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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: