機(jī)器人教程3：直流電機(jī)驅(qū)動(dòng)及L298N模塊

2、設(shè)計(jì)中的三個(gè)關(guān)注點(diǎn)

3、H橋電路

4、驅(qū)動(dòng)芯片選擇時(shí)考慮的問(wèn)題

5、L298芯片及驅(qū)動(dòng)模塊

6、電機(jī)正反轉(zhuǎn)程序

7、雙電機(jī)差速轉(zhuǎn)向的原理

8、利用差速實(shí)現(xiàn)小原原地打轉(zhuǎn)程序

1、直流電機(jī)簡(jiǎn)介

直流電機(jī)是智能小車及機(jī)器人制作必不可少的組成部分，它主要作用是為系統(tǒng)提供必須的驅(qū)動(dòng)力，用以實(shí)現(xiàn)其各種運(yùn)動(dòng)。目前市面的直流電機(jī)主要分為普通電機(jī)和帶動(dòng)齒輪傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的直流減速電機(jī)。如圖1和圖2所示。

圖1日本馬步奇高速電機(jī)RS380圖2 N20減速直流電機(jī)

對(duì)于不太追求速度的場(chǎng)合應(yīng)優(yōu)先選用減速直流電機(jī)，如足球機(jī)器和滅火機(jī)器人等追求功能而對(duì)速度要求不高的場(chǎng)合，如圖3，此車的傳動(dòng)比通常為幾十到幾百左右。一般對(duì)同一型號(hào)的減速電機(jī)，廠家都會(huì)提供多種傳動(dòng)比的產(chǎn)品提供給用戶，應(yīng)根據(jù)需要加以選擇。

圖3普通減速電機(jī)應(yīng)用

而對(duì)于普通直流電機(jī)，由于轉(zhuǎn)速比較高，具體應(yīng)用時(shí)應(yīng)加齒輪傳動(dòng)機(jī)構(gòu)，當(dāng)然也可以直接選擇減速直流電機(jī)，但如果對(duì)于一些速度要求比較高的應(yīng)用，如飛思卡爾智能車車模，由于該比賽屬于競(jìng)速賽，對(duì)速度要求比較高，市面上一般很難找到合適的減速電機(jī)，此時(shí)就需要自己設(shè)計(jì)減速機(jī)構(gòu)，如圖4為飛思卡爾的電機(jī)和減速機(jī)構(gòu)圖，此傳動(dòng)機(jī)構(gòu)傳動(dòng)比為1：10左右，使得小車在空載的情況下可達(dá)到上千轉(zhuǎn)。

圖4飛思卡爾智能車B車模

無(wú)論是普通直流電機(jī)還是減速電機(jī)，其電機(jī)部分目前基本都是無(wú)刷直流電機(jī)，關(guān)于什么叫無(wú)電機(jī)以及內(nèi)部結(jié)構(gòu)如何，這里我們不去深究，下面重點(diǎn)介紹一下直流電機(jī)在實(shí)際使用過(guò)程在硬件的設(shè)計(jì)及軟件的編寫(xiě)中應(yīng)當(dāng)關(guān)注的三個(gè)方面，這里的前提是你已經(jīng)根據(jù)需要選擇好了合適傳動(dòng)比的電機(jī)。

2、設(shè)計(jì)中的三個(gè)關(guān)注點(diǎn)

1）如何增大驅(qū)動(dòng)

2）如何實(shí)現(xiàn)換向

3）如何實(shí)現(xiàn)調(diào)速

對(duì)于第一個(gè)問(wèn)題，主要原因是電機(jī)屬于大功率的器件，而單片機(jī)的I/O口所提供的電流往往十萬(wàn)有限，所以必須外加驅(qū)動(dòng)電路，比如說(shuō)由三極管組成放大電路。

對(duì)于第二個(gè)問(wèn)題，直流電機(jī)的方向改變需要改變電機(jī)的極性，即正負(fù)反接，但目前大多數(shù)機(jī)器人制作中使用的是直流無(wú)刷電機(jī)，由于沒(méi)有電刷，而供電電源通常又為單電源，所以需要設(shè)計(jì)一個(gè)電子開(kāi)關(guān)以實(shí)現(xiàn)換向功能。

對(duì)于第三個(gè)問(wèn)題，機(jī)器人是一個(gè)需適應(yīng)不同環(huán)境的智能體，其運(yùn)動(dòng)速度需要不斷的改變，此時(shí)就需要想法設(shè)計(jì)相應(yīng)電路以實(shí)現(xiàn)調(diào)速度。

上面的三個(gè)問(wèn)題是電機(jī)控制中必須要考慮的問(wèn)題，可以通過(guò)硬件的方法實(shí)現(xiàn)，也可以通過(guò)軟件的方法實(shí)現(xiàn)，當(dāng)然也可以采取硬軟結(jié)合的方法解決。目前比較通用的方法是，設(shè)計(jì)H橋電路和利用單片機(jī)產(chǎn)生PWM波信號(hào)。

H橋電路是用硬件的方法設(shè)計(jì)一個(gè)電路，它可以解決前面兩個(gè)問(wèn)題。而第三個(gè)問(wèn)題速度的調(diào)節(jié)則是通過(guò)軟件的方法，利用單片機(jī)I/O口生產(chǎn)PWM波信號(hào)加以實(shí)現(xiàn)。