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1、舵机的相关原理与控制原理舵机的相关原理与控制原理在机器人机电控制系统中，舵机控制效果是性能的重要影响因素。舵机可以在微机电系统和航模中作为基本的输出执行机构，其简单的控制和输出使得单片机系统非常容易与之接口。舵机是一种位置（角度）伺服的驱动器，适用于那些需要角度不断变化并可以保持的控制系统。目前在高档遥控玩具，如航模，包括飞机模型，潜艇模型；遥控机器人中已经使用得比较普遍。舵机是一种俗称，其实是一种角位移伺服电机。如图所示为机器人常用的一种舵机，可以调节机器人手臂的角度，+特性舵机技术指标舵机技术指标表一舵机S3010主要技术规格飞思车赛指定用舵机整体介绍：主用途通用伺服器特征低成本、高扭矩基
2、板S256马达Tricore GM1510VRTR133-15其它MATAL 轴承，引线长300mm,HORND 体积：（LWH)40.02038.1mm重量：41g输出扭矩：*6.0V时6.51.3Kg.cm动作速度：*6.0V时0.160.02Sec/60度表一续动作方向：(顺时针）*CW 脉宽 1520-920 us （逆时针）*CCW 脉宽 1520-2120 us动作角度：*CW 60 10度CCW 60 10度左右差 最大10度工作电压范围：*4.0-6.0 V工作电流：*停止时最大15mA （无负载）（4.8V时）动作时13025mA（无负载）工作电流：停止时最大15mA （无负
3、载）（6.0V时）动作时14530mA（无负载）晃动量最大0.3mm使用温度范围-10-+45度 舵机的内部结构舵机的内部结构舵机的内部结构舵机的内部结构 舵机本身是一个位置随动系统，构成如上图所示。通过内部位置反馈，它的舵盘输出转角正比于给定的控制信号，因此对它的控制可以使用开环方式。在负载力矩小于其最大输出力矩（6.5Kg.cm)的情况下，它的输出转角正比于给定脉冲宽度。舵机转角与脉宽的关系舵机转角与脉宽的关系：舵机位置调中脉冲舵机位置调中脉冲：脉冲周期一般选在脉冲周期一般选在20毫秒左右毫秒左右工作原理是：工作原理是：控制信号由接收机的通道进入信号处理芯片，获得直流偏置电压。它内部有一个
4、基准电路，产生周期为20ms，宽度为1.5ms的基准信号，将获得的直流偏置电压与电位器的电压比较，获得电压差输出。最后，电压差的正负输出到电机驱动芯片决定电机的正反转。当电机转速一定时，通过级联减速齿轮带动电位器旋转，使得电压差为0，电机停止转动。舵机的接线：舵机的接线：下线-地线上线-正电源（如+5V)中线-控制信号线（脉宽信号）单片机控制舵机的方法单片机控制舵机的方法：在51单片机中，可由定时器中断的方式来实现。控制方式为：改变定时器中断的定时系数，执行所需中断时间。舵机的控制一般需要一个20ms左右的时基脉冲，该脉冲的高电平部分一般为0.5ms2.5ms范围内的角度控制脉冲部分。以180
5、度角度伺服为例，那么对应的控制关系是这样的：0.5ms-0度；1.0ms-45度；1.5ms-90度；2.0ms-135度；2.5ms-180度；小型舵机的工作电压一般为4.8V或6V，转速也不是很快，一般为0.22/60度或0.18/60度，所以假如你更改角度控制脉冲的宽度太快时，舵机可能反应不过来。如果需要更快速的反应，就需要更高的转速了。要精确的控制舵机，其实没有那么容易，很多舵机的位置等级有1024个，那么，如果舵机的有效角度范围为180度的话，其控制的角度精度是可以达到180/1024度约0.18度了。从时间上看其实要求的脉宽控制精度为2000/1024us约2us。如果你拿了个舵机
6、，连控制精度为1度都达不到的话，而且还看到舵机在发抖。在这种情况下，只要舵机的电压没有抖动，那抖动的就是你的控制脉冲了。而这个脉冲为什么会抖动呢？这和你选用的脉冲发生器有关了。以前曾使用过555电路来调舵机的驱动脉冲，如果只是控制几个点位置伺服好像是可以这么做的，可以多用几个开关引些电阻出来调占空比，但这样调试应该是非常麻烦而且运行也不一定可靠的。使用传统单片机控制舵机的方案也有很多，多是利用定时使用传统单片机控制舵机的方案也有很多，多是利用定时器和中断的方式来完成控制的，这样的方式控制器和中断的方式来完成控制的，这样的方式控制1 1个舵机还是相个舵机还是相当有效的，但是随着舵机数量的增加，也
7、许控制起来就没有那么当有效的，但是随着舵机数量的增加，也许控制起来就没有那么方便方便了。了。现在现在AVRAVR也有控制也有控制3232个舵机的试验板，你只需要将其控制信个舵机的试验板，你只需要将其控制信号与示波器连接，然后让试验板输出的舵机控制信号以号与示波器连接，然后让试验板输出的舵机控制信号以2 2微秒的微秒的宽度输出。宽度输出。现在出现了性能更为优越的数码舵机，一个数十元的伺服现在出现了性能更为优越的数码舵机，一个数十元的伺服器与数百元的伺服器在外表上并没有多大的分别，但是数码化舵器与数百元的伺服器在外表上并没有多大的分别，但是数码化舵机比上一代传统的普通舵机有更快的反应、更精确以及更
