基于Arduino的舵机控制系统设计_蔡睿妍

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arduino舵机控制

arduino舵机控制第一章：引言引言部分将介绍Arduino（亦称为Genuino）舵机控制的背景和意义，舵机的概述，以及本论文的研究目的和框架。

第二章：舵机控制原理及方法本章将介绍舵机的工作原理和控制方法。

首先，对舵机的构成和工作原理进行简要介绍，包括电机、位置反馈和驱动电路等方面。

然后，介绍传统的舵机控制方法，如PWM控制和位置控制，以及最近的一些控制方法，如PID控制和闭环控制。

最后，讨论Arduino对舵机控制的适用性和优势。

第三章：Arduino舵机控制系统设计在本章中，将详细介绍基于Arduino的舵机控制系统的设计。

首先，介绍Arduino的硬件和软件环境，包括Arduino开发板、Arduino IDE编程环境和各种相关的库函数。

然后，介绍舵机的连接方式，包括电源和信号线的连接。

接着，介绍舵机控制系统的软件设计，包括初始化舵机、设定目标位置和控制舵机运动的实现方法。

最后，进行系统功能测试和性能评估。

第四章：实验结果与讨论在这一章中，将介绍本研究设计的Arduino舵机控制系统的实验结果和讨论。

首先，介绍实验的设置和操作步骤。

然后，展示实验结果，包括舵机运动的准确性和控制精度等方面。

最后，对实验结果进行讨论，包括系统性能的评估和改进的建议。

结论本论文研究了Arduino舵机控制的原理、方法和实现，设计了基于Arduino的舵机控制系统，并通过实验验证了系统的可行性和性能。

结果表明，Arduino在舵机控制领域具有优势和应用潜力。

未来的工作可以进一步改进系统性能，并扩展到更广泛的舵机应用领域中。

继续写相关内容:第二章：舵机控制原理及方法2.1 舵机的工作原理舵机是一种能够精确控制角度位置的电机。

它由电机和位置反馈系统组成。

电机通过输出转矩来驱动舵盘转动，而位置反馈系统可以测量舵盘的实际位置，并将实际位置与目标位置进行比较，从而进行相应的修正。

2.2 传统的舵机控制方法传统的舵机控制方法主要包括PWM(Pulse Width Modulation)控制和位置控制。

arduino 舵机控制

arduino 舵机控制章节一：引言（约200字）舵机是一种常用的电动装置，广泛应用于机器人、智能家居以及航模等领域，能够实现精确的位置控制。

随着互联网的快速发展，舵机的应用越来越受到重视。

本论文将讨论如何使用Arduino控制舵机，并介绍舵机的工作原理及其在实际应用中的作用。

章节二：舵机的工作原理与控制方式（约300字）舵机由电机、减速器和位置反馈器组成。

当输入电压变化时，电机内部的驱动电路会根据控制信号的占空比来控制电机转动的角度，从而实现位置控制。

舵机的控制方式有PWM控制、串口控制和无线控制等。

其中，PWM控制是最常用和最简单的方式，Arduino可以通过输出PWM信号来控制舵机的角度。

章节三：Arduino舵机控制实现（约300字）为了实现舵机的控制，首先需要连接舵机和Arduino。

舵机通常有三根线，其中一根连接到GND，另外两根分别连接到Arduino的数字输出引脚和5V引脚。

然后，通过Arduino的编程软件，使用analogWrite函数来输出PWM信号，其中的参数可以控制舵机转动的角度。

通过调整参数，可以控制舵机的转动幅度和速度。

章节四：应用案例与展望（约200字）舵机的应用非常广泛，可以用于机器人的运动控制、摄像头的云台控制以及自动化设备的位置调整等。

未来，随着物联网和人工智能的发展，舵机的应用将会越来越多样化和智能化。

例如，可以将舵机与传感器相结合，实现智能家居的远程控制和快速反馈。

此外，舵机的节能性和精确性还有待进一步研究和改进，以满足不同场景和需求的要求。

总结：本论文介绍了Arduino舵机控制的原理和方法，以及其在实际应用中的潜在价值。

