Arduino 伺服馬達抖動

Question

這一篇介紹伺服馬達，以Tower Pro（輝盛）的小型伺服馬達SG90為例，價格便宜，在拍賣網站上大約80元，可作為初步練習之用。

我的板子是Arduino Uno R3，Arduino軟體開發環境是1.0.5版。

伺服馬達（servo motor），因常用於遙控模型飛機，所以又常稱為RC伺服機（RC Servo，Radio Control Servo，Remote Control Servo）、伺服馬達舵機。

伺服馬達裡含有直流馬達、齒輪箱、軸柄、以及控制電路，我們可透過訊號控制軸柄的停止角度，大概都是0到180度，但不同廠牌型號會有不同的範圍；經由齒輪箱降速後，變成適當可用的轉速，並且提供更高的轉矩（扭轉力）。

另外還有能連續轉動的伺服馬達，有些出廠時便能連續轉動，有些則是玩家自己動手改造，這種馬達透過訊號可控制轉動的速度。

一般伺服馬達有三條線，電源（紅色）、接地（黑或棕色）、訊號線（白、黃、橘、藍，甚至是黑色）。透過訊號線傳送PWM脈波來控制軸柄的停止位置旋轉角度，這個訊號脈波必須每秒重複50次（也就是50Hz），而脈衝持續時間長短便代表了馬達該將軸柄轉到什麼位置，範圍從1.0ms到2.0ms（millisecond，毫秒，千分之一秒），若想置中則是1.5ms；也可將1.0ms當做角度0度，那麼1.5ms會是90度，2.0ms則是轉到底180度。注意，也有可能反過來。

不過每個廠牌型號的伺服馬達可允許旋轉的角度各不相同，也就是說可接受的訊號脈衝範圍也不相同，必須查閱產品資料規格書，若超出範圍可能會損害伺服馬達。底下是Tower Pro SG90的規格：

重量：9g
尺寸：23*12.2*29mm
工作電壓：4.8V
轉矩：1.8kg-cm，當工作電壓為4.8V時
運轉速度：0.1秒 ∕ 60度，當工作電壓為4.8V時
脈衝寬度範圍：500~2400µs
死頻帶寬度（dead band width）：10µs

從中我們可知，可允許的脈衝範圍是500~2400µs，也就是0.5~2.4ms，比剛剛說的一般範圍還要寬，也就代表這個伺服馬達能旋轉的角度更大。另外有項值得一提的數據是死頻帶寬度，意思是說，因為訊號可能不穩上下起伏，當這一次脈衝寬度與上一次相差不超過死頻帶寬度時，伺服馬達便不會動作。

硬體線路很簡單，因為只有一個伺服馬達，我直接由Arduino的5V腳位供電。若想使用超過兩個，則應以另外的電源供電，而且要記得共同接地。

電路圖如下，除了電源5V與接地外，訊號線接往Arduino的數位腳位9。

照片如下，Tower Pro SG90的三條線顏色分別是黃、紅、棕，對應訊號、電源、接地。

Arduino內建操控伺服馬達的程式庫，已經將零零總總的東西通通包起來，使用方法非常簡單，讓我們能以非常簡單的方式操控伺服馬達的旋轉角度。因為需使用PWM，所以會影響原本的PWM腳位，使用此程式庫時，數位腳位9與10便無法輸出PWM，不管有無接伺服馬達，於是我們通常也會將伺服馬達的訊號線接在數位腳位9或10。

接下來是軟體的部份，先讓伺服馬達來回旋轉吧。

#include <Servo.h>

Servo myservo; // 建立Servo物件，控制伺服馬達

void setup()
{
myservo.attach(9); // 連接數位腳位9，伺服馬達的訊號線
}

void loop()
{
for(int i = 0; i <= 180; i+=1){
    myservo.write(i); // 使用write，傳入角度，從0度轉到180度
    delay(20);
}
for(int i = 180; i >= 0; i-=1){
    myservo.write(i);// 使用write，傳入角度，從180度轉到0度
    delay(20);
}
}

不過Servo預設的脈衝寬度範圍是544到2400µs，跟SG90的500到2400差了一些些，我們可修正此點。

#include <Servo.h>

Servo myservo;

void setup()
{

myservo.attach(9, 500, 2400); // 修正脈衝寬度範圍
myservo.write(90); // 一開始先置中90度
delay(3000);
}

void loop()
{
for(int i = 500; i <= 2400; i+=100){
myservo.writeMicroseconds(i); // 直接以脈衝寬度控制

delay(300);
}
for(int i = 2400; i >= 500; i-=100){
myservo.writeMicroseconds(i);

delay(300);
}
}

要注意的是，必須查詢伺服馬達的規格表，查知正確的脈衝寬度範圍，使用writeMicroseconds時也要小心，不可傳入超出範圍的值，否則會損壞伺服馬達。

Servo程式庫中，還有read()可用，但只是讀取上次傳入write()的值；還有detach()，呼叫後伺服馬達就不動了，也就可以使用腳位9的PWM功能。

參考資料：

Arduino官方文件Servo library。
Cooper Maa的Arduino 筆記 – Lab16 使用可變電阻控制伺服馬達、Lab17 使用光敏電阻控制 Servo。
Instructables的Tower Pro SG 90 Micro Servo Hack，修改SG90，讓它能連續旋轉。
Adafruit Learning System的About Servos and Feedback，有四條線的伺服馬達，可測量並讀取伺服馬達的旋轉位置，甚至將它當做輸入裝置。

