2012-7-15 22:51:30

deepsky_0826 发表于 2012-7-9 14:29
楼主你好，我也在调试舵机，信号采集部分还算比较稳定，但是输出状态有比较大的抖动，初步推测为算法处理不 ...

其实舵机也没想象的那么难，我个人认为信号采集是最重要的，如果信号采集很稳定的话直接用P控制就已经有很好的效果了，加上D控制增加扭矩。
你所说的信号采集部分比较稳定，有多稳定？？就比如给个1500US信号，连续测出的值偏差多少呢？？

deepsky_0826 · 发表于 2012-7-16 12:50:46

caihong001 发表于 2012-7-15 22:51
其实舵机也没想象的那么难，我个人认为信号采集是最重要的，如果信号采集很稳定的话直接用P控制就已经有 ...

哦是这样的我的采样偏差基本处在±1之内也就是1499 1500 1501 所以我做了一个在此范围里的判断只要偏差处在±1以内基本不更改设定值所以还算是较稳定我比较疑惑的是在进行数据处理时是不是算法上要采用分段处理现在舵机能够快速稳定的停止在设定值附近但是参数却不是很理想

caihong001 · 发表于 2012-7-16 23:08:21

deepsky_0826 发表于 2012-7-16 12:50
哦是这样的我的采样偏差基本处在±1之内也就是1499 1500 1501 所以我做了一个在此范围里的判断只 ...

不太清楚你的电路设计和程序设计，不过你加电制动了没？

i3water · 发表于 2012-7-17 00:19:17

我也在做舵机0 0

caihong001 · 发表于 2012-7-17 09:38:59

i3water 发表于 2012-7-17 00:19
我也在做舵机0 0

恩，可以交流交流.希望可以不断改进做出速度更快，扭矩更大，性能更稳定的数字舵机，国内一般灵敏度都说是2，3us，但人家日本，美国的都有1us的，
现实技术落后，还得不断向人家学习呢？

NJ8888 · 发表于 2012-7-17 10:03:51

数字舵机难再电机上,我曾经做过用霍尔磁传感器的反馈方式,试过两种电机,程序一样,一个反复摆动(惯量大)另一个很好.数字的程序主要相对模拟的是跟踪快,能刹车.模拟是用脉冲展宽方式,如果偏差位置小,得到的驱动脉冲窄,有时不能驱动,数字的有偏差立即全速驱动然后根据反馈减速或刹车

praiseslow · 发表于 2012-8-21 15:57:39

ln08136207 发表于 2012-5-29 16:40
说实话，对于你们来说这都是十分简单的东西，但是因为单位性质特殊，有机密数据保护系统，我就是想贴出来 ...

请问你能不能透露一下你的单位名称？

ln08136207 · 发表于 2012-9-21 10:44:17

         之前调了一个PID控制舵机，费了九牛二虎之力，勉强完成任务。现在又要调。
   本次因为对速度要求较高，用了空心杯电机。
   根据前一次的经验，先调Kp,然后加微分和饱和积分。
   但是此次在调Kp却发现比例系数必须要很小，最大只能为0.05，否则会严重超调以致等幅震荡，但是如果比例系数小于0.5时，扭矩和速度又达不到要求。
   不知您有没有时间指教一下，指一下方向。

vjcmain · 发表于 2012-9-21 11:05:31

数字舵机确实好使用，不知道大家用过韩国ROBOTIS 没有。他们的舵机做得很有水平，性能刚刚的。我只用过他们的AX-12数字舵机，扭矩是16KG。datasheet我已经上传，然后他们舵机电机用的是MAXON。国内有公司仿的。但是成本没优势，索性不做了

caihong001 · 发表于 2012-10-6 09:27:38

ln08136207 发表于 2012-9-21 10:44
之前调了一个PID控制舵机，费了九牛二虎之力，勉强完成任务。现在又要调。
本次因为对速 ...

