創客用馬達 - 第 1 集：Adafruit 解決移動頭的問題

我承認我最近陷入了困境。這是由於我決定在我的兩個業餘專案中加入「動作」，但是對於各式各樣的馬達和致動器，我還不太會選擇和部署。我也不太清楚一些關鍵參數的優缺點，像是扭矩、齒輪比等項目。

我記得就讀大學時有聽過相關課程，但也是 1970 年代末的黑暗時期了，回顧我的人生，也是 40 年多前的事了。我非常相信教授有教我所有有用的資訊，但我必須說，我的思考能力不及。

我常說：「給我一顆閃爍的 LED，我會讓你驚歎不已。」(你也可以說我很老派)。因此，我的第一個業餘專案是有關三色 LED 眼睛的機器人頭。一開始，我試圖打造一個便宜但有趣的 (也可以說是快速且骯髒的) 平台來玩一玩，所以我就用木頭和紙板弄一弄，再用熱融膠黏起來。

有一陣子，在我自己的世界 (有更大的蝴蝶、更亮眼的花、更美的鳥鳴) 裡效果還不錯。但我有個朋友跟我說，如果我在專案裡再添加一些「動作」會更酷。他特別建議，讓眼睛左右擺動或前後傾斜。此外，要讓整個頭都能擺動、傾斜，並且從一側倒向另一側。

這些都回歸現實面，我在多種不同的可用馬達和致動器中不太會選擇。我瞭解有刷 DC 馬達、無刷三相馬達、步進馬達、伺服機、線性致動器的高階差異，但我不確定在各式的應用中該用哪一款，例如機器人頭。

從伺服機開始

這需要一些研究，我絕對會寫入日後的部落格文章中。但在同時，我剛訂購了兩個 Adafruit 的 1967 迷你擺動／傾斜機器人套件 (圖 1)。

圖 1：1967 擺動傾斜套件經完整組裝，搭載兩個微伺服機 (SG-90 或 SG-92 類型)，可從一側至另一側 180° 擺動，並且上下傾斜 150°。(圖片來源：Adafruit)

現在，我瞭解我可以直接採用微控制器的數位輸出引腳，使用脈寬調變 (PWM) 控制這些伺服機，但我一直傾向讓微控制器和外界形成隔離，即使隔離只比場效電晶體 (FET) 多一點點。

假設我決定在最終實作中使用伺服馬達，那麼最終這兩個眼睛各需要控制至少兩個伺服機，主要的頭也需要至少三或四個伺服機。因此，我決定投資 Adafruit 的 815 16 通道、12 位元 PWM 驅動器板 (圖 2)。

圖 2：透過其 I2C 介面，使用僅兩個微控制器引腳，此 16 通道 PWM 板可用於控制 LED 和伺服機馬達。(圖片來源：Adafruit)

此板最棒的是可以使用 I2C 介面控制，因此只需要微控制器的兩個數位輸出引腳。16 PWM 的各個輸出可用於驅動 LED 或伺服馬達。

無刷 DC 馬達

因緣際會之下，我最近也開始思考另一個需要馬達基礎知識的專案。三或四年前，我有個朋友送我一個超有趣的舊式可變電容 (圖 3)。

圖 3：此可變電容使用一組金屬盤面形成固定轉子，與形成可動轉子的第二組盤面交錯，採用空氣為介電質。(圖片來源：Max Maxfield)

我快速從 Google 查詢，才知道採用空氣介電質的可變電容是由匈牙利工程師 Dezső Korda 發明，在 1893 年取得德國專利。

此立方體體積約為 30 x 30 x 30 cm，拿在手裡很美。主結構由不同金屬組成，且組成電容的結構與框架採用絕緣玻璃分離器進行電氣隔離。我不知道此電容是否還有在生產 (我想應該沒有了)，但如果還有，我不敢想像新的會多貴。

在送我之前，朋友將此電容安裝在木頭基座上 (我打算用更炫的東西替換)，移除終端檔板，因此可以 360° 持續旋轉，並且添加馬達和驅動皮帶 (請見照片右下方)。

我很不好意思地說，這個的美妙的玩意兒過去幾年來都在我辦公室書架頂端積灰塵。兩週前我剛好瞄到，想說「我可以拿來做些什麼」。

老實說，我沒有想過這會是一個大問題，直到我看了看馬達內部，發現有三條電線。「天啊」，我想。我打給我的朋友，確認這是一個 12 V、三相無刷馬達。他說他使用這種馬達是因為在聲響和電氣上都無比安靜。因此，我現在需要找到某種方式控制這個小東西的速度和旋轉方向。

結論

我迅速行動，並且認定「動作」會在我未來的業餘計畫中佔有一席之地，我開始深入學習馬達和致動器。Adafruit 的 1967 擺動傾斜套件和 817 PWM 板從一開始就證實了非常容易入門，而且很有可能我會用於未來的計畫中。

我剛訂購了一本 Matthew Scarpino 著的《創客用馬達：步進、伺服機、其他電氣機械的指南》(Motors for Makers: A Guide to Steppers, Servos, and Other Electrical Machines)。

我會在未來的部落格文章報導後續發展。在此同時，您有任何想法要分享的嗎？一如既往，歡迎您的意見、問題、建議。