模拟舵机与数码舵机区别
舵机基础知识
舵机基础知识:最近几年国内机器人开始起步发展,很多高校、中小学都开始进行机器人技术教学。
小型的机器人、模块化的机器人、组件式的机器人是教学机器人的首选。
在这些机器人产品中,舵机是最关键,使用最多的部件。
根据控制方式,舵机应该称为微型伺服马达。
早期在模型上使用最多,主要用于控制模型的舵面,所以俗称舵机。
舵机接受一个简单的控制指令就可以自动转动到一个比较精确的角度,所以非常适合在关节型机器人产品使用。
仿人型机器人就是舵机运用的最高境界。
一、舵机的结构舵机简单的说就是集成了直流电机、电机控制器和减速器等,并封装在一个便于安装的外壳里的伺服单元。
能够利用简单的输入信号比较精确的转动给定角度的电机系统。
舵机安装了一个电位器(或其它角度传感器)检测输出轴转动角度,控制板根据电位器的信息能比较精确的控制和保持输出轴的角度。
这样的直流电机控制方式叫闭环控制,所以舵机更准确的说是伺服马达,英文servo。
舵机的主体结构如下图所示,主要有几个部分:外壳、减速齿轮组、电机、电位器、控制电路。
简单的工作原理是控制电路接收信号源的控制信号,并驱动电机转动;齿轮组将电机的速度成大倍数缩小,并将电机的输出扭矩放大响应倍数,然后输出;电位器和齿轮组的末级一起转动,测量舵机轴转动角度;电路板检测并根据电位器判断舵机转动角度,然后控制舵机转动到目标角度或保持在目标角度。
舵机的外壳一般是塑料的,特殊的舵机可能会有金属铝合金外壳。
金属外壳能够提供更好的散热,可以让舵机内的电机运行在更高功率下,以提供更高的扭矩输出。
金属外壳也可以提供更牢固的固定位齿轮箱有塑料齿轮、混合齿轮、金属齿轮的差别。
塑料齿轮成本底,噪音小,但强度较低;金属齿轮强度高,但成本高,在装配精度一般的情况下会有很大的噪音。
小扭矩舵机、微舵、扭矩大但功率密度小的舵机一般都用塑料齿轮,如Futaba 3003,辉盛的9g微舵。
金属齿轮一般用于功率密度较高的舵机上,比如辉盛的995舵机,在和3003一样体积的情况下却能提供13KG的扭矩。
舵机控制方法
舵机控制方法舵机是机械系统中重要的组成部分,它是用来控制机械系统运动方向或者改变机械系统状态的装置。
由于舵机多种不同的用途,所以控制方法形式也有不同。
舵机控制方法主要分为两类:模拟信号控制和数字信号控制。
模拟信号控制的原理是把舵机的运动方向和运动速度表示为模拟信号,以及把模拟信号作为舵机输入控制舵机的运动方向和运动速度。
模拟信号控制的优点是控制方法简单,控制精度高,灵敏度强。
但是模拟信号控制系统存在受限于传感器精度,需要把握控制环境变化等缺陷。
数字信号控制系统是采用数字信号来控制舵机的位置和运动方向以及运动速度,它可以分辨出每一个舵角。
数字信号控制首先把模拟量转换为数字信号,然后把这些数字信号作为舵机输入,再把舵机输出传送出去,从而控制舵机的运动方向和运动速度。
数字信号控制也可以根据实际需要实时修改控制精度,调节控制参数,并能够实现自动调节与控制。
随着舵机控制方法的发展,舵机控制方向和运动速度的精度和准确性不断提升。
借助新的技术,舵机控制已成为机械系统中重要的一部分,对于机械系统的控制起到了至关重要的作用。
只有合理的舵机控制方法,才能达到所需要的机械系统控制效果。
因此,舵机控制方法的研究集中在控制精度、系统可靠性、运动可靠性、操纵可靠性等方面。
通过功率电路,控制电路和传感器等系统设计和多种控制算法,可以提高舵机控制的性能。
目前,人们已经研究出了多种控制方法,如状态反馈控制、模糊控制、神经网络控制等,他们都能够提升机械系统的精度和运动可靠性。
以上就是关于舵机控制方法的介绍,舵机控制装置在很多方面都发挥着重要作用,其重要性不言而喻。
在未来,舵机控制系统必将得到更广泛的应用,搭建更先进、更安全、更可靠的机械系统。
舵机结构原理(一)
舵机结构原理(一)舵机结构原理什么是舵机?先给大家解释一下,什么是舵机。
舵机是一种能够控制转角的电机。
和普通电机相比,它能够精准控制转动的角度。
因此,在机器人,航模,机械手臂等系统中广泛应用。
舵机的构成舵机由电机、电子控制电路、减速齿轮、伺服控制电路、反馈电路和输出轴等组成。
电机舵机采用的电机为直流无刷电机。
电子控制电路舵机的电子控制电路主要包括芯片、晶振、陶瓷电容、电阻等元件。
减速齿轮普通直流电机旋转速度快而力量小,而舵机需要得到较大的扭矩。
因此,舵机装有减速齿轮箱将电机的速度降低,提高舵机的扭矩。
反馈电路舵机的反馈电路通常由电位器和反馈电路板组成。
电位器可以精确测量输出轴的位置和角度。
伺服控制电路伺服控制电路是舵机最核心的部件,它控制电机的旋转方向和旋转速度。
伺服控制电路的中心是一个小电机,也被称为伺服马达,它通过机械方式与输出轴相连。
舵机的工作原理舵机的工作原理是将电信号转化为机械运动。
舵机的输出轴可以旋转到特定的角度,角度的范围通常在0~180度之间。
当接收到驱动舵机的信号时,电子电路首先控制伺服控制电路旋转到指定位置,然后通过反馈电路检测输出轴的实际位置,去调整伺服电机使其旋转到指定的角度。
结语以上就是舵机的结构原理和工作原理的介绍。
在我们的日常生活以及工业制造中,舵机都扮演着非常重要的角色,对于我们的生活和工作都有着深远的影响。
舵机的分类按照舵机控制方式的不同,常见的舵机可以分为模拟舵机和数字舵机两种。
模拟舵机模拟舵机是在控制信号的基础上,通过调节正负脉宽信号的宽度和相位来控制输出轴的旋转角度。
模拟舵机在控制信号变化范围内能够达到连续性和流畅性较好的效果。
但是,由于信号的受干扰和干扰信号的存在,模拟舵机易受到环境影响,稳定性较差。
数字舵机数字舵机是采用数字信号进行控制的,能够直接控制输出轴的转角。
由于数字信号的稳定性好,能够有效防止干扰以及干扰信号的干扰,因此数字舵机的稳定性和精度更高。
机器人舵机说明
机器人舵机说明一、舵机简介舵机,顾名思义,大海航行靠舵手,舵机早期是应用在航模中控制方向的,在航空模型中,飞行器的飞行姿态是通过调整发动机和各个控制多面来实现的,后来有人发现这种机器的体积小、重量轻、扭矩大、精度高,由于具备了这样的优点,很适合应用在机器人身上作为机器人的驱动。
