So steuern Sie Servomotoren mit Arduino – Vollständige Anleitung

Nach einigen Tests bin ich auf folgende Werte für die Dauer der Impulse gekommen, die mit meinem Servo funktionieren. Impulse mit einer Dauer von 0,6 ms entsprachen einer 0-Grad-Position, 1,45 ms einer 90-Grad-Position und 2,3 ms einer 180-Grad-Position.

Ich habe ein Multimeter in Reihe mit dem Servo angeschlossen, um die Stromaufnahme zu überprüfen. Die maximale Stromaufnahme, die ich bemerkte, betrug bis zu 0,63 A im Stillstand. Nun, das liegt daran, dass es sich nicht um das originale TowerPro MG996R-Servo handelt, sondern um einen billigeren Nachbau, der offensichtlich eine schlechtere Leistung hat.

Lassen Sie uns dennoch einen Blick auf eine bequemere Art werfen, Servos mit Arduino zu steuern. Dazu wird die Arduino-Servobibliothek verwendet.

/*
     Servo Motor Control using the Arduino Servo Library
           by Dejan, https://howtomechatronics.com
*/

#include <Servo.h>

Servo myservo;  // create servo object to control a servo

void setup() {
  myservo.attach(9,600,2300);  // (pin, min, max)
}

void loop() {
  myservo.write(0);  // tell servo to go to a particular angle
  delay(1000);
  
  myservo.write(90);              
  delay(500); 
  
  myservo.write(135);              
  delay(500);
  
  myservo.write(180);              
  delay(1500);                     
} Codesprache:Arduino (arduino) 

Hier müssen wir nur die Bibliothek einbinden, das Servo-Objekt definieren und mit der Attach()-Funktion den Pin definieren, an den das Servo angeschlossen ist, sowie die minimalen und maximalen Werte der Impulsdauer definieren. Dann setzen wir mit der Funktion write() einfach die Position des Servos von 0 auf 180 Grad.

Steuerung mehrerer Servomotoren mit Arduino

Die Arduino-Servobibliothek unterstützt die gleichzeitige Steuerung von bis zu 12 Servos mit den meisten Arduino-Boards und 48 Servos mit dem Arduino Mega-Board. Darüber hinaus ist die Steuerung mehrerer Servomotoren mit Arduino so einfach wie die Steuerung nur eines einzigen.

Hier ist ein Beispielcode zum Steuern mehrerer Servos:

/*
     Controlling multiple servo motors with Arduino
     by Dejan, https://howtomechatronics.com
*/

#include <Servo.h>

Servo servo1;
Servo servo2;
Servo servo3;
Servo servo4;
Servo servo5;

void setup() {
  servo1.attach(8);
  servo2.attach(9);
  servo3.attach(10);
  servo4.attach(11);
  servo5.attach(12);
}

void loop() {
  // move all servos to position 0
  servo1.write(0);
  servo2.write(0);
  servo3.write(0);
  servo4.write(0);
  servo5.write(0);
  delay(2000);

  // move all servos to position 90
  servo1.write(90);
  servo2.write(90);
  servo3.write(90);
  servo4.write(90);
  servo5.write(90);
  delay(2000);

  // move all servos to position 180
  servo1.write(180);
  servo2.write(180);
  servo3.write(180);
  servo4.write(180);
  servo5.write(180);
  delay(2000);
} Codesprache:Arduino (arduino) 

Wir müssen also nur Objekte aus der Servo-Klasse für jeden Servomotor erstellen und definieren, mit welchem ​​Arduino-Pin verbunden ist. Natürlich können wir jedes Servo jederzeit in jede beliebige Position bringen.

Als Beispiel können Sie sich auch mein Arduino Ant Hexapod Robot-Projekt ansehen, bei dem ich ein Arduino MEGA-Board zur Steuerung von 22 Servomotoren verwendet habe.

Arduino und PCA9685 PWM/Servotreiber

Es gibt auch eine andere Möglichkeit, Servos mit Arduino zu steuern, und zwar die Verwendung des PCA9685-Servotreibers. Dies ist ein 16-Kanal-12-Bit-PWM- und Servotreiber, der über den I2C-Bus mit Arduino kommuniziert. Es hat eine eingebaute Uhr, so dass es 16 Servos freilaufend oder unabhängig von Arduino antreiben kann.

Was noch cooler ist, wir können bis zu 62 dieser Treiber auf einem einzigen I2C-Bus verketten. Theoretisch können wir also bis zu 992 Servos steuern, indem wir nur die beiden I2C-Pins des Arduino-Boards verwenden. Die 6 Adressauswahlpins werden zum Einstellen unterschiedlicher I2C-Adressen für jeden zusätzlichen Treiber verwendet. Wir müssen nur die Lötpads gemäß dieser Tabelle verbinden.

Hier ist der Schaltplan und wir können noch einmal feststellen, dass wir eine separate Stromversorgung für die Servos benötigen.

Die für dieses Beispiel benötigten Komponenten erhalten Sie über die folgenden Links:

• MG996R Servomotor ………………………….
• PWM-Servotreiber PCA9685  ……………….
• Arduino-Board …………………………………….
• 5V 6A DC Netzteil …………………..…..

