玩转舵机，资深创客舵机设计开发笔记

最近我们与DFRobot合作，一起搭建创客项目。 在机械臂和履带车项目中都使用到了舵机（伺服电机）。今天和大家分享一下，舵机（伺服电机）选择与设计过程中的一些心得。

相关设计项目详情，可通过以下文章查看：

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什么是舵机？

舵机是伺服电机中的一种， 由直流电机加上反馈控制回路组成。 一般使用PWM（脉冲宽度调制）来控制。 主要分成两种类型：有限旋转舵机（输出旋转角度）和连续旋转舵机（输出旋转速度）。

图1，舵机实物图

舵机的类型

开发者应该根据需要实现的功能，选择有限旋转舵机还是连续旋转舵机。连续旋转舵机只能连续旋转，不能控制旋转角度。有限旋转舵机，可以控制旋转角度，但是旋转角度有限制。

表1，两种不同类型舵机的比较

比如在上面的机械臂项目中，实现的功能是在特定的位置抓取物件，那么使用有限旋转舵机比较合适。

舵机的扭矩

上面机械臂项目中选用的舵机SER0006，力矩为1.6kg/cm，相当于在距离输出轴30cm处可以匀速提起一个鸡蛋。实际应用时，不仅要考虑匀速的情况，还要考虑有机加速度/摩擦/碰撞等情况下，以及械臂本身重量等因素，从而放足够的余量。

在机械臂项目中，使用硬板纸作为机械臂的材料， 实现的功能也只是提起比较轻的物体。 如果需要实现提起重物，舵机的扭矩以及机械臂材料都要相应升级。

舵机的旋转速度

如果想让舵机按照设定的速度旋转，可以把需要旋转的角度划分成几个小角度，然后分步完成，从而达到控制旋转速度的目的。

另一种方式是，实时地控制旋转角度。比如在机械臂项目中，通过采集电位器的旋转角度，实时给舵机一系列控制的信号，从而达到手动控制机械臂的各种动作。

实现舵机控制

大多数舵机PWM控制协议，都已经标准化。舵机一般有三根引线，分别为电源线、地线、信号线。通过PWM来控制舵机输出轴的旋转角度，下图是一个典型的舵机PWM控制波形。

图2，典型PWM控制波形（180°舵机）

图中可以看出，输入不同脉冲宽度的PWM波形，对应舵机输出轴转动的角度也不同。

对于180°舵机，取周期20ms、脉冲宽度1.5ms的PWM波形，作为舵机输出轴转动幅度的1/2位置处。脉冲宽度小于1.5ms越多，向某一方向偏转越多。反之，脉冲宽度大于1.5ms越多，向另一个方向偏转越多。

对于360°舵机，取周期20ms，脉冲宽度1.5ms的PWM波形，作为舵机停止转动的基准点。脉冲宽度小于1.5ms越多，向某一方向转速越快。反之，脉冲宽度大于1.5ms越多，向另一方向转速越快。

值得注意的是，有些舵机，在脉冲宽度1.5ms对应的轴转动幅度的1/2位置，或者舵机停止转动的基准点，可能会有一点误差。对于360°舵机，可能会导致在PWM脉冲宽度设置在1.5ms时无法完全停下来。可能调整脉冲宽度到1.49ms 或者1.51ms时才完全停下来。实际使用过程中，最好测试出舵机实际的中位，然后通过软件/硬件等方法来修正。

从上面可以看出，180°舵机和360°舵机，控制的方式与通信协议非常的相似。这意味着，这两种舵机的控制板以及控制程序，在某一种程度上可以通用。比如micro：bit图形化编程平台makecode内置了舵机控制程序。只要给相应的角度，不仅可以控制180°舵机偏转相应的角度，还可以控制360°舵机的转速和方向。

图3, makecode图形化编程平台，舵机控制

更多micro：bit与舵机设计与程序参考：玩转micro:bit-用BXY玩360度舵机小车

小结

许多机械臂/机器人项目中，经常会使用到舵机(伺服电机)。深入了解舵机，可以为加快电子设计从创意到应用的进程提供助力。

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