范全亮++盧好陽

摘 要本文介紹了舵機的結(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)計了一種雙時基電路用于控制兩個不同的舵機以完成不同動作，這種電路可以廣泛應(yīng)用于機器人或機械臂和一些人工智能裝備上。

【關(guān)鍵詞】舵機 控制原理 雙時基電路

1 舵機的結(jié)構(gòu)與調(diào)速原理

舵機是組合式機器人的關(guān)鍵部件，舵機的輸出準(zhǔn)確性直接關(guān)系到機器人是否可以完成預(yù)定動作指令。開環(huán)控制的直流電機轉(zhuǎn)速不穩(wěn)定，當(dāng)外部負(fù)載變大或電壓波動時，轉(zhuǎn)速會隨之改變，所以當(dāng)多個無反饋電機串聯(lián)執(zhí)行動作時，動作誤差很大，此時就要求電機轉(zhuǎn)速能對外部變化進行自適應(yīng)調(diào)節(jié)，而舵機符合機器人對準(zhǔn)確性的要求，如圖1所示。

從控制原理上看，舵機調(diào)速的方式是一個閉環(huán)反饋系統(tǒng)，通常情況下對于舵機的反饋信號主要有電壓、電流和轉(zhuǎn)速。電壓反饋的控制電路在原理和機構(gòu)上都比較簡單、方便設(shè)計，本文舵機調(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，直流電機轉(zhuǎn)動帶動齒輪組輸出扭矩。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。舵機輸出軸與外殼間有滑動軸承，舵機可在0-180度內(nèi)轉(zhuǎn)動。舵機的電源線有三條引線，紅色線是電源線，工作電壓是4.8V或6V，黑色線接地，白色是信號控制線。由三菱M51660L構(gòu)成的伺服控制電路處理輸入的脈沖信號，控制脈沖為0.5-2.5ms。

舵機的舵盤和電位計同軸轉(zhuǎn)動，當(dāng)舵盤位置變化時，電位計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，電壓變化的信號反饋到控制電路?？刂齐娐吩賹⑵渑c輸入的脈沖信號進行比對，然后再發(fā)出信號對舵機轉(zhuǎn)動角度進行修正，如此反復(fù)，最終將舵盤調(diào)整到位。

2 舵機的伺服控制模塊

m51660l芯片一般用于無線控制的伺服電機集成電路中。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)定的電源電壓波動特性和溫度變化特征。

引腳功能：（M51660L芯片見圖3）。

（1）外接PNP管基極驅(qū)動（1）；

（2）輸入；

（3）輸出（1）；

（4）地；

（5）誤差脈沖輸出；

（6）輸出（2）；

（7）擴展輸入端；

（8）外接PNP管基極驅(qū)動（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）振蕩定時電容；

（14）振蕩定時電阻；

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

3 雙時基電路設(shè)計

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

參考文獻(xiàn)

[1]高飛，土太杰，吳攀，林俊杰.雙足行走機器人多舵機控制及動態(tài)平衡研究[J].高校實驗室工作研究，2012（01）.

[2]韓慶瑤，洪草根，朱曉光，徐瑾.基于AVR單片機的多舵機控制系統(tǒng)設(shè)計及仿真[J].計算機測量與控制，2011，19（02）.

[3]談世哲，梅志千，楊汝清.基于DSP的工業(yè)機器人控制器的設(shè)計與實現(xiàn)[J].機器人，2002.

作者簡介

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，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