本书共六部分: 项目导入, 你好, 机器人; 子项目1, 机器人主体结构的组装与调试; 子项目2, 机器人驱动电路的组装与调试; 子项目3, 机器人传感电路的组装与调试; 子项目4, 机器人主控电路的制作与调试; 子项目5, 机器人转向电路的组装与调试。
目前大部分院校仍然使用理论性较强的教材，技术应用型人才培养所需的教材却很少。
本教材根据高素质技术技能应用型人才的培养目标，以必需、够用为度，精选必需的内容，其余内容引导学生根据兴趣和需要有目的、有针对性地自学。
本书是电子测量技术基础教材，以机器人通用平台制作为牵引，介绍了机器人主体结构、机器人驱动电路、机器人传感电路、机器人转向电路、机器人主控电路等相关内容，内容简洁，逻辑关系清晰。
基于上述各部分内容，详细讲解了电子测量常用元器件的测量方法、常用电参数的测量方法、常用电子仪器的使用方法，使原本枯燥的测量知识变得生动有趣，充分调动了学生的学习热情。
本书力求从可操作性入手，采用项目化教学，侧重对学生动手能力的培养，真正做到“项目引领教学，应用技能速成”。本书的编写突出了以下特点。
（1） 在结构安排上，将机器人通用平台作为一个整体项目，将相关结构和硬件电路作为各个子项目。
（2） 在内容选取上，突出应用为本、学以致用，首先让同学动手实践，完成相应电路的制作与调试，再进一步讲解相关的知识点。
通过各个子项目的学习，可以提高学生的动手能力及分析问题、解决问题的能力，从课程层面上体现了CDIO项目教学的教育理念，CDIO代表构思(Conceive)、设计(Design)、实现(Implement)和运作(Operate)，它以产品研发到产品运行的周期为载体，让学生以主动的、实践的、课程之间有机联系的方式学习工程。
全书共分6大部分，第1部分由沈阳工学院耿欣老师负责编写； 第2部分由沈阳理工大学刘寅生副教授、沈阳工学院商俟平老师负责编写； 第3部分由耿欣、商俊平、张文静负责编写； 第4部分由耿欣、刘寅生、张可菊负责编写； 第5部分由商俊平、刘寅生负责编写； 第6部分由耿欣、商俊平负责编写。全书由耿欣统稿。
由于时间仓促，作者水平有限，书中难免存在疏漏和不妥之处，敬请读者批评指正。
作者2016年7月
子项目5机器人转向电路的组装与调试
一、 项目目标 理解舵机输出轴转角与输入信号之间的关系; 学会利用信号发生器产生驱动信号; 会进行舵机正反向转动的控制。
二、 项目结构 本项目以舵机电路为核心，设计并制作转向电路，对相关元器件进行测试，具体实施过程如图5.1所示。 三、 项目实施
(一) 元器件清单 元器件清单如表5.1所示。 图5.1项目具体过程图 表5.1元器件清单表 元器件名称型号数量 舵机MG996R/MG9951 信号发生器CA16461 示波器DS1052E1
(二) 连接图 机器人转向电路连接如图5.2所示。 图5.2转向电路连接图
(三) 操作步骤 完成转向电路的制作，主要包括如下步骤。
(1) 观察舵机的基本结构，明确三根线的作用，将舵机的红、棕、橘黄色线分别与VCC、GND、信号发生器的输出端相连接。舵机外观示意图如图5.3所示。 图5.3舵机外观示意图
(2) 调节信号发生器输出信号的幅值和频率，幅值为1V，频率为1kHz，实现舵机转一定角度，记录转动角度数值，填写入表5.2第1行。
(3) 调节信号发生器输出信号的幅值和频率，幅值为5V，频率为1kHz，实现舵机转一定角度，记录转动角度数值，填写入表5.2第2行。
(4) 调节信号发生器输出信号的幅值和频率，幅值为5V，频率为0.5kHz，实现舵机转一定角度，记录转动角度数值，填写入表5.2第3行。
(5) 调节信号发生器输出信号的幅值和频率，幅值为5V，频率为2kHz，实现舵机转一定角度，记录转动角度数值，填写入表5.2第4行。
(6) 调节信号发生器输出信号的幅值和频率，幅值为5V，频率为1kHz，实现舵机转一定角度，记录转动角度数值，填写入表5.2第5行。
表5.2信号与转角对照表 序号幅值/V频率/kHz转角/° 111 251 350.5 452 550.75
四、 知识拓展 (一) 舵机的基本工作原理 在机器人控制系统中，舵机控制效果是重要影响因素。舵机可以在机电系统和航模中作为基本的输出执行机构，其简单的控制和输出使得单片机系统非常容易与之接口。 舵机是一种位置伺服的驱动器，适用于需要角度不断变化并可以保持的控制系统。目前在高档遥控玩具，如航模（包括飞机模型、潜艇模型、遥控机器人）中已经使用得比较普遍。舵机是一种俗称，其实是一种伺服马达。 舵机内部有一个基准电路，可产生周期为20ms、宽度为1.5ms的基准信号，将获得的直流偏置电压与电位器的电压比较，得到电压差输出。电压差的正负输出到电机驱动芯片决定电机的正反转。当电机转速一定时，通过级联减速齿轮带动电位器旋转，使得电压差为0，电机停止转动。 我们不必了解舵机的具体工作原理，知道它的控制原理就够了。就像我们使用晶体管一样，知道可以拿它来做开关管或放大管就行了，至于管内的电子具体怎么流动，是可以不用去考虑的。 舵机的控制一般需要一个20ms左右的时基脉冲，该脉冲的高电平部分一般为05~2.5ms范围内的角度控制脉冲部分。
