Servomoteur Métallique MG996 13KG 360

Le servomoteur MG996 en version 360° est un servomoteur à engrenages métalliques dont l’axe ne s’arrête à aucun angle : il tourne en continu, dans un sens ou dans l’autre, aussi longtemps que la consigne le demande. C’est la version « rotation continue » du classique MG996R de TowerPro — un boîtier de 55 g, un train d’engrenages tout métal et un couple de la classe des 10 kg·cm — mais une électronique dont le retour de position a été neutralisé.

La différence tient en une phrase : là où un servo de position reçoit un angle, celui-ci reçoit une vitesse et un sens. L’impulsion de 1,5 ms qui immobilisait le premier devient ici l’arrêt ; en s’en écartant d’un côté ou de l’autre, l’axe prend de la vitesse dans un sens ou dans l’autre. C’est ce qui en fait l’entraînement le plus direct pour un petit robot : deux exemplaires, et l’on obtient une base qui avance, recule et tourne sur place, sans driver de moteur ni pont en H à câbler.

Il ne sait pas, en revanche, à quel angle il se trouve : il n’a plus de position à tenir, donc plus rien à mesurer ni à corriger. Pour orienter une pièce avec précision — une pince, une direction, une articulation — c’est le MG995 à course de 180° qu’il faut choisir, pas ce modèle.

Caractéristiques techniques

Servomoteur de position ou rotation continue : ce qui change

Brochage : trois fils, trois couleurs

Le connecteur est femelle et au format des récepteurs de modélisme. Il se clipse sur trois broches mâles, celles d’une barrette ou de trois fils plantés dans une plaque d’essai, et ne rentre pas directement dans la plaque, dont les trous attendent des broches mâles.

L’alimentation : le point qui décide du montage

C’est la cause de la moitié des servomoteurs qui « ne marchent pas », et elle n’a rien à voir avec le programme. Un MG996 consomme une dizaine de milliampères au repos, mais il appelle plus d’un ampère à l’instant où il démarre, et davantage encore quand l’axe force. Or une carte alimentée par câble USB ne dispose que de 500 mA pour l’ensemble de ses composants, et sa broche 5V ne fait que donner accès à cette réserve.

Ce que l’on observe alors : l’axe démarre par à-coups au lieu de prendre sa vitesse franchement, le sens change tout seul, ou l’Arduino redémarre à chaque mouvement — son écran de veille se répète sur le port série. Un servo en rotation continue est même plus sensible qu’un servo de position sur ce point, parce qu’il consomme pendant tout le temps où il tourne, et non seulement pendant qu’il se déplace.

La solution tient en une phrase : alimenter le servomoteur par une source dédiée, et relier les deux masses. Pour un montage posé, l’alimentation 5 V 2 A convient : sa sortie arrive sur une prise cylindrique qu’il faut couper pour serrer les deux fils dans un bornier, le pôle positif d’un côté, la masse de l’autre. Pour un robot mobile, le support de piles 4×AA fournit les 6 V nominaux du modèle.

La masse commune n’est pas facultative : sans elle, le signal du servomoteur n’a plus de référence et le moteur part dans un sens imprévisible. Et le courant, lui, ne traverse jamais la carte : seul le fil de signal la concerne.

Mini-projet : une rotation continue à vitesse réglable

Le geste de base, celui qui servira ensuite dans tous les montages, consiste à faire tourner l’axe à une vitesse choisie, dans un sens ou dans l’autre, et à pouvoir l’arrêter franchement. Le programme ci-dessous confie ce réglage à un joystick analogique : au repos l’axe est immobile, en poussant le manche il prend de la vitesse, et en le poussant de l’autre côté il change de sens — exactement la commande d’un robot roulant.

