如何驱动模拟舵机

机器谱

【U002】如何驱动模拟舵机

作者：机器谱

图文展示3264(1)(1)

副标题

Arduino

Controller 1.0b

舵机常见的摆动行程有0°~180°，0°~270°，0°~360°（非连续旋转）等。

舵机由可变宽度的脉冲（PWM）通过舵机的控制电路来进行控制。

舵机的控制一般需要一个20ms左右的时基脉冲，其中有2.5ms是控制舵机角度的，在这2.5毫秒内分别对应了舵机的不同脉宽（表现的现象就是电压的大小）。该脉冲的高电平部分一般为0.5ms-2.5ms范围内的角度控制脉冲部分，总间隔为2ms。

舵机的基准信号一般都是周期为20ms，宽度为1.5ms的脉冲信号。这个基准信号定义的位置为舵机摆动行程的中间位置。如果舵机的行程为0°~180°，该信号定义的位置为90°。

当舵机接收到的脉冲宽度小于1.5ms时，输出轴会以中间位置为基准，逆时针旋转一定角度；当舵机接收到的脉冲宽度大于1.5ms时，输出轴会以中间位置为基准，顺时针旋转一定角度。

以180°摆动舵机为例，脉冲信号和舵机摆动角度的对应关系是这样的：

1.工作原理

舵机是制作机器人模型的常见部件，一般用来制作机械臂、多足仿生等模型。舵机是一种简化版的伺服电机，最早用于航模的制作，用于船模、机模的尾舵，所以称为“舵”机。舵机一般由直流电机、控制电路板、电位器、减速器（齿轮组）、外壳、紧固件等组成。“模拟舵机”是相对于“数字舵机”来讲的，二者的区别在于控制电路，一个采用模拟电路，一个采用数字电路。

2.电子硬件

在这个示例中，我们采用了以下硬件来驱动模拟舵机，请大家参考：

将模拟舵机接在舵机接口上，模拟舵机有3根线，分别是黑（GND）、红（VCC）、白（信号线）如下图是接在Bigfish2.1扩展板的D4舵机接口上。

需要注意的是，舵机线常见的配色方案还有黑（GND）+棕（VCC）+橙（信号线），以及深棕（GND）+橙（VCC）+黄（信号线）等，一般遵循从GND到信号线，颜色越来越浅的搭配。遇到不熟悉的配色，应及时阅读说明书或咨询商家。

3.编程实现

编程环境：Arduino 1.8.19

3.1直接运动（使用舵机库）（点击查看：Servo_Move.ino）

第一种方式为舵机直接转到相应的角度。如下所示，舵机先转到90度，之后等待一秒。随后舵机转到120度，等待一秒。

脉宽	舵机摆动角度
0.5ms	0度
1.0ms	45度
1.5ms	90度
2.0ms	135度
2.5ms	180度

主控板	Basra（兼容Arduino Uno）
扩展板	Bigfish2.1
电池	7.4V锂电池

工作电压	电流(空载)	空载转速	堵转扭矩	堵转电流	待机电流	旋转角度
4.8v	280ma	0.17sec/60°	3.5kg·cm	1.3A	7ma	180°
6v	360ma	0.14sec/60°	4.2kg·cm	1.5A	7ma	180°

序号	内容
1	模组3D文件
2	程序代码

Bigfish2.1扩展板上有6个舵机接口。

本文所用电机的图片及参数如下：

4.特殊情况

4.1 行程不是0°~180°的摆动舵机

Arduino现有的舵机库函数是按照0°~180°行程的舵机写的，参数90意味着中值，参数0和180意味着两侧行程的极限值。对于其他行程的舵机（如270°舵机），它的中值、两侧极限值，对应的参数依然是写作0、90、180，实际行程如下图所示：

4.2 圆周舵机（连续旋转）

圆周舵机是在摆动舵机的基础上，去掉了旋转电位器，不再能识别输出轴到达的角度位置，也去掉了限位，因此可以连续旋转。圆周舵机的控制方法与摆动的舵机完全一样，只是参数含义和输出效果有所不同。

