舵機

舵機是一種位置（角度）伺服的驅動器，適用於那些需要角度不斷變化並可以保持的控制系統。在高檔遙控玩具，如飛機、潛艇模型，遙控機器人中已經得到了普遍應用。 ^[2] 

舵機是船舶上的一種大甲板機械。舵機的大小由外舾裝按照船級社的規範決定，選型時主要考慮扭矩大小。

在航天方面，舵機應用廣泛。航天方面，導彈姿態變換的俯仰、偏航、滾轉運動都是靠舵機相互配合完成的。舵機在許多工程上都有應用，不僅限於船舶。

船用舵機多用電液式，即液壓設備由電動設備進行遙控操作。有兩種類型： 一種是往復柱塞式舵機，其原理是通過高低壓油的轉換而做功產生直線運動，並通過舵柄轉換成旋轉運動。另一種是轉葉式舵機，其原理是高低壓油直接作用於轉子，體積小而高效，但成本較高。

這兩類舵機的差別：往復柱塞式舵機以上舵承來承重舵系，下舵承來定位，舵柄的壓入量僅幾毫米；而轉葉式舵機不需要上舵承，由舵機直接承重，但是在舵機平台需要考慮水密性，舵柄的壓入量需幾十毫米。往復柱塞式舵機對尺寸的要求較大。往復柱塞式舵機可以向一舷偏轉不到40°，轉葉式舵機可達70°。液壓系統作用是高、低壓轉換，將壓力損失轉化為機械運動。包括1.高壓泵組（提供壓力油）2.控制、操作設備3.執行機構（油馬達，油缸柱塞等）。

舵機是遙控航空、航天模型控制動作，改變方向的重要組成，不同類型的遙控模型所需的舵機種類也隨之不同。如何審慎地選擇經濟且合乎需求的舵機，也是一門不可輕忽的學問。

舵機主要適用於那些需要角度不斷變化並可以保持的控制系統,比如人形機器人的手臂和腿,車模和航模的方向控制。舵機的控制信號實際上是一個脈衝寬度調製信號( PWM信號),該信號可由FP-GA器件、模擬電路或單片機產生。 ^[3] 

舵機主要是由外殼、電路板、驅動馬達、減速器與位置檢測元件所構成。其工作原理是由接收機發出訊號給舵機，經由電路板上的 IC驅動無核心馬達開始轉動，透過減速齒輪將動力傳至擺臂，同時由位置檢測器送回訊號，判斷是否已經到達定位。位置檢測器其實就是可變電阻，當舵機轉動時電阻值也會隨之改變，藉由檢測電阻值便可知轉動的角度。一般的伺服馬達是將細銅線纏繞在三極轉子上，當電流流經線圈時便會產生磁場，與轉子外圍的磁鐵產生排斥作用，進而產生轉動的作用力。依據物理學原理，物體的轉動慣量與質量成正比，因此要轉動質量愈大的物體，所需的作用力也愈大。舵機為求轉速快、耗電小，於是將細銅線纏繞成極薄的中空圓柱體，形成一個重量極輕的無極中空轉子，並將磁鐵置於圓柱體內，這就是空心杯馬達。

為了適合不同的工作環境，有防水及防塵設計的舵機；並且因應不同的負載需求，舵機的齒輪有塑膠及金屬之區分，金屬齒輪的舵機一般皆為大扭力及高速型，具有齒輪不會因負載過大而崩牙的優點。較高級的舵機會裝置滾珠軸承，使得轉動時能更輕快精準。滾珠軸承有一顆及二顆的區別，當然是二顆的比較好。新推出的 FET 舵機，主要是採用 FET(Field Effect Transistor)場效電晶體。FET 具有內阻低的優點，因此電流損耗比一般電晶體少。

廠商所提供的舵機規格資料，都會包含外形尺寸(mm)、扭力(kgf.cm)、速度(秒/60°)、測試電壓(V)及重量(g)等基本資料。扭力的單位是N·m，意思是在擺臂長度 1 公分處，能吊起幾公斤重的物體。這就是力臂的觀念，因此擺臂長度愈長，則扭力愈小。速度的單位是 sec/60°，意思是舵機轉動 60°所需要的時間。

