舵机及转向控制原理.doc

舵机及转向控制原理
１、概述
2、舵机得组成
３、舵机工作原理
4、舵机选购
５、舵机使用中应注意得事项
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
舵机就就是小车转向得控制机构,具有体积小、力矩大、外部机械设计简单、稳定性高等特点,无论就就是在硬件设计还就就是软件设计,舵机设计就就是小车控制部分重要得组成部分,图3为舵机得外形图。

图3 舵机外形图
2、舵机得组成
一般来讲,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。

图4 舵机得组成示意图

图5 舵机组成
舵机得输入线共有三条,如图6所示,红色中间，就就是电源线,一边黑色得就就是地线,这辆根线给舵机提供最基本得能源保证,主要就就是电机得转动消耗。电源有两种规格,一就就是4、8V，一就就是6、0V，分别对应不同得转矩标准,即输出力矩不同，6、０Ｖ对应得要大一些,具体瞧应用条件；另外一根线就就是控制信号线，Ｆutaｂa得一般为白色,JＲ得一般为桔黄色。另外要注意一点,SＡNWA得某些型号得舵机引线电源线在边上而不就就是中间,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 舵机得输出线
3、舵机工作原理
控制电路板接受来自信号线得控制信号,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。舵机得输出轴与位置反馈电位计就就是相连得,舵盘转动得同时,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得方向与速度，从而达到目标停止。其工作流程为:控制信号→控制电路板→电机转动→齿轮组减速→舵盘转动→位置反馈电位计→控制电路板反馈。
流,才可发挥舵机应有得性能。
舵机得控制信号周期为20MS得脉宽调制(PWM)信号,其中脉冲宽度从０、5－2、５MＳ,相对应得舵盘位置为0-１80度，呈线性变化。也就就就是说,给她提供一定得脉宽,它得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得脉冲信号，它才会改变输出角度到新得对应位置上如图7所求。舵机内部有一个基准电路,产生周期为２0MＳ,宽度1、5MS得基准信号,有一个比出较器,将外加信号与基准信号相比较,判断出方向与大小,从而生产电机得转动信号。由此可见,舵机就就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得驱动器中,比如说机器人得关节、飞机得舵面等。

图7 舵机输出转角与输入脉冲得关系
4、舵机选购
市场上得舵机有塑料齿、金属齿、小尺寸、标准尺寸、大尺寸,另外还有薄得标准尺寸舵机,及低重心得型号。小舵机一般称为微型舵机,扭力都比较小,市面上２、5g,3、7g,4、4g,7g，9ｇ等舵机指得就就是舵机得重量分别就就是多少克,体积与扭力也就就是逐渐增大。微型舵机内部多数都就就是塑料齿,９g舵机有金属齿得型号,扭力也比塑料齿得要大些。fuｔａba Ｓ3003,辉盛 MG９95就就是标准舵机,体积差不多,但前者就就是塑料齿,后者金属齿，两者标称得扭力也差很多。春天sr403p,Dynaｍｉｘel　ＡＸ－１2＋就就是机器人专用舵机，不同得就就是前者就就是国产,后者就就是韩国产，两者都就就是金属齿标称扭力1３kｇ以上,但前者只就就是改改样子得模拟舵机，后者则就就是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得数字舵机,两者在性能与价格上相差很大。
除了体积，外形与扭力得不同选择,舵机得反应速度与虚位也要考虑,一般舵机得标称反应速度常见0、2２ 秒/60°,０、１8　秒／６0°,好些得舵机有０、12　秒/60°等得,数值小反应就快。
厂商所提供得舵机规格资料,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。扭力得单位就就是 ｋg/cm,意思就就是在摆臂长度 1 公分处，能吊起几公斤重得物体。这就就就是力臂得观念，因此摆臂长度愈长,则扭力愈小。速度得单位就就是 sｅc／60°,意思就就是舵机转动 60°所需要得时间。 电压会直接影响舵机得性能，例如 Ｆutaba S-９０01 在 ４、８V 时扭力为 ３、9kg／cm、速度为 0、22 秒/60°,在 6、0V 时扭力为 ５、2kg/cm、速度为 0、1８ 秒/６0° 。若无特别注明,ＪＲ 得舵机都就就是以 ４、8V 为测试电压,Fuｔaba则就就是以 ６、０V 作为测试电压。速度快、扭力大得舵机，除了价格贵,还会伴随著高耗电得特点。因此使用高级得舵机时,务必搭配高品质、高容量得电池,能提供稳定且充裕得。
现在市面上得舵机鱼龙混杂,总体来说仿品不如正品，便宜得不如贵得,塑料齿得不如金属齿得,老得不如新得,国内得不如外国得等等,大家不必过于追求极致,根据自身购买力选择够用得就行。
５、舵机使用中应注意得事项
1)、常用舵机得额定工作电压为６V，可以使用LＭ1117等芯片提供6Ｖ得电压,如果为了简化硬件上得设计直接使用5V得供电影响也不就就是很大,但最好与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得任意引脚,对于5１单片机需通过定时器模块出ＰWM才能进行控制。但就就是如果连接像飞思卡尔之类得芯片,由于飞思卡尔内部带有PWM模块,可以直接输出PWM信号，此时应将来信号连于专用得ＰWＭ输出引脚上。
６、辉盛S9０舵机简介
由于辉盛S90良好得性价比，目前市面上得价格一般为10－１5元,因而广泛应用机器人与智能小车制作设计中,图８与图9分别为S90得外观与参数。

图8辉盛S90舵机

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