不同方案的PID其实也是千差万别，现在很多人做的其实只用PD调节，P调节速度，D调节扭矩，加上I反而会造成更不好调，不稳定，你也可试试看。
V=KP*（PWM-AD）+KD*（AD‘-AD）（PWM表示输入的控制信号，此次电位器反馈信号，AD’表示上一次电位器反馈信号）
还有一个就是要特别注意刹车功能的运用，之前我的速度也是不够快，太快了总是出现回弹现象，那因为当时我看驱动芯片资料A与B同时为0时为刹车，所以我在处理刹车时是直接这样的，OCR0A=0；OCR0B=0；但是发现这样刹车效果不太好，后来直接将管脚输出低电平便好了（P1。0=0，P1。1=0，假设OCR0A，OCR0B对应的引脚是P1。0，P1。1）

edwinqq · 发表于 2012-10-6 18:23:56

kakarotto 发表于 2012-5-4 00:31
德国有一种带反馈的模拟舵机，不过价格非常贵。
数字舵机（我想带总线的485或者TTL的应该是你说的数字舵机 ...

同意，现在一般是3闭环

edwinqq · 发表于 2012-10-6 18:27:35

ln08136207 发表于 2012-9-21 10:44
之前调了一个PID控制舵机，费了九牛二虎之力，勉强完成任务。现在又要调。
本次因为对速 ...

你的这个P参数这么小，基本可以肯定，调的不对。

lianghuok · 发表于 2012-10-27 09:17:41

本帖最后由 lianghuok 于 2012-10-27 09:21 编辑

楼主在吗？
我也是刚入门，现在空载可以，但加装拉杆后力度很小。现在是接收机收到PWM的脉宽转成0-255 与电位器ADC做对比，可以得出需要的转向，但输出电机的PWM不知道怎么算，

下面是我控制输出电机的代码，不是很懂调PID 求教！！
void Aile_sevro(void)
{
  static INT16 state ;
  UINT8 pwm ;

  //电位器限幅
  if(adc_buf[0]>254) adc_buf[0]=254 ;
  else if(adc_buf[0]<4) adc_buf[0]=4 ;

  //Pluse 限幅
  if(aile_stor[0]>220) aile_stor[0]=220 ;
  else if(aile_stor[0]<30) aile_stor[0]=30 ;

  state= aile_stor[0]-(adc_buf[0]-29) ;    //-29得到中位点
  if(state>1)
  {
Set_Aile_B1PWM(state);
  }
  else if(state<-1)
  {
Set_Aile_B2PWM(-state);
  }
  else Aile_OFF();
}

caihong001 · 发表于 2012-10-27 12:32:15

lianghuok 发表于 2012-10-27 09:17
楼主在吗？
我也是刚入门，现在空载可以，但加装拉杆后力度很小。现在是接收机收到PWM的脉宽转成0-255 与 ...

多了解了解PID吧,本人建意用PD!

lianghuok · 发表于 2012-10-27 14:52:59

，参考下资料在改下，谢啦

yuanbo19870216 · 发表于 2012-12-30 22:46:41

不晓得楼主是不是专业做舵机的，专业的舵机引入的参数一般有死区，boost，增益，电机驱动的最大占空比，还需要做到输入信号的范围可调，角度可调，角度偏移可调。牵扯的东西比较多的

cyxavr · 发表于 2013-1-2 12:38:29

楼上兄弟，请教BOOST 与增益这两个参数是干什么用的呢？大概是什么意思呢？

ln08136207 · 发表于 2013-4-2 10:19:48

caihong001 发表于 2012-10-6 09:27
不同方案的PID其实也是千差万别，现在很多人做的其实只用PD调节，P调节速度，D调节扭矩，加上I反而会造成 ...

我也用的是PD控制，有一个疑惑：比如：我的Kp = 1，用PWM调速，当V=KP*（PWM-AD）+KD*（AD‘-AD）= 256是满幅输出，电机全速运行；当舵机带负载，而公式中Kp*（PWM-AD）不足以启动大负载的电机，那么怎么能保证舵机在小误差（PWM-AD）时，能有足够的扭力呢？

mmy168 · 发表于 2013-6-19 10:35:49

在做，头大！不好弄！

feilee · 发表于 2014-2-8 16:06:36

数字舵机控制，做个记号！

rocfly · 发表于 2014-2-11 23:01:31

一群高人

feilee · 发表于 2014-2-16 18:17:59

ln08136207 发表于 2013-4-2 10:19
我也用的是PD控制，有一个疑惑：比如：我的Kp = 1，用PWM调速，当V=KP*（PWM-AD）+KD*（AD‘-AD）= 256是 ...

