舵机控制原理是什么（舵机的内部结构及工作原理）

一、舵机实物图

舵机是机器人旋转关节中的常用部件，尤其是小型机器人。其实物就像下面这张图，相信大家都不会陌生。大家一定见过春晚上哪个跳舞的小机器人，其全身各关节都是有舵机组成。我们常见到的舵机就是这个模样，一般是塑料外壳，当然很少见的也有金属外壳的舵机，因为涉及到控制信号，所以一般有三条引出线。也有四条引出线的，可以输出花键轴的位置信息。

这么看，舵机好像和传统意义上的伺服电机有很多相似处，其实也可以这么称呼它。后面我会单独发一篇文介绍他们的主要区别和使用场合。

舵机实物图

引线图

像上图所示的样子，舵机有一个三线的接口。黑色线（或棕色线）是接地线，红线接+5V电压，黄线（或是白色或橙色）接控制信号端。（而步进电机一般会有4~6根不等的引出线）

二、舵机的内部结构

各种品牌型号舵机的样子，长的几乎都是差不多的，一般情况下，舵机的输出轴都是偏向一边的，这是由于内部齿轮组的安装方式的原因，如果拆开舵机，我们就会发现更多真相。我们可以很明显的看出，舵机和步进电机的动力是有着很大区别的，舵机的驱动力来自——直流电机，通过变速齿轮的传动和变速，将动力传输到输出轴，同时，舵机内部都设有角度传感器和控制电路板，用来参与舵机的转动角度的控制和信号的反馈检测工作。

内部构造

如果还不够直观的话，我们再来看一张舵机实物的拆解图，你就不用再拆了，因为拆了也是一样的内部构造。

拆解图

三、舵机的闭环检测机制

关于舵机的精准位置控制，存在以下如下图的闭环控制机制。即：位置检测器（角度传感器）是它的输入传感器，舵机转动的位置变化，位置检测器的电阻值就会跟着变化。通过控制电路读取该电阻值的大小，就能根据阻值适当调整电机的速度和方向，使电机向指定角度旋转。从而实现了舵机的精确转动的控制。

闭环检测

四、舵机的工作原理

舵机的工作原理可以通过下面这张简单的流程图说明，结合上面所说的闭环检测机制内容，相信你很轻松的就可以了解舵机的工作流程和工作原理了。

工作原理

说到舵机的控制信号，一般是脉宽调制（PWM）信号，如下图，直观反映了PWM信号和舵机转动角度的关系，你也可以简单的理解为，通过给舵机通电的时间控制，结合角度传感器的反馈信号检测和控制，实现了舵机的精确角度控制。

脉宽控制波形

舵机的控制信号周期为20MS的脉宽调制信号（PWM），其中脉宽从0.5ms-2.5ms，相应的舵盘位置从0-180度，呈线型变化。也就是说，给舵机提供一定的脉宽，他的输出轴就会保持一定的对应角度，无论外接转矩怎么改变，知道给他提供另外一个脉冲信号，他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，产生周期为20MS，宽度为1.5MS的脉冲信号，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。

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，比喻说机器人的关节、飞机的多面等。

注意：

舵机的运动范围是180度，我曾经参加了一个教育机器人的比赛，其实就是一个小车加上几个传感器，当时用的PARALLAX的电机，以为PARALLX是舵机，我很疑惑，今天在书上看到舵机的旋转范围是180，180度的话，小车不是只能走半圈？所以之前用的PARALLAX是改造过的伪舵机。

五、180度电机与360度舵机

360度舵机与一般舵机的区别是：

给一般舵机一个PWM信号，舵机会转到一个特定角度，而给360度舵机一个PWM信号，舵机会以一个特定的速度转动，类似与电机。但与电机不同的是，360舵机是闭环控制，速度控制稳定。

PWM信号与360舵机转速的关系：

0.5ms----------------正向最大转速；

1.5ms----------------速度为0；

2.5ms----------------反向最大转速；

拿到那种360度旋转电机的时候，首先就是调零，接VCC、GND，然后用波形发生器产生一个周期20MS、高电平1.5MS的波形去调零。