舵機

舵機是一種用于控制機械運動的設備，廣泛應用于遙控模型、機器人、無人機等系統中。本文簡要介紹舵機的基本知識：

定義和工作原理

舵機是一種電動裝置，通過接收控制信號來控制輸出軸的角度位置，從而實現精確的運動控制。

其原理也比較簡單，就是通過位置反饋建立閉環控制，使輸出軸位置可以固定在一個精確的角度。

結構組成

舵機內部結構

舵機是一種用于控制機械運動的裝置，由多個組成部分組合而成。下面詳細講解舵機的組成和結構：

1. 電機（Motor）：
   • 舵機的核心部件是電機，通常采用直流無刷電機或有刷電機。
   • 電機負責提供動力，驅動輸出軸進行旋轉運動。
2. 減速裝置（Gearbox）：
   • 減速裝置用于減小電機輸出的高速轉動，并提供足夠的扭矩。
   • 通常采用齒輪傳動系統，通過齒輪的減速比來降低轉速并增加扭矩。
   • 減速裝置的設計決定了舵機的扭矩輸出和運動精度。
3. 控制電路（Control Circuitry）：
   • 控制電路是舵機的核心控制單元，接收來自遙控器或控制系統的控制信號。
   • 控制電路負責解析和處理控制信號，并根據信號確定電機驅動的轉動角度。
4. 位置反饋裝置（Position Feedback Device）：
   • 位置反饋裝置用于提供舵機當前角度位置的反饋信號，以確保準確的位置控制。
   • 常見的位置反饋裝置包括旋轉電位器、光電編碼器等。
   • 位置反饋信號可以用于舵機的閉環控制，使其能夠實現更高的運動精度和穩定性。
5. 外殼（Casing）：
   • 舵機通常由堅固的外殼包裹，保護內部組件免受外部環境的影響。
   • 外殼通常由塑料或金屬材料制成，具有一定的防護性能和機械強度。
6. 輸出軸（Output Shaft）：
   • 輸出軸是舵機的旋轉部分，通過電機和減速裝置的驅動，實現角度位置的控制。
   • 輸出軸通常帶有一個齒輪或花鍵，用于連接和傳遞動力給其他機械裝置。

舵機的組成和結構使其能夠實現精確的角度控制和運動輸出。通過電機的驅動和減速裝置的作用，舵機可以提供足夠的扭矩和運動精度。控制電路和位置反饋裝置確保舵機能夠準確地響應控制信號并保持穩定的位置。外殼和輸出軸則提供保護和連接功能，使舵機能夠適應不同的應用場景。

控制模式

舵機有幾種常見的控制模式，下面簡要講解每一種模式的工作原理：

1. 扭矩控制模式：
   • 在扭矩控制模式下，舵機根據控制信號提供的扭矩輸出來控制輸出軸的角度位置。
   • 控制信號通常是一個脈沖寬度調制（PWM）信號，脈沖寬度代表所需的扭矩大小。
   • 舵機的控制電路根據控制信號的脈沖寬度來調節電機的電流，以提供相應的扭矩輸出。
   • 這種模式適用于需要根據負載要求提供不同扭矩的應用，如機器人臂的扭矩控制。
2. 位置控制模式：
   • 在位置控制模式下，舵機根據控制信號提供的角度位置要求來控制輸出軸的旋轉角度。
   • 控制信號通常是一個脈沖寬度調制（PWM）信號，脈沖寬度代表期望的角度位置。
   • 舵機的控制電路根據控制信號的脈沖寬度與位置反饋信號進行比較，調節電機的轉動以達到指定角度位置。
   • 這種模式適用于需要控制舵機精確旋轉到特定角度位置的應用，如航模中的方向舵控制。
3. 速度控制模式：
   • 在速度控制模式下，舵機根據控制信號提供的速度要求來控制輸出軸的旋轉速度。
   • 控制信號通常是一個脈沖寬度調制（PWM）信號，脈沖寬度代表期望的旋轉速度。
   • 舵機的控制電路根據控制信號的脈沖寬度和位置反饋信號來調節電機的轉速，以達到指定的旋轉速度。
   • 這種模式適用于需要控制舵機以特定速度旋轉的應用，如機械臂的關節控制。

