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参考书目：《我的机器人 仿生机器人的设计与制作》罗庆生 北京理工大学出版社

舵机

舵机是一种位置（角度）伺服的驱动器，最早用于航模，相当于廉价版的伺服电机，但仅保留了位置环，适用于那些需要角度不断变化并可以保持的控制系统，如机器人关节等（并非作为动力源）。从舵机中引出3条线，分别是PWM信号线和电源正负线。

https://www.zhihu.com/question/37374664/answer/167299936 步进电机、伺服电机、舵机的原理和区别

1舵机参数

1. 扭矩：可理解为在舵盘上据舵机轴中心水平距离1cm处舵机能够带动的物体重量
2. 舵机功率：=速度×扭矩
3. 使用电压：4.8V/6V
4. 舵机类型：数字舵机/模拟电机
5. 转角角度：90°/180°/360°
6. 反应转速：指舵机转动的速度。此速度无法更改，一般为0.11s/60°~0.21s/60°（无负载情况下转过60°所需时间）。
7. 死区设定
8. 插头类型：JR/FUTABA
9. 结构材质：塑料齿/金属齿
10. 安装尺寸/重量：舵机功率与舵机尺寸的比值可理解为该舵机的功率密度

2概念理解及其区分

数字电机和模拟电机

数字舵机和模拟舵机(RC伺服系统)的机械结构是完全相同的，其最大的区别体现在控制电路上，数字舵机的伺服控制器采用了数字电路（拥有MCU和晶振)，而模拟舵机的控制器采用的是模拟电路。
模拟舵机需要给它不停的发送PWM信号，才能让它保持在规定的位置或者让它按照某个速度转动，数字舵机则只需要发送一次PWM信号就能保持在规定的某个位置。
数字舵机以高得多的频率向马达发送动力脉冲，相对与传统的50脉冲/秒（50Hz），数字舵机的频率是300脉冲/秒（300Hz），因此反应速度更快。

结论：数字舵机系统总体优于模拟舵机。

部分引用自 https://www.cnblogs.com/rayray/p/3479396.html 数字(数码)舵机和模拟舵机的区别

180度和360度

舵机与普通直流电机的区别在于舵机只能在一定角度范围内转动。（数字舵机除外）通常舵机都有最大旋转角度。
180度舵机只能在0度到180度（±90度）之间运动，超过这个范围，舵机就会出现超量程的故障，轻则齿轮打坏，重则烧坏舵机电路或者舵机里面的电机。
360度舵机转动的方式和普通的电机类似，可以连续的转动，不过我们只可以控制它转动的方向和速度，不能调节转动角度。

其它

驱动电路
舵机不需要专门配置驱动电路，其内部已经集成驱动电路，可以直接通过单片机IO口输出的PWM波来驱动舵机。

位置等级
舵机的位置等级通常为1024。

控制精度
控制精度=舵机转动角度/位置等级
180°/1024≈0.18°

脉宽控制精度
脉宽控制精度=基准周期信号/位置等级
20000us/1024≈20us

舵盘

3舵机工作原理

舵机结构

舵机结构如下图所示，分为马达、减速齿轮组、电位器和控制电路。
电位器用于位置反馈。它会将其旋转后产生的电阻变化信号发送回控制电路，从而监控当前轴角度；
控制电路用来驱动电机和接收PWM控制信号和电位器反馈信号；
减速齿轮组用来放大马达的扭矩。齿轮有塑料齿轮、混合材料齿轮和金属齿轮。

部分引用自 https://www.cnblogs.com/zhoubatuo/p/6138033.html PWM波控制舵机总结

基本工作原理

闭环控制

舵机是一个闭环控制系统。电位器是它的输入传感器，其阻值随舵机转动位置的改变而改变。在控制脉冲持续给定的情况下，通过控制电路读阻值并与控制脉冲比较就能调整电机的速度和方向，使电机向指定角度旋转并固定在该角度。（即位置环）

部分引用自 https://blog.csdn.net/weixin_42445727/article/details/80819340 舵机内部结及工作原理浅析

关于舵机的闭环控制还有另一种解释（从伺服电机角度出发，不知道是否适用于舵机,毕竟两者还是有区别）：
伺服主要靠脉冲来定位，伺服电机接收到1个脉冲，就会旋转1个脉冲对应的角度，从而实现位移。
伺服电机本身具备发出脉冲的功能，所以伺服电机每旋转一个角度，都会发出对应数量的脉冲，这和伺服电机接受的脉冲形成了呼应，这样系统可以通过比对收到和发出的脉冲数，实现对电机转动的精确控制。

