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1、1、概述 舵機最早 出現(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(diào)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： 1)發(fā)動機進 氣量 ， 來控制發(fā) 動機的拉力 （ 或推力）； 2)副翼舵面 （安裝在飛機機 翼后緣），用 來控制飛 機的橫滾運動； 3)水平尾舵 面，用來控制飛 機的俯仰角； 4)垂直尾舵 面，用來控制飛 機的偏航角； 不僅在航 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(zhuǎn)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、

2、結(jié)構(gòu)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 ， 控制電機 轉(zhuǎn)動 ， 電機帶動 一系列齒輪組 ， 減速 后傳動至 輸出舵盤 。 舵機的輸 出軸和位置反饋 電位計是相連的 ，舵盤轉(zhuǎn)動的同 時，帶動位置反 饋電位計 ， 電位計將 輸出一個電壓信 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(zhuǎn)動方 向和速度 ，從而達到目標 停止。 舵機的基 本結(jié)構(gòu)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

3、有塑 料和金屬之 分 ， 輸出軸有 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(zhuǎn) 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(zhuǎn)矩標 準， 即輸出力 矩不同 ， 6.0V對應的要

4、 大一些 ， 具體看應 用條件 ； 另外一根 線是控制信號線 ， Futaba的一般為 白 色 ， JR的一般為 桔黃色 。 另外要注 意一點 ， SANWA的某些型號 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(diào) 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 ， 它的輸出 軸就會保持在一 個相 對應的角 度上 ， 無論外界 轉(zhuǎn)矩怎樣改變 ， 直到給它 提供一個另 外寬度

5、的脈沖信 號 ， 它才會改 變輸出角度到 新的對應 的位置上 。 舵機內(nèi)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 ， 將外加信 號與基準信號相 比較，判斷出方 向和大小 ， 從而產(chǎn)生 電機的轉(zhuǎn)動信號 。 由此可見 ， 舵機是一 種位置伺服的 驅(qū)動器 ， 轉(zhuǎn)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(qū)動 當中 。 比方說機器人 的關(guān)節(jié)、飛機的 舵面等。 舵機具有 以下一些特點： 1)體積緊湊 ，便于安裝；2)輸出力矩 大，穩(wěn)定性好； 3)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

6、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 舵機的控 制信號是一個脈 寬調(diào)制信號，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(shè)備 都可以用來控制 舵機 ， 比方 PLC、 單片機等 。 因為在脈 沖信號的輸出可 以用定時器的溢 出中斷函數(shù)來 處理 ， 時間很短 ， 因此在精 度要求不高的場 合可以忽 略 。 通過編程 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(zhuǎn) 動需要時間的 ， 因此 ， 程序中時 間的變化不能太 快，不然舵機跟 不上程序 。根據(jù)需要 ， 選

7、擇合適 的延時 ， 返復調(diào)試 ， 可以讓舵 機 很流暢的 轉(zhuǎn)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 。 如果你要 求的速度比較快 的話 ， 舵機就反 應不過 來了 ； 將脈寬變 化值線性到你要 求的時間內(nèi) ， 一點一點的增加 脈寬值，就可以 控制舵機的速度 了。當然 ， 具體這一 點一點到底是多 少 ， 就需要做 試驗了 ， 不合適的話， 舵機就會向步進 電機一樣一跳一 跳的轉(zhuǎn)動 了，嘗試 改變這 “ 一點 ” ，使你的 舵機運動更平滑 。還有一點 很重要 ， 就是舵機 在每一次脈寬值 改變的時 候總會有 一個

8、轉(zhuǎn)速由零增 加再減速為零的 過程 ， 這就是舵機會 產(chǎn)生像步進電機 一樣運動的原因 。 驅(qū)動一、舵機 的原理 標準的舵機有 3條導線，分別是：電源線、地線、控制線，如圖 2所示。 以日本 FUTABA-S3003型舵機為例，圖 1是 FUFABA-S3003型舵機的內(nèi)部電路。 3003舵機的工作原理是： PWM信號由接收通道進入信號解調(diào)電路 BA6688的 12腳進行解調(diào)，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腳輸出 。 該輸出送入電機驅(qū)動 集成電路 BAL6686，以驅(qū)動電機正反轉(zhuǎn)。當電機轉(zhuǎn)動時，通過級聯(lián)減速齒輪帶動電位器 Rw1旋轉(zhuǎn)

9、，直到電壓差為 O，電機停止轉(zhuǎn)動。 舵機的控制信號是 PWM信號，利用占空比的變化，改變舵機的位置。 有個很有趣的技術(shù)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(zhuǎn)速。 原理是這樣的 : 收到 1個脈沖以后， BA6688內(nèi)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 ，輸出給驅(qū)動使用。當輸出足夠時候，馬達就開始加速，馬達就能產(chǎn)生 EMF，這個和轉(zhuǎn)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，就能檢測出來。超過 EMF判斷電壓時候就減小展寬 ， 甚至關(guān)閉 ， 讓馬達減速或者停車 。

10、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(nèi)部的直流電機和控制線路所需的能源電壓通常介于 4 6V，一般取 5V。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(diào)的周期性方波脈沖信號，方波脈 沖信號的周期為 20ms(即頻率為 50Hz)。當方波的脈沖寬度改變時，舵機轉(zhuǎn)軸的角度發(fā)生改變，角度變化與脈沖寬度的變化成正比。某型舵機的輸出軸轉(zhuǎn)角與輸入信號的脈沖寬度之間的關(guān)系可用圍 3來表示。 二、數(shù)碼 舵機 VS模擬