二、舵机的分类按照舵机的转动角度分有180度舵机和360度舵机。
180度舵机只能在0度到180度之间运动,超过这个范围,舵机就会出现超量程的故障,轻则齿轮打坏,重则烧坏舵机电路或者舵机里面的电机。
360度舵机转动的方式和普通的电机类似,可以连续的转动,不过我们可以控制它转动的方向和速度。
按照舵机的信号处理分为模拟舵机和数字舵机,它们的区别在于,模拟舵机需要给它不停的发送PWM 信号,才能让它保持在规定的位置或者让它按照某个速度转动,数字舵机则只需要发送一次PWM 信号就能保持在规定的某个位置。
关于PWM 信号在3.4节将会介绍。
三、舵机的内部结构一般来说,我们用的舵机有以下几个部分组成:直流电动机、减速器(减速齿轮组)、位置反馈电位计、控制电路板(比较器)。
舵机的输入线共有三根,红色在中间,为电源正极线,黑色线是电源负极(地线)线,黄色或者白色线为信号线。
其中电源线为舵机提供6V 到7V 左右电压的电源。
图1 舵机的内部结构四、舵机的工作原理及控制方法4.1 舵机运动的对应关系在对机器人进行动作编程之前我们需要知道,机器人有许多个关节,每一个关节我们称为一个自由度。
一般的机体,都有十几个自由度,这样才能够保证动作的灵活性。
在机器人机体上,我们通常使用舵机作为每一个关节的连接部分。
它可以完成每个关节的定位和运动。
舵机的控制信号相对简单,控制精度高,反应速度快,而且比伺服电机省电。
这些优点是非常突出的。
在下面的论述中,会涉及到舵机相关的控制原理,读者应反复详细阅读。
舵机的外观入下图所示:图2 舵机外观这里可以看到,舵机体积十分小巧。
摇杆电位器与舵机电位器的原理,以及数码舵机 VS 模拟舵机
摇杆电位器与舵机电位器的原理,以及数码舵机VS 模拟舵机一、舵机的原理标准的舵机有3条导线,分别是:电源线、地线、控制线,如图2所示。
以日本FUTABA-S3003型舵机为例,图1是FUFABA-S3003型舵机的内部电路。
3003舵机的工作原理是:PWM信号由接收通道进入信号解调电路BA6688的12脚进行解调,获得一个直流偏置电压。
该直流偏置电压与电位器的电压比较,获得电压差由BA6688的3脚输出。
该输出送入电机驱动集成电路BAL6686,以驱动电机正反转。
当电机转动时,通过级联减速齿轮带动电位器Rw1旋转,直到电压差为O,电机停止转动。
舵机的控制信号是PWM信号,利用占空比的变化,改变舵机的位置。
有个很有趣的技术话题可以稍微提一下,就是BA6688是有EMF控制的,主要用途是控制在高速时候电机最大转速。
原理是这样的:收到1个脉冲以后,BA6688内部也产生1个以5K电位器实际电压为基准的脉冲,2个脉冲比较以后展宽,输出给驱动使用。
当输出足够时候,马达就开始加速,马达就能产生EMF,这个和转速成正比的。
因为取的是中心电压,所以正常不能检测到的,但是运行以后就电平发生倾斜,就能检测出来。
超过EMF判断电压时候就减小展宽,甚至关闭,让马达减速或者停车。
这样的好处是可以避免过冲现象(就是到了定位点还继续走,然后回头,再靠近)一些国产便宜舵机用的便宜的芯片,就没有EMF控制,马达、齿轮的机械惯性就容易发生过冲现象,产生抖舵电源线和地线用于提供舵机内部的直流电机和控制线路所需的能源.电压通常介于4~6V,一般取5V。
注意,给舵机供电电源应能提供足够的功率。
控制线的输入是一个宽度可调的周期性方波脉冲信号,方波脉冲信号的周期为20 ms(即频率为50 Hz)。
当方波的脉冲宽度改变时,舵机转轴的角度发生改变,角度变化与脉冲宽度的变化成正比。
某型舵机的输出轴转角与输入信号的脉冲宽度之间的关系可用围3来表示。
数字舵机与模拟舵机各种问题祥解
数字舵机与模拟舵机_控制方法与性能比较之一(我觉得你应该看看)一、舵机的原理标准的舵机有3条导线,分别是:电源线、地线、控制线,以日本FUTABA-S3003型舵机为例,3003舵机的工作原理是:PWM信号由接收通道进入信号解调电路BA6688的12脚进行解调,获得一个直流偏置电压。
该直流偏置电压与电位器的电压比较,获得电压差由BA6688的3脚输出。
该输出送入电机驱动集成电路BAL6686,以驱动电机正反转。
当电机转动时,通过级联减速齿轮带动电位器Rw1旋转,直到电压差为O,电机停止转动。
舵机的控制信号是PWM信号,利用占空比的变化,改变舵机的位置。
有个很有趣的技术话题可以稍微提一下,就是BA6688是有EMF控制的,主要用途是控制在高速时候电机最大转速。
原理是这样的:收到1个脉冲以后,BA6688内部也产生1个以5K电位器实际电压为基准的脉冲,2个脉冲比较以后展宽,输出给驱动使用。
当输出足够时候,马达就开始加速,马达就能产生EMF,这个和转速成正比的。
因为取的是中心电压,所以正常不能检测到的,但是运行以后就电平发生倾斜,就能检测出来。
超过EMF判断电压时候就减小展宽,甚至关闭,让马达减速或者停车。
这样的好处是可以避免过冲现象(就是到了定位点还继续走,然后回头,再靠近)一些国产便宜舵机用的便宜的芯片,就没有EMF控制,马达、齿轮的机械惯性就容易发生过冲现象,产生抖舵电源线和地线用于提供舵机内部的直流电机和控制线路所需的能源.电压通常介于4~6V,一般取5V。
注意,给舵机供电电源应能提供足够的功率。
控制线的输入是一个宽度可调的周期性方波脉冲信号,方波脉冲信号的周期为20 ms(即频率为50 Hz)。
当方波的脉冲宽度改变时,舵机转轴的角度发生改变,角度变化与脉冲宽度的变化成正比。
某型舵机的输出轴转角与输入信号的脉冲宽度之间的关系可用围3来表示。
二、数码舵机VS 模拟舵机数码舵机比传统的模拟舵机,在工作方式上有一些优点,但是这些优点也同时带来了一些缺点。
数字舵机原理
dark课堂:舵机的原理,以及数码舵机 VS 模拟舵机一、舵机的原理标准的舵机有3条导线,分别是:电源线、地线、控制线,如图2所示。
以日本FUTABA-S3003型舵机为例,图1是FUFABA-S3003型舵机的内部电路。
3003舵机的工作原理是:PWM信号由接收通道进入信号解调电路BA6688的12脚进行解调,获得一个直流偏置电压。