Schauen wir uns nun den Arduino-Code an. Zur Steuerung dieses Servotreibers verwenden wir die PCA9685-Bibliothek, die von GitHub heruntergeladen werden kann.

Arduino- und PCA9685-Code

/*
     Servo Motor Control using Arduino and PCA9685 Driver
           by Dejan, https://howtomechatronics.com
           
     Library: https://github.com/NachtRaveVL/PCA9685-Arduino
*/

#include <Wire.h>
#include "PCA9685.h"

PCA9685 driver;

// PCA9685 outputs = 12-bit = 4096 steps
// 2.5% of 20ms = 0.5ms ; 12.5% of 20ms = 2.5ms
// 2.5% of 4096 = 102 steps; 12.5% of 4096 = 512 steps
PCA9685_ServoEvaluator pwmServo(102, 470); // (-90deg, +90deg)

// Second Servo
// PCA9685_ServoEvaluator pwmServo2(102, 310, 505); // (0deg, 90deg, 180deg)


void setup() {
  Wire.begin();                 // Wire must be started first
  Wire.setClock(400000);        // Supported baud rates are 100kHz, 400kHz, and 1000kHz
  driver.resetDevices();        // Software resets all PCA9685 devices on Wire line

  driver.init(B000000);         // Address pins A5-A0 set to B000000
  driver.setPWMFrequency(50);   // Set frequency to 50Hz
}
void loop() {
  driver.setChannelPWM(0, pwmServo.pwmForAngle(-90));
  delay(1000);
  driver.setChannelPWM(0, pwmServo.pwmForAngle(0));
  delay(1000);
  driver.setChannelPWM(0, pwmServo.pwmForAngle(90));
  delay(1000);
} Codesprache:Arduino (arduino) 

Also müssen wir zuerst die Bibliotheken einbinden und das Objekt PCA9685 definieren. Definieren Sie dann mit der Servo_Evaluator-Instanz die Impulsdauer oder den PWM-Ausgang des Treibers. Beachten Sie, dass die Ausgänge 12-Bit sind, oder das ist eine Auflösung von 4096 Schritten. Die minimale Impulsdauer von 0,5 ms oder 0 Grad Position würde also 102 Schritten entsprechen und die maximale Impulsdauer von 2,5 ms oder 180 Grad Position 512 Schritten. Aber wie bereits erwähnt, sollten diese Werte entsprechend Ihrem Servomotor angepasst werden. Ich hatte einen Wert von 102 bis 470, was einer Position von 0 bis 180 Grad entsprach.

Im Setup-Bereich müssen wir die I2C-Taktrate definieren, die Treiberadresse einstellen und die Frequenz auf 50 Hz einstellen.

Im Schleifenabschnitt mit setChannelPWM() und pwmForAngle() Funktionen stellen wir das Servo einfach auf den gewünschten Winkel ein.

Ich habe ein zweites Servo an den Treiber angeschlossen, und wie ich erwartet hatte, positionierte es sich nicht wie das erste, und das liegt daran, dass die Servos, die ich verwende, billige Kopien sind und sie nicht so zuverlässig sind. Dies ist jedoch kein großes Problem, da der Servo_Evaluator verwendet wird Beispielsweise können wir für jedes Servo unterschiedliche Ausgangseinstellungen festlegen. Wir können auch die 90-Grad-Position anpassen, falls sie nicht genau in der Mitte ist. Auf diese Weise arbeiten alle Servos gleich und positionieren sich im exakten Winkel.

Steuerung vieler Servos mit Arduino und den PCA9685-Treibern

Wir werden uns noch ein weiteres Beispiel ansehen und das steuert viele Servos mit mehreren verketteten PCA9685-Treibern.

Dazu müssen wir die Treiber miteinander verbinden und die entsprechenden Adressauswahl-Lötpads verbinden. Hier ist der Schaltplan:

Sehen wir uns jetzt den Arduino-Code an.

/*
     Servo Motor Control using Arduino and PCA9685 Driver
           by Dejan, https://howtomechatronics.com
           
     Library: https://github.com/NachtRaveVL/PCA9685-Arduino
*/

#include <Wire.h>
#include "PCA9685.h"

PCA9685 driver;

// PCA9685 outputs = 12-bit = 4096 steps
// 2.5% of 20ms = 0.5ms ; 12.5% of 20ms = 2.5ms
// 2.5% of 4096 = 102 steps; 12.5% of 4096 = 512 steps
PCA9685_ServoEvaluator pwmServo(102, 470); // (-90deg, +90deg)

// Second Servo
PCA9685_ServoEvaluator pwmServo2(102, 310, 505); // (0deg, 90deg, 180deg)


void setup() {
  Wire.begin();                 // Wire must be started first
  Wire.setClock(400000);        // Supported baud rates are 100kHz, 400kHz, and 1000kHz
  driver.resetDevices();        // Software resets all PCA9685 devices on Wire line

  driver.init(B000000);         // Address pins A5-A0 set to B000000
  driver.setPWMFrequency(50);   // Set frequency to 50Hz
}
void loop() {
  driver.setChannelPWM(0, pwmServo.pwmForAngle(-90));
  delay(1000);
  driver.setChannelPWM(0, pwmServo.pwmForAngle(0));
  delay(1000);
  driver.setChannelPWM(0, pwmServo.pwmForAngle(90));
  delay(1000);
} Codesprache:Arduino (arduino) 

Wir sollten also für jeden Treiber ein separates PCA9685-Objekt erstellen, die Adressen für jeden Treiber definieren und die Frequenz auf 50 Hz einstellen. Jetzt können wir einfach mit den Funktionen setChannelPWM() und pwmForAngle() jeden Servo an jedem Treiber so einstellen, dass er jeden gewünschten Winkel positioniert.

