舵机

自动驾驶仪中操纵飞机舵面转动的执行部件

舵机是指在自动驾驶仪中操纵飞机舵面（操纵面）转动的一种执行部件。分有：①电动舵机，由电动机、传动部件和离合器组成。接受自动驾驶仪的指令信号而工作，当人工驾驶飞机时，由于离合器保持脱开而传动部件不发生作用。②液压舵机，由液压作动器和旁通活门组成。当人工驾驶飞机时，旁通活门打开，由于作动器活塞两边的液压互相连通而不妨碍人工操纵。此外，还有电动液压舵机，简称“电液舵机”。

产品介绍

舵机是一种位置（角度）伺服的驱动器，适用于那些需要角度不断变化并可以保持的控制系统。在高档遥控玩具，如飞机、潜艇模型，遥控机器人中已经得到了普遍应用。

舵机是船舶上的一种大甲板机械。舵机的大小由外舾装按照船级社的规范决定，选型时主要考虑扭矩大小。

在航天方面，舵机应用广泛。航天方面，导弹姿态变换的俯仰、偏航、滚转运动都是靠舵机相互配合完成的。舵机在许多工程上都有应用，不仅限于船舶。

类型

船用舵机多用电液式，即液压设备由电动设备进行遥控操作。有两种类型：一种是往复柱塞式舵机，其原理是通过高低压油的转换而做功产生直线运动，并通过舵柄转换成旋转运动。另一种是转叶式舵机，其原理是高低压油直接作用于转子，体积小而高效，但成本较高。

差别

这两类舵机的差别：往复柱塞式舵机以上舵承来承重舵系，下舵承来定位，舵柄的压入量仅几毫米；而转叶式舵机不需要上舵承，由舵机直接承重，但是在舵机平台需要考虑水密性，舵柄的压入量需几十毫米。往复柱塞式舵机对尺寸的要求较大。往复柱塞式舵机可以向一舷偏转不到40°，转叶式舵机可达70°。液压系统作用是高、低压转换，将压力损失转化为机械运动。包括1.高压泵组（提供压力油）2.控制、操作设备3.执行机构（油马达，油缸柱塞等）。

遥控模型

舵机是遥控航空、航天模型控制动作，改变方向的重要组成，不同类型的遥控模型所需的舵机种类也随之不同。如何审慎地选择经济且合乎需求的舵机，也是一门不可轻忽的学问。

舵机主要适用于那些需要角度不断变化并可以保持的控制系统,比如人形机器人的手臂和腿,车模和航模的方向控制。舵机的控制信号实际上是一个脉冲宽度调制信号( PWM信号),该信号可由FP-GA器件、模拟电路或单片机产生。

构造

舵机主要是由外壳、电路板、驱动马达、减速器与位置检测元件所构成。其工作原理是由接收机发出讯号给舵机，经由电路板上的 IC驱动无核心马达开始转动，透过减速齿轮将动力传至摆臂，同时由位置检测器送回讯号，判断是否已经到达定位。位置检测器其实就是可变电阻，当舵机转动时电阻值也会随之改变，藉由检测电阻值便可知转动的角度。一般的伺服马达是将细铜线缠绕在三极转子上，当电流流经线圈时便会产生磁场，与转子外围的磁铁产生排斥作用，进而产生转动的作用力。依据物理学原理，物体的转动惯量与质量成正比，因此要转动质量愈大的物体，所需的作用力也愈大。舵机为求转速快、耗电小，于是将细铜线缠绕成极薄的中空圆柱体，形成一个重量极轻的无极中空转子，并将磁铁置於圆柱体内，这就是空心杯马达。

为了适合不同的工作环境，有防水及防尘设计的舵机；并且因应不同的负载需求，舵机的齿轮有塑胶及金属之区分，金属齿轮的舵机一般皆为大扭力及高速型，具有齿轮不会因负载过大而崩牙的优点。较高级的舵机会装置滚珠轴承，使得转动时能更轻快精准。滚珠轴承有一颗及二颗的区别，当然是二颗的比较好。新推出的 FET 舵机，主要是采用 FET(Field Effect Transistor)场效电晶体。FET 具有内阻低的优点，因此电流损耗比一般电晶体少。

规格

厂商所提供的舵机规格资料，都会包含外形尺寸(mm)、扭力(kgf.cm)、速度(秒/60°)、测试电压(V)及重量(g)等基本资料。扭力的单位是N·m，意思是在摆臂长度 1 公分处，能吊起几公斤重的物体。这就是力臂的观念，因此摆臂长度愈长，则扭力愈小。速度的单位是 sec/60°，意思是舵机转动 60°所需要的时间。