该直流偏置电压与电位器的电压比较,获得电压差由BA6688的3脚输出。
该输出送入电机驱动集成电路BAL6686,以驱动电机正反转。
当电机转动时,通过级联减速齿轮带动电位器Rw1旋转,直到电压差为O,电机停止转动。
舵机的控制信号是PWM信号,利用占空比的变化,改变舵机的位置。
有个很有趣的技术话题可以稍微提一下,就是BA6688是有EMF控制的,主要用途是控制在高速时候电机最大转速。
原理是这样的:收到1个脉冲以后,BA6688内部也产生1个以5K电位器实际电压为基准的脉冲,2个脉冲比较以后展宽,输出给驱动使用。
当输出足够时候,马达就开始加速,马达就能产生EMF,这个和转速成正比的。
因为取的是中心电压,所以正常不能检测到的,但是运行以后就电平发生倾斜,就能检测出来。
超过EMF 判断电压时候就减小展宽,甚至关闭,让马达减速或者停车。
这样的好处是可以避免过冲现象(就是到了定位点还继续走,然后回头,再靠近)一些国产便宜舵机用的便宜的芯片,就没有EMF控制,马达、齿轮的机械惯性就容易发生过冲现象,产生抖舵电源线和地线用于提供舵机内部的直流电机和控制线路所需的能源.电压通常介于4~6V,一般取5V。
注意,给舵机供电电源应能提供足够的功率。
控制线的输入是一个宽度可调的周期性方波脉冲信号,方波脉冲信号的周期为20 ms(即频率为50 Hz)。
当方波的脉冲宽度改变时,舵机转轴的角度发生改变,角度变化与脉冲宽度的变化成正比。
某型舵机的输出轴转角与输入信号的脉冲宽度之间的关系可用围3来表示。
舵机原理及驱动
舵机原理及驱动1、概述舵机最早出现在航模运动中。
在航空模型中,飞⾏机的飞⾏姿态是通过调节发动机和各个控制舵⾯来实现的。
举个简单的四通飞机来说,飞机上有以下⼏个地⽅需要控制:1)发动机进⽓量,来控制发动机的拉⼒(或推⼒);2)副翼舵⾯(安装在飞机机翼后缘),⽤来控制飞机的横滚运动;3)⽔平尾舵⾯,⽤来控制飞机的俯仰⾓;4)垂直尾舵⾯,⽤来控制飞机的偏航⾓;不仅在航模飞机中,在其他的模型运动中都可以看到它的应⽤:船模上⽤来控制尾舵,车模中⽤来转向等等。
由此可见,凡是需要操作性动作时都可以⽤舵机来实现。
2、结构和控制⼀般来讲,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5k、直流电机、控制电路板等。
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的转动⽅向和速度,从⽽达到⽬标停⽌。
舵机的基本结构是这样,但实现起来有很多种。
例如电机就有有刷和⽆刷之分,齿轮有塑料和⾦属之分,输出轴有滑动和滚动之分,壳体有塑料和铝合⾦之分,速度有快速和慢速之分,体积有⼤中⼩三种之分等等,组合不同,价格也千差万别。
例如,其中⼩舵机⼀般称作微舵,同种材料的条件下是中型的⼀倍多,⾦属齿轮是塑料齿轮的⼀倍多。
需要根据需要选⽤不同类型。
舵机的输⼊线共有三条,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4.8V,⼀是6.0V,分别对应不同的转矩标准,即输出⼒矩不同,6.0V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。
另外要注意⼀点,SANWA的某些型号的舵机引线电源线在边上⽽不是中间,需要辨认。
舵机知识分享
舵机知识分享一,舵机的分类1,按照舵机的工作信号来分类:航模舵机有数码舵机Digital Servo,模拟舵机Analog Servo。
(1)数码舵机是数字传输(数字舵机Digital Servo),灵活方便、可靠、兼容性好,抗干扰能力强,可方便实现双向通信,是必然的趋势;(2)模拟舵机是现有的PWM模拟传输(模拟舵机Analog Servo),即脉宽的变化直接代表控制矢量,容易受干扰;2,按照舵机的工作电压来分类:普通电压舵机(4.8-6V),高压舵机HV SERVO (6-7.4V);高压舵机HV SERVO(9.4-12V)。
高压舵机是工作电压高在6-7.4V;9.4-12V(以后高压舵机的工作电压应该还会更高的),高压舵机的优点就是发热小,反应更灵敏,扭力更大。
3, 按照是否防水来分类:全防水舵机,普通舵机。
(全防水舵机的视频)4,机器人专用舵机与模型舵机的区别机器人用的大部分舵机和模型舵机都是一样的,只是航模用舵机限制转角,一般是90-270°,有些机器人舵机的工作角度到达360度,360度舵机一般都是用到机器人上的。
二,舵机的结构(舵机的结构视频)1,外壳:外壳材料有金属,塑料,半金属半塑料三种。
(全金属外壳舵机,半金属半塑料外壳舵机,塑料外壳舵机)2,马达: 无刷马达,空心杯马达,铁心马达。
(无刷马达舵机,空心杯马达舵机,铁芯马达舵机)3,齿轮套件:舵机的齿轮材料(Gear Material)有塑料和金属之区分,金1 / 2属齿轮的舵机一般皆为大扭力及高速型,具有齿轮不会因负载过大而崩牙的优点。
4,动力输出轴:(1),动力输出轴材料有塑料和金属之分,大扭力的一般都采用金属材料。
(2),标准舵机的输出轴的齿数有以下三种:25T(FUTABA品牌的舵机),24T (HITEC品牌的舵机),23T (JR品牌的舵机)。
这个参数主要用来匹配舵臂的,因为常规舵臂的齿数也是:25T (FUTABA),24T(HITEC),23T(JR)这三种,只有舵机轴的齿数和舵臂的齿数一样才能使用。
舵机的分类
舵机的分类舵机是一种常见的电子元件,它可以控制机械设备的运动,广泛应用于机器人、航模、汽车等领域。
根据不同的特点和用途,舵机可以分为多种类型。
本文将介绍舵机的分类。
一、按控制方式分类1.模拟式舵机模拟式舵机是最早出现的一种舵机,它采用模拟信号进行控制。
这种舵机具有反应速度快、精度高的特点,但是需要使用专门的模拟信号控制器。
2.数字式舵机数字式舵机采用数字信号进行控制,它具有反应速度更快、精度更高、可靠性更好等优点。
同时,数字式舵机还可以通过编程实现多种功能和运动模式。
二、按转动角度分类1.标准型舵机标准型舵机转动角度通常为180度左右,适用于大多数需要精确定位和控制运动范围的场合。