Fehlerbehebung

Servomotor zittert und setzt mein Arduino-Board zurück

Dies ist ein häufiges Problem bei diesen Hobby-Servomotoren, dem SG90 Micro Servo und dem MG996R. Der Grund dafür ist, dass sie, wie bereits erwähnt, unter Last eine beträchtliche Strommenge ziehen können. Dies kann dazu führen, dass das Arduino-Board zurückgesetzt wird, insbesondere wenn Sie das Servo direkt über den Arduino-5-V-Pin mit Strom versorgen.

Um dieses Problem zu lösen, können Sie einen Kondensator zwischen GND und dem 5-V-Pin verwenden. Er fungiert als Entkopplungskondensator, der dem System beim Start zusätzlichen Strom liefert, wenn der Gleichstrommotor startet.

Der Servomotor bewegt sich nicht über den gesamten Bereich von 0 bis 180 Grad

Dies ist ein weiteres häufiges Problem bei diesen Hobby-Servos. Wie wir bereits erklärt haben, entspricht eine Impulsbreite von 1 ms (0,5 ms) einer 0-Grad-Position und 2 ms (2,5 ms) einer 180-Grad-Position. Diese Werte können jedoch von Servo zu Servo und zwischen verschiedenen Herstellern variieren.

Um dieses Problem zu lösen, müssen wir die Impulsbreite anpassen, die wir mit dem Arduino an den Servomotor senden. Glücklicherweise können wir mit der Arduino Servo-Bibliothek die Pulsbreitenwerte im attach() leicht anpassen Funktion.

Das attach() Die Funktion kann zwei zusätzliche Parameter annehmen, und das ist die minimale und maximale Impulsbreite in Mikrosekunden. Die Standardwerte sind 544 Mikrosekunden (0,544 Millisekunden) für den minimalen Winkel (0 Grad) und 2400 Mikrosekunden (2,4 ms). Durch Anpassen dieser Werte können wir also den Momentbereich des Servos feinabstimmen.

  myservo.attach(9,600,2300);  // (pin, min, max) Codesprache:Arduino (arduino) 

Abmessungen und 3D-Modell

Ich habe 3D-Modelle der beiden beliebtesten Servomotoren, des SG90 Micro Servo und des MG996R Servomotors, erstellt. Sie können sie über die folgenden Links herunterladen.

SG90 Mikroservo

3D-Modell:Download von Thangs.

Abmessungen:

MG996R Servomotor

MG996R Servomotor 3D-Modell:Download von Thangs.

Abmessungen:

Schlussfolgerung

Damit haben wir fast alles abgedeckt, was wir über die Verwendung von Servomotoren mit Arduino wissen müssen. Natürlich gibt es viele Hersteller und Modelle dieser Art von Hobby- oder RC-Servomotoren, und jeder von ihnen hat seine eigenen einzigartigen Merkmale, die sich von dem, was wir oben erklärt haben, unterscheiden können.

Die Möglichkeiten zum Erstellen fantastischer Robotik-, Automatisierungs- und RC-Projekte mit Motoren sind endlos, aber die Wahl des richtigen Modells für Ihre Anwendung ist sehr wichtig.

Ich hoffe, Ihnen hat dieses Tutorial gefallen und Sie haben etwas Neues gelernt. Fühlen Sie sich frei, Fragen in den Kommentaren unten zu stellen, und vergewissern Sie sich, dass Sie meine Arduino-Projektsammlung verwenden können.

Häufig gestellte Fragen (FAQs)

Die Verwendung eines Servomotors mit Arduino ist recht einfach. Der Servomotor hat nur 3 Drähte, von denen zwei GND und 5 V für die Stromversorgung sind, und der dritte Draht ist die Steuerleitung, die zum Arduino-Board geht.

Wir können Servomotoren direkt von Arduino aus betreiben, aber wir könnten Stromprobleme haben. Wenn der Servomotor mehr als 500 mA Strom zieht, verliert das Arduino-Board möglicherweise seine Stromversorgung und wird zurückgesetzt. Es ist besser, immer eine separate Stromquelle für die Servomotoren zu verwenden.

Mit der Arduino Servo-Bibliothek können wir mit den meisten Arduino-Boards bis zu 12 Servomotoren und mit dem Arduino Mega-Board bis zu 48 Servomotoren steuern. Natürlich müssen wir eine dedizierte Stromquelle für die Servomotoren verwenden.