学生党，没有思路了，机械臂应该怎么控制呢？

Question

自己用 51，PCA9685，和 mg995 搓了一个机械臂出来，但是每次只能动一个关节，只能完成一个动作，感觉好呆啊，有什么方法能让这个机械臂灵活一点吗？比如往上抬小臂的同时下收小臂。

Answer 1

引自免费微信小程序：皆我百晓生

为了让你的机械臂更加灵活，我们可以设计一个基于脉宽调制（PWM）和时间分段的控制系统。下面是一个基本的步骤指南以及一些伪代码，帮助你实现多关节同时运动的功能。

首先，你需要了解每个电机（MG995）都有一个最大角度范围，通常在0到180度之间。PCA9685可以用来控制这些电机的旋转速度和方向，通过调整PWM信号的占空比来实现。

1. 理解PCA9685和MG995的工作原理: PCA9685是一个16通道的PWM控制器，可以通过I2C接口与51单片机通信。MG995是步进电机，通过改变PWM信号的频率和占空比，可以控制其转动角度。

2. 硬件连接:

   • 连接PCA9685到51单片机的SCL和SDA引脚。
   • 将PCA9685的VCC连接到电源正极，GND连接到电源负极。
   • 分别将MG995的EN、IN1、IN2、IN3、IN4引脚连接到PCA9685的不同输出通道上。

3. 编写初始化函数: 初始化PCA9685，设置PWM的频率（例如：50Hz），并预设各个通道的初始值。

void pca9685_init(void) {
    // 设置PCA9685的模式寄存器为正常模式
    write_i2c(PCA9685_ADDRESS, PCA9685_MODE1, PCA9685_MODE1_NORMAL);
    // 设置PWM频率为50Hz
    uint16_t prescaler = 25000000 / (4096 * 50) - 1;
    write_i2c(PCA9685_ADDRESS, PCA9685_PRESCALE, high_byte(prescaler), low_byte(prescaler));
}

其中write_i2c()函数用于发送I2C数据，你需要根据实际的库进行定义。

1. 编写控制函数: 设计一个函数，接收两个参数：目标角度列表（数组）和持续时间（毫秒）。函数内部遍历角度列表，对每个通道分配不同的PWM值，并在每个通道执行等待时间。

void move_motors(uint8_t* angles, uint16_t duration) {
    for (int i = 0; i < NUM_MOTORS; i++) {
        uint16_t pwm_value = map_angle_to_pwm(angles[i]);
        set_pwm_channel(i, pwm_value);
        delay(duration);
    }
}

这里假设你有NUM_MOTORS个电机，map_angle_to_pwm()是一个将角度转换为PWM值的函数，set_pwm_channel()用于设置指定通道的PWM值，delay()用于延时。

1. 设计时间分段序列: 为了实现同时控制多个关节，你需要创建一系列的时间分段序列，确保在每个时间段内，至少有一个关节正在移动。例如，你可以按照以下顺序操作：

   • 第1段：只动大臂
   • 第2段：大臂不动，开始动小臂
   • 第3段：大臂和小臂一起动
   • 第4段：小臂不动，大臂继续
   • 第5段：回到原始位置

2. 编写主循环: 在主循环中，根据上述时间分段序列，调用move_motors()函数。

while (1) {
    move_motors(sequence[segment], segment_duration);
    if (++segment >= NUM_SEGMENTS) {
        segment = 0;
    }
}

这里的sequence是一个包含所有关节角度的二维数组，segment_duration是一个包含每个时间段长度的数组，NUM_SEGMENTS表示总的时间段数。

1. 完善细节: 根据实际情况，可能还需要添加错误检查、电机保护机制（防止过热）、反馈系统等。

以上是一个基本的实现方案，具体代码需要结合你使用的51单片机型号和库文件进行调整。如果你遇到任何问题，都可以随时提问，我会尽力提供帮助。