2.连续旋转型舵机连续旋转型舵机没有固定的转动角度限制,可以实现连续旋转,并且速度可以调节。
这种类型的舵机通常被用于需要进行旋转运动的机械设备中。
三、按扭矩分类1.小扭矩舵机小扭矩舵机通常被用于需要精细控制和定位的场合,比如机械臂、摄像头等。
2.大扭矩舵机大扭矩舵机可以提供更大的输出力,适用于需要进行重负载运动的场合,比如自动化生产线上的机械手臂等。
四、按尺寸分类1.微型舵机微型舵机通常体积较小,重量轻,适用于空间有限或者对重量要求较高的场合。
2.标准型舵机标准型舵机是最常见的一种类型,体积适中,适用于大多数应用场景。
3.大型舵机大型舵机通常体积较大,输出力更强,适用于需要进行重负载运动或者对输出力要求较高的场合。
五、按传感器分类1.位置反馈式舵机位置反馈式舵机内置有位置传感器,在控制运动时可以实时反馈当前位置信息。
这种类型的舵机通常被用于需要精确定位和控制运动范围的场合。
2.力矩反馈式舵机力矩反馈式舵机内置有力矩传感器,在控制运动时可以实时反馈当前输出力信息。
这种类型的舵机通常被用于需要进行重负载运动或者对输出力要求较高的场合。
六、按应用场景分类1.航模专用舵机航模专用舵机是一种特殊的舵机,它具有轻量化、高精度、高速度等特点,适用于模型飞机、直升机等领域。
舵机常见问题解决
伺服马达原理与控制,模拟舵机和数字舵机的区别,以及常见问题解决伺服马达原理与控制1、伺服马达内部结构伺服马达内部包括了一个小型直流马达;一组变速齿轮组;一个反馈可调电位器;及一块电子控制板。
其中,高速转动的直流马达提供了原始动力,带动变速(减速)齿轮组,使之产生高扭力的输出,齿轮组的变速比愈大,伺服马达的输出扭力也愈大,也就是说越能承受更大的重量,但转动的速度也愈低伺服马达内部结构图2、伺服马达的工作原理伺服马达是一个典型闭环反馈系统,其原理可由下图表示:伺服马达工作原理图减速齿轮组由马达驱动,其终端(输出端)带动一个线性的比例电位器作位置检测,该电位器把转角坐标转换为一比例电压反馈给控制线路板,控制线路板将其与输入的控制脉冲信号比较,产生纠正脉冲,并驱动马达正向或反向地转动,使齿轮组的输出位置与期望值相符,令纠正脉冲趋于为0,从而达到使伺服马达精确定位的目的。
3、如何控制伺服马达标准的微型伺服马达有三条控制线,分别为:电源、地及控制。
电源线与地线用于提供内部的直流马达及控制线路所需的能源,电压通常介于4V—6V之间,该电源应尽可能与处理系统的电源隔离(因为伺服马达会产生噪音)。
甚至小伺服马达在重负载时也会拉低放大器的电压,所以整个系统的电源供应的比例必须合理。
输入一个周期性的正向脉冲信号,这个周期性脉冲信号的高电平时间通常在1ms—2ms 之间,而低电平时间应在5ms到20ms之间,并不很严格,下表表示出一个典型的20ms周期性脉冲的正脉冲宽度与微型伺服马达的输出臂位置的关系:4、伺服马达的电源引线电源引线有三条,如图中所示。
伺服马达三条线中白色的线是控制线,接到控制芯片上。
中间的是SERVO工作电源线(红色),一般工作电源是5V。
第三条是地线。
5、伺服马达的运动速度伺服马达的瞬时运动速度是由其内部的直流马达和变速齿轮组的配合决定的,在恒定的电压驱动下,其数值唯一。
但其平均运动速度可通过分段停顿的控制方式来改变,例如,我们可把动作幅度为90o的转动细分为128个停顿点,通过控制每个停顿点的时间长短来实现0o—90o变化的平均速度。
舵机
在机器人机电控制系统中,舵机控制效果是性能的重要影响因素。
舵机可以在微机电系统和航模中作为基本的输出执行机构,其简单的控制和输出使得单片机系统非常容易与之接口。
舵机是一种位置(角度)伺服的驱动器,适用于那些需要角度不断变化并可以保持的控制系统。
目前在高档遥控玩具,如航模,包括飞机模型,潜艇模型;遥控机器人中已经使用得比较普遍。
舵机是一种俗称,其实是一种伺服马达。
还是看看具体的实物比较过瘾一点:2. 其工作原理是:控制信号由接收机的通道进入信号调制芯片,获得直流偏置电压。
它内部有一个基准电路,产生周期为20ms,宽度为1.5ms的基准信号,将获得的直流偏置电压与电位器的电压比较,获得电压差输出。
最后,电压差的正负输出到电机驱动芯片决定电机的正反转。
当电机转速一定时,通过级联减速齿轮带动电位器旋转,使得电压差为0,电机停止转动。
当然我们可以不用去了解它的具体工作原理,知道它的控制原理就够了。
就象我们使用晶体管一样,知道可以拿它来做开关管或放大管就行了,至于管内的电子具体怎么流动是可以完全不用去考虑的。
3. 舵机的控制:舵机的控制一般需要一个20ms左右的时基脉冲,该脉冲的高电平部分一般为0.5ms~2.5ms范围内的角度控制脉冲部分。
以180度角度伺服为例,那么对应的控制关系是这样的:0.5ms--------------0度;1.0ms------------45度;1.5ms------------90度;2.0ms-----------135度;2.5ms-----------180度;请看下形象描述吧:这只是一种参考数值,具体的参数,请参见舵机的技术参数。
小型舵机的工作电压一般为4.8V或6V,转速也不是很快,一般为0.22/60度或0.18/60度,所以假如你更改角度控制脉冲的宽度太快时,舵机可能反应不过来。
如果需要更快速的反应,就需要更高的转速了。
要精确的控制舵机,其实没有那么容易,很多舵机的位置等级有1024个,那么,如果舵机的有效角度范围为180度的话,其控制的角度精度是可以达到180/1024度约0.18度了,从时间上看其实要求的脉宽控制精度为2000/1024us约2us。
舵机原理及驱动
1、概述舵机最早出现在航模运动中。
在航空模型中,飞行机的飞行姿态是通过调节发动机和各个控制舵面来实现的。
举个简单的四通飞机来说,飞机上有以下几个地方需要控制:1)发动机进气量,来控制发动机的拉力(或推力);2)副翼舵面(安装在飞机机翼后缘),用来控制飞机的横滚运动;3)水平尾舵面,用来控制飞机的俯仰角;4)垂直尾舵面,用来控制飞机的偏航角;不仅在航模飞机中,在其他的模型运动中都可以看到它的应用:船模上用来控制尾舵,车模中用来转向等等。
