12軸機械臂

洪嵐峰

製作12軸機械臂需要以下零件：

PIC16F877A 微控制器
12個伺服馬達
馬達驅動模塊
電源供應器
轉接板或電路板
記憶體卡或儲存裝置
機械臂結構件
電線和連接器

下面是 PIC16F877A 的腳位連結：

PIC16F877A        腳位連結
RA0        伺服馬達1信號
RA1        伺服馬達2信號
RA2        伺服馬達3信號
RA3        伺服馬達4信號
RA4        伺服馬達5信號
RA5        伺服馬達6信號
RB0        伺服馬達7信號
RB1        伺服馬達8信號
RB2        伺服馬達9信號
RB3        伺服馬達10信號
RB4        伺服馬達11信號
RB5        伺服馬達12信號
以下是範例程式碼：


#include <xc.h>

#pragma config FOSC = HS // 使用高速晶振
#pragma config WDTE = OFF // 關閉看門狗定時器
#pragma config PWRTE = OFF // 關閉上電延遲
#pragma config BOREN = ON // 開啟電源壓降檢測
#pragma config LVP = OFF // 關閉低電壓編程模式

void main() {
  TRISA = 0b00000000; // 設定 A 腳位為輸出模式
  TRISB = 0b00000000; // 設定 B 腳位為輸出模式

  while (1) {
    // 控制 12 個伺服馬達的運動
    // ...
  }
}
這只是一個簡單的程式碼框架，實際的控制邏輯需要根據機械臂的具體要求進行編寫。
建議參考 PIC16F877A 的相關資料和機械臂控制的相關知識進行開發。

在這個示例中，我們假設有三個伺服馬達分別控制 X、Y、Z 軸，並且使用 PWM 控制方式。
我們可以使用 PIC16F877A 的 CCP 模塊來實現 PWM 控制，並且使用 ADC 模塊來讀取類比訊號，以實現位置控制。

下面是 X Y Z 軸程式碼示例：


#include <xc.h>
#include <stdint.h>

#pragma config FOSC = HS
#pragma config WDTE = OFF
#pragma config PWRTE = OFF
#pragma config BOREN = ON
#pragma config LVP = OFF

#define X_SERVO_PIN  RA0 // X 軸伺服馬達控制腳位
#define Y_SERVO_PIN  RA1 // Y 軸伺服馬達控制腳位
#define Z_SERVO_PIN  RA2 // Z 軸伺服馬達控制腳位
#define X_ADC_PIN    AN0 // X 軸類比輸入腳位
#define Y_ADC_PIN    AN1 // Y 軸類比輸入腳位
#define Z_ADC_PIN    AN2 // Z 軸類比輸入腳位
#define PWM_PERIOD   200 // PWM 周期，以 10us 為單位
#define ADC_RESOLUTION 1023 // 10-bit ADC 解析度

void init_pwm() {
  PR2 = PWM_PERIOD; // 設定 PWM 周期
  CCP1CON = 0b00001100; // 開啟 PWM 模式，設定輸出為 P1A
  CCP2CON = 0b00001100; // 開啟 PWM 模式，設定輸出為 P1B
  CCP3CON = 0b00001100; // 開啟 PWM 模式，設定輸出為 P1C
  T2CON = 0b00000111; // 設定 T2 時鐘分頻和計數器模式
  TRISA = 0b00000111; // 設定 ADC 輸入腳位為輸入模式
}

void init_adc() {
  ADCON0 = 0b00000001; // 開啟 ADC，設定輸入通道為 AN0
  ADCON1 = 0b00001110; // 設定 ADC 輸入通道為單端輸入，Vref+ 為 AVdd
  ANSEL = 0b00000111; // 設定 AN0~2 為類比輸入腳位，其餘為數位輸入/輸出腳位
}

