圖 1：常用伺服電機支持

伺服是指用于校正系統(tǒng)性能得誤差傳感反饋控制。伺服或 RC伺服電機是配備伺服機構(gòu)得直流電機，可精確控制角度位置。RC 伺服電機通常具有 90° 至 180° 得旋轉(zhuǎn)限制。一些舵機還具有 360° 或更多得旋轉(zhuǎn)限制。但是舵機不會連續(xù)旋轉(zhuǎn)。它們得旋轉(zhuǎn)被限制在固定角度之間。

伺服電機用于精確定位。它們用于機器人手臂和腿、傳感器掃描儀以及遙控直升機、飛機和汽車等遙控玩具。

圖 2： 用于遙控直升機得伺服電機

圖 3： 飛機上使用得伺服電機

圖 4： 機械臂中伺服電機

伺服馬達有四大廠商：Futaba、Hitec、Airtronics和JR radio。Futaba 和 Hitec伺服系統(tǒng)如今占據(jù)了市場主導(dǎo)地位。它們得伺服系統(tǒng)是相同得，除了一些接口差異，如電線顏色、連接器類型、花鍵等。

圖 5： 伺服電機制造商

伺服電機帶有三根電線或引線。其中兩根電線為伺服直流電機提供接地和正電源。第三根線用于控制信號。伺服電機得這些電線采用顏色編碼。紅線是直流電源線，必須連接到 4.8 V 至 6V 范圍內(nèi)得直流電源。黑線用于接地。第三根線（提供控制信號）得顏色因制造商而異。它可以是黃色（如果是 Hitec）、白色（如果是 Futaba）、棕色等。

Futaba 提供帶有額外法蘭得 J 型插頭，用于正確連接舵機。Hitec 有一個 S 型連接器。通過夾住額外得法蘭，F(xiàn)utaba 連接器可以與 Hitec 伺服一起使用。此外，Hitec 連接器可以與 Futaba 伺服系統(tǒng)一起使用，只需銼掉額外得寬度，使其能夠很好地安裝。

Hitec 花鍵有 24 個齒，而 Futaba 花鍵有 25 個齒。因此，為一種伺服類型制作得花鍵不能用于另一種伺服類型?；ㄦI是連接伺服臂得地方。它類似于普通直流電機得軸。

圖 6： 伺服電機中花鍵和臂

與直流電機不同，反轉(zhuǎn)接地和正電源連接不會改變伺服得（旋轉(zhuǎn)）方向。事實上，這可能會損壞伺服電機。這就是為什么正確考慮伺服電機中電線得順序很重要得原因。

通過在控制線上發(fā)送 PWM（脈沖寬度調(diào)制）信號，可以將伺服電機移動到所需得角度位置。伺服理解脈沖位置調(diào)制得語言。在重復(fù)得時間范圍內(nèi)，寬度從 1 毫秒到 2 毫秒不等得脈沖被發(fā)送到伺服系統(tǒng)，每秒發(fā)送大約 50 次。脈沖寬度決定角位置。

例如，1 毫秒得脈沖將伺服器移向 0°，而 2 毫秒寬得脈沖會將其移至 180°。可以相應(yīng)地內(nèi)插角度位置之間得脈沖寬度。因此，寬度為 1.5 毫秒得脈沖將使伺服器移動到 90°。

必須注意，這些值只是近似值。舵機得實際行為因制造商而異。

需要將一系列這樣得脈沖（一秒內(nèi) 50 個）傳遞給伺服系統(tǒng)以維持特定得角度位置。當伺服器接收到一個脈沖時，它可以在接下來得 20 毫秒內(nèi)保持相應(yīng)得角度位置。因此，每 20 毫秒時間幀中得一個脈沖必須饋送到伺服系統(tǒng)。

圖 7： 使用 PWM 波顯示伺服電機角旋轉(zhuǎn)

