舵機(jī)是什么？

伺服電機(jī)通常被稱為舵機(jī)，它是一種帶有輸出軸的小裝置。當(dāng)我們向伺服器發(fā)送一個(gè)控制信號(hào)時(shí)，輸出軸就可以轉(zhuǎn)到特定的位置。只要控制信號(hào)持續(xù)不變，伺服機(jī)構(gòu)就會(huì)保持軸的角度位置不改變。如果控制信號(hào)發(fā)生變化，輸出軸的位置也會(huì)相應(yīng)發(fā)生變化。日常生活中，舵機(jī)常被用于遙控飛機(jī)、遙控汽車、機(jī)器人等領(lǐng)域。

舵機(jī)在機(jī)器人領(lǐng)域非常有用。因?yàn)槎鏅C(jī)有內(nèi)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(biāo)準(zhǔn)舵機(jī)能提供 0.3牛/米的扭矩，相對(duì)于它的外形大小來(lái)說(shuō)這已經(jīng)足夠強(qiáng)大了。同時(shí)，舵機(jī)消耗的能量與機(jī)械負(fù)荷成正比。因此，一個(gè)輕載的舵機(jī)系統(tǒng)不會(huì)消耗太多的能量。

舵機(jī)的內(nèi)部結(jié)構(gòu)

舵機(jī)的內(nèi)部結(jié)構(gòu)如上圖所示。你可以看到控制電路，馬達(dá)，一組齒輪和外殼。

當(dāng)然還包括電源線（+5V，紅色），地線（GND黑色）和PWM控制線（黃色或白色）。

舵機(jī)的工作原理

舵機(jī)內(nèi)部的控制電路，電位計(jì)（可變電阻器）和電機(jī)均被連接到電路板上，如內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖的右邊部分。控制電路通過(guò)電位計(jì)可監(jiān)控舵機(jī)的當(dāng)前角度。

如果軸的位置與控制信號(hào)相符，那么電機(jī)就會(huì)關(guān)閉。如果控制電路發(fā)現(xiàn)這個(gè)角度不正確，它就會(huì)控制馬達(dá)轉(zhuǎn)動(dòng)，直到它達(dá)到指定的角度。舵機(jī)角度根據(jù)制造商的不同而有所不同。比如，一個(gè)180度的舵機(jī)，它可以在0度至180度之間運(yùn)動(dòng)。由于限位裝置被安裝在主輸出裝置上，超出這個(gè)范圍機(jī)械結(jié)構(gòu)就不能再轉(zhuǎn)動(dòng)了。

舵機(jī)的輸出功率與它所需要轉(zhuǎn)動(dòng)的距離成正比。如果輸出軸需要轉(zhuǎn)動(dòng)很長(zhǎng)的距離，馬達(dá)就會(huì)全速運(yùn)轉(zhuǎn)，如果它只需要短距離轉(zhuǎn)動(dòng)，馬達(dá)就會(huì)以較慢的速度運(yùn)行，這叫做速度比例控制。

如何讓舵機(jī)轉(zhuǎn)到指定角度？

控制線用于傳輸角度控制信號(hào)。這個(gè)角度是由控制信號(hào)脈沖的持續(xù)時(shí)間決定的，這叫做脈沖編碼調(diào)制（PCM）。舵機(jī)的控制一般需要一個(gè)20ms左右的時(shí)基脈沖，該脈沖的高電平部分一般為0.5ms-2.5ms范圍，總間隔為2ms。脈沖的寬度將決定馬達(dá)轉(zhuǎn)動(dòng)的距離。例如：1.5毫秒的脈沖，電機(jī)將轉(zhuǎn)向90度的位置（通常稱為中立位置，對(duì)于180°舵機(jī)來(lái)說(shuō)，就是90°位置）。如果脈沖寬度小于1.5毫秒，那么電機(jī)軸向朝向0度方向。如果脈沖寬度大于1.5毫秒，軸向就朝向180度方向。以180度舵機(jī)為例，對(duì)應(yīng)的控制關(guān)系是這樣的：

0.5ms————-0度；

1.0ms————45度；

1.5ms————90度；

2.0ms———–135度；

2.5ms———–180度；

用Arduino UNO 控制舵機(jī)

測(cè)試的硬件條件：
• 1 × Arduino UNO.
• 1 × 舵機(jī).
• 1 × ULN2003 驅(qū)動(dòng)IC（用于防止直接通過(guò)Arduino驅(qū)動(dòng)舵機(jī)造成問(wèn)題.）
• 1 × 10 KΩ 電阻.
按照下圖所示進(jìn)行連接，如圖所示：

打開Arduino IDE，新建一個(gè)文件。

/* 使用可變電位計(jì)控制舵機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng) */
#include
Servo myservo; // 創(chuàng)建一個(gè) servo object
int potpin = 0; // analog pin 用來(lái)連接電位計(jì)
int val; // val存儲(chǔ)analog pin的值
void setup() {
myservo.attach(9); // 連接舵機(jī)控制信號(hào)（黃或白）至 pin 9
}
void loop() {
val = analogRead(potpin);
// 讀出可變電位計(jì)的值 (范圍 0 - 1023)
val = map(val, 0, 1023, 0, 180);
// 按舵機(jī)角度進(jìn)行設(shè)置 (范圍 0 - 180)
myservo.write(val); //根據(jù)val值設(shè)置舵機(jī)位置
delay(15);
}

連線注意：舵機(jī)有三個(gè)引腳（電源、GND和信號(hào)）。電源線通常是紅色的，應(yīng)該連接到Arduino控制板上的5V針腳；GND地線通常是黑色或棕色的，應(yīng)該連接到ULN2003 IC上10-16針的任意一個(gè)；信號(hào)線通常是黃色或白色的，應(yīng)該連接到Arduino 9號(hào)引腳。

可變電位計(jì)

可變電位計(jì)是一個(gè)分壓器，它可以根據(jù)可變電阻的值來(lái)調(diào)整電路的輸出電壓，電阻是通過(guò)旋鈕來(lái)控制的。它有三個(gè)引腳：GND，信號(hào)， +5 V，如下圖所示

以上工作就緒并上傳代碼后，正常情況下當(dāng)我們旋轉(zhuǎn)可變電位計(jì)，舵機(jī)將對(duì)應(yīng)改變其角度位置。