舵机的工作原理

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；

遥控器有四个通道，分别对应四个舵机，而舵机又通过连杆等传动元件带动舵面的转动，从而改变飞机的运动状态。舵机因此得名：控制舵面的伺服电机。

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 *** 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（具体信号待会再讲），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48V，一是60V，分别对应不同的转矩标准，即输出力矩不同，60V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**。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05ms-25ms，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15ms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。

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)： 404×198×360 mm

重 量(Weight)： 372 g

工作速度(Operating speed)：023 sec/60°(48V)

019 sec/60°(60V)

输出力矩(Output torque)： 32 kgcm (48V)

41 kgcm (60V)

由此可见，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。

3、用单片机来控制

正是舵机的控制信号是一个脉宽调制信号，所以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PLC、单片机等。这里介绍利用51系列单片机产生舵机的控制信号来进行控制的方法，编程语言为C51。之所以介绍这种方法只是因为笔者用2051实现过，本着负责的态度，所以敢在这里写出来。程序用的是我的四足步行机器人，有删改。单片机并不是控制舵机的最好的方法，希望在此能起到抛砖引玉的作用。

2051有两个16位的内部计数器，我们就用它来产生周期20 ms的脉冲信号，根据需要，改变输出脉宽。基本思路如下（请对照下面的程序）：

我用的晶振频率为12M，2051一个时钟周期为12个晶振周期，正好是1/1000 ms，计数器每隔1/1000 ms计一次数。以计数器1为例，先设定脉宽的初始值，程序中初始为15ms，在for循环中可以随时通过改变a值来改变，然后设定计数器计数初始值为a，并置输出p12为高位。当计数结束时，触发计数器溢出中断函数，就是void timer0(void) interrupt 1 using1 ，在子函数中，改变输出p12为反相（此时跳为低位），在用20000（代表20ms周期）减去高位用的时间a，就是本周期中低位的时间，c=20000-a，并设定此时的计数器初值为c，直到定时器再次产生溢出中断，重复上一过程。

舵机是一种控制设备，特点是体积小巧、控制精度高，现今经常被应用于机器人中，根据指令牵动机器人的部件做出对应动作。在舵机转动的过程中，可能会存在堵转现象，其原因可能是在设计转动程序时，未考虑到机器人机械结构，或者舵机的内部齿轮损坏，致使舵机运行受阻。在舵机出现堵转现象后，舵机的驱动电机内部热量会迅速升高，如没有保护手段，则电机会因长时间过热而损坏。

在现有的舵机堵转检测方法中，主要是通过检测舵机电流来实现保护。具体的，在舵机出现堵转后，电机的功率因数会变得极低，从而堵转电流会达到额定电流的几倍至十几倍。所以，通过检测舵机电流，并与设定好的电流阈值进行比较，就能够得出舵机是否已发生堵转，在后续做出应对机制。但是这种方法需要额外增加电流检测电路，非但增加了硬件成本，也使舵机结构变得复杂。

天津服务细致的模拟舵机品牌更值得信赖中山市三乡镇国华遥控模型厂是一家集开发、生产、销售于一体的专业型舵机企业，要求严谨，采用高起点、守信用、重质量、积极开拓创新、追求卓越的路线，用真诚来感动每一位客户，以质量及服务赢得每一位客户的信赖，业务在不断地扩大发展。数字舵机及其控制原理数字舵机从根本上了舵机的控制系统设计。数字和模拟舵机相比在两个方面有明显的优点。、防抖。、响应速度快。模拟舵机由于使用模拟器件搭建的控制电路，电路的反馈和位置伺服是基于电位器的比例调节方式。电位器由于线性度的影响，精度的影响，个体差异性的问题，会导致控制匹配不了比例电压，比如我期望得到5V的电压位置，但第一次得到的是3V，经过个调节周期后，电位器转过的位置已经是6V了，这样控制电路就会给电机一个方向脉冲调节，电机往回转，又转过头，然后有向前调节，以至于出现不停的震荡，这就是我们所看到的抖舵现象。我们购买一批舵机会发现有的很好用，有的在空载的时候也会在抖动，有的是在加一定的负载后就开始抖动。我们不用装出机器人就可以预期一个事实，不停抖动的舵机装出来的仿人机器人是不可能走的很好的，用不停抖动的舵机装出来的机械臂是不可能写字的。可惜的是，现在的数字舵机还是很贵的，更别提用伺服直流电机 伺服驱动器 运动控制卡搭建的机器人系统了。模拟舵机的调节周期是0ms（看看模块卡的舵机程序），也就是它的反应时间是0ms。根据舵机的不同，假设我们估计舵机的速度是0s/60°，那么0ms舵机最快的时候转过06度才会进行调节，这就是关节在突然出现大负载的情况下，会被扭矩摆动06度，然后才纠正回来，我们的直观感觉就是这个舵机不“硬”我们掰动舵盘，可以掰动一个位置。数字舵机可以以很高的频率进行调节，这个周期和角度会变得非常小，并且有PID调节方式的存在，能够在以很适当的PID参数进行调节，能够让舵机有很高的响应速度，不会出现超调。

