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树莓派 斑梨电子

ST3215-HS-Servo-Motor 使用教程

说明

前言

本产品是一款大扭矩的可编程串行总线伺服电机，采用了360°高精度的磁编码器，可以在360°范围内进行角度控制，转速最高可达106RPM。能够通过程序控制，将任意角度设置为伺服电机中位，也可以切换为连续转动的电机（速度闭环控制）/步进电机模式，内置加速度启停功能，使动作更加柔和。每个伺服电机上面有两个接口，可以将电机串联起来使用，理论上可以同时控制253个总线伺服电机并且每个电机都能够获取自己当前的角度、负载、电压、模式等信息。适用于机械手臂，六足机器人，人形机器人，轮式机器人等需要闭环控制的机器人项目。
同时我们为该型号伺服电机提供了开源的12自由度机器狗模型，你可以在最下面的资料-开源结构中下载该开源结构的模型和工程文件。

产品规格

  • 输入电压VIN：6-12.6V
  • 机构极限角度：无限制
  • 转动角度：360°（舵机模式角度控制）/电机模式可连续转动
  • 通信波特率：1Mbps
  • 齿轮形式：高精度金属齿轮
  • 空载速度：0.094sec/60°（106RPM）@12V
  • 位置传感器分辨率：360°/4096
  • ID范围：0-253
  • 反馈信息：位置（Position）；负载（Load）；速度（Speed）；输入电压（Input Voltage）
  • 空载电流：240 mA
  • 堵转电流：2.4 A
  • 产品尺寸：45.22mm x 35mm x 24.72mm

产品特性

  • 高转速，最快可达到106RPM
  • 可串联使用，同时控制多达 253 个伺服电机（前提是供电充分）并获取每个电机的反馈信息
  • 360°磁编码器，角度控制范围更大
  • 高精度，角度控制精度达到360°/4096
  • 可将任意角度设置为电机中位，方便组装
  • 加速度启停功能，运动效果更加柔和
  • 紧凑的结构设计，产品外观更加美观
  • 宽电压输入 6-12.6V，可以与2s或3s锂电池直接供电
  • 大扭矩，可达到20kg.cm@12V
  • 可通过程序设置工作模式：舵机模式角度控制/电机模式可连续转动

硬件使用方法

软件使用方法

ESP32下载工具

一般来说，我们是通过Arduino IDE编译上传程序后才能控制ST系列舵机，但是通过Arduino编译需要给Arduino安装各种依赖库后才能使用。因此，我们提供一款ESP32下载工具，使用这个工具，用户不需要下载其它依赖库以及Arduino IDE软件即可将程序下载至驱动板里。

  • 点击ST系列ESP32下载工具链接进行下载，下载后解压缩，双击打开“flash_download_tool_3.9.5.exe”程序。打开后，会弹出两个窗口，我们需要操作的是下载工具的UI界面，而另一个窗口作为终端来显示下载工具的工作状态。
  • 在“DOWNLOAD TOOL MODE”这个界面，Chip Type选择为ESP32，WorkMode选择为Factory，使用Factory调用二进制文件时才会使用相对路径，就不需要用户手动输入二进制文件路径，选择好后点击OK。


  • 在这个软件界面中，保持“LockSettings”的勾选，右边代表的是可以同时给8个驱动板上传程序。接着用USB线将舵机驱动板和计算机连接起来，点击“COM”，选择新出现的COM（我这里新出现的COM为COM3）；BAUD是用于设置下载速度，越高速度越快，ESP32最高可以使用921600。


  • 选择好后，点击START开始上传程序，上传完成后，“IDLE等待”会变成“FINISH完成”，完成后可以断开舵机驱动板与电脑的USB连接，将舵机与舵机驱动板连接后，给舵机驱动板接上电源后来控制ST系列舵机。


Arduino IDE编译

虽然上面提供了一种简便上传程序的方法，但在这里还是会介绍使用Arduino IDE编译上传程序的方法。我们为总线舵机驱动板提供兼容ST3215-HS舵机的例程，可以通过向总线舵机驱动板中上传ServoDriverST开源程序（Arduino）来控制ST系列舵机，以下是具体方法：

