.Switch Regulator工作原理簡(jiǎn)圖

1.當(dāng)SW在"ON"的狀態(tài)下時(shí)：這時(shí)電流經(jīng)由"L"電感,再到"LOAD"負(fù)載,同時(shí)也把電感給充電了(電感為儲(chǔ)能組件)

2.當(dāng)SW在OFF時(shí)電感產(chǎn)生反電動(dòng)勢(shì),正負(fù)極性相反,電感釋出能量,電流從"L"到"LOAD“,經(jīng)由"D"二極管形成一放電回路,而這種反復(fù)的一開一關(guān),所以又可以稱為『開關(guān)式電路』

3.圖中的SW可用何種零件來(lái)取代？SW通常使用功率晶體或MOSFET

使用Switch線路的優(yōu)點(diǎn)為何？

1.IC本體不會(huì)發(fā)燙:

Switch電路因?yàn)楣β示w是在ON-OFF間來(lái)回工作,所以IC本身的溫度比較不會(huì)熱.

2.輸出端能提供大電流:

輸出電流會(huì)比所輸入的電流高,最主要是由Mos與回授電阻（偵測(cè)電流）來(lái)決定輸出電流,而 不是由IC本身來(lái)決定.

3.效率高Switch Regulator的輸入電流是不會(huì)經(jīng)過(guò)IC本體,而是經(jīng)過(guò)MOS做切換（MSO本身雖然也會(huì)消耗到功率,但至少比Linear Regulator還要低）,以目前Switch Regulator最高效率可以做到99%

二.PWM Buck converter

理論基礎(chǔ):當(dāng)Highside MOS（相當(dāng)于開關(guān)）導(dǎo)通時(shí),輸入的能量的一部分儲(chǔ)存在電感中,當(dāng)Highside MOS截止時(shí),將儲(chǔ)存在電感中的能量釋放到負(fù)載去.Highside MOS的導(dǎo)通和截止受一固定開關(guān)頻率的PWM控制（fsw=1/Tsw),通過(guò)調(diào)整開關(guān)導(dǎo)通的時(shí)間(Ton)來(lái)達(dá)到控制輸出電壓的目的。

三.Highside MOSFET ON

當(dāng)Highside MOSFET導(dǎo)通時(shí)電流就會(huì)正向地流經(jīng)電感L,使得電感L上的電壓增加,也就是瞬間之壓降會(huì)降在L上.而電流不能瞬間變大,而是呈線性增加,此時(shí)也建立了一個(gè)磁場(chǎng),并且負(fù)載上也會(huì)有輸出電壓產(chǎn)生,輸出電容也會(huì)被充電.電感和電容上同時(shí)儲(chǔ)存了能量,電感和電容上同時(shí)儲(chǔ)存了能量,由電磁感應(yīng)定律,電感的電流以下式建立.

四. Highside MOSFET OFF

當(dāng)Highside MOS導(dǎo)通,Lowside MOS截止時(shí),在電感上儲(chǔ)存的磁能會(huì)通過(guò)Lowside MOS釋放出來(lái),且原來(lái)儲(chǔ)存在電容上的能量也可能通過(guò)Lowside MOS釋放至負(fù)載,電感上的電流線性衰退,將能量供應(yīng)到負(fù)載,從而使得輸出電壓的仍然保持不變.

五.脈沖寬度調(diào)制

占空比(Duty Cycle)在電子領(lǐng)域中有如下含義：

在一串理想的脈沖序列中（如方波）,正脈沖的持續(xù)時(shí)間與脈沖總周期的比值

例如：脈沖寬度1μs，信號(hào)周期4μs的脈沖序列占空比為0.25。

在一段連續(xù)工作時(shí)間內(nèi)脈沖占用的時(shí)間與總時(shí)間的比值。

在周期型的現(xiàn)象中,現(xiàn)象發(fā)生的時(shí)間與總時(shí)間的比。

占空比是高電平所占周期時(shí)間與整個(gè)周期時(shí)間的比

例子:

一個(gè)輸入電壓是5V例子:

一個(gè)輸入電壓是5V

占空比=t/(1us):T/(4us)

輸出電壓=1.25V

注：關(guān)注我的頭條號(hào):跟我學(xué)電腦 ，可以獲得2個(gè)好處.

1.免費(fèi)下載學(xué)習(xí)培訓(xùn)資料與視頻教程。

2.可以獲取老師遠(yuǎn)程協(xié)助或經(jīng)驗(yàn)分享，同時(shí)未來(lái)可以免費(fèi)獲取筆記本電路培訓(xùn)機(jī)會(huì)

言

互聯(lián)網(wǎng)時(shí)代，技術(shù)的進(jìn)步，文化的傳播，自由的表達(dá)，讓每一個(gè)個(gè)體都有了閃光的機(jī)會(huì)。形形色色的極客，各種 DIY，關(guān)注技術(shù)時(shí)尚，展示自己創(chuàng)意，也是新時(shí)代的賞心樂(lè)事。

工業(yè)機(jī)器人，高自由度的機(jī)械手臂，明晃晃的高科技啊。擁有一臺(tái)靈活控制的機(jī)械手，應(yīng)該是極客們的幸福事情。

現(xiàn)在機(jī)會(huì)來(lái)了，Dobot 團(tuán)隊(duì)開發(fā)了一款桌面型機(jī)械手，可以擺在書桌上，小巧玲瓏，控制簡(jiǎn)單靈活。能做什么，就等你開發(fā)了。

開箱

不多說(shuō)，拆箱！看看全家福吧。

不得不提是包裝格外有創(chuàng)意，讓人想起來(lái)千層餅。看到上圖那厚厚的一摞泡沫塑料了嗎？看看拆箱時(shí)的情景吧。

給未出殼的機(jī)械手來(lái)個(gè)特寫吧！機(jī)械手金屬表面的處理很有質(zhì)感。

抓手設(shè)計(jì)的很巧妙，抓緊狀態(tài)->電機(jī)旋轉(zhuǎn)->松開狀態(tài)->電機(jī)旋轉(zhuǎn)->抓緊狀態(tài)，這期間電機(jī)不需要反向旋轉(zhuǎn)。

很用心的設(shè)計(jì)，連接線上用標(biāo)簽扎線，既可以提示，又可以扎線。

裝配

Dobot 配件有機(jī)械臂主體、電源線、控制器、USB 線、爪子和激光頭等配件，機(jī)械臂由三個(gè)電機(jī)控制。

控制器的每個(gè)接線都有標(biāo)簽，其中1號(hào)電機(jī)接 Stepper_R 電機(jī)，2號(hào)電機(jī)接 Stepper_L 電機(jī)，3號(hào)電機(jī)接 Stepper_rot 電機(jī)。

Dobot 主體有三個(gè)臂可以運(yùn)動(dòng)，分別為圖2-2中的1、2、3表示。其中1號(hào)臂由1號(hào)電機(jī)控制，2號(hào)臂由2號(hào)電機(jī)控制，3號(hào)臂由3號(hào)電機(jī)控制。

為了獲得當(dāng)前機(jī)械臂的姿態(tài)，需要安裝傳感器，1號(hào)臂安裝標(biāo)簽為 rear arm 的傳感器，2號(hào)臂安裝標(biāo)簽為 Forearm 的傳感器（注意：由于2號(hào)臂較窄，需要拆卸2號(hào)臂才可以裝入）

控制器有兩個(gè)接口，分別為 USB 接口和電源接口，插入電源和 USB 接口，則帶有氣泵功能的機(jī)械手臂安裝完成。插好 Dobot 機(jī)械手上的電機(jī)、傳感器連接控制器，然后通過(guò) USB 與電腦相連。

使用

裝配完成，接下來(lái)可以通電操作啦。沒上電之前，機(jī)械手軟軟的，先讓機(jī)械手?jǐn)[放一個(gè)Pose，打開電源開關(guān)。控制器立刻接管機(jī)械手的控制權(quán)，機(jī)械手硬了。小伙伴千萬(wàn)要留意，通電后就不要強(qiáng)行轉(zhuǎn)動(dòng)機(jī)械手。

下面讓我們先在電腦上測(cè)試一下。去Dobot官網(wǎng)下載并安裝驅(qū)動(dòng)。驅(qū)動(dòng)是Arduino驅(qū)動(dòng)，Arduino可是非常流行的開源硬件，簡(jiǎn)單易上手，用過(guò)的都知道。安裝件dobottools，撥動(dòng)開關(guān)切換控制器為USB控制。

運(yùn)行DobotClient軟件，Dobot服務(wù)器會(huì)自動(dòng)運(yùn)行。點(diǎn)擊右上角的菜單，可以對(duì)Dobot進(jìn)行配置，比如設(shè)置機(jī)械手末端是抓手、激光筆或者氣泵。

