Building Robot Drive Trains

第1章 机器人移动基础知识

1．1 机器人的定位

1．1．1 室内环境

1．1．2 室外环境

1．1．3 地形问题

1．2 直流电机的发展历程

1．2．1 电机的工作原理

1．2．2 步进电机

1．2．3 直流电机的控制

1．3 直流电机的效率

1．4 电机导致的不利因素

1．4．1 移动电源--电池

1．4．2 电池的类型

1．4．3 电源噪声

1．4．4 电磁干扰(emi)

1．4．5 音频噪声

第2章 电机的类型

2．1 电机类型的选择

2．2 直流电机

2．2．1 直流电机的工作原理

.2．2．2 直流电机功率的选择

2．2．3 购买与使用直流电机

2．3 舵 机

2．3．1 舵机工作原理

2．3．2 舵机规格的分类

2．3．3 舵机的估算

2．3．4 选购舵机

2．4 步进电机

2．4．1 步进电机的工作原理

2．4．2 识别步进电机的类型

2．4．3 步进电机的性能指标和分类

2．4．4 购买与使用步进电机

2．5 机器人功率的计算

2．5．1 轮式机器人功率的计算

2．5．2 步行机器人功率的计算

2．6 地形和碎石的影响

第3章 直流电机

3．1 电机类型的选择

3．2 速度与转矩--齿轮对电机的影响

3．2．1 齿轮的基础知识

3．2．2 大减速比方案

3．2．3 齿轮的术语

3．2．4 齿轮的类型

3．2．5 齿轮减速电机与减速器

3．2．6 齿侧间隙

3．2．7 选用旧减速器

3．2．8 驱动轮的直径与传动装置

3．2．9 齿轮传动的效率

3．3 电机轴

3．3．1 电机轴载荷类型

3．3．2 联轴器

3．3．3 转轴的标准与非标准连接

3．4 其他问题--寿命、噪声与制动

3．4．1 延长电机的寿命

3．4．2 制 动

3．4．3 抑制噪声

3．5 选购电机

3．5．1 直流电机的技术资料

3．5．2 测量电机的电流及转矩

3．5．3 其他因素

第4章 舵 机

4．1 选择适用的舵机

4．1．1 将舵机改装成连续旋转

4．1．2 需要的工具

4．1．3 改装futaba f3003标准舵机

4．1．4 改装hitech s303标准舵机

4．1．5 改装hitec hs225mg强力迷你舵机

4．2 确定和增加舵机的输出力矩

4．3 确定舵机的速度

4．4 舵机的强度

4．5 舵机的控制

4．5．1 硬 件

4．5．2 改装futaba 53003为速度控制舵机

4．6 其他舵机控制器

4．6．1 parallax stamp ii控制scott edwards minissc舵机控制器

4．6．2 parallax stamp iisx4．6．1控制ferrettronicsft639控制芯片

4．6．3 bascom／avr通过atmel90s2313微控制器控制tttssc芯片

4．7 舵机的其他用途

第5章 步进电机

5．1 本章不涉及的内容

5．2 步进电机的选择

5．2．1 动态力矩和其他参数

5．2．2 步进电机的输出力矩能驱动机器人吗?