安装Arduino IDE

  • 下载Arduino IDE
    首先到Arduino官网下载最新版本Arduino IDE 2.1.0的安装包。官方IDE支持不同的操作系统，根据您的操作系统选择进行下载即可。我这里下载的是windows的。（如果已安装，直接跳到第二步）安装过程很简单，一直点击下一步即可。
    注意：安装过程中会提示你安装驱动，我们点击安装即可

  • 设置Arduino IDE为中文界面
    第一次安装完成后，打开Arduino IDE是英文界面的，我们可以点击“File”→“Preferences”。
    在“Language”里面选择简体中文，点击OK。

    • 在Arduino IDE中安装ESP32开发板

  • 打开Arduino IDE，点击“文件”→“首选项”。
  • 在附加开发板管理器网址中添加如下链接，点击“确定”保存设置
    https://dl.espressif.com/dl/package_esp32_index.json

    注意：如果您需要添加多个开发板URL，那无需将ESP32开发板支持的URL删掉，可以直接将其他URL添加至另一行，默认显示是逗号分隔开URL的。例如：如果您需要添加ESP8266开发板的URL，直接添加至另一行，显示出来如下为：

    https://dl.espressif.com/dl/package_esp32_index.json，http://arduino.esp8266.com/stable/package_esp8266com_index.json


  • 下载packages压缩包，在“我的电脑”中输入以下路径：
    C:\Users\username\AppData\Local\Arduino15
    username根据自己电脑的用户名变换，将解压的packages文件复制到Arduino15文件夹下


    • 下载产品程序并安装依赖库

    • 通过库管理器安装的库有：Adafruit SSD1306和Adafruit NeoPixel
    • 点击Tools > Manage Libraries，打开库管理器。


    • 依次在搜索框中输入Adafruit SSD1306和Adafruit NeoPixel。
    • 鼠标放上去有Update的点Update，没有Update的选择最新的版本后点击Install。


    • 下载总线舵机的库和用于舵机驱动板的Arduino程序：ServoDriverST开源程序（Arduino）
    • 下载后解压即可获得两个文件夹，ServoDriverST是控制ST系列舵机的程序，SCServo是控制舵机的库。
    • 将SCServo文件夹复制到\Documents\Arduino\libraries文件夹下，来安装控制舵机的库 。

    上传程序

    1. 双击运行ServoDriverST.ino
    2. 点击“工具”→“端口”，记住自己电脑上已有的COM，不需要点击这个COM（此时我这里显示的COM为COM1，不同电脑显示的COM不一样）。
    3. 用USB线将总线舵机驱动板和计算机连接起来，点击“工具”→“端口”，再点击新出现的COM（我这里新出现的COM为COM10）。

    4. 在Arduino IDE中，点击“工具”→“开发板”→“ESP32”→“ESP32 Dev Module”。

    5. 点击“工具”，其他设置如下（Partition Scheme最好用Huge APP,PSRAM必须使用Enabled）：

    6. 设置完成后，点击“上传”将程序上传到设备上。
      等待程序上传完成，显示Leaving... Hard resetting via RTS pin...后表示已经上传成功。

    产品使用教程

    • 以下教程默认以使用总线舵机驱动板的情况来解释舵机的使用方法，如果你需要在自己的项目中使用总线舵机，可以参考示例程序和总线舵机驱动电路原理图来进行二次开发。
    • 舵机的出厂默认ID为1，与同一块舵机驱动板连接的舵机中，同一个ID只能对应一个舵机，不可以有一个以上ID相同的舵机在同一控制链路中。当你为舵机设置ID时，尽量保证只有一个要更改ID的舵机与驱动板连接，ID更改后会被永久保存在舵机中即使断电也不会丢失。
    • 首先你需要为每个舵机设置一个独立的ID，当为一个舵机设置ID时，驱动板不要连接其它舵机。
    • 如果你使用ST3215舵机，当舵机与舵机驱动板连接后，你需要通过舵机驱动板的5.5*2.1mmDC接口为其供电6-12.6V（推荐使用12V供电），该供电接口会直接为舵机供电，如果你使用的舵机数量较多，需要保证这个接口有足够大的电流为其供电。
    • 驱动板上电后，默认会建立一个WiFi热点，默认热点名称为ESP32_DEV，默认热点密码为12345678。用手机连接这一热点。
    • 连接舵机驱动板发出的热点后，建议使用谷歌浏览器，访问地址192.168.4.1，需要注意的事，由于连接该WiFi后手机不能Ping通用来验证网络连接的服务器，所以可能会自动切换到其它已知WiFi，如果发生这种情况只要再重新连接ESP32_DEV即可，第二次连接成功后手机就不会自动切换了。
    • 驱动板在开机时会自动扫描ID：0-20的舵机（为了缩短开机时间），如果你使用了超过这一ID的舵机，需要更改ServoDriverST.ino内的MAX_ID数值再重新上传程序到舵机驱动板。


