舵機的基本原理的控制方法

什麼是舵機？

舵機是伺服電機的一種，伺服電機就是帶有反饋環節的電機，我們可以通過伺服電機進行精確的位置控制或者輸出較高的扭矩；

舵機也叫也叫 RC 伺服器，通常用於機器人專案，也可以在遙控汽車，飛機等航模中找到它們。

類似舵機這樣的伺服系統通常由小型電動機，電位計，嵌入式控制系統和變速箱組成。

電機輸出軸的位置由內部電位計不斷取樣測量，並與微控制器（例如STM32,Arduino）設定的目標位置進行比較；

根據相應的偏差，控制裝置會調整電機輸出軸的實際位置，使其與目標位置匹配。這樣就形成了閉環控制系統。

變速箱降低了電機的轉速，從而增加了輸出軸上的輸出扭矩。輸出軸的最大速度通常約為60 RPM。

具體結構如下圖所示；

• ①：訊號線：接收來自微控制器的控制訊號；
• ②：電位器：可以測量輸出軸的位置量，屬於整個伺服機構的反饋部分；
• ③：內部控制器：處理來自外部控制的訊號，驅動電機以及處理反饋的位置訊號，是整個伺服機構的核心；
• ④：電機：作為執行機構，輸出多少轉速，轉矩，位置；
• ⑤：傳動機構/舵機系統：該機構根據一定傳動比，將電機輸出的行程縮放到最終輸出的角度上；

因此舵機是伺服電機的一種，整體電機就是一個閉環系統，輸入相應的訊號，就能控制舵機輸出對應的位置量；

伺服控制

通過向舵機的訊號訊號線傳送PWM訊號來控制舵機的輸出量；

上一篇文章有介紹過PWM，一般來說，PWM的週期以及佔空比，我們是可控的，所以PWM脈衝的佔空比直接決定了輸出軸的位置。

下面舉個例子；

• 當我們向舵機傳送脈衝寬度為1.5毫秒（ms）的訊號時，舵機的輸出軸將移至中間位置（90度）；
• 脈衝寬度為1ms時，舵機的輸出軸將移至最小的位置（0度）；
• 脈衝寬度為2ms時，舵機的輸出軸將移至最小的位置（180度）；

注意：不同型別和品牌的伺服電機之間最大位置和最小位置的角度可能會不同。許多伺服器僅旋轉約170度（或什至僅90度），但寬度為1.5 ms的伺服脈衝通常會將伺服設定為中間位置（通常是指定全範圍的一半）；

具體可以參考下圖；

伺服電動機的週期通常為20毫秒，希望以50Hz的頻率產生脈衝，但是許多伺服器在40至200 Hz的範圍內都能正常工作。

硬體連線

舵機的硬體佈線比較簡單，我們只需要三條線：電源線，訊號線，地線；

如果單個舵機的電流比較小，例如SG90這種舵機，在空閒的時候大約只消耗10mA的電流，在旋轉的時候需要消耗100-250mA，因此，一般控制系統如果具備這樣的輸出能力，可以直接進行驅動；

如果舵機所需電流較大，則需要額外增加驅動電路，將數字控制端和功率端隔離開；

或者需要同時驅動多個舵機，可以使用PCA9685對多路PWM進行驅動；

舵機規格

下面是幾款幾款比較常見的舵機，我整理了一下它們的規格引數，在選型的時候，應該需要關注一下；

SG90

這款比較便宜，如下圖所示；

技術指標

Operating voltage	4.8 V
Weight	9 g
Stall torque	1.8 kg/cm (4.8 V)
Gear type	POM gear set
Operating speed	0.12 sec/60° (4.8 V)
Operating temperature	0 – 55 °C

MG90S

技術指標

Operating voltage	4.8 V
Weight	13.4 g
Stall torque	1.8 kg/cm (4.8 V), 2.2 kg/cm (6.6 V)
Gear type	6061-T6 aluminum
Operating speed	0.10 sec/60° (4.8 V), 0.08 sec/60° (6.0 V)
Operating temperature	0 – 55 °C

MG996R

技術指標

Operating voltage	4.8 – 6.6 V
Current draw at idle	10 mA
No-load operating current draw	170 mA
Stall current draw	1400 mA
Weight	55 g
Stall torque	9.4 kg/cm (4.8 V), 11 kg/cm (6.0 V)
Gear type	Metal gear
Operating speed	0.19 sec/60° (4.8 V), 0.15 sec/60° (6.0 V)
Operating temperature	0 – 55 °C

總結

本文簡單介紹了舵機的基本結構和原理，以及如何通過PWM訊號控制舵機，簡單介紹瞭如何同時控制多個伺服電機，最後介紹了幾款市面上比較常用的舵機。我希望您覺得這篇文章有用和有益，請幫忙轉發，點贊，在看，與同樣喜歡電子產品和DIY的朋友分享！