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[導(dǎo)讀]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。

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(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(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,驅(qū)動(dòng)電機(jī)以及處理反饋的位置信號,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,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(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(dòng)角度與輸入信號的關(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)的硬件布線比較簡單,我們只需要三條線:電源線,信號線,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)

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

MG90S

技術(shù)指標(biāo)

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

MG996R

技術(shù)指標(biāo)

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

-END-

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