    • 如果舵机是在驱动板上电后才连接的，需要按一下手机浏览器页面上的Start Searching来重新扫描。
    • Active ID为现在所选择的舵机ID号，ID to Set为要设置的新ID号，通过ID to Set+和ID to Set-来调整ID to Set的数值，调整后按Set New ID键来将当前ID为的Active ID的舵机的ID设置为ID to Set。
    • 当全部舵机的ID都设置完成后，就可以将它们全部连接起来了。如果不重启设备，则需要按一下Start Searching来扫描所有舵机。
    • ID：后面显示的是当前所有与舵机驱动板相连接的舵机ID号。
    • Active ID当前所选择的舵机ID号，后续的操作都是在控制这个Active ID舵机。
    • 你可以通过ID Select+和ID Select-这两个按键来选择Active ID舵机。
    • Middle键，可以让舵机转动到中间位置，舵机的位置范围为0-4095，中间位置为2047。
    • Stop键，默认程序中不会让舵机一直动作下去，如果对程序进行了二次开发导致舵机转动停不下来，可以通过按Stop键停下舵机运动。
    • Release键，按下后舵机会关闭扭矩锁（Torque Off），此时可以用手转动舵机。
    • Torque键，按下后舵机会开启扭矩锁（Torque On），此时舵机会用力保持在指定位置。
    • Position+键，按下后舵机会开始顺时针转动，当舵机处于舵机模式时，转动到4095的位置后就不会继续转动。
    • Position-键，按下后舵机会开始逆时针转动，当舵机处于舵机模式时，转动到0的位置后就不会继续转动。
    • Speed+和Speed-用来设置舵机转速，ST系列舵机最高可设置为3073左右，速度为每秒钟转动转动的步数，50步/秒≈0.732RPM。
    • Set Middle Position键，无论当前舵机处于什么位置，当按下该按键后，舵机会将当前的位置设置为中间位置（2047）。
    • Set Servo Mode键，将舵机设置为舵机模式，舵机模式下可进行360°的绝对角度控制，该设置会永久保存即使掉电也不会丢失。
    • Set Motor Mode键，将舵机设置为步进电机模式，舵机可连续转动30000步，连续按下即可一直转动下去，该模式可进行±7圈内的相对角度控制，圈数掉电不保存，步进电机模式设置会永久保存即使掉电也不会丢失。
    • Start Serial Forwarding键，将舵机驱动板设置为串口转发模式，你可以用舵机驱动板上面的typeC接口直接控制舵机和获得舵机反馈，该功能用于调试舵机。
    • Normal键，将舵机驱动板设置为普通模式，该模式下，既不会通过ESP-NOW发送信息也不会接收信息。
    • Leader键，将舵机驱动板设置为主机端，该模式下，驱动板通过ESP-NOW协议连续发送当前Active ID舵机的ID，位置和速度发送给被控制从动端的驱动板中。舵机驱动板开机后，屏幕上第一行的MAC:是此开发板的MAC地址，该地址是独一无二的，例如MAC:08 3A F2 93 5F A8。ESP-NOW通信的前提是要知道从动端的MAC地址，记下那个地址，填写到ServoDriverST.ino的broadcastAddress[] = {0x08, 0x3A, 0xF2, 0x93, 0x5F, 0xA8};再上传到主机端的驱动板后就可以使用这个功能了。
    • Follower键，将舵机驱动板设置为从动端，当主机端的程序中改好从动端的MAC地址后就可以在主机端的遥控下进行动作。
    • RainbowON和RainbowOFF键用于开机和关闭RGB灯的彩虹变换效果。

