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[討論] 六軸機械臂

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發表於 2023-5-5 18:52:46 |只看該作者 |倒序瀏覽
製作六軸機械臂需要以下零件:

MSP430F449 微控制器
六個舵機(伺服馬達)
六個角度感測器(例如陀螺儀或加速度計)
面包板或 PCB 板
電源模塊(例如電池或變壓器)
連接線材和焊錫


以下是 MSP430F449 的程式碼,可以控制六軸機械臂的舵機運動和角度感測器讀取:


#include <msp430.h>

#define PWM_PERIOD 20000 // 舵機 PWM 周期 20ms
#define SERVO_MIN_PULSE_WIDTH 500 // 舵機最小脈寬 0.5ms
#define SERVO_MAX_PULSE_WIDTH 2500 // 舵機最大脈寬 2.5ms
#define ANGLE_SENSOR_THRESHOLD 100 // 角度感測器閾值

int servo_angles[6] = { 90, 90, 90, 90, 90, 90 }; // 初始舵機角度

void delay_us(int us) {
    int i;
    for (i = 0; i < us; i++) {
        __delay_cycles(16); // 1us 延遲,MSP430 8MHz 時脈下,16 個週期為 1us
    }
}

void set_servo_pulse_width(int servo_pin, int pulse_width_us) {
    TA0CCR1 = pulse_width_us * 8; // 設定 TA0CCR1 比較值,MSP430 8MHz 時脈下,1 個週期為 125ns,所以要乘以 8
    delay_us(100); // 延遲 100us,等待舵機轉到指定角度
}

void set_servo_angle(int servo_pin, int angle) {
    int pulse_width_us = SERVO_MIN_PULSE_WIDTH + (SERVO_MAX_PULSE_WIDTH - SERVO_MIN_PULSE_WIDTH) * angle / 180; // 計算舵機脈寬
    set_servo_pulse_width(servo_pin, pulse_width_us); // 設定舵機脈寬
    servo_angles[servo_pin] = angle; // 記錄舵機角度
}

int read_angle_sensor(int sensor_pin) {
    // 讀取角度感測器數值
    ADC10CTL0 = ADC10SHT_2 + ADC10ON + ADC10IE; // 啟用 ADC10,設定取樣保持時間 16 個週期
    ADC10CTL1 = sensor_pin << 12 + ADC10SSEL_0 + ADC10

ADC10CTL0 |= ENC + ADC10SC; // 啟用 ADC10 轉換,開始取樣
while (ADC10CTL1 & ADC10BUSY); // 等待轉換完成
int sensor_value = ADC10MEM; // 讀取轉換結果
ADC10CTL0 &= ~ENC; // 停止轉換,關閉 ADC10
return sensor_value;
}

void setup_servos() {
// 設定 TA0 為 PWM 模式,用於控制舵機
TA0CTL = TASSEL_2 + MC_1; // 設定時脈源為 SMCLK(8MHz),計數器在計數到 TA0CCR0 後停止
TA0CCTL1 = OUTMOD_7; // 設定 TA0CCR1 為 PWM 輸出,當計數器計數到 TA0CCR1 時輸出高電平,當計數器計數到 TA0CCR0 時輸出低電平
TA0CCR0 = PWM_PERIOD - 1; // 設定 TA0CCR0 為 PWM 周期,MSP430 8MHz 時脈下,PWM 周期為 20ms

// 初始角度為 90 度
int i;
for (i = 0; i < 6; i++) {
    set_servo_angle(i, 90);
}
}

void main() {
WDTCTL = WDTPW + WDTHOLD; // 停止看門狗定時器
BCSCTL1 = CALBC1_8MHZ; // 設定 DCO 頻率為 8MHz
DCOCTL = CALDCO_8MHZ;
setup_servos(); // 設定舵機 PWM 輸出
while (1) {
// 讀取角度感測器數值,並根據數值控制舵機轉動
int sensor_values[6];
int i;
for (i = 0; i < 6; i++) {
sensor_values[i] = read_angle_sensor(i);
if (sensor_values[i] > ANGLE_SENSOR_THRESHOLD) {
// 角度感測器數值大於閾值,表示機械臂需要轉動
int angle = servo_angles[i] + (sensor_values[i] - ANGLE_SENSOR_THRESHOLD) / 10; // 計算舵機角度變化量
if (angle < 0) {
angle = 0;
}
if (angle > 180) {
angle = 180;
}
set_servo_angle(i, angle); // 控制舵機轉動
}
}
delay_us(1000); // 延遲 1ms,避免過於頻繁讀取角度感測器
}
}



這段程式碼可以讀取六個角度感測器,並根據感測器的值控制六個舵機轉動。
具體來說,程式碼的運作流程如下:

設定舵機 PWM 輸出:在 setup_servos() 函數中,設定 Timer A0 為 PWM 模式,並將六個舵機的初始角度設為 90 度。

讀取角度感測器:在 read_angle_sensor() 函數中,設定 ADC10 控制器進行模數轉換,讀取角度感測器的數值。

控制舵機轉動:在 main() 函數中,遍歷六個角度感測器,讀取其數值。如果數值大於閾值(ANGLE_SENSOR_THRESHOLD),則表示機械臂需要轉動,根據數值的變化量計算新的舵機角度,並控制舵機轉動。

程式碼中用到了幾個常數:

ANGLE_SENSOR_THRESHOLD:角度感測器的閾值,用於判斷機械臂是否需要轉動。
PWM_PERIOD:PWM 周期,這裡設定為 20ms,舵機的控制信號週期通常在 15-20ms 之間。
DELAY_US:延遲時間,這裡設定為 1ms,用於避免過於頻繁讀取角度感測器。
除了這些常數外,程式碼還用到了一些 MSP430F449 的控制器設定,例如 ADC10CTL0 和 TA0CTL。
如果你想要深入了解這些設定,可以參考 MSP430F449 的技術文件。

至於硬體方面,你需要根據機械臂的設計,選擇適合的舵機、角度感測器和連接線路。
通常,舵機和角度感測器都是使用 PWM 接口連接到 MSP430F449 控制器上,並且需要使用外部電源提供電力。
另外,為了防止電壓干擾和噪聲干擾,你還需要對控制器和感測器進行適當的電路設計,例如添加電源濾波電容、信號放大器和過電壓保護等電路。

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