Lecture 11/28 Servo Motor FC Tien, YP Liu Dept. IE&M, Taipei Tech

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1 Lecture 11/28 Servo Motor FC Tien, YP Liu Dept. IE&M, Taipei Tech

2 What is Servo Motor? Structure of Servo Motors 伺服馬達 (Servomotor) 是對用於使用伺服機構的馬達 ( 電動機 ) 總稱伺服 (Servo) 一詞來自拉丁文 "Servus", 本為奴隸 (Slave) 之意, 此指依照命令動作的意義所謂伺服系統, 就是依照指示命令動作所構成的控制裝置, 應用於馬達的伺服控制, 將感測器裝在馬達與控制對象機器上, 偵測結果會返回伺服放大器與指令值做比較由此可知, 因為伺服馬達是以回饋訊號控制, 與藉由輸入脈波訊號控制的步進馬達有所區別

3 What is Servo Motor?

4 What is Servo Motor? 本實驗介紹一顆簡單的伺服馬達, 它只需要很少或根本不需要外加的電路, 就能夠輕易的被微處理器所控制, 而且已經有現成的輸出端可以連接需要驅動的物件具有位置控制或速度控制兩種內部回傳線路幫助控制位置或速度簡易三線 ( 式 )PWM 5V 介面

5 Types of Servo Motor 除了本實驗使用的伺服馬達外, 市面上也有許多同樣是三線式的伺服馬達, 從手指大小的伺服馬達到汽車用的大型伺服馬達都充斥著三線式伺服馬達的蹤影右圖為另外兩種三線式的伺服馬

6 三線式伺服馬達三線式伺服馬達的三條線各自用途如下圖所示紅色和黑色線連結至電源供應處, 而黃色線則為訊號線 PWM 頻率為 50 Hz (i.e. every 20 millisecs) 脈波寬度範圍介於 1 到 2 millisecs 1 millisec(1000μs) = 完全反轉的位置 2 millisec(2000 μs)= 完全正轉位置三線式的伺服馬達控制方式為 PWM 訊號控制, 經由控制 PWM 訊號 HIGH 的時間來控制馬達的轉速或位置

7 三線式伺服馬達下圖為伺服馬達轉動角度與其 PWM 中 HIGH 的時間長短 (Duty 大小 ) 關係圖要使用 PWM 訊號控制伺服馬達需注意以下數點 : 轉動的角度會依據不同的脈波了保持同樣位置, 脈波必須不斷傳送因為伺服馬達轉動需要時間, 所以脈波傳送過快的話會沒反應

8 Servo Motor + Arduino 接線以 P9 來控制馬達之位置以輸入之時間來控制馬達旋轉之角度或以 Lib 直接控制角度

9 Practice 請練習調整脈波的持續時間 (PWM 訊號中 HIGH 的時間 ) 來得知伺服馬達角度將如何變化

10 Arduino 程式 // 伺服馬達歸零 ( 移至中立點 ) int servopin=9; // 設定伺服馬達由 9 腳位控制 void setup(){ pinmode(servopin,output); // 設定 9 腳位為輸出 void loop(){ // 輸出 PWM 訊號使伺服馬達移動到中立點 digitalwrite(servopin,high); delaymicroseconds(1500); // 脈波寬度為 1.5ms digitalwrite(servopin,low); delay(20); 先確認執行此程式是否可以將馬達回到中立點建立伺服馬達的函式修改程式 : 將伺服馬達定位在最小角度修改程式 : 伺服馬達定位在最大角度

11 Arduino 程式反覆震盪 // 伺服馬達反覆擺盪 int servopin=9; void setup(){ pinmode(servopin,output); void loop(){ for (int i=0;i<=40;i++) { digitalwrite(servopin,high); delaymicroseconds(1000); digitalwrite(servopin,low); delay(20); for (int i=0;i<=40;i++){ digitalwrite(servopin,high); delaymicroseconds(2000); digitalwrite(servopin,low); delay(20); // 設定 servomotor 由 9 腳位控制 // 設定 9 腳位為輸出 // 伺服馬達定位在最小角度 // 伺服馬達定位在最大角度

12 Arduino 程式 using Lib <Servo.h> #include <Servo.h> // 引用 Servo Library Servo myservo; // 建立一個 Servo 物件 int value = 0; // 旋轉角度 void setup(){ myservo.attach(9); // Servo 接在 pin 9 void loop(){ if (value == 0){ value = 180; else{ value = 0; myservo.write(value); delay(1500); //myservo.write(180) 是叫 Servo 旋轉到最大角度的位置 //myservo.write(0) 是叫 Servo 旋轉到最小角度的位置經由引入 Lib 控制 servo motor 指令 Servo myservo; 宣告一個 instance Servo.attach(pin); 連接控制之腳位 Servo.write(value); 旋轉角度 Servo.detach(); 結束控制

