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U002如何驱动模拟舵机

作者:机器谱

图文展示3264(1)(1)

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

1.0ms45度
1.5ms90度
2.0ms135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

280ma0.17sec/60°3.5kg·cm1.3A7ma

180°

6v

360ma0.14sec/60°4.2kg·cm1.5A7ma

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

SH-SR舵机扩展板


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

  版权说明:Copyright 2023 Robottime(Beijing) Technology Co., Ltd. All Rights Reserved.

           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;

  }

 


}

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

  版权说明:Copyright 2023 Robottime(Beijing) Technology Co., Ltd. All Rights Reserved.

           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:

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。

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:

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
【整体打包】-【U002】如何驱动模拟舵机-Controller 1.0b-资料附件.zip
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