舵机控制说明

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1、舵机的分类按照舵机的转动角度分有180度舵机和360度舵机。180度舵机只能在0度到180度之间运动，超过这个范围，舵机就会出现超量程的故障，轻则齿轮打坏，重则烧坏舵机电路或者舵机里面的电机。360度舵机转动的方式和普通的电机类似，可以连续的转动，不过我们可以控制它转动的方向和速度。按照舵机的信号处理分为模拟舵机和数字舵机，它们的区别在于，模拟舵机需要给它不停的发送PWM信号，才能让它保持在规定的位置或者让它按照某个速度转动，数字舵机则只需要发送一次PWM信号就能保持在规定的某个位置。关于PWM信号在3.4节将会介绍。3.2舵机的内部

2、结构一般来说，我们用的舵机有以下几个部分组成：直流电动机、减速器（减速齿轮组）、位置反馈电位计、控制电路板（比较器）。舵机的输入线共有三根，红色在中间，为电源正极线，黑色线是电源负极（地线）线，黄色或者白色线为信号线。其中电源线为舵机提供6V到7V左右电压的电源。3.3舵机的工作原理在舵机上电后，舵机的控制电路会记录由位置反馈电位计反馈的当前位置，当信号线接收到PWM信号时会比较当前位置和此PWM信号控制所要转到得位置，如果相同舵机不转，如果不同，控制芯片会比较出两者的差值，这个差值决定转动的方向和角度。3.4舵机的控制协议对舵机转动

3、的控制是通过PWM信号控制的。PWM是脉宽调制信号的英文缩写，其特点在于它的上升沿与下降沿的时间宽度或者上升沿占整个周期的比例（占空比）。我们目前使用的舵机主要依赖于模型行业的标准协议，随着机器人行业的渐渐独立，有些厂商已经推出全新的舵机协议，这些舵机只能应用于机器人行业，已经不能够应用于传统的模型上面了。本书介绍的舵机控制协议是北京汉库公司出品的舵机所采用的协议，市场上一些其他厂商（包括有些日本厂商）生产的舵机也采用这种协议。如果你采用的是其它厂商的舵机，最好先参考下他们的DATA手册或者产品说明之类的技术文档。前面说过舵机分180

4、度和360度，它们的应用场合不一样，工作方式不一样，自然控制的协议也不一样。先说180度舵机吧，图3-1是180度舵机的PWM波形图。0.5ms

5、关系，而且Δt和Δω是有个上限的，分别为2.0ms和180度，也就是说当Δt达到2.0ms时，舵机相应的会到达它的最大位置（Δω=180度）。那么，我们是怎么控制舵机转的角度和精度呢？因为既然Δt和Δω是成线性关系，那么我们可以把这个上升沿时间分为N等分，在0.5ms上每加上1等分的上升沿时间，Δt就会增加180/N度，当N的值越大时，舵机控制的精度越大，理论上是这样，但是，由于受舵机自身最小精度的制约，N值不能无限的大下去，本书所介绍的舵机N值的上限为250，也就是说舵机的精度为180°/250=0.72°，每等分所用的时间为2.0

6、ms/250=8us，这个时间也称为PWM的控制精度。说完上升沿再说下降沿，由于舵机转动时需要时间的，这个时间和舵机的转动角速度是有直接关系的，当然这个角速度和舵机的负载又有关系。舵机什么时候开始转动呢？通过研究发现舵机是在接收完PWM信号的高电平进入下降沿的时候开始转动的，那么这个下降沿至少需要多长的时间，舵机在接收到下个PWM信号时才能很好的跟随上个动作，顺利的平滑的转到它的对应位置呢，通过大量的实验数据我们得出了一个经验值，这个经验值为0.5ms(500us),也就是说PWM信号的下降沿时间至少0.5ms，舵机才能很好的跟随，不

7、至于下个PWM信号到来的时候舵机出现抖动。那么下降沿的上限是多少呢？理论上是无限长的，但是由于我们控制舵机（或者说机器人）运动的方式是差分渐进式的，类似积分形式的算法，比如说我们要把舵机从30度转到102度，那么我们可以每次给他转0.72度或者1.44度，这样连续转动100次或50次，就能到达102度这个位置。这样我们会发现一个问题，如果PWM信号的下降沿时间太长就会出现舵机每转动0.72度后会出现一个停顿，导致舵机抖动式的转动，为了防止出现这种情况，我们必须对PWM波形的下降沿时间规定一个上限，通过一系列的实验又得出一个经验值，为3

8、0ms。综上所述，我们知道了控制舵机的PWM波形的下降沿时间在0.5ms到30ms之间，而且我们还很容易想到，通过下降沿时间在这个区间的变化，可以很好的控制舵机的转速，这个速度控制的理论在后续的章节里，我们还会提到。我们