13 程式 #1 -- RC 伺服馬達 (Radio Controlled Servo Motor) 大部份是透過 PWM (Pulse Width Modulation, 脈波寬度調變 ) 來控制, Arduino 裏內建了 Servo Library 讓事情變得很簡單, 可以很輕鬆地控制伺服馬達 Command: #include <Servo.h> // servo motor lib MyServo.attach(9); //Define Servo motor Signal Pin MyServo.write(Turn_Angle); // Turn servo motor #include <Servo.h> Servo MyServo; // build a servo object int Turn_Angle =0; int potpin = 0; void setup() { MyServo.attach(9); // Servo 接在 p9 Serial.begin(9600); void loop() { if (Turn_Angle == 0) Turn_Angle = 180; else Turn_Angle = 0; Serial.println(Turn_Angle); MyServo.write(Turn_Angle); delay(1500);

14 Practice 2: 另一接法把伺服馬達紅線接到 +5v 黑線接到 GND, 訊號線接到 pin 9, 可變電阻中間腳位接到類比輸入 (Analog Input) pin 0, 剩下的兩支腳位, 一支接到 5V, 另外一支接到 GND

15 程式 #2 -- 可變電阻來控制 RC Servo motor 運用可變電阻來控制 RC Servo motor 之角度 Command: Turn_Angle = analogread(potpin); // 讀取可變電阻 ( 數值介於 0 到 1023) Turn_Angle = map(turn_angle, 0, 1024, 0, 179); // scale the value #include <Servo.h> // build a servo object Servo MyServo; int Turn_Angle =0; int potpin = 0; void setup() { MyServo.attach(9); // Servo 接在 p9 Serial.begin(9600); void loop() { Turn_Angle = analogread(potpin); // 讀取可變電阻 ( 數值介於 0 到 1023) // put your main code here, to run repeatedly: Turn_Angle = map(turn_angle, 0, 1024, 0, 179); // scale the value Serial.println(Turn_Angle); MyServo.write(Turn_Angle); delay(15);

16 Parallax Continuous Rotation Servo Bidirectional continuous rotation 0 to 50 RPM

17 Parallax Continuous Rotation Servo 接線方式白訊號紅 +5V 黑 GND

18 Parallax Continuous Rotation Servo 驅動方式 1/2 PWM 1300 us 順時針轉動 PWM 1500 us 停止 PWM 1700 us 逆時針轉動 #include <Servo.h> Servo servoleft; int servopin = 12; void setup() { servoleft.attach(servopin); +5V GND P12 白紅黑 Servo 停止校正 void loop() { servoleft.writemicroseconds(1500); delay(30000); servoleft.detach();

19 Parallax Continuous Rotation Servo 驅動方式 2/2 #include <Servo.h> Servo servoleft; int servopin = 12; +5V GND P12 白紅黑 Servo void setup() { servoleft.attach(servopin); void loop() { servoleft.writemicroseconds(1300); delay(3000); servoleft.writemicroseconds(1500); delay(3000); servoleft.writemicroseconds(1700); delay(3000); servoleft.detach();

20 實驗透過藍牙傳輸控制伺服馬達 +5V GND P12 白紅黑 Servo +3.3V GND P8 P9

21 實驗透過藍牙傳輸控制伺服馬達 // 引用程式庫 #include <SoftwareSerial.h> #include <Servo.h> Servo servoleft; int servopin = 12; // 接收腳, 傳送腳 SoftwareSerial BT(8, 9); char val; // 儲存接收資料的變數 void setup() { // 設定藍牙模組的連線速率 BT.begin(9600); servoleft.attach(servopin); servoleft.writemicroseconds(1500); void loop() { if (BT.available()) { val = BT.read(); switch(val) { case '1': BT.print(val); servoleft.writemicroseconds(1300); break; case '2': BT.print(val); servoleft.writemicroseconds(1500); break; case '3': BT.print(val); servoleft.writemicroseconds(1700); break; case '4': BT.print(val); servoleft.detach(); break;

AN INTRODUCTION TO PHYSICAL COMPUTING USING ARDUINO, GRASSHOPPER, AND FIREFLY (CHINESE EDITION ) INTERACTIVE PROTOTYPING

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