void set_servo(uint8_t servo_pin, uint8_t duty_cycle) {
switch (servo_pin) {
case X_SERVO_PIN:
CCPR1L = duty_cycle >> 2; // 設定 PWM 占空比的高 8 位
CCP1CONbits.DC1B = duty_cycle & 0b00000011; // 設定 PWM 占空比的低 2 位
break;
case Y_SERVO_PIN:
CCPR2L = duty_cycle >> 2; // 設定 PWM 占空比的高 8 位
CCP2CONbits.DC2B = duty_cycle & 0b00000011; // 設定 PWM 占空比的低 2 位
break;
case Z_SERVO_PIN:
CCPR3L = duty_cycle >> 2; // 設定 PWM 占空比的高 8 位
CCP3CONbits.DC3B = duty_cycle & 0b00000011; // 設定 PWM 占空比的低 2 位
break;
}
}

void move_to(uint16_t x_pos, uint16_t y_pos, uint16_t z_pos) {
uint8_t x_duty_cycle, y_duty_cycle, z_duty_cycle;

// 計算 X 軸 PWM 占空比
x_duty_cycle = (uint8_t)((float)x_pos / ADC_RESOLUTION * PWM_PERIOD);
// 設定 X 軸 PWM 占空比
set_servo(X_SERVO_PIN, x_duty_cycle);

// 計算 Y 軸 PWM 占空比
y_duty_cycle = (uint8_t)((float)y_pos / ADC_RESOLUTION * PWM_PERIOD);
// 設定 Y 軸 PWM 占空比
set_servo(Y_SERVO_PIN, y_duty_cycle);

// 計算 Z 軸 PWM 占空比
z_duty_cycle = (uint8_t)((float)z_pos / ADC_RESOLUTION * PWM_PERIOD);
// 設定 Z 軸 PWM 占空比
set_servo(Z_SERVO_PIN, z_duty_cycle);
}

void main() {
uint16_t x_pos, y_pos, z_pos;

init_pwm();
init_adc();

while (1) {
// 讀取 X 軸類比訊號
ADCON0bits.CHS = X_ADC_PIN; // 選擇 X 軸類比輸入腳位
ADCON0bits.GO = 1; // 啟動 ADC 轉換
while (ADCON0bits.GO); // 等待 ADC 轉換完成
x_pos = ADRESH << 8 | ADRESL; // 讀取 ADC 轉換結果

// 讀取 Y 軸類比訊號
ADCON0bits.CHS = Y_ADC_PIN; // 選擇 Y 軸類比
ADCON0bits.GO = 1; // 啟動 ADC 轉換
while (ADCON0bits.GO); // 等待 ADC 轉換完成
y_pos = ADRESH << 8 | ADRESL; // 讀取 ADC 轉換結果

// 讀取 Z 軸類比訊號
ADCON0bits.CHS = Z_ADC_PIN; // 選擇 Z 軸類比輸入腳位
ADCON0bits.GO = 1; // 啟動 ADC 轉換
while (ADCON0bits.GO); // 等待 ADC 轉換完成
z_pos = ADRESH << 8 | ADRESL; // 讀取 ADC 轉換結果

// 移動到指定位置
move_to(x_pos, y_pos, z_pos);

__delay_ms(10); // 延遲 10 毫秒
}
}



在上述程式碼中，init_pwm() 函式用來初始化 PWM 模組，設定 PWM 周期和分辨率。
init_adc() 函式用來初始化 ADC 模組，設定 ADC 輸入腳位和轉換時鐘頻率。
set_servo() 函式用來設定指定伺服馬達的 PWM 占空比，根據不同的伺服馬達使用不同的 PWM 模組和輸出腳位。
move_to() 函式用來移動到指定的位置，計算出 X、Y、Z 軸的 PWM 占空比並設定。

在 main() 函式中，先呼叫 init_pwm() 和 init_adc() 函式進行初始化，然後進入無窮迴圈。
在每次迴圈中，先讀取 X、Y、Z 軸的類比訊號，計算出 PWM 占空比，然後呼叫 move_to() 函式進行移動。
為了讓伺服馬達有足夠的時間穩定在指定位置，每次移動後延遲 10 毫秒。