多轴机器人需要对多个伺服电机或舵机进行同步控制。本文介绍如何用PCA9685驱动板和Arduino实现16路舵机同步控制。

一、PCA9685 PWM驱动板

　　PCA9685通过I2C接口控制16路PWM输出，每路PWM分辨率12位（4096级），频率40-1000Hz可调。一个Arduino最多可以级联62个PCA9685（992路PWM）。

　　接线：Arduino的SCL→PCA9685的SCL，SDA→SDA，VCC→5V，GND共地。PCA9685的地址通过A0-A5引脚设置（默认0x40）。

二、安装库

#include <Wire.h>
#include <Adafruit_PWMServoDriver.h>

Adafruit_PWMServoDriver pca9685 = Adafruit_PWMServoDriver();

// 舵机脉冲范围（微秒）
#define SERVOMIN 150    // 0度
#define SERVOMAX 600    // 180度

void setup() {
  pca9685.begin();
  pca9685.setPWMFreq(50);  // 50Hz = 20ms周期（标准舵机频率）
}

void setServoAngle(int channel, float angle) {
  // 将角度(0-180)映射到脉冲值(150-600)
  int pulse = map(angle, 0, 180, SERVOMIN, SERVOMAX);
  pca9685.setPWM(channel, 0, pulse);
}

void setAllServos(int angles[16]) {
  for (int ch = 0; ch < 16; ch++) {
    setServoAngle(ch, angles[ch]);
  }
}

三、多轴同步控制

　　同步控制的关键：先计算所有舵机的目标角度，然后同时写入PCA9685，让所有舵机在同一时刻开始运动。

// 动作过渡插值
void smoothMove(int targetAngles[6], int durationMs) {
  int startAngles[6];
  int steps = durationMs / 20;  // 每20ms一个插值步
  
  // 记录当前位置
  for (int i = 0; i < 6; i++) {
    startAngles[i] = currentAngles[i];
  }
  
  for (int s = 0; s <= steps; s++) {
    float t = (float)s / steps;
    // 三次缓入缓出
    t = t < 0.5 ? 2*t*t : 1 - pow(-2*t+2, 2) / 2;
    
    int midAngles[6];
    for (int i = 0; i < 6; i++) {
      midAngles[i] = startAngles[i] + (targetAngles[i] - startAngles[i]) * t;
    }
    setAllServos(midAngles);
    delay(20);
  }
  
  // 更新当前位置
  memcpy(currentAngles, targetAngles, sizeof(currentAngles));
}

四、CAN总线多轴控制

　　对于更多轴数（如仿人机器人全身），建议使用CAN总线方案。每个关节使用一个带CAN接口的伺服驱动器（如ODrive、SimpleFOC），通过CAN总线组成网络。

　　Arduino用MCP2515 CAN模块接入CAN总线。每个关节有独立ID，主控通过CAN发送目标位置和速度，关节回传当前状态。

五、常见问题

　　Q：多个舵机同时运动时抖动？ A：PCA9685的驱动能力有限，16路同时输出时供电必须充足。每路舵机都要独立供电。

　　Q：I2C通信不稳定？ A：I2C线长不要超过30cm。在大功率电机附近加磁环抗干扰。