Керування сервомотором: Повний гід

Керування сервоприводом: Повний гід

Основні висновки:

Визначення керування сервоприводом: Керування сервоприводом дозволяє точне управління позицією, швидкістю та прискоренням мотора за допомогою електронних сигналів.

Механізм зворотного зв'язку: Система зворотного зв'язку, яка часто є потенціометром або енкодером, забезпечує точне відповідність виходу мотора контрольному входу.

Сигнал PWM: Широтно-імпульсна модуляція (PWM) є важливою для встановлення позиції сервоприводу за допомогою зміни тривалості електричних імпульсів.

Arduino та сервоприводи: Використання плати Arduino — це популярний та ефективний спосіб програмування та керування сервоприводами з мінімальним обладнанням.

Застосування сервоприводів: Сервоприводи є необхідними для проектів, які потребують точного керування позицією, таких як робототехніка та автоматизовані системи.

Сервопривод — це двигун, призначений для високої точності та точності обертання. Він відрізняється від типового DC-двигуна своєю здатністю утримувати певну позицію, а не обертатися неперервно. Ця характеристика робить сервоприводи ідеальними для робототехніки, автоматизації та хобі-проектів.

Ця стаття пояснює, як функціонує керування сервоприводом, різні типи сервоприводів, а також різні методи та пристрої керування. Також надаються приклади застосування сервоприводів та проектів.

Що таке сервопривод?

Сервопривод визначається як актуатор, який дозволяє точне керування позицією (кутом), швидкістю та прискоренням. Типовий сервопривод складається з трьох основних компонентів: DC-двигуна, керуючого пристрою та пристрою зворотного зв'язку.

DC-двигун живить сервопривод та з'єднується з передачами, які зменшують швидкість та збільшують момент на вихідному валу.

Вихідний вал — це частина сервопривода, яка обертається та переміщує навантаження.

Керуючий пристрій відповідає за отримання та обробку сигналів від зовнішнього контролера. Ці сигнали повідомляють сервоприводу, яку позицію, швидкість або напрямок потрібно виконати. Керуючий пристрій також подає живлення до DC-двигуна, щоб запустити його.

Пристрій зворотного зв'язку зазвичай є потенціометром або енкодером, який вимірює поточну позицію вихідного вала.

Пристрій зворотного зв'язку передає дані про позицію назад до керуючого пристрою, який тоді регулює живлення DC-двигуна, щоб вирівняти фактичну позицію з бажаною позицією від сигналу входу.

Зворотний зв'язок між керуючим пристроєм та пристроєм зворотного зв'язку забезпечує, що сервопривод може точно переміщатися та утримувати будь-яку позицію в межах свого діапазону руху.

Як керувати сервоприводом?

Сервоприводи керуються за допомогою відправки сигналу PWM (широтно-імпульсна модуляція) на сигнальну лінію сервопривода. PWM — це техніка, яка швидко переключає сигнал, створюючи імпульси з різною шириной. Ширина імпульсів визначає позицію вихідного вала.

Наприклад, коли ви відправляєте сигнал PWM з шириной імпульсу 1,5 мілісекунди (мс), сервопривод переміститься в нейтральну позицію (90 градусів).

Коли ви відправляєте сигнал PWM з шириной імпульсу 1 мс, сервопривод переміститься в мінімальну позицію (0 градусів). Коли ви відправляєте сигнал PWM з шириной імпульсу 2 мс, сервопривод переміститься в максимальну позицію (180 градусів).

Частота сигналу PWM становить 50 Гц, що означає, що він повторюється кожні 20 мс. Ширина імпульсу може змінюватися від 1 мс до 2 мс протягом цього періоду.

Існує багато способів генерації та відправки сигналів PWM до сервоприводів. Найпоширеніші методи:

Використання плати Arduino або іншого мікроконтролера

Використання потенціометра або іншого аналогового датчика

Використання джойстика або іншого цифрового вводу

Використання спеціалізованого контролера або драйвера сервоприводу

У наступних розділах ми детальніше розглянемо кожен з цих методів та побачимо приклади того, як вони працюють.

Керування сервоприводом з використанням Arduino

Arduino — одна з найпопулярніших платформ для керування сервоприводами. Плати Arduino мають вбудовані виходи PWM, які можна використовувати для відправки сигналів до сервоприводів. Arduino також має бібліотеку Servo, яка спрощує написання коду для керування сервоприводом.

