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Arduino 伺服電機(jī)

2018-11-22 13:57 更新

伺服電機(jī)是一種有輸出軸的小型設(shè)備。通過(guò)向伺服發(fā)送編碼信號(hào)，可以將該軸定位到特定的角度位置。只要編碼信號(hào)存在于輸入線(xiàn)上，伺服將保持軸的角位置。如果編碼信號(hào)改變，則軸的角位置改變。實(shí)際上，伺服用于無(wú)線(xiàn)電控制的飛機(jī)中來(lái)定位控制面，如升降舵和方向舵。它們還用于無(wú)線(xiàn)電控制的汽車(chē)，木偶，當(dāng)然還有機(jī)器人。

伺服在機(jī)器人中非常有用。電機(jī)體積小，內(nèi)置控制電路，相對(duì)于它們尺寸來(lái)說(shuō)非常強(qiáng)大。標(biāo)準(zhǔn)伺服如Futaba S-148具有42盎司/英寸的扭矩，這對(duì)于其尺寸來(lái)說(shuō)是堅(jiān)固的。它還吸取與機(jī)械負(fù)載成比例的功率。因此，輕負(fù)載伺服不會(huì)消耗太多能量。

伺服電機(jī)的內(nèi)膽如下圖所示。你可以看到控制電路，電機(jī)，一組齒輪和外殼。你還可以看到連接到外部的3根電線(xiàn)。一個(gè)是接電源（+5伏），一個(gè)接地，而白線(xiàn)是控制線(xiàn)。

伺服電機(jī)的工作

伺服電機(jī)有一些控制電路和一個(gè)連接到輸出軸上的電位器（一個(gè)可變電阻，也稱(chēng)為電位器）。在上圖中，電位器可以在電路板的右側(cè)看到。該電位器允許控制電路監(jiān)視伺服電機(jī)的當(dāng)前角度。

如果軸處于正確的角度，則電機(jī)關(guān)閉。如果電路發(fā)現(xiàn)角度不正確，則會(huì)轉(zhuǎn)動(dòng)電機(jī)直到處于所需的角度。伺服的輸出軸能夠在180度左右的地方移動(dòng)。通常情況下，它是在210度范圍內(nèi)的某個(gè)地方，然而，這取決于制造商。正常伺服用于控制0至180度的角運(yùn)動(dòng)。由于主輸出齒輪上的機(jī)械止動(dòng)裝置，機(jī)械上它無(wú)法轉(zhuǎn)動(dòng)更遠(yuǎn)。

施加到電機(jī)上的功率與其需要行進(jìn)的距離成比例。因此，如果軸需要轉(zhuǎn)動(dòng)較大的距離，電機(jī)將以全速運(yùn)轉(zhuǎn)。如果只需要少量轉(zhuǎn)動(dòng)，電機(jī)將以較低的速度運(yùn)轉(zhuǎn)。這稱(chēng)為比例控制。

如何溝通伺服應(yīng)該轉(zhuǎn)動(dòng)的角度？

控制線(xiàn)用于傳達(dá)角度。該角度由施加到控制線(xiàn)的脈沖持續(xù)時(shí)間確定。這稱(chēng)為脈沖編碼調(diào)制。伺服期望每20毫秒（0.02秒）看到一個(gè)脈沖。脈沖的長(zhǎng)度將決定電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)的距離。例如，1.5毫秒脈沖將使電機(jī)轉(zhuǎn)到90度位置（通常稱(chēng)為中性位置）。如果脈沖短于1.5毫秒，則電機(jī)將軸轉(zhuǎn)到更接近0度。如果脈沖長(zhǎng)于1.5毫秒，則軸轉(zhuǎn)接近180度。

必需的組件

你將需要以下組件：

1 × Arduino UNO板
1 × 伺服電機(jī)
1 × ULN2003驅(qū)動(dòng)IC
1 × 10KΩ電阻

程序

按照電路圖進(jìn)行連接，如下圖所示。

草圖

在計(jì)算機(jī)上打開(kāi)Arduino IDE軟件。使用Arduino語(yǔ)言進(jìn)行編碼控制你的電路。通過(guò)單擊“New”打開(kāi)一個(gè)新的草圖文件。

Arduino代碼

/* Controlling a servo position using a potentiometer (variable resistor) */

#include <Servo.h>
   Servo myservo; // create servo object to control a servo
   int potpin = 0; // analog pin used to connect the potentiometer
   int val; // variable to read the value from the analog pin

void setup() {
   myservo.attach(9); // attaches the servo on pin 9 to the servo object
}

void loop() {
   val = analogRead(potpin);
   // reads the value of the potentiometer (value between 0 and 1023)
   val = map(val, 0, 1023, 0, 180);
   // scale it to use it with the servo (value between 0 and 180)
   myservo.write(val); // sets the servo position according to the scaled value
   delay(15);
}

代碼說(shuō)明

伺服電機(jī)有三個(gè)端子：電源，接地和信號(hào)。電源線(xiàn)通常為紅色，應(yīng)連接到Arduino上的5V引腳。接地線(xiàn)通常為黑色或棕色，應(yīng)連接到ULN2003 IC(10-16)的一個(gè)端子。為了保護(hù)你的Arduino板免受損壞，你將需要一些驅(qū)動(dòng)IC來(lái)處理這些。這里我們使用ULN2003 IC來(lái)驅(qū)動(dòng)伺服電機(jī)。信號(hào)引腳通常為黃色或橙色，應(yīng)連接到Arduino引腳9。