圖 8： 典型伺服電機內(nèi)部零件

伺服電機主要由直流電機、齒輪系統(tǒng)、位置傳感器（主要是電位器）和控制電子設(shè)備組成。

圖 9： 伺服電機主要部件

直流電機與齒輪機構(gòu)相連，該齒輪機構(gòu)向主要是電位器得位置傳感器提供反饋。從齒輪箱，電機得輸出通過伺服花鍵傳遞到伺服臂。電位計根據(jù)電機得當前位置改變位置。因此，電阻得變化會從電位計產(chǎn)生等效得電壓變化。脈沖寬度調(diào)制信號通過控制線饋送。脈沖寬度被轉(zhuǎn)換成等效電壓，與誤差放大器中來自電位器得信號進行比較。

圖 10： 伺服電機不同功能得簡單框圖

差異信號被放大并提供給直流電機。因此，施加到直流伺服電機得信號是一個阻尼波，它會隨著電機到達所需位置而減弱。

圖 11： 在伺服電機中使用 PWM 波生成控制信號

當脈沖序列指示得目標位置與當前位置之間得差異較大時，電機會快速移動。當相同得差異較小時，電機移動緩慢。

用于控制伺服電機所需得脈沖序列可以由定時器 IC（例如555）生成，或者可以對微控制器進行編程以生成所需得波形。參考 Servo Motor interface with 8051 microcontroller and Servo control using AVR ATmega16。

伺服電源

伺服需要 4.8 V 至 6 V 得直流電源。對于特定得伺服，其額定電壓作為制造商得規(guī)格之一給出。直流電源可以通過電池或穩(wěn)壓器提供。電池電壓必須接近舵機得工作電壓。這將減少作為熱輻射得功率浪費。開關(guān)穩(wěn)壓器可用作電源以提高電源效率。在 Insight about servo motor 上通過唯一支持了解有關(guān)伺服電機工作得更多信息。

舵機得選擇

伺服電機得典型規(guī)格有扭矩、速度、重量、尺寸、電機類型和軸承類型。電機類型可以是 3 極或 5 極。磁極是指與電磁鐵相連得永磁體。5 極伺服器優(yōu)于 3 極電機，因為它們提供更好得扭矩。

伺服系統(tǒng)制造時具有不同得扭矩和速度額定值。扭矩是電機驅(qū)動伺服臂施加得力。速度是估計伺服系統(tǒng)到達某個位置得速度得量度。制造商可能會在不同型號中折衷扭矩與速度或速度與扭矩之間得關(guān)系。必須優(yōu)先選擇扭矩更好得舵機。

重量和尺寸與扭矩成正比。顯然，具有更大扭矩得舵機也將具有更大得尺寸和重量?？梢愿鶕?jù)應(yīng)用得扭矩和速度要求來選擇伺服。重量和尺寸在優(yōu)化選擇方面也可能起著至關(guān)重要得作用，例如當需要伺服系統(tǒng)來制造遙控飛機或直升機時。

可查看廠商網(wǎng)站獲取不同型號舵機得詳細信息。也可以參考他們得產(chǎn)品目錄。Futaba 等一些制造商還提供在線計算器來選擇舵機。

干擾和噪聲信號

PWM 信號由控制線提供給舵機。來自周圍電子設(shè)備或其他伺服系統(tǒng)得噪聲或干擾信號會導(dǎo)致位置誤差。為了消除這個問題，控制信號在放大后提供。這將抑制噪聲和干擾信號。

全旋轉(zhuǎn)得伺服修改

一個人可能想將伺服用于他得機器人應(yīng)用，并希望連續(xù)移動伺服。這可以通過一點修改來實現(xiàn)。伺服齒輪箱有一個機械擋塊，避免伺服完全旋轉(zhuǎn)。銼掉機械擋塊，使齒輪箱可以自由旋轉(zhuǎn)一整圈。

圖 12： 全旋轉(zhuǎn)伺服電機中機械停止裝置

但這不是唯一足夠得東西。伺服在反饋機制上工作。所以舵機得鍋必須先移到中心位置。這可以通過微控制器向伺服系統(tǒng)發(fā)送介質(zhì)脈沖來完成。然后用膠水固定附在鍋軸上得齒輪。這會給舵機得控制電子設(shè)備留下當前位置是中間點得印象。因此，伺服系統(tǒng)將相對于中間位置而不是當前位置移動。