舵机资料整理一、舵机简介及构造舵机（英文叫Servo）：它由直流电机、减速齿轮组、位置检测器和控制电路组成的一套自动控制系统。

通过发送信号，指定输出轴旋转角度。

舵机一般而言都有最大旋转角度（比如180度），与普通直流电机的区别主要在：直流电机是一圈圈转动的，模拟舵机只能在一定角度内转动，不能整圈转（数字舵机可以在舵机模式和电机模式中切换，没有这个问题）。

普通直流电机无法反馈转动的角度信息，而舵机可以，用途也不同，普通直流电机一般是整圈转动做动力用，舵机是控制某物体转动一定角度用（比如机器人的关节）。

工作原理：控制电路板接受来自信号线的控制信号（PWM），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，实现目标运动到指定位置。

常见的舵机厂家有：日本的Futaba、JR、SANWA等，国产的有北京的新幻想、吉林的振华等。

现举Futaba S3003来介绍相关参数，以供大家设计时选用。

之所以用3003是因为这个型号是市场上最常见的，也是价格相对较便宜的一种（以下数据摘自Futaba产品手册）。

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)输出力矩(Output torque)：3.2 kg.cm (4.8V) ，4.1 kg.cm (6.0V)舵机具有以下一些特点：>体积紧凑，便于安装；>输出力矩大，稳定性好；>控制简单，便于和数字系统接口；正是因为舵机有很多优点，所以，现在不仅仅应用在航模运动中，已经扩展到各种机电产品中来，在机器人控制中应用也越来越广泛。

舵机的形状和大小多的让人眼花缭乱，大致可分下面这几种（如下图所示）。

最右边的是常见的标准舵机，中间两个小的是微型舵机，左边魁梧的那个是大扭力舵机。

图上这几种舵机都是三线控制（黑：地线；红：电源线；棕：信号线）。

制作机器人常用的舵机有下面几种，而且每种的固定方式也不同，如果从一个型号换成一个型号，整个机械结构都需要重新设计。

第一种是MG995，优点是价格便宜，金属齿轮，耐用度也不错。

缺点是扭力比较小，所以负载不能太大，如果做双足机器人之类的这款舵机不是很合适，因为腿部受力太大。

做做普通的机械手还是不错的。

第二种是SR 403，这款舵机是因MG995做双足机器人抖动太厉害，摸索找到的，经过测试，制作双足机器人不错，至少不抖了。

优点是扭力大，全金属齿轮，价格也还算便宜。

第三种就是传说中的数字舵机AX12+，这个是久经考验的机器人专用舵机。

除了价格高，使用RS485串口通信（控制板就得换数字舵机专用控制板），其他都是优点。

下图是一个普通模拟舵机的分解图，其组成部分主要有齿轮组、电机、电位器、电机控制板、壳体这几大部分。

控制板主要是用来驱动电机和接受电位器反馈回来的信息；电机是动力的来源；电位器是通过其旋转后产生的电阻的变化，把信号发送回电机控制板，使其判断输出轴角度是否输出正确；齿轮组的作用主要是力量的放大，使小功率电机产生大扭矩。

舵机底壳拆开后就可以看到，主要是电机与控制板：控制板拿起来后下方是与控制板连接的电位器：从顶部来看电机与电位器，与电机齿轮直接相连的为第一级放大齿轮：经过一级齿轮放大后，再经过二、三、四级放大齿轮，最后通过输出轴输出：通过上面两图可以很清晰的看到，本舵机是4级齿轮放大机构，就是通过这么一层层的把小的力量放大，使得这么一个小小的电机能有15KG的扭力。

二、舵机控制系统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。

因此，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。

脉冲的参数有最小值，最大值和频率。

一般而言，舵机的基准信号定义的位置为中间位置。

舵机有最大转动角度，中间位置的定义就是从这个位置到最大角度与最小角度的量完全一样。

最重要的一点是，不同舵机的最大转动角度可能不相同，但是其中间位置的脉冲宽度是一定的，那就是1.5ms。

如下图：角度是由来自控制线的持续的脉冲所产生，使用脉冲宽度调制来控制角度大小。

脉冲的长短决定舵机转动多大角度。

例如，1.5毫秒脉冲会到转动到中间位置（对于180°舵机来说，就是90°位置）。

当控制系统发出指令，让舵机移动到某一位置，并让他保持这个角度，这时外力的影响不会让其角度产生变化，但是这个是有上限的，上限就是他的最大扭力。

除非控制系统不停的发出脉冲稳定舵机的角度，舵机的角度不会一直不变。

当舵机接收到一个小于1.5ms的脉冲，输出轴会以中间位置为标准，逆时针旋转一定角度。

接收到的脉冲大于1.5ms情况相反。

不同品牌，甚至同一品牌的不同舵机，都会有不同的最大值和最小值。

一般而言，最小脉冲为1ms，最大脉冲为2ms。

如下图：舵机的控制信号是一个脉宽调制信号，很方便和数字系统进行接口。

只要能产生标准的控制信号的数字设备都可以用来控制舵机，比方单片机、FPGA、ARM 等。

舵机的转动需要时间的，因此，程序中时间的变化不能太快，不然舵机跟不上程序。

根据需要，选择合适的延时，返复调试，可以让舵机很流畅的转动，而不会产生像步进电机一样的脉动。

舵机的速度决定于你给它的信号脉宽的变化速度。

如果你要求的速度比较快的话，舵机就反应不过来了；将脉宽变化值线性到你要求的时间内，一点一点的增加脉宽值，就可以控制舵机的速度了。

当然，具体这一点一点到底是多少，就需要做试验了，不合适的话，舵机就会向步进电机一样一跳一跳的转动了，尝试改变这“一点”，使你的舵机运动更平滑。

还有一点很重要，就是舵机在每一次脉宽值改变的时候总会有一个转速由零增加再减速为零的过程，这就是舵机会产生像步进电机一样运动的原因。

三、数字舵机VS模拟舵机数字舵机（Digital Servo）和模拟舵机（Analog Servo）在基本的机械结构方面是完全一样的，主要由电机、减速齿轮、位置检测器、控制电路等组成，而数字舵机和模拟舵机的最大区别则体现在控制电路上，数字舵机的控制电路比模拟舵机的多了微处理器（MCU）。

数字舵机区别于传统的模拟舵机，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。

模拟舵机在空载时，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，向舵机马达传动动力(电压)。

这种动力实际上每秒传递50次，被调制成开/关脉冲的最大电压，并产生小段的动力。

当加大每一个脉冲的宽度的时候，如电子变速器的效能就会出现，直到最大的动力/电压被传送到马达，马达转动使舵机摇臂指到一个新的位置。

然后，当舵机电位器告诉电子部分它已经到达指定的位置，那么动力脉冲就会减小脉冲宽度，并使马达减速。

直到没有任何动力输入，马达完全停止。

模拟舵机的“缺点”是：假设一个短促的动力脉冲，紧接着很长的停顿，并不能给马达施加多少激励，使其转动。

这意味着如果有一个比较小的控制动作，舵机就会发送很小的初始脉冲到马达，这是非常低效率的。

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，反应非常迟钝，或者根本就没有反应。

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。

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。

数字舵机在以下两点与模拟舵机不同：1）处理接收机的输入信号的方式（数字舵机使用信号预处理方式）；2）控制舵机马达初始电流的方式，减少无反应区(对小量信号无反应的控制区域)，增加分辨率以及产生更大的固定力量。

相对于传统模拟舵机，数字舵机的两个优势是：1）因微处理器的关系，数字舵机可以在将动力脉冲发送到舵机马达之前，对输入的信号根据设定的参数进行处理。

这意味着动力脉冲的宽度，就是说激励马达的动力，可以根据微处理器的程序运算而调整，以适应不同的功能要求，并优化舵机的性能。

2）数字舵机以高得多的频率向马达发送动力脉冲。

就是说，相对与传统的50脉冲/秒，现在是300脉冲/秒。

虽然，以频率高的关系，每个动力脉冲的宽度被减小了，但马达在同一时间里收到更多的激励信号，并转动得更快。

这也意味着不仅仅舵机马达以更高的频率响应发射机的信号，而且“无反应区”变小；反应变得更快；加速和减速时也更迅速、更柔和；数字舵机提供更高的精度和更好的固定力量。