電壓會直接影響舵機的性能，例如 Futaba S-9001 在 4.8V 時扭力為 3.9kgf.cm、速度為 0.22 秒/60°，在 6.0V 時扭力為 5.2kgf.cm、速度為 0.18 秒/60° 。若無特別註明，JR 的舵機都是以 4.8V 為測試電壓，Futaba則是以 6.0V 作為測試電壓。所謂天下沒有白吃的午餐，速度快、扭力大的舵機，除了價格貴，還會伴隨著高耗電的特點。因此使用高級的舵機時，務必搭配高品質、高容量的鋰電池，能提供穩定且充裕的電流，才可發揮舵機應有的性能。

舵機故障診斷對於提高飛行安全十分關鍵，而故障的漏檢和虛警則直接關係到飛行器的安全和飛行品質。近年來，國內外較為深入地研究了對過程建模的故障檢測方法，主要包括參數估計法、狀態觀測法以及等價空間法等。 ^[4] 

舵機一般故障判斷：

1）炸機後舵機電機狂轉、舵盤搖臂不受控制、搖臂打滑------------------可以斷定：齒輪掃齒了，換齒輪。

2）炸機後舵機一致性鋭減，現象是炸壞的舵機反應遲鈍，發熱嚴重，但是可以隨着控的指令運行，但是舵量很小很慢-------------基本斷定：舵機電機過流了，拆下電機後發現電機空載電流很大（>150MA），失去完好的性能(完好電機空載電流≤60-90MA)，換舵機電機。

3）炸機後舵機打舵後無任何反應---------------基本確定舵機電子迴路斷路、接觸不良或舵機的電機、電路板的驅動部分燒燬導致的，先檢查線路，包括插頭，電機引線和舵機引線是否有斷路現象，如果沒有的話，就進行逐一排除，先將電機卸下測試空載電流，如果空載電流小於90MA，則説明電機是好的，那問題絕對是舵機驅動燒壞了，9-13克微型舵機電路板上面就有2個或四個小貼片三極管，換掉就可以了，有2個三極管的那肯定是用Y2或IY直接代換，也就是SS8550，如果是有四個三極管的H橋電路，則直接用2個Y1（SS8050）和2個(SS8550)直接代換，65MG的UYR ---- 用Y 1(SS8050 IC=1.5A); UXR------用Y2（SS8550，IC=1.5A）直接代換。

4）舵機故障是搖臂只能一邊轉動，另外一邊不動的話-----------判斷：舵機電機是好的，主要檢查驅動部分，有可能燒了一邊的驅動三極管，按照（3）維修即可。

5）維修好舵機後通電，發現舵機向一個方向轉動後就卡住不動了，舵機吱吱地響--------------説明舵機電機的正負極或電位器的端線接錯了，電機的兩個接線倒個方向就可以了。

6）嶄新的舵機買回來後，通電發現舵機狂抖，但用一下控的搖臂後，舵機一切正常----------説明舵機在出廠的時候裝配不當或齒輪精度不夠，這個故障一般發生在金屬舵機上面，如果不想退貨或者更換的話，自行解決的方法：卸下舵機後蓋，將舵機電機與舵機減速齒輪分離後，在齒輪之間擠點牙膏，上好舵機齒輪頂蓋，上好減速箱螺絲後，安上舵機搖臂，用手反覆旋轉搖臂碾磨金屬舵機齒輪，直至齒輪運轉順滑、齒輪摩擦噪音減小後，將舵機齒輪卸下汽油清洗後，裝齒輪上硅油組裝好舵機，即可解決舵機故障。

7）有一種故障舵機表現很古怪：搖動控的遙感，舵機有正常的反應，但是固定控的遙感某一位置後，故障舵機搖臂還在慢慢的運行，或者搖臂動作拖泥帶水，並來回動作------------------經過多次維修後發現問題所在：應該緊密卡在舵機末級齒輪中電位器的金屬轉柄，與舵機搖臂大齒輪（末級）結合不緊，甚至發生打滑現象，導致舵機無法正確尋找控發出的位置指令，反饋不準，不停尋找導致的，解決了電位器與搖臂齒輪的緊密結合後，故障可以排除。按照改方法檢修後故障仍舊存在的話，也有可能是舵機電機的問題或電位器的問題，需要綜合分析逐一排查！

8）故障舵機不停的抖舵，排除無線電干擾，動控搖臂仍舊抖動的話----------電位器老化，換之，或直接報廢掉，當配件！

9）數碼斜盤舵機裝機過後發現舵機運行不正常，快慢不一，退回廠家，後來換回3個後還是一致性差，最後才知道是什麼原因-----有些數碼舵機對BEC要求，加裝5.V3A 外置 BEC後，故障排除，與舵機質量無關。