舵机及转向控制原理

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1、舵机及转向控制原理 1、概述 2、舵机的组成 3、舵机工作原理 4、舵机选购 5、舵机使用中应注意的事项 6、辉盛S90舵机简介 7、如何利用程序实现转向 8、51单片机舵机测试程序 1、概述 舵机也叫伺服电机，最早用于船舶上实现其转向功能，由于可以通过程序连 续控制其转角，因而被广泛应用智能小车以实现转向以及机器人各类关节运动 中，如图1、图2所示。 图1舵机用于机器人 图2舵机用于智能小车中 舵机是小车转向的控制机构，具有体积小、力矩大、外部机械设计简单、稳 定性高等特点，无论是在硬件设计还是软件设计，舵机设计是小车控制部分重要 的组成部分，图3为舵机

2、的外形图。 图3舵机外形图 2、舵机的组成 般来讲，舵机主要由以下几个部分组成，舵盘、减速齿轮组、位置反馈电 位计、直流电机、控制电路等，如图 4、图5所示 变速齿轮组 图4舵机的组成示意图 一 可调电位器 小型直流电机 图5舵机组成 控制电路板 舵机的输入线共有三条，如图6所示，红色中间，是电源线，一边黑色的是 地线，这辆根线给舵机提供最基本的能源保证， 主要是电机的转动消耗。电源有 两种规格，一是，一是，分别对应不同的转矩标准，即输出力矩不同，对应的要 大一些，具体看应用条件；另外一根线是控制信号线， Futaba的一般为白色， JR的一般为桔黄色。另外要

3、注意一点，SANWA某些型号的舵机引线电源线在边 上而不是中间，需要辨认。但记住红色为电源，黑色为地线，一般不会搞错。 ？ 图6舵机的输出线 3、舵机工作原理 控制电路板接受来自信号线的控制信号， 控制电机转动，电机带动一系列齿 轮组，减速后传动至输出舵盘。舵机的输出轴和位置反馈电位计是相连的， 舵盘 转动的同时，带动位置反馈电位计，电位计将输出一个电压信号到控制电路板， 进行反馈，然后控制电路板根据所在位置决定电机转动的方向和速度， 从而达到 目标停止。其工作流程为：控制信号一控制电路板一电机转动一齿轮组减速一舵 盘转动一位置反馈电位计一控制电路板反馈。 流，才可发挥舵机应

4、有的性能。 舵机的控制信号周期为20MS的脉宽调制（PWM信号，其中脉冲宽度从相 对应的舵盘位置为0-180度，呈线性变化。也就是说，给他提供一定的脉宽， 它的输出轴就会保持一定对应角度上， 无论外界转矩怎么改变，直到给它提供一 个另外宽度的脉冲信号，它才会改变输出角度到新的对应位置上如图 7所求。舵 机内部有一个基准电路，产生周期为 20MS宽度的基准信号，有一个比出较器， 将外加信号与基准信号相比较，判断出方向和大小，从而生产电机的转动信号。 由此可见，舵机是一种位置伺服驱动器，转动范围不能超过180度，适用于那些 需要不断变化并可以保持的驱动器中，比如说机器人的关节、飞机的舵面等。

5、 输入信号状冲宽度 (周期为2场工竹) 蜕机输出轴转稻 L5ms 2.5rtw 图7舵机输出转角与输入脉冲的关系 4、舵机选购 市场上的舵机有塑料齿、金属齿、小尺寸、标准尺寸、大尺寸，另外还有薄 的标准尺寸舵机，及低重心的型号。小舵机一般称为微型舵机，扭力都比较小， 市面上，，，7g, 9g等舵机指的是舵机的重量分别是多少克，体积和扭力也是 逐渐增大。微型舵机内部多数都是塑料齿， 9g舵机有金属齿的型号，扭力也比 塑料齿的要大些。futaba S3003 ,辉盛MG99呢标准舵机，体积差不多，但前 者是塑料齿，后者金属齿，两者标称的扭力也差很多。春天

6、sr403p, Dynamixel AX-12S机器人专用舵机，不同的是前者是国产，后者是韩国产，两者都是金属 齿标称扭力13kg以上，但前者只是改改样子的模拟舵机，后者则是 RS485串口 通信，具有位置反馈，而且还具有速度反馈与温度反馈功能的数字舵机， 两者在 性能和价格上相差很大。 除了体积，外形和扭力的不同选择，舵机的反应速度和虚位也要考虑， 一般 舵机的标称反应速度常见 秒/60 ,秒/60 ,好些的舵机有 秒/60等的，数 值小反应就快。 厂商所提供的舵机规格资料，都会包含外形尺寸(mm｝扭力(kg/cm)、速度(秒 /60 )、测试电压(V)及重量(g)等基本资料。扭力

7、的单位是？kg/cm,意思是在摆 臂长度？1?公分处，能吊起几公斤重的物体。这就是力臂的观念，因此摆臂长度 愈长，则扭力愈小。速度的单位是？sec/60 ,意思是舵机转动?600所需要的时 间。？电压会直接影响舵机的性能，例如 ？Futaba?S-9001?在？?时扭力为？cm1速 度为？?秒/60 ,在？？时扭力为？cm速度为？?秒/60 ?。若无特别注明，JR%勺 舵机都是以？?为测试电压，Futaba则是以？?作为测试电压。速度快、扭力大的 舵机，除了价格贵，还会伴随着高耗电的特点。因此使用高级的舵机时，务必搭 配高品质、高容量的电池，能提供稳定且充裕的。 现在市面上的舵机鱼龙混

8、杂，总体来说仿品不如正品，便宜的不如贵的，塑 料齿的不如金属齿的，老的不如新的，国内的不如外国的等等，大家不必过于追 求极致，根据自身购买力选择够用的就行。 5、舵机使用中应注意的事项 1）、常用舵机的额定工作电压为6V,可以使用LM1117等芯片提供6V的电 压，如果为了简化硬件上的设计直接使用 5V的供电影响也不是很大，但最好和 单片机进行分开供电，否则会造成单片机无法正常工作。 2）、一般来说可以将来信号线连接至单片机的任意引脚， 对于51单片机需 通过定时器模块出PWM能进行控制。但是如果连接像飞思卡尔之类的芯片， 由 于飞思卡尔内部带有PWM1块，可以直接输出PWM1号，此时应

9、将来信号连于专 用的PW喻出引脚上。 6、辉盛S90舵机简介 由于辉盛S90良好的性价比，目前市面上的价格一般为10—15元，因而广 泛应用机器人和智能小车制作设计中，图 8和图9分别为S90的外观和参数。 产品型号 SG90 产品尺寸 23x12,2x29mm 产品事里 9g 工作扭矩 L6KG/5 反应转速 0.12-0.13f>/60^ 使用温度 30^+60& 死区设定 5微秒 插头类型 JR. FUTABA通用 转动角度 最大180度 舵机夷矍 模腐弧 工作电流 使用电压 3.5-6V 结构材宽塑料齿 附件包含 绕长25CM、黑色QC标、多功能舲角、摇臂、固定螺灯等附件避见羽白图） 适用范围 固定翼、直升机KT、1R粗、滑翔、小型机器人、机械手等模型. 图9辉盛S90舵机参数 7、如何利用程序实现转向 8、51单片机舵机测试程序