舵機工作原理要點

1、舵機工作原理地線、控制線,標準的舵機有3條導線，分別是：電源線、如圖2所示。輸出轉軸電源線Hu地線GNDO-控制線a2標準舵機是 FUFABA-S300理以日本FUTABA-S300以舵機為例，圖1舵機的內部電路。JTTL1211rn 10gndtBA6688LR.7cT I 1.凡 J 戶廣& CJ-嚷FUTABA - S3003型舵機的內部電路3003舵機的工作原理是：PWMW號由接收通道進入信號解調 電路BA6688的12腳進行解調，獲得一個直流偏置電壓。該 直流偏置電壓與電位器的電壓比較，獲得電壓差由BA6688的3腳輸由。該輸由送入電機驅動集成電路BAL6686,以驅動電機正反轉。當

2、電機轉動時，通過級聯(lián)減速齒輪帶動電位 器Rw1旋轉，直到電壓差為 O,電機停止轉動。舵機的控制信號是 PWMW號，利用占空比的變化，改變舵機 的位置。有個很有趣的技術話題可以稍微提一下，就是BA6688是有EMF控制的，主要用途是控制在高速時候電機最大轉速。原理是這樣的：收到1個脈沖以后，BA6688內部也產(chǎn)生1個以5K電位器實 際電壓為基準的脈沖，2個脈沖比較以后展寬，輸由給驅動 使用。當輸由足夠時候，馬達就開始加速，馬達就能產(chǎn)生EMF 這個和轉速成正比的。因為取的是中心電壓，所以正常不能檢測到的，但是運行以 后就電平發(fā)生傾斜，就能檢測由來。超過EMM斷電壓時候就減小展寬，甚至關閉，讓馬達減

3、速或者停車。這樣的好處 是可以避免過沖現(xiàn)象（就是到了定位點還繼續(xù)走，然后回頭， 再靠近）一些國產(chǎn)便宜舵機用的便宜的芯片，就沒有EMF控制，馬達、齒輪的機械慣性就容易發(fā)生過沖現(xiàn)象，產(chǎn)生抖舵電源線和地 線用于提供舵機內部的直流電機和控制線路所需的能源.電 壓通常介于46V, 一田取5VO注意，給舵機供電電源應能提供足夠的功率?？刂凭€的輸入是一個寬度可調的周期性方波脈沖信號，方波脈沖信號的周期為 20 ms（即頻率為50 Hz） 當方波的脈沖寬度改變時，舵機轉軸的角度發(fā)生改變，角度變化與脈沖寬度的變化成正比。某型舵機的輸由軸轉角與輸入信號的脈沖寬度之間的關系可用圖3來表示。圖3舵機輸出轉角與輸入信號

4、脈沖寬度的關系0 5 0 5 09 4 一 4 9可變脈寬輸由試驗（舵機控制）原創(chuàng)：xidongs 整理：armok / 2004-12-05 / HYPERLINK http:/www.OurAVR.com www.OurAVR.com內容簡介：舵機：英文叫Servo,臺灣及香港中文稱伺服機。在航 模及自動控制中，舵機擔當著重要的作用。舵機由無核心馬達所構成，可依據(jù)接收機發(fā)生的指令， 轉動至定點的位置，是各個舵面的動力來源。伺服機的規(guī)格主要是扭力與速度，扭力的單位是/意指擺臂長度1公分處所能吊起的物重。速度的單位是秒 /60 ,意指轉動60所需要的秒數(shù)。本實驗中控制舵機的 PWM由M16的P

5、B.0 輸由，8M 晶體，vcc : 5v,僅使用一個八位定時器 timer2 ,波形比較 準確，用示波器和實測都已經(jīng)通過。分辨率為20微秒。p I I 八伺服馬達的控制:標準的微型伺服馬達有三條控制線，分別為：電源、地及控制。電源線與地線用于提供內部的直流馬達及控制線路所需的能源，電壓通常介于4V-6V之間，該 電源應盡可能與處理系統(tǒng)的電源隔離（因為伺服馬達會產(chǎn)生噪音）。甚至小 伺服馬達在重負載時也會拉低放大器的電壓，所以整個系統(tǒng) 的電源供應的比例必須合理。Control （控制線）SEBVO Power （SERVO 電源線）GND地紋）控制線輸入一個周期性的正向脈沖信號，這個周期性脈沖信

6、號的高電平時間通常在 1ms-2ms之間。而低電平時間應在5ms到20ms問，并不很嚴格。下表表示由一個典型的 20ms周期性脈沖的正脈沖寬度與微型伺服馬達的輸生臂位置的關系：以下是形象的示意圖:Ttriit Bas#可*Pulse Width In Neutral Portion電路圖:JPIL舵機信號線. TCCGNDPBO(XCK/TO) PB1 (T1) PB2(AIH0nNT2) PB3(AIN1/OCO)PAO(ADCO)PAl(ADCl)P*2(ADC2)PA3(ADC3)a) 2(TCK) POE灼 PC4 CTDO)PCS (TDD PC6 (TOSCO PC7(TOSC2)