对于圆周舵机来说，参数值不再对应角度值，而是对应转动速度。如：参数中值90=静止；参数0=顺时针最高速度；参数180=逆时针最高速度。

模拟舵机的中值参数一般是在90附近，实际中不同的舵机中值参数都会有些微的差异，需要以使用时的具体情况为准。在某些舵机上，中值参数甚至还会时常发生变化，这种影响在圆周舵机上尤其明显，因为如果没办法找到准确的中值位置，就无法让圆周舵机静止。这也算是圆周舵机的缺点之一。

5.资料清单

3.2 缓慢运动（使用舵机库）（点击查看：Servo_Move_Slowly.ino）

第二种方式为舵机缓慢转动到相应的角度。如下程序所示，舵机从60度缓慢运动到120度，再从120度缓慢运动回60度。

3.3直接运动（使用自定义函数）（点击查看：Servo_Move_Other.ino）

如果我们的arduino IDE软件中没有<Servo.h>库函数，我们还需要驱动舵机，我们可以自己编写舵机驱动函数。

如下程序所示：

Arduino

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Controller 1.0b软件的使用

1.支持平台

win10、win7

win10打开Controller 1.0.exe即可运行；win7需要先安装Controller1.0b资料包\NetFarmwork文件夹中的.net框架组件。

2.电子硬件

我们用以下硬件为例来讲解Controller 1.0b软件的使用：

主控板	Basra主控板（兼容Arduino Uno）
扩展板	Bigfish2.1扩展板
扩展板	SH-SR舵机扩展板

/*------------------------------------------------------------------------------------

Distributed under MIT license.See file LICENSE for detail or copy at

https://opensource.org/licenses/MIT

by 机器谱 2023-03-17 https://www.robotway.com/

------------------------------*/

#include <Tlc5940.h>

#include <tlc_servos.h>

#define ANGLE_VALUE_MIN 0

#define ANGLE_VALUE_MAX 180

#define PWM_VALUE_MIN 500

#define PWM_VALUE_MAX 2500

int data_array[2] = {0,0}; //servo_pin: data_array[0], servo_value: data_array[1];

String data = "";

boolean dataComplete = false;

void setup() {

Serial.begin(9600);

Tlc.init(0);

tlc_initServos();

delay(1000);

}

void loop() {

while(Serial.available())

{

int B_flag, P_flag, T_flag;

data = Serial.readStringUntil('\n');

data.trim();

for(int i=0;i<data.length();i++)

{

//Serial.println(data[i]);

switch(data[i])

{

case '#':

B_flag = i;

break;

case 'P':

{

String pin = "";

P_flag = i;

for(int i=B_flag+1;i<P_flag;i++)

{

pin+=data[i];

}

data_array[0] = pin.toInt();

}

break;

case 'T':

{

String angle = "";

T_flag = i;

for(int i=P_flag+1;i<T_flag;i++)

{

angle += data[i];

}

data_array[1] = angle.toInt();

}

break;

default: break;

}

Serial.println(B_flag);

Serial.println(P_flag);

Serial.println(T_flag);

for(int i=0;i<2;i++)

{

Serial.println(data_array[i]);

}

dataComplete = true;

}

if(dataComplete)

{

if(data_array[1] >= ANGLE_VALUE_MIN && data_array[1] <= ANGLE_VALUE_MAX)

{

tlc_setServo(data_array[0], data_array[1]);

}

else if(data_array[1] >= PWM_VALUE_MIN && data_array[1] <= PWM_VALUE_MAX)

{

data_array[1] = map(data_array[1], 500, 2500, 0, 180);

tlc_setServo(data_array[0], data_array[1]);

}

Tlc.update();

dataComplete = false;

}

/*------------------------------------------------------------------------------------

Distributed under MIT license.See file LICENSE for detail or copy at

https://opensource.org/licenses/MIT

by 机器谱 2023-03-17 https://www.robotway.com/

------------------------------*/

* Bigfish扩展板舵机口; 4, 7, 11, 3, 8, 12, 14, 15, 16, 17, 18, 19

* 使用软件调节舵机时请拖拽对应序号的控制块

#include <Servo.h>

#define ANGLE_VALUE_MIN 0

#define ANGLE_VALUE_MAX 180

#define PWM_VALUE_MIN 500

#define PWM_VALUE_MAX 2500

#define SERVO_NUM 12

Servo myServo[SERVO_NUM];

int data_array[2] = {0,0}; //servo_pin: data_array[0], servo_value: data_array[1];

int servo_port[SERVO_NUM] = {4, 7, 11, 3, 8, 12, 14, 15, 16, 17, 18, 19};

int servo_value[SERVO_NUM] = {};

