小小舵機(jī)，大大玄機(jī)！

目錄

什么是舵機(jī)？

伺服控制

硬件連接

舵機(jī)規(guī)格

總結(jié)

• SG90

  MG90S

  MG996R

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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)

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舵機(jī)也叫也叫 RC 伺服器，通常用于機(jī)器人項目，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)通常由小型電動機(jī)，電位計，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)部電位計不斷采樣測量，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)備會調(diào)整電機(jī)輸出軸的實際位置，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：信號線：接收來自微控制器的控制信號；
• ②：電位器：可以測量輸出軸的位置量，屬于整個伺服機(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，驅(qū)動電機(jī)以及處理反饋的位置信號，是整個伺服機(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：傳動機(jī)構(gòu) / 舵機(jī)系統(tǒng)：該機(jī)構(gòu)根據(jù)一定傳動比，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

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

伺服控制

通過向舵機(jī)的信號信號線發(fā)送 PWM 信號來控制舵機(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）的信號時，舵機(jī)的輸出軸將移至中間位置（90 度）；脈沖寬度為1ms時，舵機(jī)的輸出軸將移至最小的位置（0 度）；脈沖寬度為2ms時，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)動角度與輸入信號的關(guān)系

伺服電動機(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。

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硬件連接

舵機(jī)的硬件布線比較簡單，我們只需要三條線：電源線，信號線，地線；

如果單個舵機(jī)的電流比較小，例如 SG90 這種舵機(jī)，在空閑的時候大約只消耗 10mA 的電流，在旋轉(zhuǎn)的時候需要消耗 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；

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

或者需要同時驅(qū)動多個舵機(jī)，可以使用 PCA9685 對多路 PWM 進(jìn)行驅(qū)動；

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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)，在選型的時候，應(yīng)該需要關(guān)注一下；

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SG90

這款比較便宜，如下圖所示；

SG90

技術(shù)指標(biāo)

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MG90S

MG90S

技術(shù)指標(biāo)

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MG996R

MG996R

技術(shù)指標(biāo)

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總結(jié)

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