通过Arduino的编程软件和适当的连接，我们可以轻松地控制舵机的角度和转动速度。

未来，舵机有望在智能化领域发挥更广泛的作用，为人们带来更多便利和创新。

章节一：引言（约200字）舵机是一种常用的电动装置，广泛应用于机器人、智能家居以及航模等领域，能够实现精确的位置控制。

基于树莓派及串行舵机控制技术的人形机器人控制系统的设计及实现

• 140•基于树莓派及串行舵机控制技术的人形机器人控制系统的设计及实现华中师范大学计算机学院周雅静彭熙张翠翠王寅霄郑世珏为了能使双足人形舞蹈机器人外形美观，又保证其自由度较大、控制系统完备，设计及实现了一款基于树莓派及串行舵机控制技术的人形机器人的控制系统，介绍了串行舵机控制机器人动作的实现和树莓派控制串行舵机的方法。

该系统利用串行总线实现对伺服舵机的控制，利用视觉识别技术实现人机交互功能。

引言：我国制定“中国制造2025”战略，以增强中国制造在世界市场的竞争力，大力发展机器人产业减少生产成本成为该战略的主攻方向。

双足人形机器人由于具有人的外观特征、动作灵活、自由度高、能够对外部环境进行反馈等特点，被广泛应用与开发。

本文设计的人形机器人以树莓派为主要控制系统，使用17个串行舵机组成17个自由度，使用串行总线舵机控制器接受来自树莓派的指令并转换成机器指令发送给机器人舵机，同时能够通过视觉识别模块完成人机交互功能。

1 控制系统整体设计及分析控制系统是机器人最重要、最核心的部分，直接影响机器人的动作实现方式、整体结构设计、二次开发难度以及人机交互实现方案。

本项目人形机器人的设计与开发，使用树莓派三代B+（Raspberry Pi Model B+）开发板接收和处理所有的外界信息，并控制机器人的舵机运动和实现人机交互；使用串行总线舵机控制器直接控制串行舵机；使用OpenMV 视觉识别模块处理图像信息，测试整个系统的稳定性。

树莓派是一款基于ARM 的微型电脑主板，可连接键盘、鼠标和网线，具备所有PC 的基本功能。

树莓派三代B+配置了64位的1.4GHz 四核ARM Cortex-A53处理器，板载了支持2.4GHz 和5GHz 双频段的无线网卡和蓝牙4.2，无线通信速度得到大幅提升，符合机器人的使用要求。

目前较多人形机器人使用Arduino 作为控制板，如华中师范大学使用Arduino 单片机作为舞蹈机器人的硬件控制系统的核心,选择Arduino M0作为舞蹈机器人的主控板。

基于Arduino的智能越障小车设计

• 122•基于Arduino的智能越障小车设计岭南师范学院物理科学与技术学院林佳纯广州鱼窝头中学梁士儒岭南师范学院物理科学与技术学院周小燕本文基于智能机器人设计这一方向，针对当前越障机器人结构的局限，设计一款八轮驱动，具备自主反应、防倒退的越障小车。

实验以Arduino为控制中心，集合红外传感器、碰撞传感器和超声波传感器等多种传感器，采用可伸缩八轮式结构，结合分步越障的运行模式，对障碍准确快速做出反应。

通过多次实验测试，该小车能够很好适应复杂的环境。

应用于非结构性环境中的智能机器人一直以来都是技术研究的重点（汤天骄.基于DSTAR和神经网络的未知环境移动机器人路径规划方法:哈尔滨工业大学,2010,23-40）。

越障小车作为典型的智能越障机器人，集合机械、电子控制、车辆工程等相关领域的研究，能够工作在险恶地形上，协助人类完成任务。

目前现有的越障机器人按越障功能实现的原理主要分为腿式、履带式、轮式等几类（徐国华,谭民.移动机器人的发展现状及其趋势:机器人技术与应用,2011(3):7-14），而后又衍生了诸如轮履式（曹冲振,王凤芹,张吉亮.虾形六轮机器人尾部越障性能分析:机械设计与制造,2009(11):164-166）、轮腿式（唐鸿儒,宋爱国,章小兵.基于传感器信息融合的移动机器人自主爬楼梯技术研究:传感技术学报,2005(04):828-833）、铰接式（任常吉,贺继林,周烜亦.铰接式串联八轮机器人越障机理研究:机械科学与技术）等复合式行走机构。

