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作者:馬安一、楊哲彰(2004-06-30);推薦:徐業良(2004-07-02)

RC伺服馬達的連續旋轉輸出改裝

RC伺服馬達(Radio Control Servo Motor)常見於遙控模型中,大都用來控制一些簡單的機構,譬如驅動車輛或飛機機翼的轉向機構等。伺服馬達接收PWMPulse Width Modulation,脈波寬度調變)訊號動作,藉由不同的脈波寬度達控制馬達旋轉角度。

伺服馬達其輸出角度是被限制的,以市面上常見的Futaba S3001為例(圖1),其轉軸輸出角度為90(±45°),因此與一般直流馬達相比,並無法成為有效的動力源。然而一般的直流馬達若要達到轉速與角輸出的精密控制,需要搭配額外的驅動電路。將RC伺服馬達改裝成連續旋轉輸出後,不須額外的控制器或驅動電路,僅由原本的PWM控制器即可達成精密控制,不失為一有效而方便的替代方式。

大多數的伺服馬達都可以進行連續旋轉輸出改裝,以下以市面上最常見的Futaba S3001類比式伺服馬達為例,說明如何改裝伺服馬達成為連續旋轉輸出的動力源。

1. 伺服馬達(Futaba S3001)

(1)    拆卸下伺服馬達底部的四個螺栓後,打開上蓋,可看見其齒輪組如圖2所示,其中一個齒輪為主輸出齒輪(右圖上方箭頭指示者。)。

       

2. 內部齒輪組

(2)    取下輸出齒輪後,在齒輪外側有一小突起物(stop tab),其作用是在鎖定輸出轉動角度的範圍,在此可將之移除。一般的伺服馬達採用塑膠耐綸(nylon)齒輪,但有些伺服馬達採用金屬齒輪,可承受較高的扭力與負載,因此對於此類型號,欲剪除此突起物會比較麻煩。

4.  剪除輸出齒輪突起物

(3)    在輸出齒輪內側凹槽中,有一個小塑膠軸襯(bushing),目的在於使輸出軸連接到內部的可變電組(potentiometer or pot,即電位計),其作用是在回饋輸出軸轉動的角度,達到角度控制,在此須將此軸襯移除。

5. 移除輸出齒輪軸襯

(4)    完成上述程序後,依序將各元件達組裝回去,最後須進行準位矯正(Neutral positioning)工作,由控制器(如PIC_protoPIC_SERVER)輸出一準位脈波,Futaba S3001的準位脈波寬為1520微秒,在此PWM訊號輸入下調整伺服馬達中的電位計,直至馬達輸出軸停止旋轉為止,整個改裝工作便告完成。須注意電源切勿反接,以免造成內部驅動電路損壞。

在改裝程序中,另一種方式是將電位計解焊移除,然後焊接上電阻。Futaba S3001的電位計阻值變化範圍在0.12k2.05k間,因此可採用約1k1.2k電阻替代,若採行此方式則不必藉由控制器進行準位調整的步驟。但須注意的是,不同的伺服馬達其其電位計的阻值範圍不盡相同,因此在焊接電阻時須慎選其阻值,又因為焊接程序可能會破壞伺服馬達的印刷電路板,因此以電阻取代電位計的方式並不建議採行。