由此可见,凡是需要操作性动作时都可以用舵机来实现。
2、结构和控制一般来讲,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5k、直流电机、控制电路板等。
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的转动方向和速度,从而达到目标停止。
舵机的基本结构是这样,但实现起来有很多种。
例如电机就有有刷和无刷之分,齿轮有塑料和金属之分,输出轴有滑动和滚动之分,壳体有塑料和铝合金之分,速度有快速和慢速之分,体积有大中小三种之分等等,组合不同,价格也千差万别。
例如,其中小舵机一般称作微舵,同种材料的条件下是中型的一倍多,金属齿轮是塑料齿轮的一倍多。
需要根据需要选用不同类型。
舵机的输入线共有三条,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4.8V,一是6.0V,分别对应不同的转矩标准,即输出力矩不同,6.0V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。
另外要注意一点,SANWA的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。
舵机
一、直流伺服电机(舵机) (2)二、工作原理: (3)三、数码舵机常见问题原理分析及解决: (6)1. 数码舵机与模拟舵机的区别 (6)2. 舵机电机调速原理及如何加快电机速度 (7)3. 数码舵机的反应速度为何比模拟舵机快 (8)4. 数码舵机的无反应区范围为何比模拟舵机小 (9)5. 模拟舵机加装数码舵机驱动板并未提升反应速度 (9)6. 舵机控制死区、滞环、定位精度、输入信号分辨率、回中性能的认识 (9)7. 舵机为何会老发出吱吱的响声 (10)8. 为何有的舵机炸机易烧电路板 (10)9. 舵机为何抖舵 (11)10. 舵机一般故障判断: (11)四、舵机选购: (13)一、直流伺服电机(舵机)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5k、直流电机、控制电路板等。
普通舵机拆解图SR403p 拆解图二、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的转动方向和速度,从而达到目标停止。
舵机的控制信号为周期是20ms的脉宽调制(PWM)信号,其中脉冲宽度从0.5ms-2.5ms,相对应舵盘的位置为0-180度,呈线性变化。
也就是说,给它提供一定的脉宽,它的输出轴就会保持在一个相对应的角度上,无论外界转矩怎样改变,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的位置上。
舵机内部有一个基准电路,产生周期20ms,宽度1.5ms的基准信号,有一个比较器,将外加信号与基准信号相比较,判断出方向和大小,从而产生电机的转动信号。
由此可见,舵机是一种位置伺服的驱动器,转动范围不能超过180度,适用于那些需要角度不断变化并可以保持的驱动当中。
比方说机器人的关节、飞机的舵面等。
数字舵机与模拟舵机各种问题祥解(文书特制)
数字舵机与模拟舵机_控制方法与性能比较之一(我觉得你应该看看)一、舵机的原理标准的舵机有3条导线,分别是:电源线、地线、控制线,以日本FUTABA-S3003型舵机为例, 3003舵机的工作原理是:PWM信号由接收通道进入信号解调电路BA6688的12脚进行解调,获得一个直流偏置电压。
该直流偏置电压与电位器的电压比较,获得电压差由BA6688的3脚输出。
该输出送入电机驱动集成电路BAL6686,以驱动电机正反转。
当电机转动时,通过级联减速齿轮带动电位器Rw1旋转,直到电压差为O,电机停止转动。
舵机的控制信号是PWM信号,利用占空比的变化,改变舵机的位置。
有个很有趣的技术话题可以稍微提一下,就是BA6688是有EMF控制的,主要用途是控制在高速时候电机最大转速。
原理是这样的:收到1个脉冲以后,BA6688内部也产生1个以5K电位器实际电压为基准的脉冲,2个脉冲比较以后展宽,输出给驱动使用。
当输出足够时候,马达就开始加速,马达就能产生EMF,这个和转速成正比的。
因为取的是中心电压,所以正常不能检测到的,但是运行以后就电平发生倾斜,就能检测出来。
超过EMF判断电压时候就减小展宽,甚至关闭,让马达减速或者停车。
这样的好处是可以避免过冲现象(就是到了定位点还继续走,然后回头,再靠近)一些国产便宜舵机用的便宜的芯片,就没有EMF控制,马达、齿轮的机械惯性就容易发生过冲现象,产生抖舵电源线和地线用于提供舵机内部的直流电机和控制线路所需的能源.电压通常介于4~6V,一般取5V。
注意,给舵机供电电源应能提供足够的功率。
控制线的输入是一个宽度可调的周期性方波脉冲信号,方波脉冲信号的周期为20 ms(即频率为50 Hz)。
当方波的脉冲宽度改变时,舵机转轴的角度发生改变,角度变化与脉冲宽度的变化成正比。
某型舵机的输出轴转角与输入信号的脉冲宽度之间的关系可用围3来表示。
二、数码舵机 VS 模拟舵机数码舵机比传统的模拟舵机,在工作方式上有一些优点,但是这些优点也同时带来了一些缺点。
舵机控制说明
舵机的分类按照舵机的转动角度分有180度舵机和360度舵机。
180度舵机只能在0度到180度之间运动,超过这个范围,舵机就会出现超量程的故障,轻则齿轮打坏,重则烧坏舵机电路或者舵机里面的电机。
360度舵机转动的方式和普通的电机类似,可以连续的转动,不过我们可以控制它转动的方向和速度。
按照舵机的信号处理分为模拟舵机和数字舵机,它们的区别在于,模拟舵机需要给它不停的发送PWM信号,才能让它保持在规定的位置或者让它按照某个速度转动,数字舵机则只需要发送一次PWM信号就能保持在规定的某个位置。
关于PWM信号在3.4节将会介绍。
3.2 舵机的内部结构一般来说,我们用的舵机有以下几个部分组成:直流电动机、减速器(减速齿轮组)、位置反馈电位计、控制电路板(比较器)。