汉霸火花机摇动方向的代码取决于使用的控制系统和编程语言。一般来说，控制系统会使用编程语言来编写程序，控制机器的运动和 *** 作。

在汉霸火花机的控制系统中，常见的编程语言包括G代码和M代码。其中，G代码用于定义机器的运动轨迹，而M代码则用于定义机器的 *** 作模式。

具体来说，汉霸火花机的摇动方向可以通过G代码中的G02和G03命令来控制。G02命令表示逆时针圆弧插补运动，而G03命令表示顺时针圆弧插补运动。通过指定圆心坐标和半径参数，可以定义机器的摇动方向和轨迹。

另外，汉霸火花机的 *** 作模式也可以通过M代码来控制。例如，M03命令可以启动机器的主轴，M05命令可以停止主轴，M08命令可以启动冷却系统，M09命令可以停止冷却系统等等。

总之，汉霸火花机的摇动方向和 *** 作模式都可以通过编写代码来控制。需要根据具体的需求和机器参数来编写相应的程序，以实现预期的功能和效果。

装载机的转向系统是靠两个液压缸控制工作的，液压缸需要用换向阀来控制，用电磁换向阀，就需要用开关信号来控制电磁换向阀的得电与失电，用PLC来控制电磁换向阀，电磁换向阀可以选择液压缸的进出油回路，也就是说PLC通过电磁换向阀来控制液压缸的伸缩动作。

扩展资料：

可编程逻辑控制器(Programmable Logic Controller，PLC)，其应用领域涉及开关逻辑控制、运动控制、闭环过程控制、通信联网等场合。

PLC控制的液压系统克服了继电器控制系统手工接线、可靠性差、控制不方便、响应速度慢等不足，将PLC应用到液压系统，能较好地满足控制系统的要求，并且测试精确，运行高速、可靠，提高了生产效率，延长了设备使用寿命。目前，在大多数情况下，液压系统均采用PLC控制。

参考资料来源：百度百科-液压系统控制与PLC应用

常见故障形成的原因及其检修办法。

1行驶跑偏

⑴现象：汽车行驶中，转向盘位于中间位置不动，汽车却自动地向某一边行驶。

⑵原因：

左、右轮胎磨损不等或气压不相同。两前轮定位参数不一致，后轮定位参数不准确（形成推力角）。左、右转向横拉杆弯曲、变形，铰链处间隙过大。两前悬架螺旋d簧d力不等或变形过大。轮毂轴承磨损后出现间隙过大。车架变形。前轴或后轴变形。轴向机调整不当。单侧制动拖滞。

⑶排除方法：根据故障原因逐一进行排除。

2转向沉重

⑴现象左右转动转向盘时，感到非常吃力。

⑵原因：前轮定位不正确。轮胎气压不足。转向传动机构变形、磨损，球头销过紧。转向器内缺油，转向器啮合副啮合间隙过小，轴承损坏或预紧度过大。安全转向柱及法兰盘变形。前螺旋d簧折断或车身、车架变形。主销与其衬套配合间隙过小或压力轴承损坏。横、直拉杆球头节配合间隙过小。各活动部件缺油。

