Arduino - 舵机

Arduino - 控制舵机

一个业余舵机是一个紧凑的设备，包含直流电机、齿轮、位置反馈电位器和控制电子设备。它允许您高精度地控制其输出轴的角位置。舵机是机器人技术、无线电遥控模型和电动玩具中的基本组件。

舵机主要有两种类型：标准（位置）舵机，它们在有限范围内旋转（通常是 0-180 度）；以及连续旋转舵机，它们被修改为像普通电机一样连续旋转，但易于进行速度和方向控制。

舵机工作原理：脉冲宽度调制 (PWM)

舵机的位置不是通过稳定电压设定的，而是通过发送到其信号线上的重复电脉冲的持续时间（宽度）来设定的。这种控制方法称为脉冲宽度调制（PWM）。舵机期望每 20 毫秒接收一个脉冲（频率为 50 Hz）。

持续约 **1 毫秒（1000 µs）**的脉冲通常对应于 0 度位置。
持续约 **1.5 毫秒（1500 µs）**的脉冲对应于 90 度（中间）位置。
持续约 **2 毫秒（2000 µs）**的脉冲对应于 180 度位置。

Arduino 的 Servo.h 库会为您处理这些精确脉冲的生成，使控制变得非常简单。

所需组件

1 × Arduino 开发板（例如 UNO、Nano、MKR）
1 × 标准业余舵机（例如 SG90、MG996R）
1 × 10kΩ 电位器
跳线
**（推荐）**一个外部 5V-6V 电源（例如，一个 4 节 AA 电池组或一个 5V/2A 壁式适配器）

电路和连接

⚠️ 关于电源的重要说明： 舵机可能会消耗大量电流，尤其是在负载下。直接从 Arduino 的 5V 引脚为舵机供电可能会导致 Arduino 重置或变得不稳定。虽然对于单个、小型舵机（如空载的 SG90）可能有效，但最佳实践是从单独的外部电源为舵机供电。

使用 `Servo.h` 库

Servo 库将控制简化为几个关键函数：

#include <Servo.h>：将库包含到您的草图中。
Servo myServo;：创建一个舵机对象。
myServo.attach(pin)：将舵机对象与 Arduino 上的物理引脚关联。这必须是一个 PWM 引脚。
myServo.write(angle)：命令舵机移动到特定角度，从 0 到 180。
myServo.writeMicroseconds(us)：通过直接以微秒为单位指定脉冲宽度（例如，1000 到 2000）来提供更精细的控制。
myServo.detach()：停止向舵机发送脉冲，使其可以自由移动并节省电源。

代码：电位器控制舵机

/*
  使用电位器控制舵机 - 现代化

  此草图读取电位器的模拟值并用它来控制舵机的位置。

  - 电位器连接到引脚 A0
  - 舵机信号线连接到引脚 9
  - 舵机由外部 5V 电源供电，并与 Arduino 共地
*/

#include <Servo.h>

// 创建一个舵机对象来控制舵机
Servo myServo;

// 定义引脚常量以提高可读性
const int potPin = A0;
const int servoPin = 9;

void setup() {
  // 将引脚 9 上的舵机连接到舵机对象
  myServo.attach(servoPin);

  Serial.begin(9600);
  Serial.println("舵机控制已初始化。请转动电位器。");
}

void loop() {
  // 读取电位器的原始值（0 到 1023）
  int potValue = analogRead(potPin);

  // 将电位器的范围（0-1023）缩放到舵机的角度范围（0-180）
  int servoAngle = map(potValue, 0, 1023, 0, 180);

  // 根据缩放值设置舵机位置
  myServo.write(servoAngle);

  // 将角度打印到串口监视器进行调试
  Serial.print("Potentiometer Value: ");
  Serial.print(potValue);
  Serial.print(", Servo Angle: ");
  Serial.println(servoAngle);

  // 短暂延迟以允许舵机到达其位置
  delay(15);
}

常见问题与调试

舵机抽搐、抖动或重置 Arduino：这几乎总是电源问题。舵机正在从 Arduino 的稳压器汲取过多电流。请使用合适的外部电源。
舵机无法转动完整的 180 度：Servo 库中的默认脉冲宽度范围（通常为 544µs 到 2400µs）可能与您特定舵机的物理限制不匹配。您可以通过使用 myServo.writeMicroseconds() 来校准它，以找到对应您舵机 0 度和 180 度的精确脉冲宽度。
analogWrite() 在某些引脚上停止工作：在某些 Arduino 开发板（如 UNO）上，连接舵机会禁用引脚 9 和 10 上的 PWM（analogWrite()）。这是由于内部定时器冲突造成的。在设计涉及多个舵机和 PWM 输出的项目时请注意这一点。

项目构思：一个简单的机械臂

既然您现在可以控制一个舵机，下一步就是控制多个舵机。一个很棒的小项目是构建一个简单的 2 轴或 3 轴机械臂。您可以为每个舵机（例如，底部、肩部、肘部）使用一个电位器来独立控制每个关节。这会教您如何管理多个舵机，并且是对机器人技术的一个极好的介绍。