本节书摘来异步社区《机器人构建实战》一书中的第2章，第2.1节，作者：丘柳东 ,王牛 ,李瑞峰 ,陈阳，更多章节内容可以访问云栖社区“异步社区”公众号查看。

2.1　舵机的基础知识

2.1.1　舵机及其工作原理

舵机主要用来控制转向，在船舶、飞机、航模等场合有着广泛的应用，如图2.1所示。机器人技术的兴起，足式和复合型运动机构运来越多地出现在机器人上，而这些机构都是舵机大展拳脚的地方。

除了外壳，舵机的核心组成部分（见图2.2）包括直流电动机、减速齿轮（组）、角度传感器和控制电路，这4个部分使舵机成为一个带有角度反馈的自动控制系统。

其工作流程如图2.3所示，具体如下。

① 控制电路接收外部角度控制信号，判断直流电动机的转动方向。

② 驱动直流电动机转动，通过减速齿轮组将动力传至舵机摆臂。

③ 角度传感器检测当前角度信息并反馈给控制电路。

④ 判断是否已经到达指定角度，如果到达停止转动，否则继续转动。

舵机与普通直流电动机的区别如下。

转动范围不同：舵机在一定角度范围内运动，而直流电动机则是360°范围内转动。

反馈有无不同：普通直流电机无法反馈转动的角度信息，需要加装检测模块，舵机由于集成了角度传感器，能够反馈角度信息。

应用场合不同：普通直流电机一般是做动力用，主要是对转动的速度进行控制，舵机用于精确的角度控制，到达指定角度后会停止。

2.1.2　舵机的主要参数

舵机的参数是用来判断舵机性能高低的标准。舵机具有以下主要参数。

转动范围：舵机的最基础参数。舵机的转动范围一般在360°以内，范围越大，适用场合越多。但是有可能角度分辨率越低。

最大转矩：代表舵机的负载能力。转矩的单位是kg/cm，表示舵机在摆臂长度1cm处，能吊起几千克重的物体；

最大转动速度：表示运动性能的高低。转动速度的常见单位是/60°，意思是舵机转动60°所需要的时间。

角度分辨率：表示舵机的角度转动精度，受到转动范围和量化值范围的共同影响。如果量化值固定，那么转动范围越大，角度分辨率则越低。

此外，舵机输出轴、减速齿轮采用的材质（常见为塑料和金属），也是判断舵机品质的一个重要标准。

2.1.3　数字舵机

传统的模拟舵机需要外部不断地提供PMW信号进行角度的定位。PWM信号一般以20ms为一个周期，用一个（1.5±0.5）ms的脉冲来控制舵机的角度。

数字舵机只需要发送一次PWM信号就能保持在指定的某个位置。由于具有模拟舵机没有的微处理器，数字舵机具有以下优势。

① 数字舵机可以在将动力脉冲发送到舵机马达之前，根据设定的参数对输入信号进行处理。这意味着控制脉冲的宽度，可以根据微处理器的程序运算而调整，以适应不同的功能要求，并优化舵机的性能。

② 数字舵机向电动机发送控制脉冲的频率更高。使得电动机在同一时间里收到更多的激励信号，反应更快。

因此，数字舵机的加速和减速更迅速、更柔和，能够提供更高的精度和更好的固定力量，防抖动功能更强。

2.1.4　博创CDS5516数字舵机

博创CDS5516数字舵机（见图2.4）属于一种集电动机、伺服驱动、总线式通信接口为一体的集成伺服单元，主要用于微型机器人的关节、运动轮、履带驱动，也可用于其他简单位置的控制场合。CDS5516数字舵机的特点如下。

① 大转矩：16kgf·cm的持续转动输出转矩，大于20kgf·cm的位置保持转矩。

② 位置伺服控制模式下转动范围0～300°。

③ 高转速：最高0.16 s/60°输出转速。

④ 在速度控制模式（电动机模式）下可连续旋转，调速。

⑤ 总线连接，理论上可串联254个单元。

⑥ 0.32°位置分辨率，高达1M通信波特率。

⑦ 具备位置、温度、电压、速度反馈。

CDS5516数字舵机具有两个相同功能的接口，任意一个都可以连接控制器或其他舵机，满足在搭建的机器人进行舵机的串联。