Arduino 伺服电机

伺服电机是一种有输出轴的小型设备。通过向伺服发送编码信号,可以将该轴定位到特定的角度位置。只要编码信号存在于输入线上,伺服将保持轴的角位置。如果编码信号改变,则轴的角位置改变。实际上,伺服用于无线电控制的飞机中来定位控制面,如升降舵和方向舵。它们还用于无线电控制的汽车,木偶,当然还有机器人。


Arduino 伺服电机

伺服在机器人中非常有用。电机体积小,内置控制电路,相对于它们尺寸来说非常强大。标准伺服如Futaba S-148具有42盎司/英寸的扭矩,这对于其尺寸来说是坚固的。它还吸取与机械负载成比例的功率。因此,轻负载伺服不会消耗太多能量。

伺服电机的内胆如下图所示。你可以看到控制电路,电机,一组齿轮和外壳。还可以看到连接到外部的3根电线。一个是接电源(+5伏),一个接地,而白线是控制线。

Arduino 伺服电机

伺服电机的工作

伺服电机有一些控制电路和一个连接到输出轴上的电位器(一个可变电阻,也称为电位器)。在上图中,电位器可以在电路板的右侧看到。该电位器允许控制电路监视伺服电机的当前角度。

如果轴处于正确的角度,则电机关闭。如果电路发现角度不正确,则会转动电机直到处于所需的角度。伺服的输出轴能够在180度左右的地方移动。通常情况下,它是在210度范围内的某个地方,然而,这取决于制造商。正常伺服用于控制0至180度的角运动。由于主输出齿轮上的机械止动装置,机械上它无法转动更远。

施加到电机上的功率与其需要行进的距离成比例。因此,如果轴需要转动较大的距离,电机将以全速运转。如果只需要少量转动,电机将以较低的速度运转。这称为比例控制

如何沟通伺服应该转动的角度?

控制线用于传达角度。该角度由施加到控制线的脉冲持续时间确定。这称为脉冲编码调制伺服期望每20毫秒(0.02秒)看到一个脉冲。脉冲的长度将决定电机转动的距离。例如,1.5毫秒脉冲将使电机转到90度位置(通常称为中性位置)。如果脉冲短于1.5毫秒,则电机将轴转到更接近0度。如果脉冲长于1.5毫秒,则轴转接近180度。

Arduino 伺服电机

必需的组件

你将需要以下组件:

  • 1 × Arduino UNO板
  • 1 × 伺服电机
  • 1 × ULN2003驱动IC
  • 1 × 10KΩ电阻

程序

按照电路图进行连接,如下图所示。

Arduino 伺服电机

草图

在计算机上打开Arduino IDE软件。使用Arduino语言进行编码控制你的电路。通过单击“New”打开一个新的草图文件。

Arduino 伺服电机

Arduino代码

/* 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);


  }

代码说明

伺服电机有三个端子:电源,接地和信号。电源线通常为红色,应连接到Arduino上的5V引脚。接地线通常为黑色或棕色,应连接到ULN2003 IC(10-16)的一个端子。为了保护你的Arduino板免受损坏,你将需要一些驱动IC来处理这些。这里我们使用ULN2003 IC来驱动伺服电机。信号引脚通常为黄色或橙色,应连接到Arduino引脚9。

连接电位器

分压器是串联电路中的电阻器,其将输出电压缩放到施加的输入电压的特定比例。下面是电路图:

Arduino 伺服电机

Arduino 伺服电机

Vout是输出电位,取决于施加的输入电压(Vin)和电阻(R1R2这意味着流过R1的电流也将流过R2而不被分流。在上述等式中,随着R的值改变,Vout相对于输入电压Vin而缩放。

通常,电位器是一个分压器,它可以根据可变电阻的值而使用旋钮来缩放电路的输出电压。它有三个引脚:GND,Signal和+5V,如下图所示:

Arduino 伺服电机

结果

通过更改电位器的NOP位置,伺服电机将改变其角度。