由于结构上的设计限制了越障的尺度，在稳定性和自我恢复性上不能很好地适应复杂的地形结构。

本文设计的越障小车采用可伸缩八轮式结构，其结构如图1所示。

小车在平坦地面行驶时，八轮着地，其中第一、四组轮作为主动轮带动其余轮组前进。

当遇障碍物时，具备升降功能的第二、四组轮分别做出反应，固定在车身上的舵机驱动轮腿使轮组升起实现越障功能。

1 系统工作原理小车的工作流程如图2所示。

arduino控制舵机

arduino控制舵机章节一：引言（250字左右）在现代科技的快速发展下，许多机械设备需要精确而准确的运动控制。

舵机作为一种常见的位置控制装置，具有体积小、结构简单、响应速度快及可靠性高等优点，广泛应用于无人飞行器、机器人、自动门等领域。

然而，如何实现对舵机的精确控制一直是一个研究的热点。

本论文旨在探讨使用Arduino控制舵机的方法，并分析其在实际应用中的效果和限制。

章节二：Arduino控制舵机的方法（300字左右）Arduino是一种开源的单片机平台，具有强大的扩展性和易于使用的特点。

在控制舵机方面，我们可以通过连接Arduino与舵机驱动模块，利用PWM（脉宽调制）信号来控制舵机的角度。

Arduino的PWM输出引脚可以发出高频脉冲信号，通过调整脉冲的宽度，可以精确控制舵机的位置。

具体的步骤是：首先，将舵机连接到Arduino的PWM输出引脚上；然后，通过编程设置PWM引脚的信号占空比，从而控制舵机的角度。

章节三：Arduino控制舵机的实际应用（300字左右）将Arduino与舵机相结合，可以实现许多有趣的应用。

在无人飞行器中，舵机可以用来控制飞行器的方向和高度，从而实现稳定飞行；在机器人中，舵机可以用来控制机器人的手臂和腿部，实现精确的动作；在自动门中，舵机可以用来控制门的开关，实现自动开关。

通过合理的编程和硬件连接，Arduino可以实现对舵机的精确控制，使得这些设备更加智能和灵活。

章节四：Arduino控制舵机的局限性与展望（150字左右）虽然Arduino在控制舵机方面具有许多优势，但也存在一些局限性。

首先，Arduino的驱动能力有限，不能同时控制大量的舵机。

其次，控制精度受到Arduino的位数和频率的限制。

此外，对于较精确的控制需求，可能需要使用更复杂的控制算法和更强大的硬件。

展望未来，可以结合其他控制器和传感器，进一步提高舵机控制的精确性和灵活性，实现更多高级功能的开发。

_基于Arduino的舵机控制系统设计

Computer Knowledge and Technology 电脑知识与技术计算机工程应用技术本栏目责任编辑：梁书第8卷第15期(2012年5月)基于Arduino 的舵机控制系统设计蔡睿妍（大连大学信息工程学院，辽宁大连116622）摘要：舵机是传统的角度控制驱动器，在机器人等领域得到了广泛应用。

传统的舵机主要采用单片机系统驱动控制，但单片机系统对多个舵机同时进行驱动效果并不理想，因此，采用了流行的开源Arduino 控制板，通过输出不同脉宽的信号进行舵机转动角度控制，实验证明，该系统实现了舵机角度控制，满足舵机角度控制精度要求，为舵机的驱动提供了新方式。

关键词：Arduino ；舵机；脉宽信号；角度控制中图分类号：TM383.4文献标识码：A 文章编号：1009-3044(2012)15-3719-03Design of Servo Control System Based on Arduino CAI Rui-yan(Information and Engineering College of Dalian University,Dalian 116622,China)Abstract:The servo is the traditional angle control driver and has been widely used in robot and other fields.In general,servo is driven by microcontroller system,but the driving effect of microcontroller system is not satisfactory for multiple servos.So,the Arduino,an open source control board,is used to output different pulse width signal to control the servo rotation angle,experiment showed that,this system realizes the angle control of servo,meets the requirement of angle control precision and provides a new way to drive servo.Key words:Arduino;servo;pulse width signal;angle control舵机是一种位置（角度）伺服的驱动器，适用于那些需要角度不断变化并可以保持的控制系统。

