主讲人: 阿凯爱玩机器人 & FashionStar

培训课程资料 - 百度网盘下载链接 (离线版PDF文件 + 开源代码 + 软件工具包)

链接：pan.baidu.com/s/1M5y_Qk 提取码：asvu

课程实验配套物料

  • Mega2560 R3开发板
  • FashionStar串口总线舵机
    RA8-U25
  • UC-01舵机调试板
  • 舵机线
  • 电源
  • 机械臂U形支架

串行总线舵机

可以在FashionStar官方Wiki里面学习关于串行总线舵机的知识

FashionStar在线产品使用手册 -Fashion Star Robot Wiki

UART串行总线舵机简介

为什么我们要用串口总线舵机，串口总线舵机相比较普通的PWM舵机有什么优势, 可以参考Wiki: UART串行总线舵机简介

串口通信协议

舵机正反两面各有一个单总线串口接口， UART通信接收端（Rx）跟发送端（Tx）共用一根线，数据发送与接收分时复用（半双工）。

串行总线舵机通信协议如下:

了解更多关于舵机自身的规格，结构参数等信息，可以参阅官方手册 UART串行总线舵机的结构与参数

舵机转接板

舵机的通信接口是3pin的， 信号线只有一根。 但是单片机的串口通信是4pin的， 接收端跟发送端是分开的, 术语称之为双线全双工异步串行通信. 因此在单片机跟串口总线舵机之间， 需要一个串行总线舵机转接板 来负责串口通信信号的转换以及供电.

详细介绍， 参见转接板UC01规格与接线说明

需要做的事情:

  • 安装USB转TTL芯片 CH340的驱动
  • 与舵机以及单片机之间的接线.

使用电脑的USB接口连接串行总线舵机转接板, 可以直接通过电脑上的上位机程序控制舵机, 并修改舵机的配置参数.

PS: 把上面的树莓派脑补为笔记本电脑.

舵机上位机

通过电脑上的上位机程序控制舵机, 并修改舵机的配置参数. 详细教程: UART串行总线舵机上位机软件使用说明

  • 下载上位机
  • 配置串口
  • 设置波特率为115200, 进行舵机检索.

设置舵机ID号

舵机出厂的时候， 默认ID号为0， 而在同一个串行总线上， 每个舵机都需要一个独立的ID号。 而且在机械臂的SDK里面， 要求ID号必须是从0开始连续的分配.

需要使用上位机重新给舵机分配ID号, 且在分配ID号的时候, 每次总线上只连接一个舵机.

参见: UART串行总线舵机上位机软件使用说明 > 9.修改舵机ID

舵机安装中位点

在进行机械臂安装的时候，需要用到上位机的舵机角度实时控制, 将舵机调整到中位点, 例如90°

将上位机切换到舵机角度控制模式上面, 调整舵机角度

参见: UART串行总线舵机上位机软件使用说明 > 12.角度控制模式

FashionStar串口总线舵机-开源软件生态

机器人开发学习的资源宝库: FashionStar Github开源项目首页 servodevelop

PC

Arduino

STM32

MicroPython

Arduino Mega2560 开发板

预备工作

  • 安装Arduino IDE
  • 安装CH340驱动
    Arduino Mega2560 与串行总线舵机转接板使用的是同一款USB转TTL芯片.

Arduino Mega 2560开发板上一共有四个串口资源， 分别为Serial0, Serial1, Serial2, Serial3

分配如下:

  • Serial3 用作跟串口总线舵机进行通信,
  • Serial0 用作日志输出(USB线所在的串口)。

Arduino Mega2560跟串口转接板的接线方式如下:

串口总线舵机(Arduino SDK)

串口总线舵机Arduino SDK, 代码仓库: fashionstar-uart-servo-arduino

SDK适配了Arduino Mega2560开发板, 在doc文件夹下面, 直接打开PDF文件.

需要掌握的知识点:

    1. 舵机角度控制
      1. 简单角度控制
      2. 角度控制添加功率约束 - 实现自适应夹爪的功能, 选定一个合适的功率值
      3. 舵机自身的轨迹规划算法， 梯形轨迹规划基本概念, 学会使用SDK里面的角度控制高阶API。
    2. 舵机角度查询
    3. 阻尼模式
    4. 同时控制多个舵机.
    5. 作业: 只使用舵机SDK给机械臂写一套动作组.

自适应夹爪(Arduino SDK)

自适应夹爪Arduino SDK 代码仓库 fashionstar-gripper-arduino

打开上位机, 使用角度控制模式, 分别获取爪子张开跟闭合的角度.

// 爪子的配置
#define SERVO_ANGLE_GRIPPER_OPEN 15.0   // 爪子张开时的角度
#define SERVO_ANGLE_GRIPPER_CLOSE -45.0 // 爪子闭合时的角度

根据物体的重量以及舵机的型号, 选择一个合适的功率值

 #define GRIPPER_MAX_POWER 400           // 爪子的最大功率 单位mW

  • 如果功率值设置的过高, 夹爪力度可能就过高, 等于普通的舵机角度控制模式.
  • 如果功率设置的过低, 会出现爪子卡顿, 没有力气, 停在特定位置, 不响应指令的情况.

五自由度机械臂(Arduino SDK)

五自由度机械臂Arduino SDK fashionstar-arm-5dof-arduino

SDK适配了Arduino Mega2560开发板, 在doc文件夹下面, 直接打开PDF文件.

  • 在运行其他例程前, 需要先完成 机械臂舵机标定.
  • 认识坐标系与关节的定义
  • 例程学习
  • 作业 编写一个简单的物块抓取的实例

修改连杆长度

如果根据项目需要, 针对工作区的要求, 可能会调整机械臂连杆的尺寸, 则需要同步修改代码里面连杆的配置, 单位cm.

 #define FSARM_LINK2 8       // 连杆2的长度 单位cm
#define FSARM_LINK3 7.6     // 连杆3的长度 单位cm
#define FSARM_LINK4 13.6    // 连杆4的长度 单位cm(算上了爪子的长度)