[討論] 六軸機械臂

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洪嵐峰

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發消息

電梯直達

1樓

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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