基于Arduino的移动机器人控制系统设计

基于Arduino的移动机器人控制系统设计作者：闰洪猛来源：《电子技术与软件工程》2018年第07期摘要物联网智能家居的不断发展，也促进了移动机器人的发展进步。

我们针对现在移动机器人的优缺点的比较，设计了一款基于Arduino的移动机器人控制系统，通过对它在家庭中的使用情况可以得出，它的灵活性相对来讲比较高，运营的成本也相对来讲比较低，在家用机器人方面取得了很大的发展空间。

【关键词】移动机器人 Arduino 自动避障本文主要通过对系统的结构设计的介绍，阐述了系统的工作原理和模块功能，同时对它的硬件设计与软件设计进行了分析，最后通过使用过程中出现的情况对系统进行了调试，希望本文能够对该系统的发展作出贡献。

1 Arduino简介Arduino是一个基于开放原始码的软硬件平台，构建于开放原始码simple I/O介面版，并且具有使用类似Java、C语言的Processing/Wiring开发环境。

Arduino包含两个主要的部分：硬件部分是可以用来做电路连接的Arduino电路板：另外一个则是Arduino IDE，你的计算机中的程序开发环境。

你只要在IDE中编写程序代码，将程序上传到Arduino电路板后，程序便会告诉Arduino电路板要做些什么了。

Arduino能通过各种各样的传感器来感知环境，通过控制灯光、马达和其他的装置来反馈、影响环境。

2 系统的现状分析随着计算机技术的发展，传感技术以及通信技术等都得到了迅猛的发展，机器人也在各行各业中得到了普遍的使用。

家用机器人是机器人使用的一种方式，它的控制系统一般有语音控制、红外线遥控，电脑遥控，网络控制等等，这些方式都促进了机器人在家庭生活中的使用，但是也存在着携带不方便的情况，而且机器人的移动性能相对来讲也比较受限制，对他的控制需要严重依赖网络，造成极大的不方便。

针对上述情况，我们对这一控制系统采取了Arduino+Android的方案进行进一步的改进，利用Arduino的传感器对家庭环境进行监控，而且该系统的成本相对来讲比较低，操作上也相对来讲比较灵活，能够对机器人进行目标的锁定和规避障碍物，具有自动寻线、寻光的功能。

基于Ardupilot的微型无人船航向控制系统设计

2018年30期众创空间科技创新与应用Technology Innovation and Application基于Ardupilot 的微型无人船航向控制系统设计*方洵，黄辉（吉林大学珠海学院，广东珠海519041）1概述1.1课题研究背景、目的及意义在无人技术领域，相对无人机，无人车的迅猛发展，无人船的研究相对滞后。

近年来，船舶智能化程度不断提升，融入大数据、云计算、物联网等众多新技术[1]。

无人船的发展目标为全自主型，具备自主航行，环境感知与自适应控制等功能。

无人船研究多集中为船体设计、路径规划导航、水面物标探测与自主识别、规避障碍、运动控制等多个方面[1]。

无人船研究属于多学科交叉，多领域融合的综合项目，对促进学科发展与水产养殖业发展具有重要意义。

1.2无人船发展现状与背景分析早在二战时期，美军就在无人水面艇（USV ）上架设了枪炮和导弹，通过远程操控来对敌人进行攻击。

最早研究多集中在军用领域，如今，国内外有很多研究机构和公司进行了船舶无人化研究，USV 是研究中的热点，在军事和民用都有广阔的应用前景[2]。

其中已军用化的有，美国“Spartan Scount ”无人艇、以色列“Protector ”无人艇。

2017年，Google 与劳斯莱斯合作研发分析轮船周围情况的AI 系统。

2016年，国际海洋高新科技博览会，云州智能M80实现智能吊放过程，未来有望成为军民两用产品[2]。

武汉劳雷绿湾船舶科技研发铝合金无人艇，包含SM 、M 、I 、H 系列船体以及复合动力船艇等。

2014年，武汉楚航测控科技发布最新无人船水域测量机器人系统，包含遥控测量与岸基控制系统。

由上海大学研制的“精海7号”无人艇采用高集成模块设计，智能避障导航系统能够在海面航行中自主避开前方障碍完成预设目标。

2017年，中科华澄研制生产智能安防水面机器人，用于港口、码头、河道等安防巡逻。

中海达信息技术自产研发无人船周边传感器，包含单波探测、侧扫声呐、短基站定位、流速剖仪等，同时研制出iBoat 系列智能无人测量船。

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目前，在高档遥控玩具，如飞机、潜艇模型，遥控机器人中已经得到了普遍应用。

