【雕爺學編程】Arduino動手做（167）---MG996R金屬齒輪舵機

37款傳感器與模塊的提法，在網絡上廣泛流傳，其實Arduino能夠兼容的傳感器模塊肯定是不止37種的。鑑於本人手頭積累了一些傳感器和執行器模塊，依照實踐出真知（一定要動手做）的理念，以學習和交流爲目的，這裏準備逐一動手試試多做實驗，不管成功與否，都會記錄下來——小小的進步或是搞不掂的問題，希望能夠拋磚引玉。

【Arduino】168種傳感器模塊系列實驗（資料代碼+仿真編程+圖形編程）
實驗一百六十七：180度單軸舵機 MG996R伺服電機 13KG智能小車機器人機械手臂DIY雲臺配件

知識點：舵機是什麼？

伺服電機通常被稱爲舵機，它是一種帶有輸出軸的小裝置。當我們向伺服器發送一個控制信號時，輸出軸就可以轉到特定的位置。只要控制信號持續不變，伺服機構就會保持軸的角度位置不改變。如果控制信號發生變化，輸出軸的位置也會相應發生變化。

 

舵機是一種位置伺服的驅動器，主要是由外殼、電路板、無核心馬達、齒輪與位置檢測器所構成。其工作原理是由接收機或者單片機發出信號給舵機，其內部有一個基準電路，產生週期爲20ms，寬度爲1.5ms 的基準信號，將獲得的直流偏置電壓與電位器的電壓比較，獲得電壓差輸出。經由電路板上的IC 判斷轉動方向，再驅動無核心馬達開始轉動，透過減速齒輪將動力傳至擺臂，同時由位置檢測器送回信號，判斷是否已經到達定位。適用於那些需要角度不斷變化並可以保持的控制系統。當電機轉速一定時，通過級聯減速齒輪帶動電位器旋轉，使得電壓差爲0，電機停止轉動。一般舵機旋轉的角度範圍是0 度到180 度。

 

日常生活中，舵機常被用於遙控飛機、遙控汽車、機器人等領域。舵機在機器人領域非常有用。因爲舵機有內置的控制電路，它們的尺寸雖然很小，但輸出力夠大。像Futaba S-148這樣的標準舵機能提供 0.3牛/米的扭矩，相對於它的外形大小來說這已經足夠強大了。同時，舵機消耗的能量與機械負荷成正比。因此，一個輕載的舵機系統不會消耗太多的能量。

 

工作原理
舵機安裝了一個電位器（或其它角度傳感器）檢測輸出軸轉動角度，控制板根據電位器的信息能比較精確的控制和保持輸出軸的角度。這樣的直流電機控制方式叫閉環控制，所以舵機更準確的說是伺服馬達，英文 servo.舵機組成： 舵盤、 減速齒輪、 位置反饋電位計、直流電機、 控制電路板等。控制電路板接受來自信號線的控制信號，控制電機轉動，電機帶動一系列齒輪組，減速後傳動至輸出舵盤。舵機的輸出軸和位置反饋電位計是相連的，舵盤　轉動的同時，帶動位置反饋電位計，電位計將輸出一個電壓信號到控制電路板，進行反饋，然後控制電路板根據所在位置決定電機轉動的方向和速度，從而達到目標停止。其工作流程爲：控制信號→控制電路板→電機轉動→齒輪組減速→舵盤轉動→位置反饋電位計→控制電路板反饋。

 

機的閉環檢測機制
關於舵機的精準位置控制，存在以下如下圖的閉環控制機制。即：位置檢測器（角度傳感器）是它的輸入傳感器，舵機轉動的位置變化，位置檢測器的電阻值就會跟着變化。通過控制電路讀取該電阻值的大小，就能根據阻值適當調整電機的速度和方向，使電機向指定角度旋轉。從而實現了舵機的精確轉動的控制。

 

舵機的控制信號
爲週期是20ms的脈寬調製（PWM）信號，其中脈衝寬度從0.5ms-2.5ms，相對應舵盤的位置爲0－180度，呈線性變化。也就是說，給它提供一定的脈寬，它的輸出軸就會保持在一個相對應的角度上，無論外界轉矩怎樣改變，直到給它提供一個另外寬度的脈衝信號，它纔會改變輸出角度到新的對應的位置上。舵機內部有一個基準電路，產生週期20ms，寬度1.5ms的基準信號，有一個比較器，將外加信號與基準信號相比較，判斷出方向和大小，從而產生電機的轉動信號。由此可見，舵機是一種位置伺服的驅動器，轉動範圍不能超過180度，適用於那些需要角度不斷變化並可以保持的驅動當中。比方說機器人的關節、飛機的舵面等。

