【雕爷学编程】Arduino动手做（167）---MG996R金属齿轮舵机

37款传感器与模块的提法，在网络上广泛流传，其实Arduino能够兼容的传感器模块肯定是不止37种的。鉴于本人手头积累了一些传感器和执行器模块，依照实践出真知（一定要动手做）的理念，以学习和交流为目的，这里准备逐一动手试试多做实验，不管成功与否，都会记录下来——小小的进步或是搞不掂的问题，希望能够抛砖引玉。

【Arduino】168种传感器模块系列实验（资料代码+仿真编程+图形编程）
实验一百六十七：180度单轴舵机 MG996R伺服电机 13KG智能小车机器人机械手臂DIY云台配件

知识点：舵机是什么？

伺服电机通常被称为舵机，它是一种带有输出轴的小装置。当我们向伺服器发送一个控制信号时，输出轴就可以转到特定的位置。只要控制信号持续不变，伺服机构就会保持轴的角度位置不改变。如果控制信号发生变化，输出轴的位置也会相应发生变化。

 

舵机是一种位置伺服的驱动器，主要是由外壳、电路板、无核心马达、齿轮与位置检测器所构成。其工作原理是由接收机或者单片机发出信号给舵机，其内部有一个基准电路，产生周期为20ms，宽度为1.5ms 的基准信号，将获得的直流偏置电压与电位器的电压比较，获得电压差输出。经由电路板上的IC 判断转动方向，再驱动无核心马达开始转动，透过减速齿轮将动力传至摆臂，同时由位置检测器送回信号，判断是否已经到达定位。适用于那些需要角度不断变化并可以保持的控制系统。当电机转速一定时，通过级联减速齿轮带动电位器旋转，使得电压差为0，电机停止转动。一般舵机旋转的角度范围是0 度到180 度。

 

日常生活中，舵机常被用于遥控飞机、遥控汽车、机器人等领域。舵机在机器人领域非常有用。因为舵机有内置的控制电路，它们的尺寸虽然很小，但输出力够大。像Futaba S-148这样的标准舵机能提供 0.3牛/米的扭矩，相对于它的外形大小来说这已经足够强大了。同时，舵机消耗的能量与机械负荷成正比。因此，一个轻载的舵机系统不会消耗太多的能量。

 

工作原理
舵机安装了一个电位器（或其它角度传感器）检测输出轴转动角度，控制板根据电位器的信息能比较精确的控制和保持输出轴的角度。这样的直流电机控制方式叫闭环控制，所以舵机更准确的说是伺服马达，英文 servo.舵机组成： 舵盘、 减速齿轮、 位置反馈电位计、直流电机、 控制电路板等。控制电路板接受来自信号线的控制信号，控制电机转动，电机带动一系列齿轮组，减速后传动至输出舵盘。舵机的输出轴和位置反馈电位计是相连的，舵盘　转动的同时，带动位置反馈电位计，电位计将输出一个电压信号到控制电路板，进行反馈，然后控制电路板根据所在位置决定电机转动的方向和速度，从而达到目标停止。其工作流程为：控制信号→控制电路板→电机转动→齿轮组减速→舵盘转动→位置反馈电位计→控制电路板反馈。

 

机的闭环检测机制
关于舵机的精准位置控制，存在以下如下图的闭环控制机制。即：位置检测器（角度传感器）是它的输入传感器，舵机转动的位置变化，位置检测器的电阻值就会跟着变化。通过控制电路读取该电阻值的大小，就能根据阻值适当调整电机的速度和方向，使电机向指定角度旋转。从而实现了舵机的精确转动的控制。

 

舵机的控制信号
为周期是20ms的脉宽调制（PWM）信号，其中脉冲宽度从0.5ms-2.5ms，相对应舵盘的位置为0－180度，呈线性变化。也就是说，给它提供一定的脉宽，它的输出轴就会保持在一个相对应的角度上，无论外界转矩怎样改变，直到给它提供一个另外宽度的脉冲信号，它才会改变输出角度到新的对应的位置上。舵机内部有一个基准电路，产生周期20ms，宽度1.5ms的基准信号，有一个比较器，将外加信号与基准信号相比较，判断出方向和大小，从而产生电机的转动信号。由此可见，舵机是一种位置伺服的驱动器，转动范围不能超过180度，适用于那些需要角度不断变化并可以保持的驱动当中。比方说机器人的关节、飞机的舵面等。

Arduino实验接线示意图

【Arduino】168种传感器模块系列实验（资料代码+仿真编程+图形编程）

实验一百六十七：180度单轴舵机 MG996R伺服电机 13KG智能小车机器人机械手臂DIY云台配件

项目：简单控制舵机MG966R

Arduino实验开源代码

 

/*

 【Arduino】168种传感器模块系列实验（资料代码+仿真编程+图形编程）

  项目：简单控制舵机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实验场景图

 

代码的工作原理
第一步是包含所需的Arduino库。您还可以在“文件>示例>Servo”下找到此库。

 

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

接下来，您需要创建 Servo 类的新对象。在这种情况下，称舵机为“myservo”，但您也可以使用其他名称。请注意，您还必须在代码的其余部分中更改伺服器的名称。

// Create a new servo object:
Servo myservo;
之后，定义了伺服电机连接到哪个 Arduino 引脚。

// Define the servo pin:
#define servoPin 9

该语句用于为常量值命名。编译器将在编译程序时将用定义的值替换对此常量的任何引用。所以在你提到的任何地方，编译器都会在编译程序时用值 9 替换它。

#define
servoPin

该变量用于存储伺服器的当前位置（以度为单位）。
angle

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

在代码的设置部分，我们将创建的伺服对象链接到将控制舵机的引脚。该函数还具有两个可选参数，

attach()

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

控制角度/位置：

在循环的第一部分中，我们只需告诉伺服电机使用该功能移动到特定角度。请注意，命令之间需要延迟，以便伺服电机有时间移动到设定位置。

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：

在代码的最后一部分，我使用了两个[for循环]来回扫动伺服电机。如果要控制伺服电机的速度，这段代码也很有用。通过更改 for 循环末尾的延迟值，可以调整伺服臂的速度。

// 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 伺服库通过在函数中指定两个可选参数，可以非常轻松地调整伺服电机的最小和最大角度。在此函数中，第一个参数是伺服器所连接的引脚编号。第二个参数是脉冲宽度，以微秒 （μs） 为单位，对应于伺服电机的最小（0 度）角度。第三个参数是脉冲宽度，以微秒为单位，对应于伺服电机的最大（180 度）角度。

attach()

默认情况下，最小和最大脉冲宽度设置为 544 和 2400 微秒。这些值适用于最常见的舵机，但有时您必须稍微调整这些值。

我建议以小增量（10-20微秒）调整最小值和最大值，以避免损坏伺服器。如果伺服臂达到电机的物理极限，请增加最小值，并减小最大值。

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

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