Ce qu’il faut

Le câblage

Le programme

À copier dans l’IDE Arduino, puis à téléverser sur la carte :

/*
 * Servomoteur MG996 360 : rotation continue a vitesse reglee au joystick
 * Carte : Arduino Uno R3 - signal du servo sur D9 - joystick sur A0
 * Alimentation : source 5 V separee pour le servo, masse commune avec l'Arduino
 *
 * Composants, brochage et fiche complete : www.marocproduits.com
 */

#include "Servo.h"

Servo moteur;

const byte PIN_SERVO = 9;
const byte PIN_JOYSTICK = A0;

const int ARRET = 1500;     // largeur d'impulsion qui immobilise l'axe (a ajuster)
const int ZONE_MORTE = 40;  // ecart, en microsecondes, ou l'axe reste immobile
const int BUTEE = 400;      // ecart maximal autour de l'arret, regle la vitesse

void setup() {
  moteur.attach(PIN_SERVO);
  moteur.writeMicroseconds(ARRET);  // on part a l'arret
  delay(500);
}

void loop() {
  int lecture = analogRead(PIN_JOYSTICK);   // environ 512 au repos
  int ecart = map(lecture, 0, 1023, -BUTEE, BUTEE);

  if (abs(ecart) > ZONE_MORTE) {
    moteur.writeMicroseconds(ARRET + ecart);  // le signe donne le sens
  } else {
    moteur.writeMicroseconds(ARRET);          // manche au centre : arret franc
  }

  delay(20);
}

Comment ça marche

• moteur.attach(9) réserve la broche et fait générer par la bibliothèque la trame de commande : une impulsion toutes les 20 ms, envoyée en tâche de fond, sans que la boucle principale ait à s’en occuper.
• analogRead() renvoie une valeur de 0 à 1023. Le manche au repos donne environ 512 : c’est cette position qui doit correspondre à l’arrêt.
• map() transforme cette plage en un écart de -400 à +400 microsecondes autour de 1500. Le signe de l’écart donne le sens de rotation, sa valeur donne la vitesse. Avec BUTEE à 400, l’axe n’atteint jamais les extrêmes de la commande : il tourne déjà à pleine vitesse et reste dans une plage où la plupart des exemplaires se comportent proprement.
• writeMicroseconds() envoie directement une largeur d’impulsion. C’est la commande à utiliser sur ce modèle : write() arrondit à la classe d’angle la plus proche, et l’on ne dispose alors que de 1,5 ms (arrêt) et des deux extrêmes (plein régime), sans réglage intermédiaire.
• ZONE_MORTE évite le frémissement au repos. Un joystick ne revient jamais exactement au centre, et une consigne à quelques microsecondes de l’arrêt suffit à faire ramper lentement l’axe.
• delay(20) aligne la boucle sur la période de la trame : recalculer plus vite ne changerait rien à la commande.

Pour aller plus loin

Pour une vitesse encore plus franche, portez BUTEE à 500 : l’écart couvre alors toute la plage utile, de 1000 à 2000 microsecondes. Pour un robot roulant, dupliquez le servo : le même programme avec deux broches de signal et deux servomoteurs donne une base à deux roues motrices, et il suffit de faire tourner les deux en sens opposés pour tourner sur place. Et si les deux exemplaires ne tournent pas à la même vitesse pour la même consigne — c’est fréquent — corrigez par un coefficient appliqué à l’écart de l’un des deux plutôt qu’en espérant deux moteurs identiques.

Régler le point d’arrêt

Sur un servo en rotation continue, le neutre n’est jamais exactement à 1,5 ms. Un exemplaire s’arrête à 1480 microsecondes, un autre à 1520, et celui qui n’est pas réglé rampe lentement au repos — ce que l’on prend à tort pour un défaut. Le réglage se fait en trois minutes :

• téléversez le programme ci-dessus avec BUTEE à 0, de façon à n’envoyer que la valeur ARRET ;
• si l’axe tourne encore, décrémentez ou incrémentez ARRET par pas de 10 microsecondes, téléversez, et observez : on resserre par pas de 5 puis de 2 autour de la valeur où il s’immobilise ;
• notez la valeur trouvée en tête de programme, elle reste valable pour cet exemplaire.

Le testeur de servomoteur fait le même travail sans ordinateur : son potentiomètre balaie la largeur d’impulsion et il suffit de repérer la position où l’axe s’arrête. C’est aussi l’outil pour vérifier un servo avant de le monter : un exemplaire sain tourne régulièrement dans les deux sens, sans grogner ni chauffer à vide.