电压会直接影响舵机的性能，例如 Futaba S-9001 在 4.8V 时扭力为 3.9kgf.cm、速度为 0.22 秒/60°，在 6.0V 时扭力为 5.2kgf.cm、速度为 0.18 秒/60° 。若无特别注明，JR 的舵机都是以 4.8V 为测试电压，Futaba则是以 6.0V 作为测试电压。所谓天下没有白吃的午餐，速度快、扭力大的舵机，除了价格贵，还会伴随著高耗电的特点。因此使用高级的舵机时，务必搭配高品质、高容量的锂电池，能提供稳定且充裕的电流，才可发挥舵机应有的性能。

故障修理

舵机故障诊断对于提高飞行安全十分关键，而故障的漏检和虚警则直接关系到飞行器的安全和飞行品质。近年来，国内外较为深入地研究了对过程建模的故障检测方法，主要包括参数估计法、状态观测法以及等价空间法等。

舵机一般故障判断：

1）炸机后舵机电机狂转、舵盘摇臂不受控制、摇臂打滑------------------可以断定：齿轮扫齿了，换齿轮。

2）炸机后舵机一致性锐减，现象是炸坏的舵机反应迟钝，发热严重，但是可以随着控的指令运行，但是舵量很小很慢-------------基本断定：舵机电机过流了，拆下电机后发现电机空载电流很大（>150MA），失去完好的性能(完好电机空载电流≤60-90MA)，换舵机电机。

3）炸机后舵机打舵后无任何反应---------------基本确定舵机电子回路断路、接触不良或舵机的电机、电路板的驱动部分烧毁导致的，先检查线路，包括插头，电机引线和舵机引线是否有断路现象，如果没有的话，就进行逐一排除，先将电机卸下测试空载电流，如果空载电流小于90MA，则说明电机是好的，那问题绝对是舵机驱动烧坏了，9-13克微型舵机电路板上面就有2个或四个小贴片三极管，换掉就可以了，有2个三极管的那肯定是用Y2或IY直接代换，也就是SS8550，如果是有四个三极管的H桥电路，则直接用2个Y1（SS8050）和2个(SS8550)直接代换，65MG的UYR ---- 用Y 1(SS8050 IC=1.5A); UXR------用Y2（SS8550，IC=1.5A）直接代换。

4）舵机故障是摇臂只能一边转动，另外一边不动的话-----------判断：舵机电机是好的，主要检查驱动部分，有可能烧了一边的驱动三极管，按照（3）维修即可。

5）维修好舵机后通电，发现舵机向一个方向转动后就卡住不动了，舵机吱吱地响--------------说明舵机电机的正负极或电位器的端线接错了，电机的两个接线倒个方向就可以了。

6）崭新的舵机买回来后，通电发现舵机狂抖，但用一下控的摇臂后，舵机一切正常----------说明舵机在出厂的时候装配不当或齿轮精度不够，这个故障一般发生在金属舵机上面，如果不想退货或者更换的话，自行解决的方法：卸下舵机后盖，将舵机电机与舵机减速齿轮分离后，在齿轮之间挤点牙膏，上好舵机齿轮顶盖，上好减速箱螺丝后，安上舵机摇臂，用手反复旋转摇臂碾磨金属舵机齿轮，直至齿轮运转顺滑、齿轮摩擦噪音减小后，将舵机齿轮卸下汽油清洗后，装齿轮上硅油组装好舵机，即可解决舵机故障。

7）有一种故障舵机表现很古怪：摇动控的遥感，舵机有正常的反应，但是固定控的遥感某一位置后，故障舵机摇臂还在慢慢的运行，或者摇臂动作拖泥带水，并来回动作------------------经过多次维修后发现问题所在：应该紧密卡在舵机末级齿轮中电位器的金属转柄，与舵机摇臂大齿轮（末级）结合不紧，甚至发生打滑现象，导致舵机无法正确寻找控发出的位置指令，反馈不准，不停寻找导致的，解决了电位器与摇臂齿轮的紧密结合后，故障可以排除。按照改方法检修后故障仍旧存在的话，也有可能是舵机电机的问题或电位器的问题，需要综合分析逐一排查！

8）故障舵机不停的抖舵，排除无线电干扰，动控摇臂仍旧抖动的话----------电位器老化，换之，或直接报废掉，当配件！

9）数码斜盘舵机装机过后发现舵机运行不正常，快慢不一，退回厂家，后来换回3个后还是一致性差，最后才知道是什么原因-----有些数码舵机对BEC要求，加装5.V3A 外置 BEC后，故障排除，与舵机质量无关。

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