7、vcc3RESETAVCCA33032XTAL2XTAL1GHD GND31H-1MCU16L-8PI舵機工作原理1、概述舵機最早由現(xiàn)在航模運動中。在航空模型中，飛行機的飛行 姿態(tài)是通過調節(jié)發(fā)動機和各個控制舵面來實現(xiàn)的。舉個簡單 的四通飛機來說，飛機上有以下幾個地方需要控制：.發(fā)動機進氣量，來控制發(fā)動機的拉力（或推力）；.副翼舵面（安裝在飛機機翼后緣），用來控制飛機的橫滾運動；.水平尾舵面，用來控制飛機的俯仰角；.垂直尾舵面，用來控制飛機的偏航角；遙控器有四個通道，分別對應四個舵機，而舵機又通過連桿 等傳動元件帶動舵面的轉動，從而改變飛機的運動狀態(tài)。舵 機因此得名：控制舵面的伺服電機。不僅在航

8、模飛機中，在其他的模型運動中都可以看到它的應 用：船模上用來控制尾舵， 車模中用來轉向等等。 由此可見, 凡是需要操作性動作時都可以用舵機來實現(xiàn)。2、結構和控制一般來講，舵機主要由以下幾個部分組成，舵盤、減速齒輪組、位置反饋電位計 5k、直流電機、控制電路板等。工作原理：控制電路板接受來自信號線的控制信號（具體信 號待會再講），控制電機轉動，電機帶動一系列齒輪組，減 速后傳動至輸由舵盤。舵機的輸由軸和位置反饋電位計是相 連的，舵盤轉動的同時，帶動位置反饋電位計，電位計將輸 由一個電壓信號到控制電路板，進行反饋，然后控制電路板 根據(jù)所在位置決定電機的轉動方向和速度，從而達到目標停 止。舵機的基本

9、結構是這樣，但實現(xiàn)起來有很多種。例如電機就 有有刷和無刷之分，齒輪有塑料和金屬之分，輸由軸有滑動 和滾動之分，殼體有塑料和鋁合金之分，速度有快速和慢速 之分，體積有大中小三種之分等等，組合不同，價格也千差 萬別。例如，其中小舵機一般稱作微舵，同種材料的條件下 是中型的一倍多，金屬齒輪是塑料齒輪的一倍多。需要根據(jù) 需要選用不同類型。舵機的輸入線共有三條，紅色中間，是電源線，一邊黑色的 是地線，這輛根線給舵機提供最基本的能源保證，主要是電 機的轉動消耗。電源有兩種規(guī)格，一是 4.8V, 一是6.0V, 分別對應不同的轉矩標準， 即輸由力矩不同，6.0V對應的要 大一些，具體看應用條件；另外一根線是

10、控制信號線，F(xiàn)utaba 的一般為白色，JR的一般為桔黃色。另外要注意一點， SANWA的莫些型號的舵機引線電源線在邊上而不是中間， 需要辨認。但記住紅色為電源，黑色為地線，一般不會搞錯。 舵機的控制信號為周期是 20ms的脈寬調制（PWM ）信號， 其中脈沖寬度從 0.5ms-2.5ms，相對應舵盤的位置為 0 180 度，呈線性變化。也就是說，給它提供一定的脈寬，它的輸 曲軸就會保持在一個相對應的角度上，無論外界轉矩怎樣改 變，直到給它提供一個另外寬度的脈沖信號，它才會改變輸 由角度到新的對應的位置上。舵機內部有一個基準電路，產(chǎn) 生周期20ms ,寬度1.5ms的基準信號，有一個比較器，將

11、 外加信號與基準信號相比較，判斷由方向和大小，從而產(chǎn)生 電機的轉動信號。由此可見，舵機是一種位置伺服的驅動器， 轉動范圍不能超過180度，適用于那些需要角度不斷變化并可以保持的驅動當中。比方說機器人的關節(jié)、飛機的舵面等。常見的舵機廠家有：日本的 Futaba、JR、SANWA等，國 產(chǎn)的有北京的新幻想、吉林的振華等?，F(xiàn)舉 Futaba S3003 來介紹相關參數(shù)，以供大家設計時選用。之所以用3003是因為這個型號是市場上最常見的，也是價格相對較便宜的一 種(以下數(shù)據(jù)摘自Futaba產(chǎn)品手冊)。尺 寸(Dimensions) : 40.4 X19.8 X36.0 mm重量(Weight) : 3