Arduino板子是吃USB供電，當伺服馬達開始供電時，瞬間會吃掉太多電壓，導致板子供電量不足，會開啟重置機制使得供電不穩定。於是，需要電容來協助供電的穩定度。

https://learn.adafruit.com/adafruit-arduino-lesson-14-servo-motors/if-the-servo-misbehaves

用好一點的伺服馬達，便宜的穩定度不佳。官方建議是HK5298伺服馬達。但我想供電電壓的穩定度

Wire是Arduino裡的一個library, 他的位置在

C:\Program Files (x86)\Arduino\hardware\arduino\avr\libraries\Wire\

Wire中的Receive, Send, 因為stream 的關係，對應函數已經更改為read, write

若有其他的函式的呼叫，需要注意修改。

快要完成了！

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好的

很久之前做了一隻機械手臂

用的伺服馬達一個SG90 跟五個S03N2 結果一直無法順利控制

我用 5個可變電阻(100K) 進行來控制

一開始使用 NE555電路

控制 1 顆伺服馬達都還很順利，隨著馬達數量提升就會越抖動會厲害

然後根本就不受控制的自己亂跳

接著改用89S51單晶片來進行控制

直接輸出 PWM 訊號指定角度是可以控制的

所以覺得是可變電阻的雜訊，在電路上+一些電容

也買了比較精密一點的可變電阻來測試，結果都沒有效果

在網路上看很多人都用 arduino 控制，所以也用了一個

結果是一樣的情形，現在又懷疑是不是電源或電流不夠
(我用5V，0.6A的變壓器接6個SERVO)
(電腦USB 透過arduino板子輸出+5V接到可變電阻 )

網路上看了很多相關文章，大多都是控制1~2個SERVO
不然就是沒有透過可變電阻下去控制，也找不出抖動的問題

機械手臂放在那兒好久了，希望有大大能夠指點迷津

伺服馬達(Servo)，對岸稱為舵機。常見於玩具、機器手臂、機器人等用途，一般型式的伺服馬達可以旋轉180度，而且可以被我們透過PWM精準的控制。Arduino Uno可以控制12個伺服馬達，而Arduino Mega則可以控制高達48個伺服馬達。伺服馬達款式型號非常多，本篇以最常見的SG90為例來進行介绍，但其實像MG995的使用基本是相同的。

SG90有3條線，分別是訊號(橘)、VCC(紅)、GND(褐)，順序是固定的。這次我們把訊號線接到PIN 9，VCC接到5V，GND接到GND。

絕大多數的情況，我們都會選擇使用Arduino IDE內建的Servo函式庫來控制伺服馬達，雖然是透過PWM來控制伺服馬達，但不表示一定要用有PWM的腳位哦！但這個函式庫有個小小問題，就是除了Mega板以外，像是在Uno板上，會停用D9以及D10的PWM功能，也就是這兩個腳位使用analogWrite()時會出問題。如果是在Mega板上就換成了D11與D12。

參考官方說明:
https://www.arduino.cc/en/reference/servo

順便一提的，單顆伺服馬達在運作時，所需電流大約是300mA，所以如果你需要2顆以上的伺服馬達同時運作，這樣就要外接高電流的變壓器來供電囉，不然就會經常出現抖動的情況。

我們先來寫一個非常簡單的例子：先讓伺服馬達歸零，也就是回到0度，停1秒，再轉到90度，再停一秒，再轉到180度，然後再轉回90度、0度。

程式很簡單，只有幾行，但只要寫完，你基本上就已經學會怎麼控制伺服馬達了。

#include <Servo.h>   //載入函式庫，這是內建的，不用安裝

Servo myservo;  // 建立SERVO物件


void setup() {
  myservo.attach(9);  // 設定要將伺服馬達接到哪一個PIN腳
}

void loop() {   
  myservo.write(0);  //旋轉到0度，就是一般所說的歸零
  delay(1000);
  myservo.write(90); //旋轉到90度
  delay(1000);
  myservo.write(180); //旋轉到180度
  delay(1000);
  myservo.write(90);
  delay(1000);
}

首先要設定伺服馬達要接到哪一個PIN腳，用這行：