舵机的输入线共有三根,红色在中间,为电源正极线,黑色线是电源负极(地线)线,黄色或者白色线为信号线。
其中电源线为舵机提供6V到7V左右电压的电源。
3.3 舵机的工作原理在舵机上电后,舵机的控制电路会记录由位置反馈电位计反馈的当前位置,当信号线接收到PWM信号时会比较当前位置和此PWM信号控制所要转到得位置,如果相同舵机不转,如果不同,控制芯片会比较出两者的差值,这个差值决定转动的方向和角度。
3.4 舵机的控制协议对舵机转动的控制是通过PWM信号控制的。
PWM是脉宽调制信号的英文缩写,其特点在于它的上升沿与下降沿的时间宽度或者上升沿占整个周期的比例(占空比)。
我们目前使用的舵机主要依赖于模型行业的标准协议,随着机器人行业的渐渐独立,有些厂商已经推出全新的舵机协议,这些舵机只能应用于机器人行业,已经不能够应用于传统的模型上面了。
本书介绍的舵机控制协议是北京汉库公司出品的舵机所采用的协议 ,市场上一些其他厂商(包括有些日本厂商)生产的舵机也采用这种协议。
如果你采用的是其它厂商的舵机,最好先参考下他们的DATA手册或者产品说明之类的技术文档。
前面说过舵机分180度和360度,它们的应用场合不一样,工作方式不一样,自然控制的协议也不一样。
伺服马达原理与控制,模拟舵机和数字舵机的区别,以及常见问题解决
伺服马达原理与控制,模拟舵机和数字舵机的区别,以及常见问题解决伺服马达原理与控制1、伺服马达内部结构伺服马达内部包括了一个小型直流马达;一组变速齿轮组;一个反馈可调电位器;及一块电子控制板。
其中,高速转动的直流马达提供了原始动力,带动变速(减速)齿轮组,使之产生高扭力的输出,齿轮组的变速比愈大,伺服马达的输出扭力也愈大,也就是说越能承受更大的重量,但转动的速度也愈低伺服马达内部结构图2、伺服马达的工作原理伺服马达是一个典型闭环反馈系统,其原理可由下图表示:伺服马达工作原理图减速齿轮组由马达驱动,其终端(输出端)带动一个线性的比例电位器作位置检测,该电位器把转角坐标转换为一比例电压反馈给控制线路板,控制线路板将其与输入的控制脉冲信号比较,产生纠正脉冲,并驱动马达正向或反向地转动,使齿轮组的输出位置与期望值相符,令纠正脉冲趋于为0,从而达到使伺服马达精确定位的目的。
3、如何控制伺服马达标准的微型伺服马达有三条控制线,分别为:电源、地及控制。
电源线与地线用于提供内部的直流马达及控制线路所需的能源,电压通常介于4V—6V之间,该电源应尽可能与处理系统的电源隔离(因为伺服马达会产生噪音)。
甚至小伺服马达在重负载时也会拉低放大器的电压,所以整个系统的电源供应的比例必须合理。
输入一个周期性的正向脉冲信号,这个周期性脉冲信号的高电平时间通常在1ms—2ms 之间,而低电平时间应在5ms到20ms之间,并不很严格,下表表示出一个典型的20ms周期性脉冲的正脉冲宽度与微型伺服马达的输出臂位置的关系:4、伺服马达的电源引线电源引线有三条,如图中所示。
伺服马达三条线中红色的线是控制线,接到控制芯片上。
中间的是SERVO工作电源线,一般工作电源是5V。
第三条是地线5、伺服马达的运动速度伺服马达的瞬时运动速度是由其内部的直流马达和变速齿轮组的配合决定的,在恒定的电压驱动下,其数值唯一。
但其平均运动速度可通过分段停顿的控制方式来改变,例如,我们可把动作幅度为90o的转动细分为128个停顿点,通过控制每个停顿点的时间长短来实现0o—90o变化的平均速度。
数字舵机与模拟舵机比较
一、数码舵机与模拟舵机的区别传统模拟舵机和数字比例舵机(或称之为标准舵机)的电子电路中无MCU 微控制器,一般都称之为模拟舵机。
老式模拟舵机由功率运算放大器等接成惠斯登电桥,根据接收到模拟电压控制指令和机械连动位置传感器(电位器)反馈电压之间比较产生的差分电压,驱动有刷直流电机伺服电机正/反运转到指定位置。
数字比例舵机是模拟舵机最好的类型,由直流伺服电机、直流伺服电机控制器集成电路(IC),减速齿轮组和反馈电位器组成,它由直流伺服电机控制芯片直接接收PWM(脉冲方波,一般周期为20ms,脉宽1~2 ms,脉宽1 ms为上限位置,1.5ms为中位,2ms 为下限位置)形式的控制驱动信号,迅速驱动电机执行位置输出,直至直流伺服电机控制芯片检测到位置输出连动电位器送来的反馈电压与PWM控制驱动信号的平均有效电压相等,停止电机,完成位置输出。
数码舵机电子电路中带MCU微控制器故俗称为数码舵机,数码舵机凭借比之模拟舵机具有反应速度更快,无反应区范围小,定位精度高,抗干扰能力强等优势已逐渐取代模拟舵机在机器人、航模中得到广泛应用。
数码舵机设计方案一般有两种:一种是MCU+直流伺服电机+直流伺服电机控制器集成电路(IC)+减速齿轮组+反馈电位器的方案,以下称为方案1,另一种是MCU+直流伺服电机+减速齿轮组+反馈电位器的方案,以下称为方案2。
市面上加装数码驱动板把模拟舵机改数码舵机属方案1。
二、舵机电机调速原理及如何加快电机速度常见舵机电机一般都为永磁直流电动机,如直流有刷空心杯电机。
直流电动机有线形的转速-转矩特性和转矩-电流特性,可控性好,驱动和控制电路简单,驱动控制有电流控制模式和电压控制两种模式。
舵机电机控制实行的是电压控制模式,即转速与所施加电压成正比,驱动是由四个功率开关组成H桥电路的双极性驱动方式,运用脉冲宽度调制(PWM)技术调节供给直流电动机的电压大小和极性,实现对电动机的速度和旋转方向(正/反转)的控制。
模拟舵机与数码舵机区别
舵机的原理,以及数码舵机VS 模拟舵机[转]一、舵机的原理标准的舵机有3条导线,分别是:电源线、地线、控制线,如图2所示。
以日本FUTABA-S3003型舵机为例,图1是FUFABA-S3003型舵机的内部电路。
3003舵机的工作原理是:PWM信号由接收通道进入信号解调电路BA6688的12脚进行解调,获得一个直流偏置电压。
该直流偏置电压与电位器的电压比较,获得电压差由BA6688的3脚输出。
该输出送入电机驱动集成电路BAL6686,以驱动电机正反转。
当电机转动时,通过级联减速齿轮带动电位器Rw1旋转,直到电压差为O,电机停止转动。
