SG-90 伺服馬達

取自 葉難 老師在部落上所寫

http://yehnan.blogspot.tw/2013/09/arduinotower-pro-sg90.html

2013/09/02

Arduino練習：伺服馬達以Tower Pro SG90為例

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。

由上述分享可知，

想要使用Servo，可以套用函式庫 <Servo.h>

然後函式庫一開始要對伺服馬達 命名 ex Servo 名稱;

要在void setup(){ 中

指定伺服馬達的連接腳位 myservo.attach(9);

要使伺服馬達動作需要指定角度，格式為

myservo.write(角度); (角度為 0~180)

取材自 http://gsyan888.blogspot.tw/2014/12/diy-towerpro-sg90-servo-360.html

(如有不妥，請告知)

DIY : TowerPro SG90 Servo 改裝為360度旋轉(之一)

一般的伺服馬達(舵機)裡面除了馬達與減速齒輪，另外帶有一個可變電阻，馬達旋轉時，帶動可變電阻，用以計算旋轉的角度。以 TowerPro SG90 來說，除了有個 5k ohm 的可變電阻偵測旋轉角度，在連接搖臂的齒輪下方多了二小塊突起，旋轉的角度因此被限制在180度以內。知道它控制旋轉角度的機置，前述的兩點限制如果解除了，就可以將原本只能旋轉180度的伺服馬達改成可連續旋轉，超過一圈。

工具及材料

• • 小螺絲起子。

  • 斜口鉗、美工刀。

  • 電烙鐵。

  • 焊鍚。

  • 2.2k ohm 電阻(紅、紅、紅)兩個。

  • 膠帶。

改裝程序

1.以螺絲起子拆下 SG90 下蓋的四顆小螺絲。

2.將搖臂側的上蓋拆下，即可看到連接搖臂的齒輪，將它拆下來。

3.除去搖臂齒輪下方的兩小塊突起。個人是先使用斜口鉗剪掉，再以美工刀修整。

刮除突起物

去除齒輪上的突起物後，即可將齒輪及上蓋裝回去，

4.拆開下蓋，並將連接可變電阻的導線由電路板上解焊。

已去除可變電阻導線的電路板

5.將兩個 2.2k ohm 的電阻(紅、紅、紅)的其中一腳焊在一起，變成三支腳。

6.將電阻焊在電路板上，置換原來的可變電阻

7.收納電阻，先在電阻靠電路板側貼上一小塊膠帶，然後將焊好的兩顆電阻小心的往電路板折，緊貼小小的電路板。

8.重新蓋回上、下蓋，並鎖上螺絲。

接線測試

改裝完的360度旋轉 SG90 要如何使用呢？接線方式和原來舵機的方式一樣，只是原來橙色的控制線是用來指定角度，變成用來控制馬達的旋轉方向和速度。以 S4A 來說，我們可以將改裝過的 SG90 橙線接在 Arduino 的 D8，然後用 motor 的動作控制方塊來控制可連續旋轉的 SG90，輸入一個接近 180 度的值和一個接近 0度的值，它們的旋轉方向就會不同，不同大小的值，也會改變旋轉的速度。

馬達停止的方法

哈～問題來了，那到底哪一個角度值可以讓改裝過的 SG90 停下來呢？基本上它應該是在 90 度上下，於是我在 S4A 中以底下的程序，讓它由 80 慢慢加一後，找到了我的 SG90 可以輸入 106 或 107 來停止馬達的旋轉。

至於您改裝過的 SG90 要多少才能停下來呢？可以用上面的程序觀察看看。或許能用計算的方式來找出最佳的值，目前先用最笨的方式滿足一下需求。

DIY : SG90 Servo 改裝為360度旋轉之二

2014年底曾經記錄過這篇「雄 : DIY : TowerPro SG90 Servo 改裝為360度旋轉」，去年有網友留言問我：「請問一下若直接使用裡面的可變電阻是否可行?」，當時沒有改裝的需求(哈！應該是在研究別的東西，不想分神。)，也就沒花時間去試。最近又對車子有興趣，需要有減速機構的馬達，於是拆了幾顆 SG90 來試，成功了！只要把 SG90 內的電位器固定在馬達不轉動時的位置即可，不用拿電烙鐵在小小的電路板上焊電阻，有老花眼也能輕鬆改裝。

SG90 如何拆解可以參考 2014 年那篇舊筆記，就不再贅述。看看底下這顆已拿掉齒輪的馬達：

右側的電位器就是我們要處理的目標。

將 SG90 接到 Arduino 上，並送控制 SG90 轉至90度的指令，接著開始轉動電位器至類似圖中的角度，微調至馬達完全不轉動為止。

最後，以膠或是任何方法固定電位器，讓它不再轉動。

第二部份是要處理原本用來轉動電位器的那個齒輪。

因為我們不希望照片中的這個齒輪帶動電位器，所以要將它底部的孔擴大一點點，只要比電位器中間的那根軸稍大即可。

最後再將齒輪底部那塊突起切掉。至此改裝算完成了，只要把齒輪通通裝回去，螺絲鎖好固定，SG90 就變身為 360 度旋轉的 servo，以後一樣用 servo 的控制程式，角度大於 90 度和小於 90度的旋轉方向會相反，角度等於 90 度時則可以讓馬達靜止不動。

底下是測試的影片：