本書共六部分: 項目導入, 你好, 機器人; 子項目1, 機器人主體結構的組裝與調試; 子項目2, 機器人驅動電路的組裝與調試; 子項目3, 機器人傳感電路的組裝與調試; 子項目4, 機器人主控電路的制作與調試; 子項目5, 機器人轉向電路的組裝與調試。
目前大部分院校仍然使用理論性較強的教材，技術應用型人才培養所需的教材卻很少。
本教材根據高素質技術技能應用型人才的培養目標，以必需、夠用為度，精選必需的內容，其余內容引導學生根據興趣和需要有目的、有針對性地自學。
本書是電子測量技術基礎教材，以機器人通用平臺制作為牽引，介紹了機器人主體結構、機器人驅動電路、機器人傳感電路、機器人轉向電路、機器人主控電路等相關內容，內容簡潔，邏輯關系清晰。
基于上述各部分內容，詳細講解了電子測量常用元器件的測量方法、常用電參數的測量方法、常用電子儀器的使用方法，使原本枯燥的測量知識變得生動有趣，充分調動了學生的學習熱情。
本書力求從可操作性入手，采用項目化教學，側重對學生動手能力的培養，真正做到“項目引領教學，應用技能速成”。本書的編寫突出了以下特點。
（1） 在結構安排上，將機器人通用平臺作為一個整體項目，將相關結構和硬件電路作為各個子項目。
（2） 在內容選取上，突出應用為本、學以致用，首先讓同學動手實踐，完成相應電路的制作與調試，再進一步講解相關的知識點。
通過各個子項目的學習，可以提高學生的動手能力及分析問題、解決問題的能力，從課程層面上體現了CDIO項目教學的教育理念，CDIO代表構思(Conceive)、設計(Design)、實現(Implement)和運作(Operate)，它以產品研發到產品運行的周期為載體，讓學生以主動的、實踐的、課程之間有機聯系的方式學習工程。
全書共分6大部分，第1部分由沈陽工學院耿欣老師負責編寫； 第2部分由沈陽理工大學劉寅生副教授、沈陽工學院商俟平老師負責編寫； 第3部分由耿欣、商俊平、張文靜負責編寫； 第4部分由耿欣、劉寅生、張可菊負責編寫； 第5部分由商俊平、劉寅生負責編寫； 第6部分由耿欣、商俊平負責編寫。全書由耿欣統稿。
由于時間倉促，作者水平有限，書中難免存在疏漏和不妥之處，敬請讀者批評指正。
作者2016年7月
子項目5機器人轉向電路的組裝與調試
一、 項目目標 理解舵機輸出軸轉角與輸入信號之間的關系; 學會利用信號發生器產生驅動信號; 會進行舵機正反向轉動的控制。
二、 項目結構 本項目以舵機電路為核心，設計并制作轉向電路，對相關元器件進行測試，具體實施過程如圖5.1所示。 三、 項目實施
(一) 元器件清單 元器件清單如表5.1所示。 圖5.1項目具體過程圖 表5.1元器件清單表 元器件名稱型號數量 舵機MG996R/MG9951 信號發生器CA16461 示波器DS1052E1
(二) 連接圖 機器人轉向電路連接如圖5.2所示。 圖5.2轉向電路連接圖
(三) 操作步驟 完成轉向電路的制作，主要包括如下步驟。
(1) 觀察舵機的基本結構，明確三根線的作用，將舵機的紅、棕、橘黃色線分別與VCC、GND、信號發生器的輸出端相連接。舵機外觀示意圖如圖5.3所示。 圖5.3舵機外觀示意圖
(2) 調節信號發生器輸出信號的幅值和頻率，幅值為1V，頻率為1kHz，實現舵機轉一定角度，記錄轉動角度數值，填寫入表5.2第1行。
(3) 調節信號發生器輸出信號的幅值和頻率，幅值為5V，頻率為1kHz，實現舵機轉一定角度，記錄轉動角度數值，填寫入表5.2第2行。
(4) 調節信號發生器輸出信號的幅值和頻率，幅值為5V，頻率為0.5kHz，實現舵機轉一定角度，記錄轉動角度數值，填寫入表5.2第3行。
(5) 調節信號發生器輸出信號的幅值和頻率，幅值為5V，頻率為2kHz，實現舵機轉一定角度，記錄轉動角度數值，填寫入表5.2第4行。
(6) 調節信號發生器輸出信號的幅值和頻率，幅值為5V，頻率為1kHz，實現舵機轉一定角度，記錄轉動角度數值，填寫入表5.2第5行。
表5.2信號與轉角對照表 序號幅值/V頻率/kHz轉角/° 111 251 350.5 452 550.75
四、 知識拓展 (一) 舵機的基本工作原理 在機器人控制系統中，舵機控制效果是重要影響因素。舵機可以在機電系統和航模中作為基本的輸出執行機構，其簡單的控制和輸出使得單片機系統非常容易與之接口。 舵機是一種位置伺服的驅動器，適用于需要角度不斷變化并可以保持的控制系統。目前在高檔遙控玩具，如航模（包括飛機模型、潛艇模型、遙控機器人）中已經使用得比較普遍。舵機是一種俗稱，其實是一種伺服馬達。 舵機內部有一個基準電路，可產生周期為20ms、寬度為1.5ms的基準信號，將獲得的直流偏置電壓與電位器的電壓比較，得到電壓差輸出。電壓差的正負輸出到電機驅動芯片決定電機的正反轉。當電機轉速一定時，通過級聯減速齒輪帶動電位器旋轉，使得電壓差為0，電機停止轉動。 我們不必了解舵機的具體工作原理，知道它的控制原理就夠了。就像我們使用晶體管一樣，知道可以拿它來做開關管或放大管就行了，至于管內的電子具體怎么流動，是可以不用去考慮的。 舵機的控制一般需要一個20ms左右的時基脈沖，該脈沖的高電平部分一般為05~2.5ms范圍內的角度控制脈沖部分。