Для керування сервоприводом з використанням Arduino вам знадобиться:

Плата Arduino (наприклад, Arduino UNO)

Стандартний сервопривод (наприклад, SG90)

Перемички

Хлібна дошка (опціонально)

Червона перемичка від сервопривода підключається до 5V на платі Arduino. Чорна перемичка від сервопривода підключається до GND на платі Arduino. Біла перемичка від сервопривода підключається до піна 9 на платі Arduino.

Для програмування плати Arduino вам знадобиться використовувати Arduino IDE (онлайн або офлайн). Ви можете використовувати один з прикладів з бібліотеки Servo або написати свій власний код.

Нижче наведено код, який показує, як змінювати позицію сервоприводу від 0 до 180 градусів за допомогою циклу for:

#include <Servo.h> // Включити бібліотеку Servo

Servo myservo; // Створити об'єкт Servo

int pos = 0; // Змінна для позиції

void setup() {

  myservo.attach(9); // Прикріпити об'єкт Servo до піна 9

}

void loop() {

  for (pos = 0; pos <= 180; pos += 1) { // Цикл від 0 до 180 градусів

    myservo.write(pos); // Записати позицію до об'єкту Servo

    delay(15); // Зачекати 15 мс

  }

  for (pos = 180; pos >= 0; pos -= 1) { // Цикл від 180 до 0 градусів

    myservo.write(pos); // Записати позицію до об'єкту Servo

    delay(15); // Зачекати 15 мс

  }

}

Цей код використовує два цикли, щоб збільшувати та зменшувати змінну позиції від 0 до 180 градусів і навпаки. Потім записує це значення до об'єкту Servo за допомогою myservo.write(pos). Також додається затримка 15 мс між кожним кроком, щоб замедлити рух.

Завантажте цей код на вашу плату Arduino за допомогою кнопки Upload в IDE, і спостерігайте, як ваш сервопривод плавно переміщується взад-вперед.

Керування сервоприводом з використанням потенціометра

Потенціометр — це аналоговий датчик, який може змінювати свою опір в залежності від того, наскільки ви повертаєте його крутилок. Ви можете використовувати потенціометр як вхідний пристрій для керування сервоприводом.

Для керування сервоприводом з використанням потенціометра вам знадобиться:

Плата Arduino (наприклад, Arduino UNO)

Стандартний сервопривод (наприклад, SG90)

Потенціометр (10k Ом)

Перемички

Хлібна дошка

Схема з'єднання потенціометра та сервоприводу до плати Arduino наведена нижче:

Червона перемичка від потенціометра підключається до 5V на платі Arduino. Чорна перемичка від потенціометра підключається до GND на платі Arduino. Зелена перемичка від потенціометра підключається до піна A0 на платі Arduino.

Червона перемичка від сервопривода підключається до 5V на іншому рядку на хлібній дошці. Чорна перемичка від сервопривода підключається до GND на іншому рядку на хлібній дошці. Біла перемичка від сервопривода підключається до піна D9 на іншому рядку на хлібній дошці.

Для програмування вашої плати Arduino вам потрібно використовувати той самий код, що і в попередньому прикладі, але змінити кілька рядків:

#include <Servo.h> // Включити бібліотеку Servo

Servo myservo; // Створити об'єкт Servo

int potpin = A0; // Пін, з'єднаний з потенціометром

int val = 0; // Змінна для читання значення потенціометра

void setup() {

myservo.attach(9); // Прикріпити об'єкт Servo до піна D9

}

void loop() {

val = analogRead(potpin); // Зчитати значення з потенціометра (0 -1023)

val = map(val,0,1023,0,180); // Перетворити діапазон значень (0 -180)

myservo.write(val); // Записати перетворене значення до об'єкту Servo

delay(15); // Зачекати 15 мс

}

Цей код використовує функцію analogRead(potpin) для зчитування значення з потенціометра, з'єднаного з піном A0. Потім використовується функція map(val,0,1023,0,180) для перетворення діапазону значень з 0 -1023 до 0 -180 градусів. Потім це значення записується до об'єкту Servo за допомогою функції myservo.write(val). Також додається затримка, як і в попередньому прикладі.

Ви можете завантажити цей код на вашу плату Arduino, використовуючи кнопку Upload в IDE. Ви повинні побачити, як ваш сервопривод рухається відповідно до положення крутилки потенціометра.

Керування сервоприводом з використанням джойстика

Джойстик — це цифровий вхідний пристрій, який може виявляти напрямок та величину руху вздовж двох осей. Ви можете використовувати джойстик для керування сервоприводом, відображаючи x-вісь джойстика на кут сервоприводу.

Для керування сервоприводом з використанням джойстика вам знадобиться: