舵機(jī)的基本結(jié)構(gòu)和原理，以及如何通過PWM信號(hào)控制舵機(jī)

目錄

什么是舵機(jī)？

伺服控制

硬件連接

舵機(jī)規(guī)格

SG90

MG90S

MG996R

總結(jié)

什么是舵機(jī)？

舵機(jī)是伺服電機(jī)的一種，伺服電機(jī)就是帶有反饋環(huán)節(jié)的電機(jī)，我們可以通過伺服電機(jī)進(jìn)行精確的位置控制或者輸出較高的扭矩；

舵機(jī)

舵機(jī)也叫也叫RC 伺服器，通常用于機(jī)器人項(xiàng)目，也可以在遙控汽車，飛機(jī)等航模中找到它們。

類似舵機(jī)這樣的伺服系統(tǒng)通常由小型電動(dòng)機(jī)，電位計(jì)，嵌入式控制系統(tǒng)和變速箱組成。

電機(jī)輸出軸的位置由內(nèi)部電位計(jì)不斷采樣測(cè)量，并與微控制器（例如STM32,Arduino）設(shè)置的目標(biāo)位置進(jìn)行比較；

根據(jù)相應(yīng)的偏差，控制設(shè)備會(huì)調(diào)整電機(jī)輸出軸的實(shí)際位置，使其與目標(biāo)位置匹配。這樣就形成了閉環(huán)控制系統(tǒng)。

閉環(huán)系統(tǒng)

變速箱降低了電機(jī)的轉(zhuǎn)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(jié)構(gòu)如下圖所示；

內(nèi)部結(jié)構(gòu)

①：信號(hào)線：接收來自微控制器的控制信號(hào)；

②：電位器：可以測(cè)量輸出軸的位置量，屬于整個(gè)伺服機(jī)構(gòu)的反饋部分；

③：內(nèi)部控制器：處理來自外部控制的信號(hào)，驅(qū)動(dòng)電機(jī)以及處理反饋的位置信號(hào)，是整個(gè)伺服機(jī)構(gòu)的核心；

④：電機(jī)：作為執(zhí)行機(jī)構(gòu)，輸出多少轉(zhuǎn)速，轉(zhuǎn)矩，位置；

⑤：傳動(dòng)機(jī)構(gòu)/舵機(jī)系統(tǒng)：該機(jī)構(gòu)根據(jù)一定傳動(dòng)比，將電機(jī)輸出的行程縮放到最終輸出的角度上；

內(nèi)部解剖圖

因此舵機(jī)是伺服電機(jī)的一種，整體電機(jī)就是一個(gè)閉環(huán)系統(tǒng)，輸入相應(yīng)的信號(hào)，就能控制舵機(jī)輸出對(duì)應(yīng)的位置量；

伺服控制

通過向舵機(jī)的信號(hào)信號(hào)線發(fā)送PWM信號(hào)來控制舵機(jī)的輸出量；

上一篇文章有介紹過PWM，一般來說，PWM的周期以及占空比，我們是可控的，所以PWM脈沖的占空比直接決定了輸出軸的位置。

下面舉個(gè)例子；

當(dāng)我們向舵機(jī)發(fā)送脈沖寬度為1.5毫秒（ms）的信號(hào)時(shí)，舵機(jī)的輸出軸將移至中間位置（90度）；

脈沖寬度為1ms時(shí)，舵機(jī)的輸出軸將移至最小的位置（0度）；

脈沖寬度為2ms時(shí)，舵機(jī)的輸出軸將移至最小的位置（180度）；

注意：不同類型和品牌的伺服電機(jī)之間最大位置和最小位置的角度可能會(huì)不同。許多伺服器僅旋轉(zhuǎn)約170度（或者只有90度），但寬度為1.5 ms的伺服脈沖通常會(huì)將伺服設(shè)置為中間位置（通常是指定全范圍的一半）；

具體可以參考下圖；

轉(zhuǎn)動(dòng)角度與輸入信號(hào)的關(guān)系

伺服電動(dòng)機(jī)的周期通常為20毫秒，希望以50Hz的頻率產(chǎn)生脈沖，但是許多伺服器在40至200 Hz的范圍內(nèi)都能正常工作。

硬件連接

舵機(jī)的硬件布線比較簡(jiǎn)單，我們只需要三條線：電源線，信號(hào)線，地線；

如果單個(gè)舵機(jī)的電流比較小，例如SG90這種舵機(jī)，在空閑的時(shí)候大約只消耗10mA的電流，在旋轉(zhuǎn)的時(shí)候需要消耗100-250mA，因此，一般控制系統(tǒng)如果具備這樣的輸出能力，可以直接進(jìn)行驅(qū)動(dòng)；

如果舵機(jī)所需電流較大，則需要額外增加驅(qū)動(dòng)電路，將數(shù)字控制端和功率端隔離開；

或者需要同時(shí)驅(qū)動(dòng)多個(gè)舵機(jī)，可以使用PCA9685對(duì)多路PWM進(jìn)行驅(qū)動(dòng)；

舵機(jī)規(guī)格

下面是幾款幾款比較常見的舵機(jī)，我整理了一下它們的規(guī)格參數(shù)，在選型的時(shí)候，應(yīng)該需要關(guān)注一下；

SG90

這款比較便宜，如下圖所示；

SG90

技術(shù)指標(biāo)

MG90S

MG90S

技術(shù)指標(biāo)

MG996R

MG996R

技術(shù)指標(biāo)

總結(jié)

本文簡(jiǎn)單介紹了舵機(jī)的基本結(jié)構(gòu)和原理，以及如何通過PWM信號(hào)控制舵機(jī)，簡(jiǎn)單介紹了如何同時(shí)控制多個(gè)伺服電機(jī)，最后介紹了幾款市面上比較常用的舵機(jī)。

責(zé)任編輯：xj

原文標(biāo)題：小小舵機(jī)，大大玄機(jī)！

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