传统对舵机的控制主要采用单片机，利用定时器和中断的方式来完成控制，这样的方式控制一个舵机还是相当有效的，但是随着舵机数量的增加，控制起来就没有那么方便了，尤其对机器人等需要多个舵机同时工作的系统中，单片机驱动复杂且精度难以保证。

因此，本文采用目前较为流行的开源Arduino 来实现舵机的精确控制。

1Arduino 简介Arduino 是源自意大利的一个教学用开源硬件项目，主要是为希望尝试创建交互式物理对象的实践者、喜欢创造发明的人及艺术家所构建的，它秉承开源硬件思想，程序开发接口免费下载，也可依需求自己修改。

Arduino 引脚如图1所示：图1Arduino 控制板其硬件系统是高度模块化的，通过USB 接口与计算机连接，包括14通道数字输入/输出，其中包括6通道PWM 输出、6通道10位ADC 模拟输入/输出通道，电源电压主要有5V 和3.3V [1]。

在核心控制板的外围，有开关量输入输出模块、各种模拟量传感器输入模块、总线类传感器的输入模块，还有网络通信模块，只要在核心控制板上增加网络控制模块，就可以容易地与互联网连接。

Arduino 还提供了自己的开发语言[2,3]，支持Windows 、Linux 、MacOS 等主流的操作系统。

Arduino 系统是基于单片机开发的，并且大量应用通用和标准的电子元器件，包括硬件和软件在内的整个设计，代码均采用开源方式发布，因此采购的成本较低，在各种电子制作竞赛、收稿日期：2012-04-23作者简介：蔡睿妍（1979-），黑龙江林甸县人，讲师，硕士，主要从事电子技术、通信与网络方向的研究。

E-mail:kfyj@ Tel:+86-551-56909635690964ISSN 1009-3044Computer Knowledge and Technology 电脑知识与技术Vol.8,No.15,May 2012.3719Computer Knowledge and Technology 电脑知识与技术计算机工程应用技术本栏目责任编辑：梁书第8卷第15期(2012年5月)电子艺术品创意设计等越来越多地使用Arduino 作为开发平台。

甚至可以接受Macromedia Flash 软件制作的动画发送的信号,并由此来控制一些动作器件(如舵机等)。

2舵机的工作原理舵机是一种位置伺服的驱动器，具有闭环控制系统的机电结构，由小型直流电机、变速齿轮组、可调电位器、控制板等部件组成[4]，如图2所示。

由于可以方便地控制舵机旋转的角度（舵角，但是舵角一般不超过180°），因此，舵机在要求角度不断变化的控制系统中得到了广泛应用。

图2舵机组成结构舵机在工作中，控制器发出脉冲宽度调制（PWM ）信号给舵机，获得直流偏置电压。

舵机内部有一个基准电路，产生周期为20ms ，宽度为1.5ms 的基准信号，将获得的直流偏置电压与电位器的电压比较，获得电压差输出到电机驱动芯片，驱动芯片根据电压差的正负控制电机的正反转。

舵机转动的角度是通过调节PWM 信号的占空比来实现的，标准PWM 信号的周期固定为20ms ，理论上脉宽（脉冲的高电平部分）范围在1ms~2ms 之间，但实际上脉宽可以在0.5ms~2.5ms 之间，脉宽和舵机的转角0°~180°相对应。

如以脉宽为0.5ms~2.5ms 范围控制舵机的角度转动，转动范围为0°~180°，对应的控制关系如图3所示。

脉宽0.5ms 脉宽1.5ms脉宽2.5ms图3脉宽与舵角关系图3给出了转动角度为0°、90°和180°时对应的脉宽，当转动角度处于0°~180°之间的其它角度时，脉宽在0.5ms~2.5ms 之间线性变化。