搞定数字舵机了吗？

高鼻子 · 发表于 2014-2-16 18:19:04

网上有个开源的，好多年了

ln08136207 · 发表于 2014-2-16 20:49:07

feilee 发表于 2014-2-16 18:17
搞定数字舵机了吗？

搞定了，你也在搞？

feilee · 发表于 2014-2-23 20:29:53

ln08136207 发表于 2014-2-16 20:49
搞定了，你也在搞？

业余研究一下，好像挺难搞

feilee · 发表于 2014-2-23 20:30:24

高鼻子发表于 2014-2-16 18:19
网上有个开源的，好多年了

请问这个开源网址在哪里啊？

hongyue0912 · 发表于 2014-3-30 14:26:14

请问下舵机上用到哪几个型号的MOS管？

feilongdz · 发表于 2014-12-12 19:33:59

有才！！！

mazhenyu · 发表于 2015-1-2 10:35:35

舵机带宽多少

txw · 发表于 2015-1-4 23:37:11

有点不懂

jcyao · 发表于 2015-3-7 22:10:01

mazhenyu 发表于 2015-1-2 10:35
舵机带宽多少

1000~2000us

learner123 · 发表于 2015-3-7 22:40:34

楼主对舵机的理解还处在玩具阶段，距离模型还有不少差距

NJ8888 · 发表于 2015-3-7 22:49:27

learner123 发表于 2015-3-7 22:40
楼主对舵机的理解还处在玩具阶段，距离模型还有不少差距

高人透露下葵花宝典

mazhenyu · 发表于 2015-3-8 12:46:41

jcyao 发表于 2015-3-7 22:10
1000~2000us

带宽？有没有学过信号系统之类的课

xiangbin099 · 发表于 2016-3-3 22:39:27

这么多大神在呢，学习学习

andy_huang · 发表于 2016-7-4 11:09:17

我正在开发一款数字舵机，请教楼主说的转速是如何用PID是实现的，我已实现的目前位置的控制，但是速度不够！

weichao4808335 · 发表于 2016-7-4 11:34:09

caihong001 发表于 2012-5-7 14:38
哦，你以前做过吗？说说你的思路？据我所知测输入的PWM信号脉宽和电位器位置AD信号要稳，但这个你们是通 ...

用平均法肯定不行吧，应该用平滑滤波算法，
电机控制的实质就是电流控制，伺服的三环：位置环速度环电流环
电流环是最内环！

andy_huang · 发表于 2016-7-12 14:13:06

厉害啊，想请教下你

shortking · 发表于 2016-8-3 11:28:48

正在搞总线舵机设计 get一波少走弯路

dearterry30 · 发表于 2016-8-3 12:12:22

不错,学习一下

KevinDeng · 发表于 2016-12-8 10:40:10

原来多年以后，还有人在搞，突然觉得我不孤单了。

pxkbrsy · 发表于 2017-12-7 23:29:37

feilee 发表于 2014-2-23 20:30
请问这个开源网址在哪里啊？

同求开源网址，现在在做舵机，也是解决不了带载时候的小误差无法解决，以及抖动；空载时很容易实现。

starsun · 发表于 2017-12-8 11:44:10

shortking 发表于 2016-8-3 11:28
正在搞总线舵机设计 get一波少走弯路

已经有了，机器人上用的

njhying · 发表于 2017-12-8 20:55:38

我觉得带磁编的空心杯比较简单，而传统的电位器配铁心电机比较有难度，这方面日本人做的很好，网上开源的就算了。

njhying · 发表于 2017-12-8 21:01:12

总线舵机这个总线其实很简单，不要想的太高深，只是上位机要做的漂亮比较靠美工。用20KHZ PWM驱动垃圾国产铁心电机要做到好的低速线性要求还是蛮高，这个比较需要设计功力。

njhying · 发表于 2017-12-8 21:03:31

为了防止抖动，可以引入反电势反馈，这个效果会很好，日本的舵机很早就有了。

hzpyl · 发表于 2019-2-16 10:32:44

寻找，工业用，磁编码无刷总线通讯舵机

joezeng · 发表于 2020-11-1 11:39:26

caihong001 发表于 2012-5-7 14:39
没错，老板永远是对的，做得好是应该的，做不好是你没才？

方便加QQ吗？

joezeng · 发表于 2020-11-1 11:40:01

本帖最后由 joezeng 于 2020-11-1 11:44 编辑

牛，牛，牛

joezeng · 发表于 2020-11-1 11:45:14

hzpyl 发表于 2019-2-16 10:32
寻找，工业用，磁编码无刷总线通讯舵机

可支持，看你具体的规格要求

数字舵机的制作

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