String data = "";

boolean dataComplete = false;

void setup() {

Serial.begin(9600);

}

void loop() {

while(Serial.available())

{

int B_flag, P_flag, T_flag;

data = Serial.readStringUntil('\n');

data.trim();

for(int i=0;i<data.length();i++)

{

//Serial.println(data[i]);

switch(data[i])

{

case '#':

B_flag = i;

break;

case 'P':

{

String pin = "";

P_flag = i;

for(int i=B_flag+1;i<P_flag;i++)

{

pin+=data[i];

}

data_array[0] = pin.toInt();

}

break;

case 'T':

{

String angle = "";

T_flag = i;

for(int i=P_flag+1;i<T_flag;i++)

{

angle += data[i];

}

data_array[1] = angle.toInt();

servo_value[pin2index(data_array[0])] = data_array[1];

}

break;

default: break;

}

Serial.println(B_flag);

Serial.println(P_flag);

Serial.println(T_flag);

for(int i=0;i<2;i++)

{

Serial.println(data_array[i]);

}

dataComplete = true;

}

if(dataComplete)

{

for(int i=0;i<SERVO_NUM;i++)

{

ServoGo(i, servo_value[i]);

/*********************************串口查看输出***********************************/

// Serial.print(servo_value[i]);

// Serial.print(" ");

}

// Serial.println();

/*********************************++++++++++++***********************************/

dataComplete = false;

}

void ServoStart(int which){

if(!myServo[which].attached() && (servo_value[which] != 0))myServo[which].attach(servo_port[which]);

else return;

pinMode(servo_port[which], OUTPUT);

}

void ServoStop(int which){

myServo[which].detach();

digitalWrite(servo_port[which],LOW);

}

void ServoGo(int which , int where){

ServoStart(which);

if(where >= ANGLE_VALUE_MIN && where <= ANGLE_VALUE_MAX)

{

myServo[which].write(where);

}

else if(where >= PWM_VALUE_MIN && where <= PWM_VALUE_MAX)

{

myServo[which].writeMicroseconds(where);

}

int pin2index(int _pin){

int index;

switch(_pin)

{

case 4: index = 0; break;

case 7: index = 1; break;

case 11: index = 2; break;

case 3: index = 3; break;

case 8: index = 4; break;

case 12: index = 5; break;

case 14: index = 6; break;

case 15: index = 7; break;

case 16: index = 8; break;

case 17: index = 9; break;

case 18: index = 10; break;

case 19: index = 11; break;

}

return index;

}

3.操作步骤

上位机：Controller 1.0

下位机编程环境：Arduino 1.8.19

① 使用 SH-SR舵机扩展板调试舵机时，将Controller1.0b资料包\Arduino\servo\servo.ino下载到主控板；

使用 Bigfish扩展板调试舵机时，将Controller1.0b资料包\Arduino\servo_bigfish\servo_bigfish.ino下载到主控板。

下载完成后，保持主控板和电脑的USB连接，并打开主控板电源，以便利用上位机进行调试。

② 双击打开Controller 1.0.exe：

通识-【U002】如何驱动模拟舵机-Controller 1.0b软件的使用-图1

通识-【U002】如何驱动模拟舵机-Controller 1.0b软件的使用-图2

③ 界面左上角选择：

设置-面板设置，弹出需要显示的调试块，可通过勾选隐藏不需要调试的舵机块：联机-选择主控板对应端口号以及波特率。

通识-【U002】如何驱动模拟舵机-Controller 1.0b软件的使用-图3

通识-【U002】如何驱动模拟舵机-Controller 1.0b软件的使用-图4

通识-【U002】如何驱动模拟舵机-Controller 1.0b软件的使用-图5

④ 拖动进度条，可以观察相应的舵机角度转动。写好对应的舵机调试角度，勾选左下角添加-转化，获得舵机调试的数组：

通识-【U002】如何驱动模拟舵机-Controller 1.0b软件的使用-图6

⑤ 该数组可直接复制到相应的arduino软件的程序中进行使用。

使用Controller 1.0b软件调试舵机角度的实验案例可参考【R111】12自由度六足-原地舞蹈。

4.资料清单

序号	内容
1	Controller1.0b资料包

文件下载

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