舵机收到控制信号后，首先判断转动方向，然后计算转动角度，接着驱动无核心马达开始转动，并通过减速齿轮将动力传输至摆臂，最后由位置检测器返回转动后的位置信号，以此判断舵机是否已经到达设定的位置。

小型舵机的工作电压一般为4.8V 或6V ，转速也不是很快，所以假如更改角度控制脉宽太快时，舵机可能反应不过来。

如果需要更快速的反应，就需要更高的转速了。

要精确的控制舵机，其实没有那么容易，很多舵机的位置等级有1024个，那么，如果舵机的有效角度范围为180°的话，其控制的角度精度是可以达到180°1024≈0.18°，如果假定脉宽为0.5ms~2.5ms 范围，则要求的脉宽控制精度为(2.5-0.5)ms 1024≈2μs 。

3Arduino 控制舵机转角实验舵机转动时电流较大，Arduino 上的芯片可能会因为过流保护发热而损坏，因此不能采用Arduino 板上的电源给舵机供电，需要采用外部电源。

舵机有三根引线，棕色（或黑色）为地线，红色线为电源线（4.8-6V ），黄色是数据线。

选择Arduino 的9号数字口作为舵机的脉冲控制信号输出接口。

采用Arduino 控制舵机角度转动的实验中，通过计算机的USB 口输出电压为Arduino 控制板供电，然后外接电源插到舵机的电源引脚，舵机的地线与Arduino 控制板GND 接口相连，信号口接数字9号口。

连接原理图如图4所示。

具体的线路连接如图5所示。

连接好舵机和Arduino 主控板之后，开始编写控制程序。

首先，需要将Arduino 的9号数字口定义为输出接口，代码如下：pinMode(9,OUTPUT)前文所述，舵机分别用0.5ms~2.5ms 之间的脉宽来对应0到180°左右的角度，且转动的角度与脉宽呈线性关系，按照图3的对应关系，则舵机每转动1°，对应的脉宽为（2.5-0.2）ms 180°，该值除不尽，因此，用一个除不尽的脉冲宽度控制舵机转动，显然转动角度的精度很难控制，为此，实验中以接近2.5ms 且能够整除180的值最为脉宽的变化范围，则取脉宽的范围为0.5ms~2.48ms ，此时，舵机每3720Computer Knowledge and Technology 电脑知识与技术计算机工程应用技术本栏目责任编辑：梁书第8卷第15期(2012年5月)转动1°，则脉宽变化（2.48-0.5）ms 180=11μs 。

因此，定义脉宽与转动角度之间的关系为：pulsewidth=(angle*11)+500（1）其中，pulsewidth 为输出脉冲的宽度，单位为μs ，angle 为控制舵机转动的角度。

用公式（1）把0°到180°的转角映射到500μs 到2480μs 的脉冲时间，控制舵机转动的函数如下所示：void pulse(int angle){int pulsewidth=(angle*11)+500;digitalWrite(9,HIGH);delayMicroseconds(pulsewidth);digitalWrite(9,LOW);}将编写好的控制代码通过Arduino 的IDE 烧录到控制板之后，输入不同的角度值，便会看到舵机执行不同角度的转动信号了。

4结束语本文采用现今较为流行的Arduino 控制板进行了舵机的角度控制，实验验证结果表明，Arduino 控制板具有较高的控制精度，完全满足舵机角度的精度控制。

当有多个舵机同时需要驱动时，Arduino 控制板驱动也会达到很高的精度要求。

参考文献：[1]Jonathan Oxer,Hugh Blemings.Practical Arduino:Cool Projects for Open Source Hardware[M].New York:Springer-Verlag,2009:1-10.[2]杨继志，杨宇环.基于Arduino 的网络互动产品创新设计[J].机电产品开发与创新,2012,25(1):99-100.[3]翁浩峰.利用Arduino 和Flash 开发DISLab [J].物理教师,2010,31(3):45-47.[4]胡小江,董飞垚,雷虎民,等.基于虚拟仪器的舵机半实物仿真系统研究[J].测控技术，2011,30(1):75-78.图4Arduino 控制板驱动舵机原理图图5实验电路图3721。