pwm波控制舵機原理解析

2021-12-30 02:14:51 字數 2461 閱讀 1863

一、關於舵機:

舵機(英文叫servo):它由直流電機、減速齒輪組、感測器和控制電路組成的一套自動控制系統。通過傳送訊號,指定輸出軸旋轉角度。舵機一般而言都有最大旋轉角度(比如180度。)與普通直流電機的區別主要在,直流電機是一圈圈轉動的,舵機只能在一定角度內轉動,不能一圈圈轉(數字舵機可以在舵機模式和電機模式中切換,沒有這個問題)。普通直流電機無法反饋轉動的角度資訊,而舵機可以。用途也不同,普通直流電機一般是整圈轉動做動力用,舵機是控制某物體轉動一定角度用(比如機械人的關節)。

舵機的形狀和大小多的讓人眼花繚亂,大致可以分為下面這幾種(如圖所示)

最右邊的是常見的標準舵機,中間兩個小的是微型舵機,左邊魁梧的那個是大扭力舵機。圖上這幾種舵機都是三線控制。

製作機械人常用的舵機有下面幾種,而且每種的固定方式也不同,如果從乙個型號換成乙個型號,整個機械結構都需要重新設計。

第一種是mg995,優點是**便宜,金屬齒輪,耐用度也不錯。缺點是扭力比較小,所以負載不能太大,如果做雙足機械人之類的這款舵機不是很合適,因為腿部受力太大。做做普通的六足,或者機械手還是不錯的。

第二種是sr 403,這款舵機是網友xqi2因mg995做雙足機械人抖動太厲害,摸索找到的,經過測試。製作雙足機械人不錯~~~至少不抖了。優點是扭力大,全金屬齒輪,**也還算便宜。缺點嘛。。。做工很山寨。。。其他缺點等待反饋

第三種就是傳說中的數字舵機ax12+,這個是久經考驗的機械人專用舵機。除了**高,使用rs485串列埠通訊(控制板就得換數字舵機專用控制板),其他都是優點。

下圖是乙個普通模擬舵機的分解圖,其組成部分主要有齒輪組、電機、電位器、電機控制板、殼體這幾大部分。

電機控制板主要是用來驅動電機和接受電位器反饋回來的資訊。電機嘛,動力的**了,這個不用太多解釋。電位器這裡的作用主要是通過其旋轉後產生的電阻的變化,把訊號傳送回電機控制板,使其判斷輸出軸角度是否輸出正確。齒輪組的作用主要是力量的放大,使小功率電機產生大扭矩。

舵機底殼拆開後就可以看到,主要是電機與控制板

控制板拿起來後下方是與控制板連線的電位器

從頂部來看電機與電位器,與電機齒輪直接相連的為第一級放大齒輪。

經過一級齒輪放大後,再經過

二、三、四級放大齒輪,最後再通過輸出軸輸出。

通過上面兩圖可以很清晰的看到,本舵機是4級齒輪放大機構,就是通過這麼一層層的把小的力量放大,使得這麼乙個小小的電機能有15kg的扭力。

二、舵機控制方法:

舵機的伺服系統由可變寬度的脈衝來進行控制,控制線是用來傳送脈衝的。脈衝的引數有最小值,最大值,和頻率。一般而言,舵機的基準訊號都是週期為20ms,寬度為1.5ms。這個基準訊號定義的位置為中間位置。舵機有最大轉動角度,中間位置的定義就是從這個位置到最大角度與最小角度的量完全一樣。最重要的一點是,不同舵機的最大轉動角度可能不相同,但是其中間位置的脈衝寬度是一定的,那就是1.5ms。如下圖:

角度是由來自控制線的持續的脈衝所產生。這種控制方法叫做脈衝調製。脈衝的長短決定舵機轉動多大角度。例如:1.5毫秒脈衝會到轉動到中間位置(對於180°舵機來說,就是90°位置)。當控制系統發出指令,讓舵機移動到某一位置,並讓他保持這個角度,這時外力的影響不會讓他角度產生變化,但是這個是由上限的,上限就是他的最大扭力。除非控制系統不停的發出脈衝穩定舵機的角度,舵機的角度不會一直不變。

當舵機接收到乙個小於1.5ms的脈衝,輸出軸會以中間位置為標準,逆時針旋轉一定角度。接收到的脈衝大於1.5ms情況相反。不同品牌,甚至同一品牌的不同舵機,都會有不同的最大值和最小值。一般而言,最小脈衝為1ms,最大脈衝為2ms。如下圖:

三、小總結:

首先是舵機的引線,一般為三線控制(沒有接觸過不是三線的),紅色為電源,棕色為地,黃色為訊號。控制舵機的時候,需要不斷的給pwm波才能使得舵機在某個角度有扭矩。

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