舵机篇--什么是舵机

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舵机篇--什么是舵机，为什么选择数字舵机关于航模 2010-01-22 15:42:18 阅读222 评论0   字号：大中小 订阅 .

什么是舵机
舵机是遥控模型控制动作的动力来源，不同类型的遥控模型所需的舵机种类也随之不同。如何审慎地选择经济且合乎需求的舵机，也是一门不可轻忽的学问。本文章主要探讨适合各等级直升机各工作部位所使用的舵机，至于其它种类的模型，如飞机、车、船，则不在本篇文章讨论范围之内。
　　舵机的构造
　　舵机主要是由外壳、电路板、无核心马达、齿轮与位置检测器所构成。其工作原理是由接收机发出讯号给舵机，经由电路板上的 IC判断转动方向，再驱动无核心马达开始转动，透过减速齿轮将动力传至摆臂，同时由位置检测器送回讯号，判断是否已经到达定位。位置检测器其实就是可变电阻，当舵机转动时电阻值也会随之改变，藉由检测电阻值便可知转动的角度。一般的伺服马达是将细铜线缠绕在三极转子上，当电流流经线圈时便会产生磁场，与转子外围的磁铁产生排斥作用，进而产生转动的作用力。依据物理学原理，物体的转动惯量与质量成正比，因此要转动质量愈大的物体，所需的作用力也愈大。舵机为求转速快、耗电小，于是将细铜线缠绕成极薄的中空圆柱体，形成一个重量极轻的五极中空转子，并将磁铁置於圆柱体内，这就是无核心马达。
　　为了适合不同的工作环境，有防水及防尘设计的舵机；并且因应不同的负载需求，舵机的齿轮有塑胶及金属之区分，金属齿轮的舵机一般皆为大扭力及高速型，具有齿轮不会因负载过大而崩牙的优点。较高级的舵机会装置滚珠轴承，使得转动时能更轻快精准。滚珠轴承有一颗及二颗的区别，当然是二颗的比较好。目前新推出的 FET 舵机，主要是采用 FET(Field Effect Transistor)场效电晶体。FET 具有内阻低的优点，因此电流损耗比一般电晶体少。
　　 　　厂商所提供的舵机规格资料，都会包含外形尺寸(mm)、扭力(kg-cm)、速度(秒/60°)、测试电压(V)及重量(g)等基本资料。扭力的单位是 kg-cm，意思是在摆臂长度 1 公分处，能吊起几公斤重的物体。这就是力臂的观念，因此摆臂长度愈长，则扭力愈小。速度的单位是 sec/60°，意思是舵机转动 60°所需要的时间。
　　电压会直接影响舵机的性能，例如 Futaba S-9001 在 4.8V 时扭力为 3.9kg、速度为 0.22 秒，在 6.0V 时扭力为 5.2kg、速度为 0.18 秒。若无特别注明，JR 的舵机都是以 4.8V 为测试电压，Futaba则是以 6.0V 作为测试电压。所谓天下没有白吃的午餐，速度快、扭力大的舵机，除了价格贵，还会伴随著高耗电的特点。因此使用高级的舵机时，务必搭配高品质、高容量的镍镉电池，能提供稳定且充裕的电流，才可发挥舵机应有的性能。


为什么选择数字舵机

首先，因为采用了高精度微处理器控制，数字舵机可以在将脉冲信号发送到舵机马达之前，对输入的信号，根据预设参数进行处理。这意味着脉宽，就是说驱动马达的动力，可以由微处理器的程序调整，以应用于不同的应用场合，并优化舵机性能。

其次，数字舵机向马达发送的脉冲信号频率比模拟舵机要高得多。就是说，与模拟舵机的50脉冲/秒不同，现在是300脉冲/秒。虽然，因为频率更高的关系，脉宽被减小了，但马达在同一时间里收到启动/停止信号更频繁，并动作的更快。这也意味着不仅仅舵机马达能以更高的频率响应控制信号，而且“死区”（无响应区）变小；反应变得更快；加速和减速时也更迅速、更柔和；运转精度以及舵机锁位能力也更强。

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