Arduino實驗接線示意圖

【Arduino】168種傳感器模塊系列實驗（資料代碼+仿真編程+圖形編程）

實驗一百六十七：180度單軸舵機 MG996R伺服電機 13KG智能小車機器人機械手臂DIY雲臺配件

項目：簡單控制舵機MG966R

Arduino實驗開源代碼

 

/*

 【Arduino】168種傳感器模塊系列實驗（資料代碼+仿真編程+圖形編程）

  項目：簡單控制舵機MG966R

*/

#include <Servo.h>

Servo myservo;  // create servo object to control a servo

void setup() {

  myservo.attach(9, 600, 2300);  // (pin, min, max)

}

void loop() {

  myservo.write(0);  // tell servo to go to a particular angle

  delay(500);

  myservo.write(90);

  delay(500);

  myservo.write(180);

  delay(500);

  myservo.write(90);

  delay(500);

}

　　Arduino實驗場景圖

 

代碼的工作原理
第一步是包含所需的Arduino庫。您還可以在“文件>示例>Servo”下找到此庫。

 

// Include the servo library:
#include <Servo.h>

接下來，您需要創建 Servo 類的新對象。在這種情況下，稱舵機爲“myservo”，但您也可以使用其他名稱。請注意，您還必須在代碼的其餘部分中更改伺服器的名稱。

// Create a new servo object:
Servo myservo;
之後，定義了伺服電機連接到哪個 Arduino 引腳。

// Define the servo pin:
#define servoPin 9

該語句用於爲常量值命名。編譯器將在編譯程序時將用定義的值替換對此常量的任何引用。所以在你提到的任何地方，編譯器都會在編譯程序時用值 9 替換它。

#define
servoPin

該變量用於存儲伺服器的當前位置（以度爲單位）。
angle

// Create a variable to store the servo position:
int angle = 0;

在代碼的設置部分，我們將創建的伺服對象鏈接到將控制舵機的引腳。該函數還具有兩個可選參數，

attach()

void setup() {
// Attach the Servo variable to a pin:
myservo.attach(servoPin);
}

控制角度/位置：

在循環的第一部分中，我們只需告訴伺服電機使用該功能移動到特定角度。請注意，命令之間需要延遲，以便伺服電機有時間移動到設定位置。

write()

// Tell the servo to go to a particular angle:
myservo.write(90);
delay(1000);
myservo.write(180);
delay(1000);
myservo.write(0);
delay(1000);

控制速度：

在代碼的最後一部分，我使用了兩個[for循環]來回掃動伺服電機。如果要控制伺服電機的速度，這段代碼也很有用。通過更改 for 循環末尾的延遲值，可以調整伺服臂的速度。

// Sweep from 0 to 180 degrees:
for (angle = 0; angle <= 180; angle += 1) {
myservo.write(angle);
delay(15);
}
// And back from 180 to 0 degrees:
for (angle = 180; angle >= 0; angle -= 1) {
myservo.write(angle);
delay(30);
}

Arduino 伺服庫通過在函數中指定兩個可選參數，可以非常輕鬆地調整伺服電機的最小和最大角度。在此函數中，第一個參數是伺服器所連接的引腳編號。第二個參數是脈衝寬度，以微秒 （μs） 爲單位，對應於伺服電機的最小（0 度）角度。第三個參數是脈衝寬度，以微秒爲單位，對應於伺服電機的最大（180 度）角度。

attach()

默認情況下，最小和最大脈衝寬度設置爲 544 和 2400 微秒。這些值適用於最常見的舵機，但有時您必須稍微調整這些值。

我建議以小增量（10-20微秒）調整最小值和最大值，以避免損壞伺服器。如果伺服臂達到電機的物理極限，請增加最小值，並減小最大值。

#define servoPin 9
int min = 480;
int max = 2500;
Servo myservo;

void setup() {
myservo.attach(servoPin, min, max);
}