8、为紧凑机比上一代传统的普通舵机有更快的反应、更精确以及更为紧凑的效率。的效率。一个数码化的舵机内置了微型的处理器，这正是数码舵机一个数码化的舵机内置了微型的处理器，这正是数码舵机优点所在。这个微型处理器可以应所接收的讯号而作出指令，至优点所在。这个微型处理器可以应所接收的讯号而作出指令，至於传统的舵机则经常只是检查自己的位置是否正确并作出更正。於传统的舵机则经常只是检查自己的位置是否正确并作出更正。传统的舵机将指令的动作传至输出轴，指令是来自接收器的脉冲，传统的舵机将指令的动作传至输出轴，指令是来自接收器的脉冲，每秒每秒中约有四十至五十次的调整。但是数码化舵机的输出轴每秒每秒中约有四十至五十次
9、的调整。但是数码化舵机的输出轴每秒约有三百次的调整，每秒约有三百次的调整，及为微处理器的工作频率，及为微处理器的工作频率，足足较传统足足较传统的伺服器，快了六倍之多的伺服器，快了六倍之多，这也表示了数码舵机调整输出轴的位这也表示了数码舵机调整输出轴的位置较传统的达六倍之多，所以它肯定是较传统的舵机有更快的反置较传统的达六倍之多，所以它肯定是较传统的舵机有更快的反应。应。但是要注意：在更换系统其中某个舵机的时候但是要注意：在更换系统其中某个舵机的时候,不能将普通不能将普通舵机与数码舵机混合使用舵机与数码舵机混合使用.要么全部使用普通舵机要么全部使用普通舵机,要么全部使用要么全部使用数码舵机。数码
10、舵机。舵机的性能及安装舵机的性能及安装舵机是遥控模型无线电操纵系统中很重要的部件。如果不了解它的性能，不讲究正确的安装方法，轻则影响模型的飞行姿态，重则如果卡住模型则无法操纵，造成事故的发生。所以，在使用舵机前，了解它的性能和安装方法是必要的。日前市场上出售的模型舵机，主要是比例式的，类型有普通型、超小型，强力型和特殊用途型等几种。普通型：普通型：45克，0.2秒60度，力矩3千克厘米。这种舵机各方面性能都比较适中，一般用在尺寸不是很大的玩具飞机模型上。超小型：超小型：20克，0.15秒60度，力矩2千克厘米。它的体积小、重量轻，输出力矩小，通常用于小尺寸、舵面阻力相对小的小型电动类模型等。强
11、力型：强力型：100克，0.2秒60度，力矩9千克厘米。这种舵机输出力矩大，可以克服高速、大舵面带来的阻力大的缺点。主要用于尺寸和飞行重量大，速度快，舵面阻力大的模型，如大型仿真飞机模型、现代特技飞机模型、喷射模型飞机等。特殊用途型特殊用途型:多数特殊用途的舵机，其性能与强力型相似。通常用于专项任务，如收索机(帆船)、起落机等。另外，还有些耐高温和可防水的舵机，主要用于科学研究和工业方面，一般模型很少采用。舵机内部的电路和齿轮等零件都是很精细的，自己较难制作，多采用成品舵机。日产成品舵机品质较好，剩余功率大，不易打齿、比较耐用。安装舵机也很重要，安装方法主要有三种：(1)用胶直接把舵机粘在模型
12、上。要求帖接技术较高，不能更换，通常用于一些简单模型。(2)对好舵机两边的安装孔，用螺钉固定。这种方法的好处是容易更换。(3)利用配套的固定片及减震片固定。对于装大容积内燃机的模型，为了减少振动对舵机的损害，多采用这种方法。舵机的安装位置应尽量靠近模型的重心。有条件时，舵机和接收机应尽量分别使用电源。电源电压不足时，应立即更换，以免舵机操纵失灵导致空中停机。舵机输出盘(摇臂)不同的角度和力臂孔，应尽量选择力臂大的，这样可以减小舵机负荷。输出盘与舵面，可以专用联杆或钢丝连接，前者效果较好。舵机使用几个注意点：舵机使用几个注意点：（1 1）舵机安装连接控制角度的摇杆，因为机械结构的原因，摇杆的初始
13、舵机安装连接控制角度的摇杆，因为机械结构的原因，摇杆的初始0 0度角，与舵机的机械度角，与舵机的机械0 0度角，一般并不重合。在使用时要进行修正。度角，一般并不重合。在使用时要进行修正。（2 2）舵机输出的控制角一般精度较高，但由于其控制的机械装置精度并舵机输出的控制角一般精度较高，但由于其控制的机械装置精度并不高，（如模型车、步行机械人）所以要达到较理想的控制位置，除不高，（如模型车、步行机械人）所以要达到较理想的控制位置，除了仔细调整机械装置外，可由软件进行修正。了仔细调整机械装置外，可由软件进行修正。（3 3）机械装置在组装完成后，在工作范围内应无卡死，或阻力过大的情机械装置在组装完成后，在工作范围内应无卡死，或阻力过大的情况发生，才可进行软件硬件况发生，才可进行软件硬件协调协调。当舵机通电情况。当舵机通电情况出现出现不通电的情况不通电的情况下，不要手动强行改变其位置。用于控制汽车转弯控制时，应避免汽下，不要手动强行改变其位置。用于控制汽车转弯控制时，应避免汽车的撞击。以免损坏内部的塑料传动齿轮。车的撞击。以免损坏内部的塑料传动齿轮。（4 4）舵机供电电压的波动会引起舵机的抖动，因此舵机电压应非常稳定。舵机供电电压的波动会引起舵机的抖动，因此舵机电压应非常稳定。（5 5）在车模转弯应用中，为了提高响应时间，可加长摇杆长度。在车模转弯应用中，为了提高响应时间，可加长摇杆长度。