5．3 步进电机的类型和接线

5．3．1 单极性步进电机

5．3．2 单极性步进电机的步进方式

5．3．3 双极性步进电机

5．3．4 双极性步进电机的步进方式

5．3．5 步进驱动方式的相似之处

5．3．6 通用步进电机

5．3．7 有关步进电机极性配置的结语

5．4 如何获得步进电机

5．5 步进电机的控制和驱动电路

5．5．1 分立式单极性步进电机控制和驱动电路

5．5．2 分立式双极性步进电机控制和驱动电路

5．5．3 步进电机控制／驱动电路的测试时钟

5．5．4 单片机步进电机驱动器

5．5．5 基于微控制器的特殊步进电机控制器

5．6 常用步进电机接线列表

第6章 安装电机

6．1 平衡、对称、同轴排列

6．1．1 平 衡

6．1．2 对 称

6．1．3 同 轴

6．2 电机固定支架

6．2．1 金属安装支架

6．2．2 木制安装架

6．2．3 其他固定件--u形螺栓和软管卡箍

6．2．4 快速固定

6．3 无支架电机安装方式

6．3．1 双面泡沫防滑胶带

6．3．2 用钩和绳临时固定

第7章 电机控制基础

7．1 若干约定

7．2 直流h桥集成功放电路驱动原理

7．3 反向电动势和续流二极管

7．4 简单小电流h桥集成功放电路的设计

7．5 小电流h桥集成功放电路的改进设计

7．6 h桥集成功放电路芯片

7．6．1 754410、l293b和l293d双通道直流电机驱动芯片

7．6．2 l298双通道直流电机驱动芯片

7．6．3 lmd18200单通道直流电机驱动芯片

7．6．4 ucn2998双通道直流电机驱动芯片

7．6．5 ucn3951直流电机驱动芯片

7．7 大电流直流电机驱动器

7．7．1 大电流h桥集成功放电路直流电机驱动器产品

7．7．2 自制大电流直流电机驱动器

7．8 导线的规格

7．9 脉宽调制(pwm)技术及其应用

7．9．1 方向-幅值pwm

7．9．2 锁相环pwm

7．9．3 pwm信号的最佳频率

7．9．4 缓冲网络及其使用

7．10 步进电机驱动芯片

7．10．1 uln2003和unl2004(单极性步进电机驱动芯片)

7．10．2 udn2540和udn2544(单极性步进电机驱动芯片)

7．10．3 l298(双极性步进电机驱动芯片)

7．11 电流反馈和过电流保护

7．11．1 最简单的方案--舌簧管开关

7．11．2 电流感应传感器

7．11．3 关断电阻

第8章 电机的闭环反馈控制

8．1 编码器和里程计

8．2 增量式轴编码器的制作

8．2．1 简易反射式光学编码器

8．2．2 传感器位置的固定

8．2．3 提高分辨率--码盘与电枢轴连接

8．2．4 旋转方向识别

8．2．5 光栅式编码器

8．2．6 基于霍尔效应的编码器

8．2．7 非驱动轮编码器

8．3 轴编码器和模拟转速计

8．3．1 市售轴编码器

8．3．2 模拟转速计

8．4 电机的反馈控制算法

8．4．1 pid控制算法简介

8．5 绝对式编码器

第9章 微控制器的电气接口

9．1 电 源

9．1．1 双电池供电方式

9．1．2 单电池供电方式

9．1．3 电源总线的噪声处理

9．2 器件连接

9．2．1 选择导线

9．2．2 连接方式

9．3 微控制器、计算机的输入／输出接口

9．3．1 缓)中接口

9．3．2 隔离接口

9．3．3 串行接口

9．4 缓冲器和串行接口实例--步进信号和pwm信号的产生

9．4．1 oopicpwm信号接口实例

9．4．2 stamp ii和ttl pwm控制器与754410的接口实例

第10章 车轮和履带

10．1 车轮直径、转矩及速度

10．2 车轮和履带的选择

10．2．1 车轮重量与类型的关系

10．2．2 地形条件与车轮(履带)材料

10．3 车轮的种类及选购

10．3．1 无线遥控(rc)车轮

10．3．2 lego车轮

10．3．3 玩具飞机轮胎

10．3．4 全方位车轮

10．3．5 各种特殊车轮

10．4 履带的种类和选购

10．4．1 玩具或模型履带

10．4．2 lego坦克履带

10．4．3 v型履带和滑轮履带

10．5 轴的安装

10．5．1 往舵机上安装车轮和轮毂

10．5．2 往电机轴上安装轮毂和联轴器

10．5．3 浮动传动轴

10．5．4 浮动轴的安装

10．5．5 浮动轴的驱动

10．6 样 机

第11章 多足步行机器人

11．1 双足及多足机器人

11．1．1 静平衡与动平衡

11．1．2 舵机轴的支承和受力

11．2 简单传动机构

11．2．1 遥控玩具车的球铰连杆

11．2．2 z形连杆

11．2．3 遥控航模飞机u形连杆

11．2．4 连接点的选择

11．3 常用连接设备

11．3．1 钢 丝

11．3．2 链连接

11．4 多个舵机的安装

11．4．1 腿的基本结构

11．4．2 昆虫腿的布局

11．4．3 哺乳动物腿的布局

11．4．4 两足机器人

11．5 步 态

11．5．1 两腿移动

11．5．2 哺乳类四足动物

11．5．3 六足昆虫

11．5．4 八足蜘蛛

11．6 力／触觉反馈

11．6．1 接触开关电路

11．6．2 判断腿是否触地

11．6．3 判断腿是否被阻挡

附 录

附录a 术语及其解释

附录b 表格、公式、单位换算

附录c 参考资料

索 引