一种简单的双舵机控制电路范

范全亮++卢好阳

摘 要本文介绍了舵机的结构及调速原理，分析了伺服控制模块芯片的功能，设计了一种双时基电路用于控制两个不同的舵机以完成不同动作，这种电路可以广泛应用于机器人或机械臂和一些人工智能装备上。

【关键词】舵机 控制原理 双时基电路

1 舵机的结构与调速原理

舵机是组合式机器人的关键部件，舵机的输出准确性直接关系到机器人是否可以完成预定动作指令。开环控制的直流电机转速不稳定，当外部负载变大或电压波动时，转速会随之改变，所以当多个无反馈电机串联执行动作时，动作误差很大，此时就要求电机转速能對外部变化进行自适应调节，而舵机符合机器人对准确性的要求，如图1所示。

从控制原理上看，舵机调速的方式是一个闭环反馈系统，通常情况下对于舵机的反馈信号主要有电压、电流和转速。电压反馈的控制电路在原理和机构上都比较简单、方便设计，本文舵机调速反馈方式为比例电压反馈。该系统的原理如图2所示。

通电时，直流电机转动带动齿轮组输出扭矩。与减速器相似，齿轮组的齿轮比越大，输出轴转速越低，输出扭矩越大，负载能力更强。舵机输出轴与外壳间有滑动轴承，舵机可在0-180度内转动。舵机的电源线有三条引线，红色线是电源线，工作电压是4.8V或6V，黑色线接地，白色是信号控制线。由三菱M51660L构成的伺服控制电路处理输入的脉冲信号，控制脉冲为0.5-2.5ms。

舵机的舵盘和电位计同轴转动，当舵盘位置变化时，电位计自身的阻值和两端电压也发生变化，由于电阻和电压成正比，电压变化的信号反馈到控制电路。控制电路再将其与输入的脉冲信号进行比对，然后再发出信号对舵机转动角度进行修正，如此反复，最终将舵盘调整到位。

2 舵机的伺服控制模块

m51660l芯片一般用于无线控制的伺服电机集成电路中。14PIN直插式封装，其内置电压调节电路，用于比较电路的差分比较器有着稳定的电源电压波动特性和温度变化特征。

引脚功能：（M51660L芯片见图3）。

（1）外接PNP管基极驱动（1）；

（2）输入；

（3）输出（1）；

（4）地；

（5）误差脉冲输出；

（6）输出（2）；

（7）扩展输入端；

（8）外接PNP管基极驱动（2）；

（9）稳压输出；

（10）电源图3 M51660L芯片；

（11）伺服位置电压输入；

（12）空脚；

（13）振荡定时电容；

（14）振荡定时电阻；

测量环境温度Ta=25℃，电源电压Vcc=4.8 V的M51660L电特性见表1。

3 双时基电路设计

一款机器人或机器臂至少有两个舵机构成，因此舵机控制电路显得尤为重要。文章应用一块NE556组成双时基集成电路，同时分别控制两个舵机，实现两个方向的控制。其电路原理图见图4。NE556可以产生两个频率控制两个舵机。NE556芯片由两个NE555时基电路组成，该电路经常被用于路灯延时、空调温控、舱室气压调节、汽车自适应巡航等多种控制系统中。本文主要用于控制两个舵机在同一时间段内做出不同的动作。

参考文献

[1]高飞，土太杰，吴攀，林俊杰.双足行走机器人多舵机控制及动态平衡研究[J].高校实验室工作研究，2012（01）.

[2]韩庆瑶，洪草根，朱晓光，徐瑾.基于AVR单片机的多舵机控制系统设计及仿真[J].计算机测量与控制，2011，19（02）.

[3]谈世哲，梅志千，杨汝清.基于DSP的工业机器人控制器的设计与实现[J].机器人，2002.

作者简介

范全亮，现为上海工程技术大学高职学院大二学生。

卢好阳，现为上海工程技术大学高职学院助教。

作者单位

上海工程技术大学高职学院 上海市 201620endprint