舵機(jī)原理
- 文件介紹：
- 該文件為 doc 格式，下載需要 20 積分
- 舵機(jī)原理1、概述
舵機(jī)最早出現(xiàn)在航模運(yùn)動中。在航空模型中，飛行機(jī)的飛行姿態(tài)是通過調(diào)節(jié)發(fā)動機(jī)和各個(gè)控制舵面來實(shí)現(xiàn)的。舉個(gè)簡單的四通飛機(jī)來說，飛機(jī)上有以下幾個(gè)地方需要控制：
1.發(fā)動機(jī)進(jìn)氣量，來控制發(fā)動機(jī)的拉力（或推力）；
2.副翼舵面（安裝在飛機(jī)機(jī)翼后緣），用來控制飛機(jī)的橫滾運(yùn)動；
3.水平尾舵面，用來控制飛機(jī)的俯仰角；
4.垂直尾舵面，用來控制飛機(jī)的偏航角；
遙控器有四個(gè)通道，分別對應(yīng)四個(gè)舵機(jī)，而舵機(jī)又通過連桿等傳動元件帶動舵面的轉(zhuǎn)動，從而改變飛機(jī)的運(yùn)動狀態(tài)。舵機(jī)因此得名：控制舵面的伺服電機(jī)。
不僅在航模飛機(jī)中，在其他的模型運(yùn)動中都可以看到它的應(yīng)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(shí)都可以用舵機(jī)來實(shí)現(xiàn)。
2、結(jié)構(gòu)和控制
一般來講，舵機(jī)主要由以下幾個(gè)部分組成， 舵盤、減速齒輪組、位置反饋電位計(jì)5k、直流電機(jī)、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（具體信號待會再講），控制電機(jī)轉(zhuǎn)動，電機(jī)帶動一系列齒輪組，減速后傳動至輸出舵盤。舵機(jī)的輸出軸和位置反饋電位計(jì)是相連的，舵盤轉(zhuǎn)動的同時(shí)，帶動位置反饋電位計(jì)，電位計(jì)將輸出一個(gè)電壓信號到控制電路板，進(jìn)行反饋，然后控制電路板根據(jù)所在位置決定電機(jī)的轉(zhuǎn)動方向和速度，從而達(dá)到目標(biāo)停止。
舵機(jī)的基本結(jié)構(gòu)是這樣，但實(shí)現(xiàn)起來有很多種。例如電機(jī)就有有刷和無刷之分，齒輪有塑料和金屬之分，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(jià)格也千差萬別。例如，其中小舵機(jī)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(jī)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(jī)提供最基本的能源保證，主要是電機(jī)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(yīng)不同的轉(zhuǎn)矩標(biāo)準(zhǔn)，即輸出力矩不同，6.0V對應(yīng)的要大一些，具體看應(yīng)用條件；另外一根線是控制信號線，F(xiàn)utaba的一般為白色，JR的一般為桔黃色。另外要注意一點(diǎn)，SANWA的某些型號的舵機(jī)引線電源線在邊上而不是中間，需要辨認(rèn)。但記住紅色為電源，黑色為地線，一般不會搞錯(cuò)。
舵機(jī)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(yīng)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(gè)相對應(yīng)的角度上，無論外界轉(zhuǎn)矩怎樣改變，直到給它提供一個(gè)另外寬度的脈沖信號，它才會改變輸出角度到新的對應(yīng)的位置上。舵機(jī)內(nèi)部有一個(gè)基準(zhǔn)電路，產(chǎn)生周期20ms，寬度1.5ms的基準(zhǔn)信號，有一個(gè)比較器，將外加信號與基準(zhǔn)信號相比較，判斷出方向和大小，從而產(chǎn)生電機(jī)的轉(zhuǎn)動信號。由此可見，舵機(jī)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(dāng)中。比方說機(jī)器人的關(guān)節(jié)、飛機(jī)的舵面等。
常見的舵機(jī)廠家有：日本的Futaba、JR、SANWA等，國產(chǎn)的有北京的新幻想、吉林的振華等。現(xiàn)舉Futaba S3003來介紹相關(guān)參數(shù)，以供大家設(shè)計(jì)時(shí)選用。之所以用3003是因?yàn)檫@個(gè)型號是市場上最常見的，也是價(jià)格相對較便宜的一種（以下數(shù)據(jù)摘自Futaba產(chǎn)品手冊）。
尺 寸(Dimensions)： 40.4×19.8×36.0 mm
重 量(Weight)： 37.2 g
工作速度(Operating speed)：0.23 sec/60°(4.8V)
0.19 sec/60°(6.0V)
輸出力矩(Output torque)： 3.2 kg.cm (4.8V)
4.1 kg.cm (6.0V)
由此可見，舵機(jī)具有以下一些特點(diǎn)：
>體積緊湊，便于安裝；
>輸出力矩大，穩(wěn)定性好；
>控制簡單，便于和數(shù)字系統(tǒng)接口；
正是因?yàn)槎鏅C(jī)有很多優(yōu)點(diǎn)，所以，現(xiàn)在不僅僅應(yīng)用在航模運(yùn)動中，已經(jīng)擴(kuò)展到各種機(jī)電產(chǎn)品中來，在機(jī)器人控制中應(yīng)用也越來越廣泛。
3、用單片機(jī)來控制
正是舵機(jī)的控制信號是一個(gè)脈寬調(diào)制信號，所以很方便和數(shù)字系統(tǒng)進(jìn)行接口。只要能產(chǎn)生標(biāo)準(zhǔn)的控制信號的數(shù)字設(shè)備都可以用來控制舵機(jī)，比方PLC、單片機(jī)等。這里介紹利用51系列單片機(jī)產(chǎn)生舵機(jī)的控制信號來進(jìn)行控制的方法，編程語言為C51。之所以介紹這種方法只是因?yàn)楣P者用2051實(shí)現(xiàn)過，本著負(fù)責(zé)的態(tài)度，所以敢在這里寫出來。程序用的是我的四足步行機(jī)器人，有刪改。單片機(jī)并不是控制舵機(jī)的最好的方法，希望在此能起到拋磚引玉的作用。
2051有兩個(gè)16位的內(nèi)部計(jì)數(shù)器，我們就用它來產(chǎn)生周期20 ms的脈沖信號，根據(jù)需要，改變輸出脈寬。基本思路如下（請對照下面的程序）：
我用的晶振頻率為12M，2051一個(gè)時(shí)鐘周期為12個(gè)晶振周期，正好是1/1000 ms，計(jì)數(shù)器每隔1/1000 ms計(jì)一次數(shù)。以計(jì)數(shù)器1為例，先設(shè)定脈寬的初始值，程序中初始為1.5ms，在for循環(huán)中可以隨時(shí)通過改變a值來改變，然后設(shè)定計(jì)數(shù)器計(jì)數(shù)初始值為a，并置輸出p12為高位。當(dāng)計(jì)數(shù)結(jié)束時(shí)，觸發(fā)計(jì)數(shù)器溢出中斷函數(shù)，就是void timer0(void) interrupt 1 using1 ，在子函數(shù)中，改變輸出p12為反相（此時(shí)跳為低位），在用20000（代表20ms周期）減去高位用的時(shí)間a，就是本周期中低位的時(shí)間，c=20000-a，并設(shè)定此時(shí)的計(jì)數(shù)器初值為c，直到定時(shí)器再次產(chǎn)生溢出中斷，重復(fù)上一過程。...
熱門關(guān)鍵詞： 
