Arduino控制舵机原理：PWM信号怎么让舵机转到指定角度

控制舵机的核心原理, 用现在的话来说, 就是用一条PWM信号去告诉舵机, 在当下这一刻, 你需要转到一个什么样的角度位置。因为舵机设备的内部带有解码电路, 这种电路是靠读取脉宽的方式从而来判定目标位置的。

这就是整个控制环节里最关键的那一部分。当你真正理解了这一点之后, 后续所有的连接线路操作、编写代码工作以及排查各类故障现象这些事儿, 就都有了最根本的依托和基础依据。

PWM脉宽如何决定转角

舵机接收的信号是一种方波, 这个方波的周期长度是20毫秒。在这个总共持续20毫秒的周期里面, 高电平状态保持的时间有多长, 也就是所谓的脉宽, 会直接决定舵机转动的快慢程度, 并且还会控制它向哪一个方向去转动。

将脉宽设置为五百微秒, 结果对应的是零度。

将脉宽设置为1500μs, 使其对应于90度, 也就是位于中间位置的状态。

将脉宽设置为2500μs, 那么对应的相角就变成了180°。

舵机内部的芯片在每个周期都会去比较当前接收到的脉冲宽度和目标脉冲宽度。通过这个比较操作, 驱动内部的小型电机来带动齿轮组朝着目标方向进行微调。直到两者之间的偏差小到足够的程度, 才会停止动作。, 舵机能够卡在某个角度上, 依靠的不是编码器, 而是基于脉宽的闭环控制机制。

一个新手最常碰到的情况

在进行机械臂项目或者是云台项目的时候, 很多使用者会发现一通电的那一瞬间,舵机就会抖动两下伟创动力舵机, 随后才会趋于稳定。出现这种情况的原因在于, 刚上电的那一下, 舵机并不知道自己具体的位置在哪里, 在最初的几个周期内, 脉宽信号和实际物理位置之间的偏差比较大, 从而导致了短时间的抖动现象。

推荐的解决办法是,在初始化的阶段先发送一个宽度为1500微秒的中位脉冲伟创动力, 并且让这个状态保持接近200毫秒的时间, 以此让舵机自动归中, 然后再发送需要到达的目标角度数值, 这样抖动的问题就会被消除。

一句话记住核心

用 来控制舵机的时候, 它做的事情的本源是什么, 说白了就是用时间的长短来给位置做一个编码, 这里头根本就不是在对什么电流大小进行控制, 当然也不是在对手里握着的什么电压高低进行控制, 真正被拿来做控制的, 是那个信号的脉宽到底有多长, 大家所说的舵机其实就是一种角度伺服类型的装置, 你所发出的指令是关于位置的, 它就会自己想办法运行到规定的位置上去, 这一点和什么步进电机、包括直流电机之间相比, 存在着非常根本的、本质上的不同之处。

动手时的三条建议

1. 接线的具体做法是什么呢? 需要把信号线接到支持PWM的数字端口上。VCC电源线则应该按照舵机本身的规格要求, 接成5伏或者是4.5伏的电压。GND地线做到共地处理。

2. 当对精度的要求比较显著的时候, 使用()函数来直接写入脉宽数据, 这种做法会比调用write(角度)方式更加具有可控性。

3. 大扭矩舵机的峰值电流可以达到2A, 所以使用独立的电源来为其供电, 仅将信号线连接至主控板即可, 千万不要直接使用主控板上的5V电压进行供电, 否则容易烧坏器件。