⑶排除方法

①由于导致转向沉重的故障因素很多,诊断 时应首先判明故障所在部位,然后再进一步确定 在哪一个部件。

②拆下转向臂,转动转向盘,如感觉沉重则应 调整轴承紧度和传动副啮合间隙。若有松紧不均 或有卡住现象,则应拆下转向轴检查传动副及轴 承有无损坏,转向轴与主管有无摩擦或卡住现象, 必要时进行修理或更换。

③转动转向盘时,如感到轻松,则故障在传动机构,应顶起前轴,并用手左、右扳动前轮。如过 紧,应检查转向节主销与衬套,推力轴承和直、横 拉杆球头销配合是否过紧,润滑是否良好,必要时 进行调整和润滑。

④先支起前桥,用手转动转向盘,若感到转向 很容易,不再有转动困难的感觉,这说明故障部位 在前桥与车轮。因为支起前桥后,转向时已不存 在车轮与地面的摩擦阻力,而只是取决于转向器 等的工作状况。此时应仔细检查前轮胎气压是否 过低,前轴有无变形;同时也要考虑检查前钢板 d簧是否良好,车架有无变形。必要时,检查车轮 定位角度是否正确

⑤若上述情况均正常良好,则应检查前轴和 车架是否变形,前束是否符合标准,必要时调整 前束。

3左、右转向轻重不一致

⑴现象：汽车行驶中，向左再向右转动转向盘，感到一侧重，另一侧轻。

⑵原因：分配阀中的滑阀调整不当，使滑阀偏离中间位置。分配阀滑阀台肩两侧的预开缝隙不等。滑阀内有污物，使滑阀或反作用柱塞卡住，造成左右移动阻力不同。动力缸一侧存有空气。车身、车架变形或前悬架有故障。

⑶排除方法：视各有关部件的损坏程度进行调整、修复或更换。

4、低速摆头和转向不稳

(1)故障现象：汽车低速直线行驶时前轮摇摆,感到方向不稳。转弯时大幅度转动方向盘, 才能控制汽车的行使方向。

(2)故障原因

①转向节臂装置松动。②转向器轴承过松。 ③传动副啮合间隙过大。

④横、直拉杆球头销磨损严重。

⑤转向节主销与衬套磨损严重,配合间隙过 大。

⑥前轮毂轴承松旷;前轴弯曲;轮毂轴承间 隙过大。

⑦车架轮辋变形;前束过大;轮毂轴承间隙 过大。

⑧转向主销与衬套磨损松旷,配合间隙增大 ⑨轮毂轴承间隙过大。

⑩前束过大;轮毂螺栓松动或数量不全。

(3)故障诊断与排除

①一人转动转向盘,另一人在车下查看传动 机构,如转向盘转了许多而转向臂不动,则故障 在转向器;如转向臂转动了许多而前轮并不偏 转,则故障在传动机构。

②如果故障在转向器,应检查传动副啮合间 隙,必要时进行调整。

③如果故障在传动机构,应检查转向臂和

直、横拉杆各球头是否松旷,必要时进行调整。

④经检查上述情况良好,则应架起前轴用手 推动车轮,检查转向节主销与衬套,前轮毂轴承是否松旷,必要时进行调整或修理。

⑤转向盘经过上述检查、调整后仍不稳定, 应检查前轴和车架以及轮辋是否变形,前束是否 符合标准规定,必要时进行调整或修理。

⑥前轮低速摆头和转向盘自由空程大,一般 是各部分间隙过大或有连接松动现象,诊断时应 采用分段区分的方法进行检查。可支起前桥,并 用手沿转向节轴轴向推拉前轮,凭感觉判断是否 松旷。若松旷,说明转向节主销与衬套的配合间 隙过大或前轴主销孔与主销配合间隙过大。若此 处不松旷,说明前轮毂轴承松旷,应重新调整轴 承的预紧度。若非上述原因,应检查前轮定位是否正确,检查前轴是否变形。如果前轮轮胎异常磨损,则应 检查前束是否正确。

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