11、舵機 數(shù)碼舵機比傳統(tǒng)的模擬舵機，在工作方式上有一些優(yōu)點，但是這些優(yōu)點也同時帶來了一些缺點。 傳統(tǒng)的舵機在空載的時候，沒有動力被傳到舵機馬達。當有信號輸入使舵機移動，或者舵機的搖臂受到外 力的時候，舵機會作出反應，向舵機馬達輸出驅(qū)動電壓。由第一節(jié)的電路分析我們知道 馬達是否獲得 驅(qū)動電壓，取決于 BA6688的第 3腳是否輸出一個電壓信號給 BAL6686馬達驅(qū)動 IC。 數(shù)碼舵機最大的差別是在于它處理接收機的輸入信號的方式。相對與傳統(tǒng)的 50脈沖 /秒的 PWM信號解調(diào)方式 ， 數(shù)碼舵機使用信號預處理方式 ， 將頻率提高到 300脈沖 /秒 。 因為頻率高的關(guān)系 ， 意味著舵機動作會更 精確，

12、 “ 無反應區(qū) ” 變小。 以下的三個圖表各顯示了兩個周期的開 /關(guān)脈沖。 圖 1是空載的情況；圖 2是脈沖寬度較窄，比較小的動力信號被輸入馬達；圖 3是更寬，持續(xù)時間更長的脈沖，更多的輸入動力。 您可以想象，一個短促的脈沖，緊接著很長的停頓，這意味著舵機控制精度是不夠高的，這也是為什么模 擬舵機有 “ 無反應區(qū) ” 的存在。比如說，舵機對于發(fā)射機的細小動作，反應遲鈍或者根本就沒有反應。 而數(shù)碼舵機提升了脈沖密度，輕微的信號改變都會變的可以讀取，這樣無論是遙控桿的輕微變動，或者舵 機搖臂在外力作用下的極輕微變動，都會能夠檢測出來，從而進行更細微的修正。 三、數(shù)碼 舵機的缺點： 以上我們已經(jīng)知道

13、數(shù)碼舵機會更精確這個優(yōu)點，那么我們來看數(shù)碼舵機的缺點 1、 數(shù)碼舵機需要消耗更多的動力 。 其實這是很自然的 。 數(shù)碼舵機以更高頻率去修正馬達 ， 這一定會增加總體的動力消耗。 2、 相對教短的壽命 。 其實這是很自然的 。 馬達總在轉(zhuǎn)來轉(zhuǎn)去做修正 ， 這一定會增加馬達等轉(zhuǎn)動部位的消耗 。 四、擬人 化比喻 技術(shù)性的東西說了這么多，也許很多對電路原理不熟悉的朋友還是不明白，呵呵，舉個簡單的例子來說明 吧！ 比如遙控器是老師，舵機控制電路是家長，舵機的馬達是小孩 現(xiàn)在的任務(wù)是老師要求家長輔導孩子做一個動作，比如倒立 以數(shù)字舵機而言，家長自主地給這個動作設(shè)置了非常非常嚴格的標準，他要求孩子倒立時在

14、鞋面上擺一個 豎立的硬幣，然后盯著硬幣，硬幣向左一震動他在右邊給孩子一鞭子，硬幣向右一震動他在左邊給孩子一 鞭子 .總之他要求的不再是老師要求的 “ 倒立 ” ，而是倒立以后頂一枚不倒的硬幣 . 模擬舵機的家長部分則是柔和派，老師要求倒立是吧？他忠實地按老師的要求，讓孩子倒立起來，孩子身 體的輕微調(diào)整他不去關(guān)注了，他只關(guān)心是不是偏移了老師的標準，呵呵 五、實際 應用選擇 我們已經(jīng) 知道模擬舵機 對于極輕微的 外力干擾導致 舵機盤移位的 敏感度 ， 和舵機執(zhí) 行命令的精確度，是不 如數(shù)碼舵機的 了，那么我們 是不是應該盡 量使用數(shù)碼舵 機呢？ 我個人而言不是這么 認為。 首先 舵機的素質(zhì)，其實不

15、單純是電路決定的，還有舵機的齒輪精度，還有非常非常關(guān)鍵的舵機電位器的精度。一顆質(zhì)量上乘的模擬舵機，往往比電路雖然是數(shù)碼但是零件卻是普通貨色的數(shù)碼舵機更準確，更 不會抖舵。 其次，要知道我們在模型車上應用的時候，很多時候太高的精度并不是好事！比如你玩 1/8的車，特別是大腳車和越野車，那么爛的路面導致車時而滑動適合騰空，動不動就是零點幾秒、 N公分的偏差，舵機的 微秒級別敏感、微米級別精度對整個事件能起怎么改善？那叫神經(jīng)質(zhì)的舵機反應 . 其實應用在 1/8車輛上，一顆 0.1秒反應的模擬舵機是更合適的搭配。它會更省電，更順滑，不會那么神經(jīng)質(zhì)。而且最重要的 它不會在一臺轉(zhuǎn)向虛位有幾毫米的 1/8越野車上，去不停地吱吱叫著去找那 0.1 毫米的居中（其實你即使把舵機連桿給它拆掉，讓舵機空轉(zhuǎn)，它也往往找不到那 0.1毫米的居中，只是自己不停地吱吱叫著折騰自己而已，哈哈） 實際的應用上 ， 我建議是 1/10的競賽級別房車 ， 暴力型的飛機 ， 可以選用數(shù)碼舵機 。 所謂神經(jīng)質(zhì)配神經(jīng)質(zhì) ，呵呵。 其實我個人選擇舵機 ， 更看重的是品牌和玩家反響 ， 而不是某些山寨工廠一力鼓吹的什么狗屁數(shù)碼 .