舵機的控制可以通過調整控制信號的脈沖寬度來實現。通常，脈沖寬度的范圍為 1ms 到 2ms，其中 1.5ms 表示中立位置。增加脈沖寬度會使舵機旋轉到一個方向，減小脈沖寬度會使舵機旋轉到另一個方向。通過改變脈沖寬度的值，可以控制舵機的位置、速度或扭矩。

需要注意的是，不同品牌和型號的舵機可能會有不同的工作模式和控制方式。在使用舵機之前，應仔細閱讀舵機的技術規格和說明書，以確保正確的操作和控制。以上只是針對航模中最常見的舵機進行說明，比如在機器人關節使用的舵機一般就是總線舵機，這種舵機通過總線數字信號進行控制。

主要參數

舵機的主要參數包括以下幾個方面：

1. 扭矩（Torque）：扭矩是舵機能夠提供的力矩大小，通常以重量 × 力臂的積（如 kg·cm 或 oz·in）表示。較高的扭矩意味著舵機具有更大的輸出力量，可以應對更大的負載或提供更強的控制力。1kg·cm 表示力臂為 1cm 時可以轉動 1kg 重的物體。
2. 速度（Speed）：速度是舵機旋轉的速度，通常以單位時間內轉動的角度（如度/秒）表示。較高的速度意味著舵機可以更快地響應控制信號和實現旋轉運動。
3. 分辨率（Resolution）：分辨率指的是舵機能夠分辨的最小角度單位。它決定了舵機的精度和控制的精確度。較高的分辨率表示舵機能夠實現更精細的角度控制。
4. 工作電壓（Operating Voltage）：工作電壓是舵機正常工作的電源電壓范圍。舵機通常支持一定范圍的電壓，超出范圍可能會導致性能下降或損壞。
5. 工作溫度（Operating Temperature）：工作溫度是舵機正常工作的溫度范圍。舵機通常具有一定的工作溫度范圍，超出范圍可能會影響其性能和壽命。
6. 重量（Weight）：重量是舵機本身的重量。較輕的舵機可以減輕整個系統的負載，適用于對重量要求較高的應用。
7. 尺寸（Dimensions）：尺寸指的是舵機的物理尺寸，包括長度、寬度和高度。尺寸信息對于安裝和布局設計非常重要，以確保舵機適合應用環境。
8. 接口類型（Interface Type）：接口類型是舵機與其他設備連接的方式。常見的接口類型包括 PWM 接口、Serial 接口（如 UART 或 I2C）、Analog 接口等。正確選擇與控制系統兼容的接口類型是確保舵機正常工作的關鍵。

這些參數可以幫助用戶選擇適合特定應用的舵機，并了解其性能和限制。在選擇舵機時，需要根據實際需求和應用場景綜合考慮這些參數，并參考舵機的技術規格和制造商提供的說明。

舵機雖然看似簡單，但是與其它產品一樣，真正做好并不容易，高端產品也是貴的離譜。在航模圈，有一些知名品牌和代表型號，供參考：

航模舵機有許多品牌和型號可供選擇，以下列出一些知名的航模舵機品牌和代表型號：

1. Futaba：
   • S3003 Standard Servo
   • S3004 Standard Servo
   • S3150 Digital Servo
   • S9650 Mini Digital Servo
2. Hitec：
   • HS-55 Feather Servo
   • HS-65HB Karbonite Gear Servo
   • HS-81 Standard Servo
   • HS-7955TG High Torque Digital Servo
3. Savox：
   • SC-0251MG High Torque Digital Servo
   • SC-1258TG Coreless Digital Servo
   • SH-1250MG Super Speed Digital Servo
   • SB-2274SG Monster Torque Brushless Servo
4. Spektrum：
   • A3030 Sub-Micro Digital Aircraft Servo
   • A5060 Mini Metal Gear Aircraft Servo
   • A6180 Digital High Torque Aircraft Servo
   • A6270 Ultra Torque High Speed Metal HV Aircraft Servo
5. TowerPro：
   • MG90S Metal Gear Micro Servo
   • SG90 Plastic Gear Micro Servo
   • MG996R Metal Gear Digital Servo
   • MG958 Digital Metal Gear Servo

這些品牌和型號僅作為參考，市場上還有許多其他品牌和型號的航模舵機可供選擇。在選擇舵機時，建議根據自己的需求和預算，并結合舵機的性能指標和用戶評價，選擇適合的品牌和型號。此外，還應確保所選舵機與遙控器和接收器兼容，并滿足飛行器的要求。