PWM サーボ制御原理では、パルス幅全体にわたってサーボを正確に回転させる方法を説明します。

あなたも次のような状況に遭遇したことがあるはずです。喜んでインストールしました。サーボロボットやスマート製品を正確な角度で回転させたいと考えていました。その結果、揺れ続けたり、定位置で回転できなかったり、まったく反応しなくなったりしました。何が問題ですか?十中八九、あなたは PWM (パルス幅変調) の制御原理をまだ理解していません。サーボ。これらの背の高い英語の文字に怯える必要はありません。それらを明確に理解すれば、サーボどこを打つかを指示できるようになります。

PWM 信号とは正確には何ですか?なぜサーボに命令できるのでしょうか?

端的に言えば、PWM信号は方形波を使って情報を伝達する「秘密信号」です。懐中電灯を使用してモールス信号を送信するのと同じように考えることができますが、電圧の代わりに懐中電灯がオン/オフになる点が異なります。サーボがこのコードを理解できる理由は、サーボの腹部にある小さな回路基板に依存します。この回路基板は忠実な番兵のようなもので、送信される PWM 信号を常に監視しています。

この信号に隠されている重要な情報は、電圧の高さや周波数の速さではなく、「ハイレベル持続時間」と呼ばれるもの、つまりパルス幅です。サーボの監視員はこの幅を測定し、この時間の長さに基づいてサーボ内のモーターを駆動して出力シャフトを対応する角度に回転させます。これは、その最も基本的な基礎となるロジックです。

高レベルの継続時間はステアリングギアの回転角度をどのように決定しますか?

ほとんどの標準サーボの場合、認識される「共通言語」は 20 ミリ秒周期の PWM 信号です。この周期では、サーボ出力軸の回転範囲 0 度から 180 度に対応して、ハイレベルの持続時間 (つまりパルス幅) が 0.5 ミリ秒から 2.5 ミリ秒まで変化します。

具体的な例を挙げれば、次のことが理解できるでしょう。

️ サーボに0.5ミリ秒続くハイレベル信号を与えると、サーボは0度の位置に行くことを認識します。

️ この時間が1.5ミリ秒になると90度の中間位置に回転します。

️ 2.5 ミリ秒続く場合、180 度を指すことがわかります。

したがって、この高レベルの時間を正確に制御するだけで、サーボを任意の角度に回転させることができます。プロセス全体は定規を使うようなもので、時間は定規の目盛りです。

サーボが回転するときに常に震えるのはなぜですか?

これは間違いなく、初心者にとってもベテランにとっても最大の頭痛の種です。話すときにどもるのと同じように、サーボが振動します。その主な理由は、送信される信号が「明確ではない」ことです。最も一般的な状況は 2 つあります。1 つは、PWM 信号の生成に使用する制御ボード (たとえば) が十分に安定していない、またはコードに問題があり、ハイ レベルが長時間または短時間持続する原因です。

電源が足りない！サーボは始動時や回転時に比較的大きな電流を必要とします。バッテリーまたは電圧安定化モジュールが対応できない場合、電圧がプルダウンされ、制御基板がクラッシュしたり、信号が歪んだりする原因となります。空腹で働いている人が自然と手と足が震えるようなものです。したがって、サーボが震えても、すぐにサーボが壊れていると疑うことはありません。電源と制御コードを確認すると、多くの場合問題が解決されます。

マイクロコントローラーを使用して標準ステアリングギア制御信号を迅速に生成する方法

たとえば、今日では主流のマイクロコントローラーにより、PWM 信号の生成が非常に簡単になりました。各高レベルの微妙な時間を手動で計算する必要はまったくなく、既製の関数をいくつか呼び出すだけで済みます。

ここでは、Servo.h のようなライブラリが良い助っ人になります。必要なのは次のとおりです。

1. #サーボ機能を使用したいことをプログラムに伝えます。

2. .(9) サーボの信号線を9番ピンに接続します。

3. .write(90) ほら、とても簡単です!このコマンド行により、サーボは直接 90 度回転します。

ライブラリ ファイルは、複雑なタイマー設定とパルス生成作業をすべてバックグラウンドで実行します。どの程度の度数を書くかに注意するだけで、残りは自動的に行われるため、参入障壁が大幅に下がります。

180度サーボの制御と360度連続回転サーボの制御の違いは何ですか?

これは特に混同しやすいです。多くの人が間違ったサーボを購入し、プログラムを間違って調整します。通常180度サーボと呼ばれるものを「アングルサーボ」といいます。内部にはフィードバックポテンショメータがあり、どこで回転しているかを知ることができます。パルスを与えると、定位置に移動します。

360 度連続回転サーボは、180 度サーボとまったく同じように見えますが、内部構造が変更されています。どの角度に回すかは気にしなくなり、パルス幅を「速度と方向」として解釈します。これも 1.5​​ ミリ秒のパルスです。 180度サーボの場合は途中で止まり、360度サーボの場合は完全に止まります。 1.5 ミリ秒未満の場合は、フルスピードで逆転します。 1.5 ミリ秒を超える場合は、全速力で前方に回転します。簡単に言うと、1つは「どこへ行くか」という指示であり、もう1つは「どのように移動するか」という指示です。

サーボを選択する際には、角度に加えてどのような重要なパラメータに注目する必要がありますか?

制御原理を理解し、適切なステアリングギアを選択することによってのみ、プロジェクトを成功させることができます。 180 度が必要か 360 度が必要かを決定することに加えて、トルクと速度という 2 つの重要なパラメータを確認する必要があります。トルクはサーボの出力を決定します。単位は通常 kg・cm で、これはサーボが出力軸の中心から 1 cm の距離にある物体を何個引っ張ることができるかを意味します。

ロボットアームが重い物体を持ち上げる必要がある場合、トルクが小さいと間違いなく機能しません。速度はサーボの回転速度を決定し、単位は秒/60 度です。これら 2 つのパラメータは矛盾することがよくあります。通常、強力なサーボは回転が遅くなります。プロジェクトの実際のニーズに基づいて、強度と速度のバランスを見つける必要があります。たとえば、カメラのジンバルを作る場合、強度よりもスムーズな速度が重要です。

ここまで話しましたが、ステアリングギアを使用するときに遭遇した最も奇妙な、または最も困難な問題は何でしょうか?コメントエリアで共有して、今日話した原則を使って解決できるか試してみましょう。この記事が役に立ったと思われる場合は、忘れずに「いいね」を押して、同じハードウェアで遊んでいる友達と共有してください。