DobotClient示教功能提供兩種控制模式：?jiǎn)侮P(guān)節(jié)點(diǎn)動(dòng)和坐標(biāo)軸點(diǎn)動(dòng)。單關(guān)節(jié)點(diǎn)動(dòng)模式直接控制機(jī)械手的關(guān)節(jié)轉(zhuǎn)動(dòng)，挖掘機(jī)就是這么開的。坐標(biāo)軸點(diǎn)動(dòng)模式控制機(jī)械手末端移動(dòng)，由程序計(jì)算關(guān)節(jié)運(yùn)動(dòng)，這種模式更直觀。接下來(lái)就可以控制機(jī)械手?jǐn)[Pose了。

使用再現(xiàn)功能可以重復(fù)你先前的操作，不過(guò)需要你記錄下每一個(gè)關(guān)鍵動(dòng)作。然后點(diǎn)擊啟動(dòng)按鈕就可以回放動(dòng)作了。

手機(jī)移動(dòng)端提供了iOS和Android客戶端控制軟件，本次使用iOS端測(cè)試。下載安裝Dobot App，運(yùn)行之前要做好準(zhǔn)備工作。把控制器切換至藍(lán)牙控制，手機(jī)打開藍(lán)牙開關(guān)，可以運(yùn)行App了。

Dobot App同樣提供了兩種控制模式：通過(guò)J1、J2、J3控制關(guān)節(jié)轉(zhuǎn)動(dòng)，或通過(guò)直接滑動(dòng)機(jī)械手臂進(jìn)行控制。

通過(guò)設(shè)置再現(xiàn)點(diǎn)，可以重復(fù)執(zhí)行先前動(dòng)作。

準(zhǔn)備工作完成，先用氣泵抓物體試試。抓硬幣自然不再話下，拿游標(biāo)卡尺來(lái)，沒問(wèn)題。找個(gè)茶葉盒，裝上重物，再試試，重量291.8克。能力很強(qiáng)啊，繼續(xù)測(cè)試，3.5寸硬盤有596克，真的抓不起來(lái)了。

卸下氣泵，換上抓手。看看效果, 今年是猴年，讓我們看個(gè)抓猴子的視頻吧。

結(jié)構(gòu)與控制

機(jī)械手結(jié)構(gòu)

Dobot機(jī)械手結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，設(shè)計(jì)巧妙。通過(guò)大臂小臂上的連桿機(jī)構(gòu)可以保證不論大臂小臂的角度如何變化，末端吸盤始終垂直于水平面。

機(jī)械結(jié)構(gòu)

機(jī)械手控制模型

對(duì)Dobot機(jī)械手的控制就是控制大臂、小臂和底盤的角度，轉(zhuǎn)換為坐標(biāo)系，以此實(shí)現(xiàn)對(duì)吸盤的定位。AO 、CD永遠(yuǎn)垂直于水平面。XYZ坐標(biāo)系原點(diǎn)位于機(jī)械手固定底盤。

機(jī)械臂簡(jiǎn)圖

看起來(lái)這個(gè)機(jī)械手的控制還是非常簡(jiǎn)單的嗎，只要有中學(xué)數(shù)學(xué)基礎(chǔ)就可以理解了。

編程控制

API接口

簡(jiǎn)單程序流程

控制Dobot機(jī)械臂運(yùn)動(dòng)的簡(jiǎn)單流程。

1）調(diào)用ConnectDobot連接機(jī)械手

2）創(chuàng)建一個(gè)線程以固定間隔調(diào)用PeriodicTask函數(shù)

3）設(shè)置大小臂的初始位置、超時(shí)時(shí)間、末端類型、示教/再現(xiàn)的靜/動(dòng)態(tài)參數(shù)。

4）指令機(jī)械手移動(dòng)到指定坐標(biāo)(x,y,z)

5）獲取機(jī)械手姿態(tài)，檢測(cè)是否移動(dòng)到(x,y,z)，未到達(dá)目標(biāo)位置則跳轉(zhuǎn)4

6）讀取下一個(gè)機(jī)械手要到達(dá)的坐標(biāo)(x,y,z)，跳轉(zhuǎn)4

簡(jiǎn)單的編程測(cè)試

Dobot API動(dòng)態(tài)鏈接庫(kù)采用C++編碼，支持C、C++、C#、java等語(yǔ)言的開發(fā)，需要使用DobotDll.dll動(dòng)態(tài)鏈接庫(kù)、DobotDll.h接口聲明文件、DobotType.h數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)定義文件，這些文件可以通過(guò)Dobot官網(wǎng)下載。

