范全亮++盧好陽(yáng)

摘 要本文介紹了舵機(jī)的結(jié)構(gòu)及調(diào)速原理，分析了伺服控制模塊芯片的功能，設(shè)計(jì)了一種雙時(shí)基電路用于控制兩個(gè)不同的舵機(jī)以完成不同動(dòng)作，這種電路可以廣泛應(yīng)用于機(jī)器人或機(jī)械臂和一些人工智能裝備上。

【關(guān)鍵詞】舵機(jī) 控制原理 雙時(shí)基電路

1 舵機(jī)的結(jié)構(gòu)與調(diào)速原理

舵機(jī)是組合式機(jī)器人的關(guān)鍵部件，舵機(jī)的輸出準(zhǔn)確性直接關(guān)系到機(jī)器人是否可以完成預(yù)定動(dòng)作指令。開(kāi)環(huán)控制的直流電機(jī)轉(zhuǎn)速不穩(wěn)定，當(dāng)外部負(fù)載變大或電壓波動(dòng)時(shí)，轉(zhuǎn)速會(huì)隨之改變，所以當(dāng)多個(gè)無(wú)反饋電機(jī)串聯(lián)執(zhí)行動(dòng)作時(shí)，動(dòng)作誤差很大，此時(shí)就要求電機(jī)轉(zhuǎn)速能對(duì)外部變化進(jìn)行自適應(yīng)調(diào)節(jié)，而舵機(jī)符合機(jī)器人對(duì)準(zhǔn)確性的要求，如圖1所示。

從控制原理上看，舵機(jī)調(diào)速的方式是一個(gè)閉環(huán)反饋系統(tǒng)，通常情況下對(duì)于舵機(jī)的反饋信號(hào)主要有電壓、電流和轉(zhuǎn)速。電壓反饋的控制電路在原理和機(jī)構(gòu)上都比較簡(jiǎn)單、方便設(shè)計(jì)，本文舵機(jī)調(diào)速反饋方式為比例電壓反饋。該系統(tǒng)的原理如圖2所示。

通電時(shí)，直流電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)帶動(dòng)齒輪組輸出扭矩。與減速器相似，齒輪組的齒輪比越大，輸出軸轉(zhuǎn)速越低，輸出扭矩越大，負(fù)載能力更強(qiáng)。舵機(jī)輸出軸與外殼間有滑動(dòng)軸承，舵機(jī)可在0-180度內(nèi)轉(zhuǎn)動(dòng)。舵機(jī)的電源線(xiàn)有三條引線(xiàn)，紅色線(xiàn)是電源線(xiàn)，工作電壓是4.8V或6V，黑色線(xiàn)接地，白色是信號(hào)控制線(xiàn)。由三菱M51660L構(gòu)成的伺服控制電路處理輸入的脈沖信號(hào)，控制脈沖為0.5-2.5ms。

舵機(jī)的舵盤(pán)和電位計(jì)同軸轉(zhuǎn)動(dòng)，當(dāng)舵盤(pán)位置變化時(shí)，電位計(jì)自身的阻值和兩端電壓也發(fā)生變化，由于電阻和電壓成正比，電壓變化的信號(hào)反饋到控制電路?？刂齐娐吩賹⑵渑c輸入的脈沖信號(hào)進(jìn)行比對(duì)，然后再發(fā)出信號(hào)對(duì)舵機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)角度進(jìn)行修正，如此反復(fù)，最終將舵盤(pán)調(diào)整到位。

2 舵機(jī)的伺服控制模塊

m51660l芯片一般用于無(wú)線(xiàn)控制的伺服電機(jī)集成電路中。14PIN直插式封裝，其內(nèi)置電壓調(diào)節(jié)電路，用于比較電路的差分比較器有著穩(wěn)定的電源電壓波動(dòng)特性和溫度變化特征。

引腳功能：（M51660L芯片見(jiàn)圖3）。

（1）外接PNP管基極驅(qū)動(dòng)（1）；

（2）輸入；

（3）輸出（1）；

（4）地；

（5）誤差脈沖輸出；

（6）輸出（2）；

（7）擴(kuò)展輸入端；

（8）外接PNP管基極驅(qū)動(dòng)（2）；

（9）穩(wěn)壓輸出；

（10）電源圖3 M51660L芯片；

（11）伺服位置電壓輸入；

（12）空腳；

（13）振蕩定時(shí)電容；

（14）振蕩定時(shí)電阻；

測(cè)量環(huán)境溫度Ta=25℃，電源電壓Vcc=4.8 V的M51660L電特性見(jiàn)表1。

3 雙時(shí)基電路設(shè)計(jì)

一款機(jī)器人或機(jī)器臂至少有兩個(gè)舵機(jī)構(gòu)成，因此舵機(jī)控制電路顯得尤為重要。文章應(yīng)用一塊NE556組成雙時(shí)基集成電路，同時(shí)分別控制兩個(gè)舵機(jī)，實(shí)現(xiàn)兩個(gè)方向的控制。其電路原理圖見(jiàn)圖4。NE556可以產(chǎn)生兩個(gè)頻率控制兩個(gè)舵機(jī)。NE556芯片由兩個(gè)NE555時(shí)基電路組成，該電路經(jīng)常被用于路燈延時(shí)、空調(diào)溫控、艙室氣壓調(diào)節(jié)、汽車(chē)自適應(yīng)巡航等多種控制系統(tǒng)中。本文主要用于控制兩個(gè)舵機(jī)在同一時(shí)間段內(nèi)做出不同的動(dòng)作。

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作者簡(jiǎn)介

范全亮，現(xiàn)為上海工程技術(shù)大學(xué)高職學(xué)院大二學(xué)生。

盧好陽(yáng)，現(xiàn)為上海工程技術(shù)大學(xué)高職學(xué)院助教。

作者單位

上海工程技術(shù)大學(xué)高職學(xué)院 上海市 201620endprint