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Arduino範例:伺服馬達/舵機

Eden
Jun 3, 2021

簡介

舵機是一種位置角度的驅動器,適用於需要角度不斷變化並可以保持的控制系統,例如遙控汽車、遙控飛機、遙控模型、遙控機器人等。舵機基於其控制簡單、 輸出直接,微控制器(MCU)容易與之連接和控制,進而成為遙控系統中重要的輸出執行角色。

圖1 伺服馬達/舵機
圖1 伺服馬達/舵機

機構介紹

舵機內部構造包含了直流馬達、馬達驅動電路、齒輪組和角度感測器等,將這些物品安裝於一個外殼中,透過輸入訊號判斷內部位置訊號,精準地轉動馬達角度並維持固定角度之馬達系統。舵機內部的角度感測器是用來偵測目前馬達轉動之角度,使系統可以精準地控制並保持馬達的角度。

規格介紹

舵機有幾個重點規格:

  1. 電壓
  2. 轉矩
  3. 轉速
  4. 尺寸、重量

若要選擇舵機前必須先考量以上幾個規格是否符合開發需求。

電壓:舵機常見的工作電壓為 4.8V 與 6.0V ,而工作電壓對於舵機的性能有重大的影響,在不同工作電壓下轉矩與轉速都有影響。

像型號 FS5106B的舵機在 4.8V 及 6.0V 的工作電壓下時轉矩跟轉速的比較如下圖,一般使用上, 如無註明工作電壓時,大多預設為 4.8V 為主,越高的工作電壓越能提高馬達效能,像市面上也有 12V 的舵機,但在選擇舵機時也須考慮內部 MCU 的工作電壓(大部分MCU工作電壓為 3.3V ~ 5.0V )。

轉矩定義:在中心距離舵機輪軸水平 1公分處,舵機能夠帶動之物重。

轉速定義:舵機在無負載的情況下轉動 60°角所需要的時間。

尺寸、重量:不同尺寸、重量的舵機能應用到的地方也有所不同,像機器人的四肢關節要用中型舵機、手肘可能要用小型舵機、手指要用微型舵機,不同尺寸和重量應用到的地方也不同。

動作原理

控制舵機的訊號,是由外部給一個脈衝寬度調變的訊號(PWM),進而控制舵機轉動的角度,舵機一般接受的脈衝週期為 20 ms,脈寬從 0.5 ms 至 2.5 ms,對應的角度為 -90 度到+90 度。

而舵機的動作原理是當收到外部脈衝寬度調變的訊號時,內部的控制電路驅動直流馬達來帶動齒輪組運轉,齒輪組裡面的角度感測器會將目前的位置訊號回傳至控制電路,讓其判斷舵機是否轉動到目標角度或維持目前角度。

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