以180°角度伺服为例，那么对应的控制关系如表5.3所示。 表5.3脉冲宽度与角度对照表 序号脉冲宽度/ms角度/° 10.50 21.045 31.590 42.0135 52.5180 表5.3只是一种参考数值，具体的参数需要查看说明书。 小型舵机的工作电压一般为4.8V或6V，转速也不是很快，所以更改角度控制脉冲的宽度太快时，舵机可能反应不过来。 要精确地控制舵机，其实没有那么容易，很多舵机的位置等级有1024个，那么，如果舵机的有效角度范围为180°的话，其控制的角度精度是可以达到180°/1024约018°了，从时间上看其实要求的脉宽控制精度为2000/1024，约2μs。 如果一个舵机连控制精度为1°都达不到，而且还看到舵机在发抖的话，在这种情况下，只要舵机的电压没有抖动，那么抖动的就是控制脉冲了。 使用传统单片机控制舵机的方案有很多，多是利用定时器和中断的方式来完成控制的，这样的方式控制一个舵机还是相当有效的。
(二) 信号发生器的基本工作原理
1. 方波产生电路 矩形波产生电路是一种能够直接产生矩形波的非正弦信号发生电路。由于矩形波包含丰富的谐波，因此这种电路又被称为多谐振荡器。由运放构成的矩形波产生电路如图5.4所示。 图5.4由运放构成的矩形波产生电路 图5.4中，参数R1、R2、R3、R4、RW可根据具体应用情况调整，而振荡频率取决于R、C的大小，频率计算公式为f=11.39RC。 由晶振和运放组成的矩形波产生器如图5.5所示。 图5.5由晶振和运放构成的矩形波产生电路 图5.5中，输出信号频率决定于晶振的频率，其中电阻R4=2kΩ,用作运算放大器输出级集电极开路的负载。
2. 三角波产生电路 三角波产生电路如图5.6所示。 图5.6三角波产生电路 图5.5中,运放采用4136，U1A是一个门限检测器，U1B是一个积分器，Rv1用于幅度调节，Rv2控制C1的充电电流，进行频率调节。
3. 多种信号发生器 多种信号发生器电路简单、成本低廉、调整方便，电路如图5.7所示。 图5.7多种信号产生电路 555定时器接成多谐振荡器工作形式，C2为定时电容，C2的充电回路是R2→R3→Rp→C2； C2的放电回路是C2→Rp→R3→IC的7脚(放电管)。由于 R3RpR2，所以充电时间常数与放电时间常数近似相等，由555的3脚输出近似对称方波。 按图5.7所示元件参数，其频率为1kHz左右，调节电位器Rp可改变振荡器的频率。方波信号经R4、C5积分网络后，输出三角波。三角波再经R5、C6积分网络，输出近似的正弦波。C1是电源滤波电容,发光二极管VD用作电源指示。 函数发生电路如图5.8所示。 图5.8函数发生电路 图5.8中，由8038构成函数发生电路。采用集成电路芯片8038构成的函数发生器可同时获得方波、三角波和正弦波。三角波通过电容恒流放电直接形成； 方波由控制信号获得； 正弦波由三角波通过折线近似电路获得。通过这种方式获得的正弦波不是平滑曲线，其失真率为1%左右，可满足一般用途的需要。电路中的电位器Rp1用于调整频率，调整范围为20Hz~20kHz； Rp2用于调整波形的失真率； Rp3 用于调整波形的占空比。 交流电压的大小可用其峰值、平均值、有效值来表征，而各表征值之间的关系可用波形因数、波峰因数来表示。
(1) 峰值 峰值是交变电压u(t)在所观察的时间内或一个周期内偏离零电平的*大值，记为Up，正、负峰值不等时分别用Up+和Up-表示，如图5.9所示。 图5.9交流电压的峰值与幅值 u(t)在一个周期内偏离直流分量(平均值)Uo的*大值称为振幅值，记为Um，如图5.9所示。若正、负幅值不等时分别用Um+、Um-表示。 峰值是以零为参考电平计算的，振幅值则以直流分量为参考电平计算。对于正弦交流信号而言，当不含直流分量时，其振幅值等于峰值，且正、负峰值相等。
(2) 平均值 u(t)平均值的数学定义为 =1T∫T0u(t)dt(5.1) 对周期性信号而言，积分时间通常取该信号的一个周期。当u(t)为纯交流电压时，=0； 当u(t)包含直流分量U0时，=U0，如图5.9中虚线所示。这样，平均值将无法表征交流(分量)电压的大小。在电子测量中，通常所说的交流电压平均值是指经过检波后的平均值。根据检波器的种类不同，又可分为半波平均值和全波平均值。
① 全波平均值 交流电压经全波检波后的平均值称为全波平均值，用表示为 =1T∫T0u(t)dt(5.2)
② 半波平均值 交流电压经半波检波后，剩下半个周期，正半周在一个周期内的平均值称为正半波平均值，用+12表示； 负半周在一个周期内的平均值称为负半波平均值，用－12表示
新书资讯