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【U002】如何驱动模拟舵机
作者：机器谱
Arduino |
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° |
| 资料清单 | |
序号 | 内容 |
| 1 | 模组3D文件 |
| 2 | 程序代码 |
| 点击打包下载 | |
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.资料下载
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：
