一起自学SLAM算法：4.4 带编码器的减速电机

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写在前面

第1章-ROS入门必备知识

第2章-C++编程范式

第3章-OpenCV图像处理

第4章-机器人传感器

        4.1 惯性测量单元

        4.2 激光雷达

        4.3 相机

        4.4 带编码器的减速电机

第5章-机器人主机

第6章-机器人底盘

第7章-SLAM中的数学基础

第8章-激光SLAM系统

第9章-视觉SLAM系统

第10章-其他SLAM系统

第11章-自主导航中的数学基础

第12章-典型自主导航系统

第13章-机器人SLAM导航综合实战

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对轮式机器人来说，需要靠电机驱动和配套的编码器反馈运动状态。电机是一个系统学科，涉及到驱动电路、控制方式、配套的软件及协议等等。这里，主要针对机器人应用场景，一步步的分析其中的原理。

4.4.1 电机

电机种类非常多，按照电机的电源类型分为直流电机、交流电机，按照电机的换相方式分为有刷电机、无刷电机，按照电机转子的构造可以分为内转子电机、外转子电机。

电机在实际的使用中，往往配合减速箱一起使用，来提高输出力矩和载重性能。减速箱有普通的减速箱和行星减速箱。行星减速箱的优势是产生同等减速比条件下减速箱体积可以更小，一般一些对体积敏感的地方用的多吧。

编码器起着对电机转速测量反馈的重要部件，有霍尔编码器、光电编码器、碳刷编码器等，编码器通常采用正交编码形式进行信号输出，也就是AB两相信号正交输出，有些还会有Z相信号对转过一圈进行脉冲输出。

图4-60  带编码器的减速直流电机

接下来就以市面上用的比较广泛的带编码器的减速直流电机来具体分析，如图4-60所示。轮胎直接越大，机器人越障高度越高，但由于输出力矩的减小会降低爬坡的能力。联轴器选择跟轮胎与电机输出轴尺寸相匹配的型号。减速箱减速比决定电机输出轴的扭矩，减速比越大，输出轴扭矩越大，但输出轴转速越慢。电机一般是12V或者24V的，条件允许尽量选电压低的电机，这样整个系统的电源会好设计一些，直流有刷简单易控制。编码器一般为增量式正交编码器，编码线数根据实际需要精度进行选择，如图4-61。如果两个信号相位相差90°，则这两个信号称为正交。由于两个信号相位相差90°，因此可以根据两个信号哪个先哪个后来判断方向。利用单片机的I/O口对编码器的A、B相进行捕获，很容易得到电机的转速和转向。

图4-61  霍尔正交编码器

 4.4.2 电机驱动电路

（先占个坑，有时间再来补充详细内容，大家可以直接看文后的参考文献）

4.4.3 电机控制主板

有了电机，有了电机驱动电路，还需要电机控制板用I/O参数实际的控制信号驱动电机驱动电路，最终实现电机的转动控制。电机控制板中需要编程实现PID控制和通信协议的收发解析。

1.上、下位机主板方案对比

（先占个坑，有时间再来补充详细内容，大家可以直接看文后的参考文献）

2.PID控制

（先占个坑，有时间再来补充详细内容，大家可以直接看文后的参考文献）

3.通信协议

（先占个坑，有时间再来补充详细内容，大家可以直接看文后的参考文献）

4.4.4 轮式里程计

（先占个坑，有时间再来补充详细内容，大家可以直接看文后的参考文献）

源码仓库

• Github下载：github.com/xiihoo/Books_Robot_SLAM_Navigation

• Gitee下载（国内访问速度快）：gitee.com/xiihoo-robot/Books_Robot_SLAM_Navigation

参考文献

【1】 张虎，机器人SLAM导航核心技术与实战[M]. 机械工业出版社，2022.