以180°角度伺服為例，那么對應的控制關系如表5.3所示。 表5.3脈沖寬度與角度對照表 序號脈沖寬度/ms角度/° 10.50 21.045 31.590 42.0135 52.5180 表5.3只是一種參考數值，具體的參數需要查看說明書。 小型舵機的工作電壓一般為4.8V或6V，轉速也不是很快，所以更改角度控制脈沖的寬度太快時，舵機可能反應不過來。 要精確地控制舵機，其實沒有那么容易，很多舵機的位置等級有1024個，那么，如果舵機的有效角度范圍為180°的話，其控制的角度精度是可以達到180°/1024約018°了，從時間上看其實要求的脈寬控制精度為2000/1024，約2μs。 如果一個舵機連控制精度為1°都達不到，而且還看到舵機在發抖的話，在這種情況下，只要舵機的電壓沒有抖動，那么抖動的就是控制脈沖了。 使用傳統單片機控制舵機的方案有很多，多是利用定時器和中斷的方式來完成控制的，這樣的方式控制一個舵機還是相當有效的。
(二) 信號發生器的基本工作原理
1. 方波產生電路 矩形波產生電路是一種能夠直接產生矩形波的非正弦信號發生電路。由于矩形波包含豐富的諧波，因此這種電路又被稱為多諧振蕩器。由運放構成的矩形波產生電路如圖5.4所示。 圖5.4由運放構成的矩形波產生電路 圖5.4中，參數R1、R2、R3、R4、RW可根據具體應用情況調整，而振蕩頻率取決于R、C的大小，頻率計算公式為f=11.39RC。 由晶振和運放組成的矩形波產生器如圖5.5所示。 圖5.5由晶振和運放構成的矩形波產生電路 圖5.5中，輸出信號頻率決定于晶振的頻率，其中電阻R4=2kΩ,用作運算放大器輸出級集電極開路的負載。
2. 三角波產生電路 三角波產生電路如圖5.6所示。 圖5.6三角波產生電路 圖5.5中,運放采用4136，U1A是一個門限檢測器，U1B是一個積分器，Rv1用于幅度調節，Rv2控制C1的充電電流，進行頻率調節。
3. 多種信號發生器 多種信號發生器電路簡單、成本低廉、調整方便，電路如圖5.7所示。 圖5.7多種信號產生電路 555定時器接成多諧振蕩器工作形式，C2為定時電容，C2的充電回路是R2→R3→Rp→C2； C2的放電回路是C2→Rp→R3→IC的7腳(放電管)。由于 R3RpR2，所以充電時間常數與放電時間常數近似相等，由555的3腳輸出近似對稱方波。 按圖5.7所示元件參數，其頻率為1kHz左右，調節電位器Rp可改變振蕩器的頻率。方波信號經R4、C5積分網絡后，輸出三角波。三角波再經R5、C6積分網絡，輸出近似的正弦波。C1是電源濾波電容,發光二極管VD用作電源指示。 函數發生電路如圖5.8所示。 圖5.8函數發生電路 圖5.8中，由8038構成函數發生電路。采用集成電路芯片8038構成的函數發生器可同時獲得方波、三角波和正弦波。三角波通過電容恒流放電直接形成； 方波由控制信號獲得； 正弦波由三角波通過折線近似電路獲得。通過這種方式獲得的正弦波不是平滑曲線，其失真率為1%左右，可滿足一般用途的需要。電路中的電位器Rp1用于調整頻率，調整范圍為20Hz~20kHz； Rp2用于調整波形的失真率； Rp3 用于調整波形的占空比。 交流電壓的大小可用其峰值、平均值、有效值來表征，而各表征值之間的關系可用波形因數、波峰因數來表示。
(1) 峰值 峰值是交變電壓u(t)在所觀察的時間內或一個周期內偏離零電平的*大值，記為Up，正、負峰值不等時分別用Up+和Up-表示，如圖5.9所示。 圖5.9交流電壓的峰值與幅值 u(t)在一個周期內偏離直流分量(平均值)Uo的*大值稱為振幅值，記為Um，如圖5.9所示。若正、負幅值不等時分別用Um+、Um-表示。 峰值是以零為參考電平計算的，振幅值則以直流分量為參考電平計算。對于正弦交流信號而言，當不含直流分量時，其振幅值等于峰值，且正、負峰值相等。
(2) 平均值 u(t)平均值的數學定義為 =1T∫T0u(t)dt(5.1) 對周期性信號而言，積分時間通常取該信號的一個周期。當u(t)為純交流電壓時，=0； 當u(t)包含直流分量U0時，=U0，如圖5.9中虛線所示。這樣，平均值將無法表征交流(分量)電壓的大小。在電子測量中，通常所說的交流電壓平均值是指經過檢波后的平均值。根據檢波器的種類不同，又可分為半波平均值和全波平均值。
① 全波平均值 交流電壓經全波檢波后的平均值稱為全波平均值，用表示為 =1T∫T0u(t)dt(5.2)
② 半波平均值 交流電壓經半波檢波后，剩下半個周期，正半周在一個周期內的平均值稱為正半波平均值，用+12表示； 負半周在一個周期內的平均值稱為負半波平均值，用－12表示
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