【RC电子硬件】舵机的入门

一、舵机简介

我——舵机，是一种位置（角度）伺服的电机，适用于那些需要角度变化并可以保持的控制系统。

舵机（Servo motor）英文常简称 Servo，中文也有人称伺服机，由控制电路、齿轮、直流马达等组成，可使用 PWM 技术来控制舵机转动角度。

图 舵机实物图

舵机的种类多种多样，可以按照不同的标准进行分类：

 

图 舵机接线图

舵机一般有三条线，一条接电源（5V即可，电压越高，速度越快），一条接地，最后一条接控制（即单片机输出的PWM控制）

舵机的控制一般需要一个20ms左右的时基脉冲（50Hz），该脉冲的高电平部分一般为0.5ms-2.5ms范围内的角度控制脉冲部分，总间隔为2ms。以180度角度为例，的其控制关系是这样的：

•    0.5ms--------------0度；
•    1.0ms------------45度；
•    1.5ms------------90度；
•    2.0ms-----------135度；
•    2.5ms-----------180度；

另一种表示方式是 -90度~90度（这里，对舵机输出轴转角进行重定义：-90°认为是0位置，90°认为是180位置），如下图

可以归纳为以下的公式：

任意角脉宽 = 0°脉冲宽度 +  角度值 *（脉宽的最大增量 / 180°），即：任意角脉宽 = 0.5ms + 角度值 *（2ms/180°）

至于360度舵机，是无法控制角度的，相当于一种特殊的减速电机。

•    0.5ms-------------- -180度；以最大速度正向持续转
•    1.5ms------------0度；停止转动，速度无
•    2.5ms-----------180度；以最大速度逆向持续转

 

二、舵机如何控制？

舵机的信号线是做为输入线就是接收PWM信号（定时器产生）。

一般PWM的周期是20ms(50hz)。那么改变不同的占空比就可以控制转动的角度。其中占空比从0.5-2.5ms（如果占空比大于2.5ms也只会在最大角度。），相对应的舵盘位置为0－180度，呈线性变化。

给它提供一定的脉宽，无论外界转矩怎么改变（不超过最大力矩），它的输出轴就会保持一定对应角度上，。

舵机内部有一个基准电路，产生周期为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，从而生产电机的转动信号。由此可见，舵机是一种位置伺服驱动器，转动范围不能超过180度，适用于那些需要不断变化并可以保持的驱动器中，比如说机器人的关节、飞机的舵面等。

注：建议先写一个0度的程序，方便确定舵机转动的方向和角度

这里，对舵机输出轴转角进行重定义：-90°认为是0位置，90°认为是180位置：

脉冲宽度	0.5ms	1ms	1.5ms	2ms	2.5ms
转动角度	-90°	-45°	0°	34°	90°
重定义转角	0°	45°	90°	135°	180°

以0.5ms为0位置时，

从0位置转到180位置，脉宽的最大增量 = (2.5ms - 0.5ms) = 2ms，有：

任意角脉宽 = 0°脉冲宽度 +  角度值 *（脉宽的最大增量 / 180°），即：任意角脉宽 = 0.5ms + 角度值 *（2ms/180°）

任意角占空比 = 任意角脉宽/20ms

三、STM32 定时器控制舵机

STM32 定时器基本计算公式:

定时器频率计算公式：f = sys_clk / [ ( arr + 1 ) * ( psc + 1 ) ]； 占空比计算公式：duty = ccr/arr * 100%；
sys_clk	系统运行时钟
psc	定时器时钟预分频值
arr	计数重装载值
ccr	比较计数值

另外：任意角脉宽计算公式 ：脉宽 = 0.5ms + 角度值 *（2ms/180°）（其中角度值范围[0,180]）

1. 设置arr(计算重装载值)    

因为一个周期为20ms, 脉宽范围为0.5~2.5ms，因此将arr设置为(2000-1)，ccr的范围就是50到250.

2. 设置psc(预分频值)    

根据STM32基本定时器公式有：psc = sys_clk/[ f * (arr + 1) ] - 1；

本示例中f=50hz，sys_clk=72Mhz，arr=(2000-1)，即：

psc = 72Mhz/(50hz * 2000) - 1;
   = 720

3. 角度与ccr值换算 

  ccr = 50+ 角度值 *（200/180°）

即当角度为0的时候，CCR=50；角度为180的时候，CCR=250。

 

 

四、常见的舵机

SG90s

 

MG90s

MG90S舵机的主要参数包括产品扭矩、‌产品速度、‌转动角度、‌工作电压、‌齿轮形式、‌死区设定、‌产品重量、‌产品尺寸。‌

• 产品扭矩：‌在4.8V电压下为2.0kg/cm，‌在6V电压下为2.8kg/cm。‌
• 产品速度：‌在4.8V电压下，‌舵机以0.11秒/60°的速度转动，‌而在6V电压下，‌速度提升到0.09秒/60°。‌

由上面可知，电压越高，转矩和转速越快。

 

二、中型舵机

1. MG996R

MG996R是一种中型舵机，具有高扭矩，转速为0.13秒/60度，扭矩为11kg/cm。工作电压为4.8V-7.2V。

2. MG945

MG945是中型舵机中的一种，转速为0.13秒/60度，扭矩为13kg/cm。工作电压为4.8V-7.2V。

 

三、大型舵机

1. S3003

S3003是一种大型舵机，重量为38g，转速为0.23秒/60度，扭矩为3.5kg/cm。工作电压为4.8V-7.2V。

2. S3004

S3004是大型舵机中的一种，转速为0.23秒/60度，扭矩为5.5kg/cm。工作电压为4.8V-7.2V。

四、航模专用舵机

1. DS3218

DS3218是一种航模专用舵机，具有高转速和扭矩。转速为0.12秒/60度，扭矩为17kg/cm。工作电压为4.8V-6.8V。

2. DS3235

DS3235是航模专用舵机中的一种，具有极高的转速和扭矩。转速为0.09秒/60度，扭矩为35kg/cm。工作电压为6V-8.4V。

 

 

参考文章：

1. <STM32f1之舵机驱动+转动角度调整(含主代码和计算)>:https://blog.csdn.net/weixin_45930808/article/details/119117499

2. <舵机的控制>:https://blog.csdn.net/qq_44125275/article/details/128521102

3. <舵机篇（二）舵机控制>: https://blog.csdn.net/weixin_38288325/article/details/132367150

4. 常用舵机型号及参数解析：https://b2b.baidu.com/q/aland?q=7A6A1A0A7F2F72331904730C75797B070334742B073

5. Plotclock就应用了三个舵机，以手臂在白板上绘制出目前的时间。

Plotclock 用的是Tower Pro 9g servos（SG90 digital servo），为三线式舵机，红线接电源，棕色的线接 GND，橘色线为信号线：