第3講-舵機(jī)原理與應(yīng)用

舵機(jī)工作原理與應(yīng)用

第三講華北電力大學(xué)自動(dòng)化系實(shí)驗(yàn)中心王炳謙舵機(jī)的應(yīng)用舵機(jī)是機(jī)電系統(tǒng)的重要執(zhí)行機(jī)構(gòu)。在航模、船模、車模、機(jī)器人等領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用。舵機(jī)是一種位置伺服的驅(qū)動(dòng)器。*在智能車中主要用于轉(zhuǎn)彎控制在智能車中也可用于傳感器的搖頭控制剎車控制伺服器

S3010型（又稱舵機(jī)）圖一舵機(jī)實(shí)物照片舵機(jī)的結(jié)構(gòu)

圖二舵機(jī)的內(nèi)部結(jié)構(gòu)框圖舵機(jī)工作原理減速齒輪組由馬達(dá)驅(qū)動(dòng)，其終端（輸出端）帶動(dòng)一個(gè)線性的比例電位器作位置檢測，該電位器把轉(zhuǎn)角坐標(biāo)轉(zhuǎn)換為一比例電壓反饋給控制線路板，控制線路板將其與輸入的PWM控制脈沖信號的平均有效電壓相等，停止電機(jī)，完成位置輸出。不等時(shí)根據(jù)偏差驅(qū)動(dòng)馬達(dá)正向或反向地轉(zhuǎn)動(dòng)，使齒輪組的輸出位置與期望值相符，從而達(dá)到使伺服馬達(dá)精確定位的目的。舵機(jī)本身是一個(gè)位置隨動(dòng)系統(tǒng)，構(gòu)成如上圖。通過內(nèi)部位置反饋，它的舵盤輸出轉(zhuǎn)角正比于給定的控制信號，因此對它的控制可以使用開環(huán)方式。在負(fù)載力矩小于其最大輸出力矩（6.5Kg.cm)的情況下，它的輸出轉(zhuǎn)角正比于給定脈沖寬度。舵機(jī)技術(shù)指標(biāo)表一舵機(jī)S3010主要技術(shù)規(guī)格

“飛思卡爾”智能車賽指定用舵機(jī)整體介紹：主用途通用伺服器

特征低成本、高扭矩

基板S256

馬達(dá)TricoreGM1510

VRTR133-15

其它MATAL軸承，引線長300mm,HORND體積：（L×W×H)

40.0×20×38.1mm重量：

41g輸出扭矩：*6.0V時(shí)6.5±1.3[Kg.cm]動(dòng)作速度：*6.0V時(shí)0.16±0.02[Sec/60度]表一續(xù)動(dòng)作方向：(順時(shí)針）*CW脈寬1520-920[us]（逆時(shí)針）*CCW脈寬1520-2120[us]動(dòng)作角度：*CW60±10度

CCW60±10度

左右差最大10度工作電壓范圍：*

4.0-6.0[V]工作電流：*停止時(shí)最大15mA（無負(fù)載）（4.8V時(shí)）動(dòng)作時(shí)130±25mA（無負(fù)載）工作電流：停止時(shí)最大15mA（無負(fù)載）（6.0V時(shí)）*動(dòng)作時(shí)145±30mA（無負(fù)載）晃動(dòng)量

最大0.3mm使用溫度范圍

-10-+45度*重點(diǎn)關(guān)注舵機(jī)轉(zhuǎn)角與脈寬的關(guān)系：脈沖周期一般選在20毫秒左右圖三舵機(jī)位置調(diào)中脈沖Vt圖四舵機(jī)控制工作原理動(dòng)畫演示伺服電機(jī)的角度主要由高電平的脈寬來控制舵機(jī)的接線：黑色線--------地線紅色線--------正電源（如+5V)黃（白）色線--------控制信號線（脈寬信號）圖五+5V控制信號（PWM)單片機(jī)控制舵機(jī)的方法在51單片機(jī)中，可由定時(shí)器中斷的方式來實(shí)現(xiàn)。控制方式為：改變定時(shí)器中斷的定時(shí)系數(shù)，將20毫秒分為兩次中斷執(zhí)行，一次短定時(shí)中斷和一次長定時(shí)中斷。圖六舵機(jī)使用幾個(gè)注意點(diǎn)：舵機(jī)安裝連接控制角度的搖桿，因?yàn)闄C(jī)械結(jié)構(gòu)的原因，搖桿的初始0度角，與舵機(jī)的機(jī)械0度角，一般并不重合。在使用時(shí)要進(jìn)行修正。舵機(jī)輸出的控制角一般精度較高，但由于其控制的機(jī)械裝置精度并不高，（如模型車、步行機(jī)械人）所以要達(dá)到較理想的控制位置，除了仔細(xì)調(diào)整機(jī)械裝置外，可由軟件進(jìn)行修正。機(jī)械裝置在組裝完成后，在工作范圍內(nèi)應(yīng)無卡死，或阻力過大的情況發(fā)生，才可進(jìn)行軟件硬件連調(diào)。當(dāng)舵機(jī)通電情況及不通電的情況下，不要手動(dòng)強(qiáng)行改變其位置。用于控制汽車轉(zhuǎn)彎控制時(shí)，應(yīng)避免汽車的撞擊。以免損壞內(nèi)部的塑料傳動(dòng)齒輪。舵機(jī)供電電壓的波動(dòng)會(huì)引起舵機(jī)的抖動(dòng)，因此舵機(jī)電壓應(yīng)非常穩(wěn)定。要特別注意，絕不可加載讓伺服馬達(dá)輸出位置超過±60o的脈沖信號，否則會(huì)損壞伺服馬達(dá)的輸出限位機(jī)構(gòu)或齒輪組等機(jī)械部件。在車模轉(zhuǎn)彎應(yīng)用中，為了提高響應(yīng)時(shí)間，可加長搖桿長度。在工作電壓范圍內(nèi)，適當(dāng)選擇較高的工作電壓，也可提高響應(yīng)時(shí)間。