Questions fréquentes

Comment savoir si le modèle reçu est bien la version 360° ?

En tournant la couronne de sortie à la main : sur la version 360° elle tourne librement et indéfiniment, alors que celle d’un servo de position s’arrête contre une butée interne au bout d’un demi-tour environ. L’autre contrôle se fait sous tension : à 1,5 ms l’axe d’un modèle 360° s’immobilise mais ne résiste pas si on le pousse, tandis qu’un servo de position maintient activement son angle. Les deux versions partagent le même boîtier et la même étiquette, d’où la confusion fréquente entre les deux références.

Puis-je m’en servir pour orienter une pièce à un angle précis ?

Non, et c’est la limite du modèle : sans retour de position, aucune commande ne permet de savoir où en est l’axe, donc aucun angle ne peut être tenu. Une pince, une direction ou une articulation demandent un servo de position. Si l’angle à atteindre correspond toujours à un tour complet ou à un nombre de tours connu, la difficulté se contourne avec un contact de fin de course, mais jamais avec la seule commande du servo.

Puis-je l’alimenter depuis la broche 5 V de la carte ?

Non, pas sur un montage réel. La broche 5V de l’Arduino ne fournit aucune réserve : elle donne accès à ce que reçoit la carte. Avec un câble USB, l’ensemble du montage dispose de 500 mA, alors que ce servomoteur demande à lui seul plus d’un ampère en charge. Un servo, une alimentation dédiée, une masse commune : c’est le montage qui fonctionne.

Combien de servomoteurs puis-je piloter avec une carte ?

La bibliothèque Servo en commande jusqu’à douze sur une Uno, mais la limite réelle est le courant, pas le nombre de broches. Au-delà de deux servomoteurs de cette taille, le montage passe par un driver I2C PCA9685 : il génère seize impulsions à lui seul à partir de deux fils de données, et reçoit une alimentation moteur indépendante de celle du microcontrôleur. Un robot à quatre roues motrices se câble ainsi sans occuper douze broches.

L’axe tourne lentement tout seul quand je ne demande rien

Le point d’arrêt n’est pas réglé : c’est le cas normal d’un exemplaire sorti d’usine, et le paragraphe précédent donne la procédure. Vérifiez aussi l’alimentation — une source faible fait varier la largeur d’impulsion vue par l’électronique du servo, qui interprète ce bruit comme une consigne. Et retirez la consigne au lieu de la mettre au neutre : envoyer une impulsion de 1,5 ms à un servo dont le neutre réel est à 1,48 ms, c’est lui demander de tourner doucement.

Le servo chauffe alors qu’il ne tourne pas

Il force contre quelque chose, ou il est bloqué. Un servomoteur en rotation continue n’a aucune protection thermique : axe arrêté par un obstacle, il consomme son courant de décrochage — jusqu’à 2,5 A sous 6 V — et chauffe jusqu’à se détériorer. Assurez-vous que la mécanique est libre sur tout le débattement et que la charge reste inférieure à son couple, en tenant compte du bras de levier : un couple de 11 kg·cm ne soulève que 1,1 kg au bout d’un palonnier de 10 cm.

Combien de temps peut-il tourner sans s’arrêter ?

Le modèle est prévu pour un usage intermittent, comme tous les servos de modélisme. En rotation continue à vide il tient sans peine de longues minutes, mais la consommation en charge et l’échauffement du moteur limitent l’usage à des mouvements plutôt qu’à un fonctionnement permanent. Pour faire tourner une charge plusieurs heures d’affilée, un moteur réducteur avec son driver est la réponse adaptée, et ce servomoteur reste la solution des mécaniques ponctuelles. Ne forcez jamais l’axe à la main : le train métallique transmet directement l’effort au moteur.

À combiner avec

Pour transformer un montage à deux servos en robot pilotable depuis un téléphone, le module Bluetooth HC-05 se branche sur les deux fils du port série et remplace le joystick par une application : le programme est identique, seule la source de la valeur change. Deux servomoteurs en rotation continue, ce module, un support de piles et une plaque de prototypage suffisent à faire une base roulante complète.