    二次开发教程

    • 舵机初始化

    每个控制舵机的程序，都需要对舵机进行初始化，初始化后才可以使用。

    #include <SCServo.h>
SMS_STS st;
void setup(){
	Serial1.begin(1000000);  //串口初始化，如果使用ESP32等设备也可以选择自定义串口
	// Serial1.begin(1000000, SERIAL_8N1, RX, TX);  // 自定义串口
	st.pSerial = &Serial1;
	while(!Serial1) {}
}
    • 更改舵机ID

    串联起来的舵机中，每个ID只能对应一个舵机，否则不能正常获取舵机反馈的信息。 当更改舵机ID时，尽量保证驱动板只与一个舵机相连接，ID会被永久保存在舵机中。

    #include <SCServo.h>
SMS_STS st;
int ID_ChangeFrom = 1;   // 要更改ID的舵机原本ID，出厂默认为1
int ID_Changeto      = 2;   // 新的ID
void setup(){
  Serial1.begin(1000000);
  st.pSerial = &Serial1;
  while(!Serial1) {}

  st.unLockEprom(ID_ChangeFrom); //解锁EPROM-SAFE
  st.writeByte(ID_ChangeFrom, SMS_STS_ID, ID_Changeto);//更改ID
  st.LockEprom(ID_Changeto); // EPROM-SAFE上锁
}

void loop(){
}
    • Ping

    用于测试某一舵机是否正常连接。

    #include <SCServo.h>
SMS_STS st;
int TEST_ID = 3;  // 要测试的舵机ID
void setup()
{
  Serial.begin(115200);
  Serial1.begin(1000000, SERIAL_8N1, RX, TX); // 自定义串口
  st.pSerial = &Serial1;
  while(!Serial1) {}
}

void loop()
{
  int ID = st.Ping(TEST_ID);  //ping该ID的舵机，ping不通返回-1
  if(ID!=-1){
    Serial.print("Servo ID:");
    Serial.println(ID, DEC);
    delay(100);
  }else{
    Serial.println("Ping servo ID error!");
    delay(2000);
  }
}
    • 写位置

    可用于控制单独舵机转动。

    #include <SCServo.h>
SMS_STS st;
void setup()
{
  Serial1.begin(1000000); 
  st.pSerial = &Serial1;
  while(!Serial1) {}
}

void loop()
{
  st.WritePos(1, 1000, 1500, 50); // 控制ID为1的舵机以1500的速度转动到1000的位置，启停加速度50。
  delay(754);//[(P1-P0)/V]*1000+100

  st.WritePos(1, 20, 1500, 50); // 控制ID为1的舵机以1500的速度转动到20的位置，启停加速度50。
  delay(754);//[(P1-P0)/V]*1000+100
}
    • 同步写

    可用于同时控制多个舵机（转动到不同的位置和不同的速度）。

    #include <SCServo.h>
SMS_STS st;

// the uart used to control servos.
// GPIO 18 - S_RXD, GPIO 19 - S_TXD, as default.
#define S_RXD 18    //自定义串口的IO，如果不使用自定义串口下面的Serial1.begin(1000000, SERIAL_8N1, S_RXD, S_TXD);需要改为Serial1.begin(1000000);
#define S_TXD 19

byte ID[2];
s16 Position[2];
u16 Speed[2];
byte ACC[2];

void setup()
{
  Serial1.begin(1000000, SERIAL_8N1, S_RXD, S_TXD);
  st.pSerial = &Serial1;
  delay(1000);
  ID[0] = 1;   // 将需要控制的舵机ID保存到ID[]中。
  ID[1] = 2;   // 将需要控制的舵机ID保存到ID[]中。
  Speed[0] = 3400;  // 设置舵机速度，Speed[0]与上面的ID[0]的舵机对应。
  Speed[1] = 3400;  // 设置舵机速度，Speed[1]与上面的ID[1]的舵机对应。
  ACC[0] = 50;   // 设置启停加速度，数值越小加速度越小，最大可设置为150.
  ACC[1] = 50;
}

void loop()
{
  Position[0] = 3000;  // 设置ID[0]（这里是ID为1的）舵机的目标位置，范围为0-4095
  Position[1] = 3000;  // 设置ID[1]（这里是ID为2的）舵机的目标位置，范围为0-4095
  st.SyncWritePosEx(ID, 2, Position, Speed, ACC);//servo(ID1/ID2) speed=3400，acc=50，move to position=3000.
  delay(2000);

