其工作原理是由接收機發出訊號給舵機，經由電路板上的 IC驅動無核心馬達開始轉動，透過減速齒輪將動力傳至擺臂，同時由位置檢測器送回訊號，判斷是否已經到達定位。

位置檢測器其實就是可變電阻，當舵機轉動時電阻值也會隨之改變，藉由檢測電阻值便可知轉動的角度。一般的伺服馬達是將細銅線纏繞在三極轉子上，當電流流經線圈時便會產生磁場，與轉子外圍的磁鐵產生排斥作用，進而產生轉動的作用力。

依據物理學原理，物體的轉動慣量與質量成正比，因此要轉動質量愈大的物體，所需的作用力也愈大。舵機為求轉速快、耗電小，於是將細銅線纏繞成極薄的中空圓柱體，形成一個重量極輕的無極中空轉子，並將磁鐵置於圓柱體內，這就是空心杯馬達。

舵機是一種位置（角度）伺服的驅動器，適用於那些需要角度不斷變化並可以保持的控制系統。舵機是船舶上的一種大甲板機械。舵機的大小由外舾裝按照船級社的規範決定，選型時主要考慮扭矩大小。如何審慎地選擇經濟且合乎需求的舵機，也是一門不可輕忽的學問

各種各樣的機器人的分工合作，人類的生產力才獲得了巨大的飛躍，完成了一次又一次的進步。機器人的分類和用途如下：

一、操作型機器人：能自動控制，可重複程式設計，多功能，有幾個自由度，可固定或運動，用於相關自動化系統中。

二、程控型機器人：按預先要求的順序及條件，依次控制機器人的機械動作。

三、示教再現型機器人：透過引導或其它方式，先教會機器人動作，輸入工作程式，機器人則自動重複進行作業。

四、數控型機器人：不必使機器人動作，透過數值、語言等對機器人進行示教，機器人根據示教後的資訊進行作業。

五、感覺控制型機器人：利用感測器獲取的資訊控制機器人的動作。

六、適應控制型機器人：機器人能適應環境的變化，控制其自身的行動。

七、學習控制型機器人：機器人能“體會”工作的經驗，具有一定的學習功能，並將所“學”的經驗用於工作中。

八、智慧機器人：以人工智慧決定其行動的機器人，可以應用與各行各業不同的領域。

舵機工作原理

1、概述

舵機最早出現在航模運動中。在航空模型中，飛行機的飛行姿態是透過調節發動機和各個控制舵面來實現的。舉個簡單的四通飛機來說，飛機上有以下幾個地方需要控制：

1.發動機進氣量，來控制發動機的拉力（或推力）；

2.副翼舵面（安裝在飛機機翼後緣），用來控制飛機的橫滾運動；

3.水平尾舵面，用來控制飛機的俯仰角；

4.垂直尾舵面，用來控制飛機的偏航角；

遙控器有四個通道，分別對應四個舵機，而舵機又透過連桿等傳動元件帶動舵面的轉動，從而改變飛機的運動狀態。舵機因此得名：控制舵面的伺服電機。

不僅在航模飛機中，在其他的模型運動中都可以看到它的應用：船模上用來控制尾舵，車模中用來轉向等等。由此可見，凡是需要操作性動作時都可以用舵機來實現。

2、結構和控制

一般來講，舵機主要由以下幾個部分組成， 舵盤、減速齒輪組、位置反饋電位計5k、直流電機、控制電路板等。

工作原理：控制電路板接受來自訊號線的控制訊號（具體訊號待會再講），控制電機轉動，電機帶動一系列齒輪組，減速後傳動至輸出舵盤。舵機的輸出軸和位置反饋電位計是相連的，舵盤轉動的同時，帶動位置反饋電位計，電位計將輸出一個電壓訊號到控制電路板，進行反饋，然後控制電路板根據所在位置決定電機的轉動方向和速度，從而達到目標停止。

舵機的基本結構是這樣，但實現起來有很多種。例如電機就有有刷和無刷之分，齒輪有塑膠和金屬之分，輸出軸有滑動和滾動之分，殼體有塑膠和鋁合金之分，速度有快速和慢速之分，體積有大中小三種之分等等，組合不同，價格也千差萬別。例如，其中小舵機一般稱作微舵，同種材料的條件下是中型的一倍多，金屬齒輪是塑膠齒輪的一倍多。需要根據需要選用不同型別。

舵機的輸入線共有三條，紅色中間，是電源線，一邊黑色的是地線，這輛根線給舵機提供最基本的能源保證，主要是電機的轉動消耗。電源有兩種規格，一是4.8V，一是6.0V，分別對應不同的轉矩標準，即輸出力矩不同，6.0V對應的要大一些，具體看應用條件；另外一根線是控制訊號線，Futaba的一般為白色，JR的一般為桔黃色。另外要注意一點，SANWA的某些型號的舵機引線電源線在邊上而不是中間，需要辨認。但記住紅色為電源，黑色為地線，一般不會搞錯。

舵機的控制訊號為週期是20ms的脈寬調製（PWM）訊號，其中脈衝寬度從0.5ms-2.5ms，相對應舵盤的位置為0－180度，呈線性變化。也就是說，給它提供一定的脈寬，它的輸出軸就會保持在一個相對應的角度上，無論外界轉矩怎樣改變，直到給它提供一個另外寬度的脈衝訊號，它才會改變輸出角度到新的對應的位置上。舵機內部有一個基準電路，產生週期20ms，寬度1.5ms的基準訊號，有一個比較器，將外加訊號與基準訊號相比較，判斷出方向和大小，從而產生電機的轉動訊號。由此可見，舵機是一種位置伺服的驅動器，轉動範圍不能超過180度，適用於那些需要角度不斷變化並可以保持的驅動當中。比方說機器人的關節、飛機的舵面等。

