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【U002】如何驱动模拟舵机
作者:机器谱
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:
【整体打包】-【U002】如何驱动模拟舵机-Arduino-资料附件.zip | 1.28MB | 下载32次 | 下载 |
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 |
【整体打包】-【U002】如何驱动模拟舵机-Controller 1.0b-资料附件.zip | 66.94MB | 下载6次 | 下载 |