舵机的控制信号是PWM信号,利用占空比的变化,改变舵机的位置。
有个很有趣的技术话题可以稍微提一下,就是BA6688是有EMF控制的,主要用途是控制在高速时候电机最大转速。
原理是这样的:收到1个脉冲以后,BA6688内部也产生1个以5K电位器实际电压为基准的脉冲,2个脉冲比较以后展宽,输出给驱动使用。
当输出足够时候,马达就开始加速,马达就能产生EMF,这个和转速成正比的。
因为取的是中心电压,所以正常不能检测到的,但是运行以后就电平发生倾斜,就能检测出来。
超过EMF判断电压时候就减小展宽,甚至关闭,让马达减速或者停车。
这样的好处是可以避免过冲现象(就是到了定位点还继续走,然后回头,再靠近)一些国产便宜舵机用的便宜的芯片,就没有EMF控制,马达、齿轮的机械惯性就容易发生过冲现象,产生抖舵电源线和地线用于提供舵机内部的直流电机和控制线路所需的能源.电压通常介于4~6V,一般取5V。
注意,给舵机供电电源应能提供足够的功率。
控制线的输入是一个宽度可调的周期性方波脉冲信号,方波脉冲信号的周期为20 ms(即频率为50 Hz)。
当方波的脉冲宽度改变时,舵机转轴的角度发生改变,角度变化与脉冲宽度的变化成正比。
某型舵机的输出轴转角与输入信号的脉冲宽度之间的关系可用围3来表示。
二、数码舵机 VS 模拟舵机数码舵机比传统的模拟舵机,在工作方式上有一些优点,但是这些优点也同时带来了一些缺点。
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舵机的原理,以及数码舵机VS 模拟舵机[转]一、舵机的原理标准的舵机有3条导线,分别是:电源线、地线、控制线,如图2所示。
以日本FUTABA-S3003型舵机为例,图1是FUFABA-S3003型舵机的内部电路。
3003舵机的工作原理是:PWM信号由接收通道进入信号解调电路BA6688的12脚进行解调,获得一个直流偏置电压。
该直流偏置电压与电位器的电压比较,获得电压差由BA6688的3脚输出。
该输出送入电机驱动集成电路BAL6686,以驱动电机正反转。
当电机转动时,通过级联减速齿轮带动电位器Rw1旋转,直到电压差为O,电机停止转动。
舵机的控制信号是PWM信号,利用占空比的变化,改变舵机的位置。
有个很有趣的技术话题可以稍微提一下,就是BA6688是有EMF控制的,主要用途是控制在高速时候电机最大转速。
原理是这样的:收到1个脉冲以后,BA6688内部也产生1个以5K电位器实际电压为基准的脉冲,2个脉冲比较以后展宽,输出给驱动使用。
当输出足够时候,马达就开始加速,马达就能产生EMF,这个和转速成正比的。
因为取的是中心电压,所以正常不能检测到的,但是运行以后就电平发生倾斜,就能检测出来。
超过EMF判断电压时候就减小展宽,甚至关闭,让马达减速或者停车。
这样的好处是可以避免过冲现象(就是到了定位点还继续走,然后回头,再靠近)一些国产便宜舵机用的便宜的芯片,就没有EMF控制,马达、齿轮的机械惯性就容易发生过冲现象,产生抖舵电源线和地线用于提供舵机内部的直流电机和控制线路所需的能源.电压通常介于4~6V,一般取5V。
注意,给舵机供电电源应能提供足够的功率。
控制线的输入是一个宽度可调的周期性方波脉冲信号,方波脉冲信号的周期为20 ms(即频率为50 Hz)。
当方波的脉冲宽度改变时,舵机转轴的角度发生改变,角度变化与脉冲宽度的变化成正比。
某型舵机的输出轴转角与输入信号的脉冲宽度之间的关系可用围3来表示。
二、数码舵机 VS 模拟舵机数码舵机比传统的模拟舵机,在工作方式上有一些优点,但是这些优点也同时带来了一些缺点。
传统的舵机在空载的时候,没有动力被传到舵机马达。
当有信号输入使舵机移动,或者舵机的摇臂受到外力的时候,舵机会作出反应,向舵机马达输出驱动电压。
由第一节的电路分析我们知道——马达是否获得驱动电压,取决于BA6688的第3脚是否输出一个电压信号给BAL6686马达驱动IC。
数码舵机最大的差别是在于它处理接收机的输入信号的方式。
相对与传统的50脉冲/秒的PWM信号解调方式,数码舵机使用信号预处理方式,将频率提高到300脉冲/秒。
因为频率高的关系,意味着舵机动作会更精确,“无反应区”变小。
以下的三个图表各显示了两个周期的开/关脉冲。
图1是空载的情况;图2是脉冲宽度较窄,比较小的动力信号被输入马达;图3是更宽,持续时间更长的脉冲,更多的输入动力。
您可以想象,一个短促的脉冲,紧接着很长的停顿,这意味着舵机控制精度是不够高的,这也是为什么模拟舵机有“无反应区”的存在。
比如说,舵机对于发射机的细小动作,反应迟钝或者根本就没有反应。
而数码舵机提升了脉冲密度,轻微的信号改变都会变的可以读取,这样无论是遥控杆的轻微变动,或者舵机摇臂在外力作用下的极轻微变动,都会能够检测出来,从而进行更细微的修正。
三、数码舵机的缺点:以上我们已经知道数码舵机会更精确这个优点,那么我们来看数码舵机的缺点1、数码舵机需要消耗更多的动力。
其实这是很自然的。
数码舵机以更高频率去修正马达,这一定会增加总体的动力消耗。
2、相对教短的寿命。
其实这是很自然的。
马达总在转来转去做修正,这一定会增加马达等转动部位的消耗。
四、拟人化比喻技术性的东西说了这么多,也许很多对电路原理不熟悉的朋友还是不明白,呵呵,举个简单的例子来说明吧!比如遥控器是老师,舵机控制电路是家长,舵机的马达是小孩现在的任务是老师要求家长辅导孩子做一个动作,比如倒立以数字舵机而言,家长自主地给这个动作设置了非常非常严格的标准,他要求孩子倒立时在鞋面上摆一个竖立的硬币,然后盯着硬币,硬币向左一震动他在右边给孩子一鞭子,硬币向右一震动他在左边给孩子一鞭子.........总之他要求的不再是老师要求的“倒立”,而是倒立以后顶一枚不倒的硬币..........模拟舵机的家长部分则是柔和派,老师要求倒立是吧?他忠实地按老师的要求,让孩子倒立起来,孩子身体的轻微调整他不去关注了,他只关心是不是偏移了老师的标准,呵呵五、实际应用选择我们已经知道模拟舵机对于极轻微的外力干扰导致舵机盘移位的敏感度,和舵机执行命令的精确度,是不如数码舵机的了,那么我们是不是应该尽量使用数码舵机呢我个人而言不是这么认为。
