元，因而廣泛應用機器人和智能小車制作設計中，圖
機器人教程2：舵機及轉向控制原理
1、概述
2、舵機的組成
3、舵機工作原理
4、舵機選購
5、舵機使用中應注意的事項
6、輝盛S90舵機簡介
7、 如何利用程序實現轉向
8、51單片機舵機測試程序
1、概述
舵機也叫伺服電機，最早用于船舶上實現其轉向功能，由于可以通過程序連續控制其轉角，因而被廣泛應用智能小車以實現轉向以及機器人各類關節運動中，如圖1、圖2所示。
圖1舵機用于機器人
圖2舵機用于智能小車中
舵機是小車轉向的控制機構，具有體積小、力矩大、外部機械設計簡單、穩定性高等特點，無論是在硬件設計還是軟件設計，舵機設計是小車控制部分重要的組成部分，圖3為舵機的外形圖。
圖3舵機外形圖
2、舵機的組成
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、直流電機、控制電路等，如圖4、圖5所示。
圖4舵機的組成示意圖
圖5舵機組成
舵機的輸入線共有三條，如圖6所示，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，主要是電機的轉動消耗。電源有兩種規格，一是4.8V，一是6.0V，分别對應不同的轉矩标準，即輸出力矩不同，6.0V對應的要大一些，具體看應用條件；另外一根線是控制信号線，的一般為白色，JR的一般為桔黃色。另外要注意一點，SANWA的某些型号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。
圖6舵機的輸出線
3、舵機工作原理
控制電路闆接受來自信号線的控制信号，控制電機轉動，電機帶動一系列齒輪組，減速後傳動至輸出舵盤。舵機的輸出軸和位置反饋電位計是相連的，舵盤轉動的同時，帶動位置反饋電位計，電位計将輸出一個電壓信号到控制電路闆，進行反饋，然後控制電路闆根據所在位置決定電機轉動的方向和速度，從而達到目标停止。其工作流程為：控制信号→控制電路闆→電機轉動→齒輪組減速→舵盤轉動→位置反饋電位計→控制電路闆反饋。
流，才可發揮舵機應有的性能。
舵機的控制信号周期為20MS的脈寬調制（PWM）信号，其中脈沖寬度從0.5-2.5MS,相對應的舵盤位置為0－180度，呈線性變化。也就是說，給他提供一定的脈寬，它的輸出軸就會保持一定對應角度上，無論外界轉矩怎麼改變，直到給它提供一個另外寬度的脈沖信号，它才會改變輸出角度到新的對應位置上如圖7所求。舵機内部有一個基準電路，産生周期為20MS，寬度1.5MS的基準信号，有一個比出較器，将外加信号與基準信号相比較，判斷出方向和大小，從而生産電機的轉動信号。由此可見，舵機是一種位置伺服驅動器，轉動範圍不能超過180度，适用于那些需要不斷變化并可以保持的驅動器中，比如說機器人的關節、飛機的舵面等。
圖7舵機輸出轉角與輸入脈沖的關系
4、舵機選購
市場上的舵機有塑料齒、金屬齒、小尺寸、标準尺寸、大尺寸，另外還有薄的标準尺寸舵機，及低重心的型号。小舵機一般稱為微型舵機，扭力都比較小，市面上2.5g，3.7g，4.4g，7g，9g等舵機指的是舵機的重量分别是多少克，體積和扭力也是逐漸增大。微型舵機内部多數都是塑料齒，9g舵機有金屬齒的型号，扭力也比塑料齒的要大些。 S3003，輝盛MG995是标準舵機，體積差不多，但前者是塑料齒，後者金屬齒，兩者标稱的扭力也差很多。春天， AX-12+是機器人專用舵機，不同的是前者是國産，後者是韓國産，兩者都是金屬齒标稱扭力13kg以上，但前者隻是改改樣子的模拟舵機，後者則是RS485串口通信，具有位置反饋，而且還具有速度反饋與溫度反饋功能的數字舵機，兩者在性能和價格上相差很大。
除了體積，外形和扭力的不同選擇，舵機的反應速度和虛位也要考慮，一般舵機的标稱反應速度常見0.22秒/60°，0.18秒/60°，好些的舵機有0.12秒/60°等的，數值小反應就快。
廠商所提供的舵機規格資料，都會包含外形尺寸(mm)、扭力(kg/cm)、速度(秒/60°)、測試電壓(V)及重量(g)等基本資料。扭力的單位是kg/cm，意思是在擺臂長度1公分處，能吊起幾公斤重的物體。這就是力臂的觀念，因此擺臂長度愈長，則扭力愈小。速度的單位是sec/60°，意思是舵機轉動60°所需要的時間。電壓會直接影響舵機的性能，例如-9001在4.8V時扭力為3.9kg/cm、速度為0.22秒/60°，在6.0V時扭力為5.2kg/cm、速度為0.18秒/60°。若無特别注明，JR的舵機都是以4.8V為測試電壓，則是以6.0V作為測試電壓。速度快、扭力大的舵機，除了價格貴，還會伴随著高耗電的特點。因此使用高級的舵機時，務必搭配高品質、高容量的電池，能提供穩定且充裕的。
現在市面上的舵機魚龍混雜，總體來說仿品不如正品，便宜的不如貴的，塑料齒的不如金屬齒的，老的不如新的，國内的不如外國的等等，大家不必過于追求極緻，根據自身購買力選擇夠用的就行。
5、舵機使用中應注意的事項
1)、常用舵機的額定工作電壓為6V，可以使用等芯片提供6V的電壓，如果為了簡化硬件上的設計直接使用5V的供電影響也不是很大，但最好和單片機進行分開供電，否則會造成單片機無法正常工作。
2)、一般來說可以将來信号線連接至單片機的任意引腳，對于51單片機需通過定時器模塊出PWM才能進行控制。但是如果連接像飛思卡爾之類的芯片，由于飛思卡爾内部帶有PWM模塊，可以直接輸出PWM信号，此時應将來信号連于專用的PWM輸出引腳上。
6、輝盛S90舵機簡介
由于輝盛S90良好的性價比，目前市面上的價格一般為10－15元，因而廣泛應用機器人和智能小車制作設計中，圖8和圖9分别為S90的外觀和參數。
圖8輝盛S90舵機
圖9輝盛S90舵機參數
7、如何利用程序實現轉向更新中...
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