常見的舵機廠家有：日本的Futaba、JR、SANWA等，中國產的有北京的新幻想、吉林的振華等。現舉Futaba S3003來介紹相關引數，以供大家設計時選用。之所以用3003是因為這個型號是市場上最常見的，也是價格相對較便宜的一種（以下資料摘自Futaba產品手冊）。

尺 寸(Dimensions)： 40.4×19.8×36.0 mm

重 量(Weight)： 37.2 g

工作速度(Operating speed)：0.23 sec/60°(4.8V)

0.19 sec/60°(6.0V)

輸出力矩(Output torque)： 3.2 kg.cm (4.8V)

4.1 kg.cm (6.0V)

由此可見，舵機具有以下一些特點：

>體積緊湊，便於安裝；

>輸出力矩大，穩定性好；

>控制簡單，便於和數字系統介面；

正是因為舵機有很多優點，所以，現在不僅僅應用在航模運動中，已經擴充套件到各種機電產品中來，在機器人控制中應用也越來越廣泛。

3、用微控制器來控制

正是舵機的控制訊號是一個脈寬調製訊號，所以很方便和數字系統進行介面。只要能產生標準的控制訊號的數字裝置都可以用來控制舵機，比方PLC、微控制器等。這裡介紹利用51系列微控制器產生舵機的控制訊號來進行控制的方法，程式語言為C51。之所以介紹這種方法只是因為筆者用2051實現過，本著負責的態度，所以敢在這裡寫出來。程式用的是我的四足步行機器人，有刪改。微控制器並不是控制舵機的最好的方法，希望在此能起到拋磚引玉的作用。

2051有兩個16位的內部計數器，我們就用它來產生週期20 ms的脈衝訊號，根據需要，改變輸出脈寬。基本思路如下（請對照下面的程式）：

我用的晶振頻率為12M，2051一個時鐘週期為12個晶振週期，正好是1/1000 ms，計數器每隔1/1000 ms計一次數。以計數器1為例，先設定脈寬的初始值，程式中初始為1.5ms，在for迴圈中可以隨時透過改變a值來改變，然後設定計數器計數初始值為a，並置輸出p12為高位。當計數結束時，觸發計數器溢位中斷函式，就是void timer0(void) interrupt 1 using1 ，在子函式中，改變輸出p12為反相（此時跳為低位），在用20000（代表20ms週期）減去高位用的時間a，就是本週期中低位的時間，c=20000-a，並設定此時的計數器初值為c，直到定時器再次產生溢位中斷，重複上一過程。

# include <reg51.h>

#define uchar unsigned char

#define uint unsigned int

uint a,b,c,d;

sbit p12=P1^2;

sbit p13=p1^3;

sbit p37=P3^7;

void timer0(void) interrupt 1 using 1

{p12=!p12;

c=20000-c;

TH0=-(c/256); TL0=-(c%256);

if(c>=500&&c<=2500)c=a;

else c="20000-a";

}

void timer1(void) interrupt 3 using 1

{p13=!p13;

d=20000-d;

TH1=-(d/256); TL1=-(d%256);

if(d>=500&&d<=2500)d=b;

else d="20000-b";

}

void main(void)

{TMOD=0x11;

p12=1;

p13=1;

a=1500;

b=1500;

c=a;d=b;

TH0=-(a/256); TL0=-(a%256);

TH1=-(b/256); TL1=-(b%256);

EA=1;

ET0=1; TR0=1;EX0=1;EX1=1;

ET1=1; TR1=1;

PX0=0;PX1=0;PT1=1;PT0=1;

for(;;)

{

}

}

因為在脈衝訊號的輸出是靠定時器的溢位中斷函式來處理，時間很短，因此在精度要求不高的場合可以忽略。因此如果忽略中斷時間，從另一個角度來講就是主程式和脈衝輸出是並行的，因此，只需要在主程式中按你的要求改變a值，例如讓a從500變化到2500，就可以讓舵機從0度變化到180度。另外要記住一點，舵機的轉動需要時間的，因此，程式中a值的變化不能太快，不然舵機跟不上程式。根據需要，選擇合適的延時，用一個a遞增迴圈，可以讓舵機很流暢的轉動，而不會產生像步進電機一樣的脈動。這些還需要實踐中具體體會。

舵機的速度決定於你給它的訊號脈寬的變化速度。舉個例子，t＝0試，脈寬為0.5ms，t＝1s時，脈寬為1.0ms，那麼，舵機就會從0.5ms對應的位置轉到1.0ms對應的位置，那麼轉動速度如何呢？一般來講，3003的最大轉動速度在4.8V時為0.23s/60度，也就是說，如果你要求的速度比這個快的話，舵機就反應不過來了；如果要求速度比這個慢，可以將脈寬變化值線性到你要求的時間內，做一個迴圈，一點一點的增加脈寬值，就可以控制舵機的速度了。當然，具體這一點一點到底是多少，就需要做試驗了，不然的話，不合適的話，舵機就會向步進電機一樣一跳一跳的轉動了，嘗試改變這“一點”，使你的舵機運動更平滑。還有一點很重要，就是舵機在每一次脈寬值改變的時候總會有一個轉速由零增加再減速為零的過程，這就是舵機會產生像步進電機一樣運動的原因