首先——舵机的素质,其实不单纯是电路决定的,还有舵机的齿轮精度,还有非常非常关键的舵机电位器的精度。
一颗质量上乘的模拟舵机,往往比电路虽然是数码但是零件却是普通货色的数码舵机更准确,更不会抖舵。
其次,要知道我们在模型车上应用的时候,很多时候太高的精度并不是好事!比如你玩1/8的车,特别是大脚车和越野车,那么烂的路面导致车时而滑动适合腾空,动不动就是零点几秒、N公分的偏差,舵机的微秒级别敏感、微米级别精度对整个事件能起怎么改善??那叫神经质的舵机反应...........其实应用在1/8车辆上,一颗0.1秒反应的模拟舵机是更合适的搭配。
它会更省电,更顺滑,不会那么神经质。
而且最重要的——它不会在一台转向虚位有几毫米的1/8越野车上,去不停地吱吱叫着去找那0.1毫米的居中(其实你即使把舵机连杆给它拆掉,让舵机空转,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着折腾自己而已,哈哈)实际的应用上,我建议是1/10的竞赛级别房车,暴力型的飞机,可以选用数码舵机。
所谓神经质配神经质,呵呵。
其实我个人选择舵机,更看重的是品牌和玩家反响,而不是某些山寨工厂一力鼓吹的什么狗屁数码........下面这篇文章,我大致看过,是符合科学原理的,想学习知识的可以看看。
注意吸收知识,要由根本上去分析,而不是以讹传讹!否则你必定就象很多人一样去坚守“数码舵机比模拟舵机快”这个完全错误的观点,呵呵,那会被真正掌握知识的人暗地里面耻笑的数码舵机常见问题原理分析及解决:一、数码舵机与模拟舵机的区别传统模拟舵机和数字比例舵机(或称之为标准舵机)的电子电路中无MCU微控制器,一般都称之为模拟舵机。
老式模拟舵机由功率运算放大器等接成惠斯登电桥,根据接收到模拟电压控制指令和机械连动位置传感器(电位器)反馈电压之间比较产生的差分电压,驱动有刷直流电机伺服电机正/反运转到指定位置。
数字比例舵机是模拟舵机最好的类型,由直流伺服电机、直流伺服电机控制器集成电路(IC),减速齿轮组和反馈电位器组成,它由直流伺服电机控制芯片直接接收PWM(脉冲方波,一般周期为20ms,脉宽1~2 ms,脉宽1 ms为上限位置,1.5ms 为中位,2ms为下限位置)形式的控制驱动信号,迅速驱动电机执行位置输出,直至直流伺服电机控制芯片检测到位置输出连动电位器送来的反馈电压与PWM控制驱动信号的平均有效电压相等,停止电机,完成位置输出。
数码舵机电子电路中带MCU微控制器故俗称为数码舵机,数码舵机凭借比之模拟舵机具有反应速度更快,无反应区范围小,定位精度高,抗干扰能力强等优势已逐渐取代模拟舵机在机器人、航模中得到广泛应用。
数码舵机设计方案一般有两种:一种是MCU+直流伺服电机+直流伺服电机控制器集成电路(IC)+减速齿轮组+反馈电位器的方案,以下称为方案1,另一种是MCU+直流伺服电机+减速齿轮组+反馈电位器的方案,以下称为方案2。
市面上加装数码驱动板把模拟舵机改数码舵机属方案1。
二、舵机电机调速原理及如何加快电机速度常见舵机电机一般都为永磁直流电动机,如直流有刷空心杯电机。
直流电动机有线形的转速-转矩特性和转矩-电流特性,可控性好,驱动和控制电路简单,驱动控制有电流控制模式和电压控制两种模式。
舵机电机控制实行的是电压控制模式,即转速与所施加电压成正比,驱动是由四个功率开关组成H桥电路的双极性驱动方式,运用脉冲宽度调制(PWM)技术调节供给直流电动机的电压大小和极性,实现对电动机的速度和旋转方向(正/反转)的控制。
电机的速度取决于施加到在电机平均电压大小,即取决于PWM驱动波形占空比(占空比为脉宽/周期的百分比)的大小,加大占空比,电机加速,减少占空比电机减速。
所以要加快电机速度:1、加大电机工作电压;2、降低电机主回路阻值,加大电流;二者在舵机设计中要实现,均涉及在满足负载转矩要求情况下重新选择舵机电机。
三、数码舵机的反应速度为何比模拟舵机快很多模友错误以为:“数码舵机的PWM驱动频率300Hz比模拟舵机的50Hz高6倍,则舵机电机转速快6倍,所以数码舵机的反应速度就比模拟舵机快6倍”。
这里请大家注意占空比的概念,脉宽为每周期有效电平时间,占空比为脉宽/周期的百分比,所以大小与频率无关。
占空比决定施加在电机上的电压,在负载转矩不变时,就决定电机转速,与PWM的频率无关。
模拟舵机是直流伺服电机控制器芯片一般只能接收50Hz频率(周期20ms)~300Hz左右的PWM外部控制信号,太高的频率就无法正常工作了。
若PWM外部控制信号为50Hz,则直流伺服电机控制器芯片获得位置信息的分辨时间就是20ms,比较PWM控制信号正比的电压与反馈电位器电压得出差值,该差值经脉宽扩展(占空比改变,改变大小正比于差值)后驱动电机动作,也就是说由于受PWM外部控制信号频率限制,最快20ms才能对舵机摇臂位置做新的调整。
数码舵机通过MCU可以接收比50Hz频率(周期20ms)快得多的PWM 外部控制信号,就可在更短的时间分辨出PWM外部控制信号的位置信息,计算出PWM信号占空比正比的电压与反馈电位器电压的差值,去驱动电机动作,做舵机摇臂位置最新调整。
结论:不管是模拟还是数码舵机,在负载转矩不变时,电机转速取决于驱动信号占空比大小而与频率无关。
数码舵机可接收更高频率的PWM外部控制信号,可在更短的周期时间后获得位置信息,对舵机摇臂位置做最新调整。
所以说数码舵机的反应速度比模拟舵机快,而不是驱动电机转速比模拟舵机快。
四、数码舵机的无反应区范围为何比模拟舵机小根据上述对模拟舵机的分析可知模拟舵机约20ms才能做一次新调整。
而数码舵机以更高频率的PWM驱动电机。
PWM频率的加快使电机的启动/停止,加/减速更柔和,更平滑,更有效的为电机提供启动所需的转矩。
就象是汽车获得了更小的油门控制区间,则启动/停止,加/减速性能更好。
所以数码舵机的无反应区比模拟舵机小。
五、模拟舵机加装数码舵机驱动板并未提升反应速度根据以上分析可知,模拟舵机加装数码舵机驱动板,要提升反应速度,PMW外部控制信号(如陀螺仪送来的尾舵机信号)的频率必须加快,如果还是50Hz,那舵机反应速度当然就没提升了。