12、7.2 g工作速度(Operating speed) : 0.23 sec/60 (4.8V)0.19 sec/60 (6.0 V)輸生力矩(Output torque) :3.2 kg.cm (4.8V)kg.cm (6.0V)由此可見，舵機具有以下一些特點：體積緊湊，便于安裝；輸生力矩大，穩(wěn)定性好；控制簡單，便于和數(shù)字系統(tǒng)接口；正是因為舵機有很多優(yōu)點，所以，現(xiàn)在不僅僅應用在航模運 動中，已經(jīng)擴展到各種機電產(chǎn)品中來，在機器人控制中應用 也越來越廣泛。3、用單片機來控制正是舵機的控制信號是一個脈寬調制信號，所以很方便和數(shù)字系統(tǒng)進行接口。只要能產(chǎn)生標準的控制信號的數(shù)字設備都 可以用來控制舵機，比

13、方 PLC、單片機等。這里介紹利用 51系列單片機產(chǎn)生舵機的控制信號來進行控制的方法，編程語言為C51。之所以介紹這種方法只是因為筆者用2051實現(xiàn)過，本著負責的態(tài)度，所以敢在這里寫由來。程序用的是 我的四足步行機器人，有刪改。單片機并不是控制舵機的最 好的方法，希望在此能起到拋磚引玉的作用。2051有兩個16位的內部計數(shù)器，我們就用它來產(chǎn)生周期 20 ms的脈沖信號，根據(jù)需要，改變輸由脈寬?；舅悸啡缦拢ㄕ垖φ障旅娴某绦颍何矣玫木д耦l率為12M , 2051 一個時鐘周期為12個晶振周 期，正好是1/1000 ms ,計數(shù)器每隔1/1000 ms計一次數(shù)。 以計數(shù)器1為例，先設定脈寬的初始

14、值，程序中初始為1.5ms ,在for循環(huán)中可以隨時通過改變 a值來改變，然后設 定計數(shù)器計數(shù)初始值為 a,并置輸由p12為高位。當計數(shù)結 束時，觸發(fā)計數(shù)器溢由中斷函數(shù)，就是 void timer0（void） interrupt 1 using1 ,在子函數(shù)中，改變輸由p12為反相（此 時跳為低位），在用 20000 （代表20ms周期）減去高位用 的時間a,就是本周期中低位的時間，c=20000-a ,并設定此時的計數(shù)器初值為 c,直到定時器再次產(chǎn)生溢由中斷，重 復上一過程。# include #define uchar unsigned char#define uint unsigned

15、 int uint a,b,c,d;/*a為舵機1的脈沖寬度，b為舵機2的脈沖寬度，單位1/1000 ms */*c、d為中間變量*/*以下定義輸由管腳*/sbit p12=P1A2;sbit p13=p1A3;sbit p37=P3A7;/*以下兩個函數(shù)為定時器中斷函數(shù)*/*定時器1,控制舵機1,輸由引腳為P12,可自定義*/void timerO(void) interrupt 1 using 1p12npi2；/* 輸由取反 */c=20000-c; /*20000 代表20 ms ,為一個周期的時間 */TH0=-(c/256); TL0=-(c%256); /*重新定義計數(shù)初值 */

16、if(c=500&c=500&d=2500)d=b;else d=20000-b”;/*主程序*/void main(void)TMOD=0 x11;/* 設初值*/p12=1;p13=1;a=1500;b=1500;/*數(shù)值1500即對應1.5ms ,為舵機的中間 90度的位置*/c=a;d=b;TH0=-(a/256); TL0=-(a%256);TH1=-(b/256); TL1=-(b%256); /*設定定時器初始計數(shù)值 */EA=1;ET0=1; TR0=1;EX0=1;EX1=1;ET1=1; TR1=1;PX0=0;PX1=0;PT1=1;PT0=1;/* 設定中斷優(yōu)先級 */

17、for（；）/*在這個for循環(huán)中，可以根據(jù)程序需要 在任何時間改變a、b值來改變脈寬的輸 由時間，從而控制舵機*/因為在脈沖信號的輸生是靠定時器的溢由中斷函數(shù)來處理， 時間很短，因此在精度要求不高的場合可以忽略。因此如果 忽略中斷時間，從另一個角度來講就是主程序和脈沖輸由是 并行的，因此，只需要在主程序中按你的要求改變a值，例如讓a從500變化到2500，就可以讓舵機從 0度變化到180 度。另外要記住一點，舵機的轉動需要時間的，因此，程序 中a值的變化不能太快，不然舵機跟不上程序。根據(jù)需要， 選擇合適的延時，用一個 a遞增循環(huán)，可以讓舵機很流暢的 轉動，而不會產(chǎn)生像步進電機一樣的脈動。這些還需要實踐 中具體體會。舵機的速度決定于你給它的信號脈寬的變化速度。舉個例子，t=0試，脈寬為 0.5ms , t=1s時，脈寬為1.0ms ,那 么，舵機就會從 0.5ms對應的位置轉到1.0ms對應的位置,那么轉動速度如何