生成lib文件

在控制Dobot時(shí)還需要使用Dobot靜態(tài)庫(kù)，由于沒有提到靜態(tài)庫(kù)，則需要通過(guò)DobotDll.h動(dòng)態(tài)庫(kù)生產(chǎn)靜態(tài)庫(kù)，需要以下幾步：

1）使用VS自帶工具DUMPBIN將DLL中的導(dǎo)出函數(shù)表導(dǎo)出到（.DEF）文件。

DEF轉(zhuǎn)化

2）將導(dǎo)出的（.DEF）文件整理為符合（.DEF）個(gè)數(shù)的函數(shù)導(dǎo)出文件。

DEF修改

3）使用VS自帶的LIB工具將（.DEF）文件輸出為VS格式的LIB文件。

LIB生成

編寫代碼

使用VS 建立VC++控制臺(tái)工程，編寫C++代碼。代碼有點(diǎn)長(zhǎng)，貼在這里有湊字?jǐn)?shù)的嫌疑。哈哈，只貼個(gè)輪廓了，有需要代碼的小伙伴請(qǐng)留言。

程序測(cè)試

我們編寫的程序能夠控制機(jī)械手按照輸入的坐標(biāo)連續(xù)運(yùn)動(dòng)。接下來(lái)讓我們測(cè)試一下書法筆畫圖。書法筆筆頭較軟，即使Z軸方向有誤差，也能順利寫字畫圖。卸下吸盤，拆開包裝，裝上書法筆。

編程控制書法筆

開機(jī)測(cè)試

重復(fù)定位精度

作為一款機(jī)械手，一個(gè)非常重要的指標(biāo)就是末端位置重復(fù)定位精度（重復(fù)定位精度）。當(dāng)機(jī)械手重復(fù)同一動(dòng)作時(shí)，末端位置的偏差與這一指標(biāo)有密切關(guān)系。Dobot給出的是0.2毫米。也就是說(shuō)控制機(jī)械手反復(fù)執(zhí)行同一個(gè)動(dòng)作，位置偏差不超過(guò)0.2毫米。

讓我們看看重復(fù)性真的如此好嗎？把機(jī)械手末端裝上水筆，編程控制末端的坐標(biāo)，反復(fù)畫直線，畫線過(guò)程是“中à右à中à左à中”，重復(fù)3次。

使用游標(biāo)卡尺測(cè)量測(cè)量一下圖中藍(lán)色標(biāo)記的位置寬度。

直線測(cè)量位置示意圖

左中、右中位置是筆不斷往返的點(diǎn)，筆不會(huì)停頓，因此是測(cè)量重復(fù)精度的最好位置；（而中點(diǎn)是起點(diǎn)也是定位點(diǎn)，左、右點(diǎn)是停頓折返點(diǎn)，不適合）。考慮到水筆頭部直徑3mm以及墨水?dāng)U散的因素，可以推斷重復(fù)精度小于0.4mm。

哈哈，這個(gè)精度足夠極客們?cè)趯?shí)驗(yàn)室High了。

伸展范圍

讓我們?cè)贉y(cè)量一下機(jī)械手觸及范圍。以底座前緣為起點(diǎn)，測(cè)量機(jī)械手末端吸盤能觸及最遠(yuǎn)與最近距離。

伸展范圍測(cè)量示意圖

當(dāng)觸及水平面時(shí)，吸盤能控制的最遠(yuǎn)距離278毫米，最近距離31.8mm。

機(jī)械手控制范圍測(cè)試(動(dòng)畫 最遠(yuǎn)距離)

最近距離測(cè)試1(吸盤)

最近距離測(cè)試2（吸盤）

若允許吸盤高于水平面（高23.5mm)，則距底座前緣最近距離為40.1mm。

最近距離測(cè)試3(吸盤)

最近距離測(cè)試4(吸盤)

改裝可行性

極客總是不甘于墨守成規(guī)的，改造才是最有樂(lè)趣的事情。接下來(lái)讓我們看看Dobot機(jī)械手的可改造性。

機(jī)械改裝

Dobot機(jī)械手機(jī)械部分最方便改裝的部分是末端。Dobot隨箱送來(lái)許多末端配件，讓我們先瀏覽下。配件主要包括抓手、激光筆、觸摸筆、可轉(zhuǎn)動(dòng)的吸盤。當(dāng)然也可以裝配其它的東西，比如掛個(gè)布娃娃，帶個(gè)面具之類的。