180°舵机

以模拟电机为例。

舵机的伺服系统由可变宽度的脉冲来进行控制（PWM）。
舵机内部有一个基准电路，产生周期为20ms，宽度为1.5ms的基准信号（50Hz，脉冲频率指每秒钟发送脉冲的个数），该信号定义的位置为舵机转角的中间位置（±90度）；控制舵机的脉冲信号高电平部分范围为0.5ms到2.5ms，其中0.5ms为最小值，2.5ms为最大值。舵机的角度由连续发送的控制信号脉冲所产生，脉冲持续时间长短决定脉冲转动的角度（脉冲编码调制，PCM）。脉冲必须持续发送才能稳定舵机的角度，有限的外力影响将不会让舵机角度产生变化。当脉冲停止发送时，舵机会停在当前位置而不会自动复位，此时外力可改变舵机角度。

受PWM外部控制信号频率限制，最快20ms才能对舵机摇臂位置做新的调整。

脉冲宽度决定舵机的正反转：当舵机接收到一个小于1.5ms的脉冲，输出轴会以中间位置为标准，逆时针旋转一定角度；接收到的脉冲大于1.5ms情况相反。

即PWM信号与基准信号相比较。

脉冲宽度决定舵机的转动角度：PWM信号通过信号线进入控制电路，获得直流偏置电压。将获得的直流偏置电压与电位器的电压比较，获得电压差值，将这个差值加到电机上控制舵机转动。

即PWM信号与电位器信号相比较。

控制电路向电机传送动力脉冲，电机通过级联减速齿轮带动电位器旋转，当电压差为0时，电机停止转动。舵机的输出功率与它所需要转动的距离成正比。如果输出轴需要转动很长的距离，控制电路就会发送最大宽度的动力脉冲使马达全速运转；如果它只需要短距离转动，马达就会以较慢的速度运行（速度比例控制），这意味着如果有一个比较小的控制动作，舵机就会发送很小的初始动力脉冲到马达，马达的反应会非常迟钝或者根本就没有反应（模拟电机缺陷）。当到达指定的位置，控制电路发送的动力脉冲就会减小脉冲宽度，使马达减速直至停止。

180°舵机
0.5ms—————-0度；
1ms —————–45度；
1.5ms—————-90度；
2ms —————–135度；
2.5ms —————180度；

部分引用自
https://www.basemu.com/servo-angle-control-principle.html 秒懂舵机角度控制原理
https://blog.csdn.net/pang9998/article/details/103200666 舵机使用基础

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360°舵机

0.5ms—————-正向最大转速；
1.5ms—————-速度为0；
2.5ms—————-反向最大转速；

部分内容转自https://blog.csdn.net/yx1302317313/article/details/80378037 180度舵机与360度舵机

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通过单片机系统输出PWM信号可实现对舵机输出转角的控制，在此之前单片机首先需产生基本的PWM周期信号（通常为20ms的周期信号）；其次单片机能调整占空比。单片机可控制一路或多路舵机。

附录一 常见的几种舵机

SG90

注意产品上标明的“9g”指该舵机质量为9克。

最常用的模拟舵机，塑料外壳加塑料齿轮组，体积小巧，性能薄弱。转动角度为90°/180°。

常用性能参数
尺寸：21.5mmX11.8mmX22.7mm
重量：9克
无负载速度：0.12-0.13秒/60度(4.8V) 0.002s/度
堵转扭矩：1.6kg/cm(4.8V)
工作电压：3V-7.2V
死区设定：5us
角度偏差：回中误差0度， 左右各45°误差≤3°。
接口规格： JR/FUTABA通用
连接线长度： 250mm

MG996R

最常用的模拟舵机，性能强于上者，适用于大多数情况，但是体积也增大许多。
转动角度有180°/360°

常用性能参数
尺寸:40.8* 20* 38mm
重量:55g
无负载速度:4.8V@0.20sec/60°（4.8V）or 0.19sec/60°（6V）
扭矩:13kg/cm（4.8V） or 15kg/cm（6V）
电压:4.8V-7.2V
响应脉宽时间： ≤5usec
角度偏差：回中误差0度， 左右各45°误差≤3°。
接口规格： JR/FUTABA通用
连接线长度： 300mm

附录二 由舵机组成的云台

这种简易云台通常由两台舵机组成，设备被固定在平台最上端，底层舵机用于左右旋转，上层舵机用于控制仰角。选购时需注意舵机尺寸是否与云台兼容。