  Position[0] = 100;
  Position[1] = 100;
  st.SyncWritePosEx(ID, 2, Position, Speed, ACC);//servo(ID1/ID2) speed=3400，acc=50，move to position=100.
  delay(2000);
}
    • 获得舵机信息反馈
    #define S_RXD 18
#define S_TXD 19
#include <SCServo.h>

SMS_STS sms_sts;

void setup()
{
  Serial1.begin(1000000, SERIAL_8N1, S_RXD, S_TXD);
  Serial.begin(115200);
  sms_sts.pSerial = &Serial1;
  delay(1000);
}

void loop()
{
  int Pos;
  int Speed;
  int Load;
  int Voltage;
  int Temper;
  int Move;
  int Current;
  if(sms_sts.FeedBack(1)!=-1){
    Pos = sms_sts.ReadPos(-1);
    Speed = sms_sts.ReadSpeed(-1);
    Load = sms_sts.ReadLoad(-1);
    Voltage = sms_sts.ReadVoltage(-1);
    Temper = sms_sts.ReadTemper(-1);
    Move = sms_sts.ReadMove(-1);
    Current = sms_sts.ReadCurrent(-1);
    Serial.print("Position:");
    Serial.println(Pos);
    Serial.print("Speed:");
    Serial.println(Speed);
    Serial.print("Load:");
    Serial.println(Load);
    Serial.print("Voltage:");
    Serial.println(Voltage);
    Serial.print("Temper:");
    Serial.println(Temper);
    Serial.print("Move:");
    Serial.println(Move);
    Serial.print("Current:");
    Serial.println(Current);
    delay(10);
  }else{
    Serial.println("FeedBack err");
    delay(500);
  }
  
  Pos = sms_sts.ReadPos(1);  // 获得位置反馈
  if(Pos!=-1){
    Serial.print("Servo position:");
    Serial.println(Pos, DEC);
    delay(10);
  }else{
    Serial.println("read position err");
    delay(500);
  }
  
  Voltage = sms_sts.ReadVoltage(1);   // 获得电压反馈
  if(Voltage!=-1){
	Serial.print("Servo Voltage:");
    Serial.println(Voltage, DEC);
    delay(10);
  }else{
    Serial.println("read Voltage err");
    delay(500);
  }
  
  Temper = sms_sts.ReadTemper(1);   // 获得温度反馈
  if(Temper!=-1){
    Serial.print("Servo temperature:");
    Serial.println(Temper, DEC);
    delay(10);
  }else{
    Serial.println("read temperature err");
    delay(500);    
  }

  Speed = sms_sts.ReadSpeed(1);   // 获得速度反馈
  if(Speed!=-1){
    Serial.print("Servo Speed:");
    Serial.println(Speed, DEC);
    delay(10);
  }else{
    Serial.println("read Speed err");
    delay(500);    
  }
  
  Load = sms_sts.ReadLoad(1);   // 获得负载反馈
  if(Load!=-1){
    Serial.print("Servo Load:");
    Serial.println(Load, DEC);
    delay(10);
  }else{
    Serial.println("read Load err");
    delay(500);    
  }
  
  Current = sms_sts.ReadCurrent(1);   // 获得电流反馈
  if(Current!=-1){
    Serial.print("Servo Current:");
    Serial.println(Current, DEC);
    delay(10);
  }else{
    Serial.println("read Current err");
    delay(500);    
  }

  Move = sms_sts.ReadMove(1);   // 获得运动状态反馈
  if(Move!=-1){
    Serial.print("Servo Move:");
    Serial.println(Move, DEC);
    delay(10);
  }else{
    Serial.println("read Move err");
    delay(500);    
  }
  Serial.println();
}

    资料

    3D模型

    2D图纸

    文档

    程序

    软件

    开源结构

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    价格：
    ￥109
    型号：
    ST3215-HS-Servo-Motor
    制造商：
    斑梨电子
    SKU：
    0210023

    UART串行总线舵机ST3215-HS高转速20KG.CM 360°磁编码器大扭矩

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