機(jī)械手末端（空）

末端用零配件

電氣改裝

Dobot控制器內(nèi)部也有改造的余地。氣泵、繼電器都是可拆卸的。主控板上激光筆接口、抓手接口、控制吸盤轉(zhuǎn)動(dòng)電機(jī)接口、吸盤用氣泵接口都可以改插其它模塊，只要能搞清楚接口引腳定義、電氣特性等。

電氣改造配圖

編程接口

Dobot官網(wǎng)提供的開發(fā)文檔包含DobotAPI文檔、通訊協(xié)議、DobotDemo、DobotTools源碼。

開發(fā)文檔內(nèi)容圖

編程接口Dobot API包括DobotAPI.DLL動(dòng)態(tài)連接庫(kù)及C/C++頭文件。

l 提供Java、Python、WPF、JS等示例代碼

l 支持Windows操作系統(tǒng)

l 支持C、C++、C#、Python、Java、JS等語(yǔ)言開發(fā)

會(huì)C、C++、C#、Python、Java、JS等其中任何一門語(yǔ)言的小朋友，都可以編寫代碼隨心所欲的控制機(jī)械手了。

二次開發(fā)難度

作為極客，自己打造的程序才有成就感。那么編程控制機(jī)械手，上手程度有多難？我花了半天時(shí)間，包括閱讀文檔、編程、調(diào)試等，能順利控制機(jī)械手畫矩形了。

《插入視頻：水筆畫矩形.mp4》

程序使用C語(yǔ)言編寫，共137行代碼。編程中用到了多線程，這個(gè)稍有難度。難度中等偏下，有一定編程經(jīng)驗(yàn)且能獨(dú)立編寫100行以上程序的同學(xué)，努力一下都可以做到的。

如果熟悉串口通信編程，還可以繞過(guò)DobotAPI，參考Dobot通信協(xié)議文檔，直接編程操作串口，自由度更高，但難度有些偏高。Github網(wǎng)站有Dobot的開源代碼，有興趣的小伙伴可以到Github閱讀(https://github.com/maxosprojects/open-dobot)。

腦洞大開（有了機(jī)械手可以做什么?）

裝上激光器，結(jié)合人臉識(shí)別技術(shù)，控制機(jī)械手自動(dòng)瞄準(zhǔn)目標(biāo)，配上聲音“舉起手來(lái)”，可以拍電影了。

或者找個(gè)四輪移動(dòng)平臺(tái)，裝上機(jī)械手，是吊車還是挖掘機(jī)還是什么東東，就看你的改裝水平了。

四輪移動(dòng)機(jī)械手

給機(jī)械手裝上抓手，控制機(jī)械手甩動(dòng)手臂，拋球，可以投籃了。給機(jī)械手帶個(gè)面具，然后配上攝像頭，裝上音箱，給小朋友講故事。或者兩個(gè)機(jī)械手玩擊劍，就看腦洞開的有多大了。

體驗(yàn)總結(jié)

Dobot這款桌面型機(jī)械手，的確是為桌面設(shè)計(jì)，體積小，不占空間。執(zhí)行動(dòng)作時(shí)非常安靜，步進(jìn)電機(jī)噪聲小；唯獨(dú)氣泵電機(jī)的聲音稍大，室內(nèi)環(huán)境完全可以接受。Dobot機(jī)械手結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，控制參數(shù)少，容易上手。

控制器的硬件接口也十分便捷，可以根據(jù)需要，增加相應(yīng)的物理器材。外圍連接方便。可以通過(guò)電腦使用USB進(jìn)行控制，也可以通過(guò)藍(lán)牙無(wú)線控制。不論是Android還是IOS都有可用App。

Dobot提供了電腦及手機(jī)上的控制軟件。特別值得一提的是，手機(jī)App操作最方便。GitHub上有Dobot開源代碼，適合有意深入研究的同學(xué)。

Dobot API支持多種語(yǔ)言開發(fā)，包括C、C++、C#、JAVA、Python。API接口函數(shù)少，學(xué)習(xí)簡(jiǎn)單，二次開發(fā)難度小。

總的來(lái)說(shuō)，連接方便、協(xié)議公開、快速開發(fā)、重復(fù)精度高，適用極客。

最后提兩點(diǎn)建議

（1）控制器和機(jī)械手之間的連線有些凌亂，希望更清爽些了；

（2）加強(qiáng)文檔。我在編程時(shí)走了很多彎路，如果文檔清晰，并適度講解控制器內(nèi)部結(jié)構(gòu)，會(huì)更有利于二次開發(fā)。

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